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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Doppelseitenbearbeitung
flacher Werkstücke,
umfassend eine von einem Träger
gehaltene obere Arbeitsscheibe und eine untere Arbeitsscheibe, wobei mindestens
eine der Arbeitsscheiben mittels eines Drehantriebs um eine vertikale
Achse drehend antreibbar ist, und wobei die Arbeitsscheiben zwischen sich
einen Arbeitsspalt bilden, in dem mindestens ein Werkstückträger zur
Aufnahme mindestens eines zu bearbeitenden Werkstücks angeordnet
ist, und eine Positionier- und Anpresseinrichtung, mit der die obere
Arbeitsscheibe zwischen einer im Wesentlichen koaxial zu der unteren
Arbeitsscheibe ausgerichteten Arbeitsstellung und einer gegenüber der
Arbeitsstellung in axialer und radialer Richtung von der unteren Arbeitsscheibe
entfernten Beladestellung bewegbar ist, und mit der die obere Arbeitsscheibe
in der Arbeitsstellung mit einer vorgegebenen Anpresskraft gegen
die untere Arbeitsscheibe pressbar ist.
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Derartige
Vorrichtungen dienen beispielsweise zum Läppen, Schleifen oder Polieren
von Halbleiterscheiben oder ähnlichen
flachen Werkstücken. Dazu
besitzen die Arbeitsscheiben in ihrer Betriebsstellung insbesondere
planparallel ausgerichtete ringförmige
Arbeitsflächen,
zwischen denen ein Arbeitsspalt gebildet ist, in dem in geeigneten
Trägern die
doppelseitig zu bearbeitenden Werkstücke aufgenommen werden. Mindestens
eine der Arbeitsscheiben wird rotierend angetrieben und zur beidseitigen Bearbeitung
wird eine Anpresskraft der oberen Arbeitsscheibe gegen die untere
Arbeitsscheibe und damit gegen die in dem Arbeitsspalt befindlichen Werkstücke ausgeübt.
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Zum
Be- und Entladen der Werkstückträger, jedoch
auch zur Wartung von Maschinenteilen muss der Arbeitsspalt für einen
Bearbeiter zugänglich
gemacht werden.
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Dazu
kann die obere Arbeitsscheibe mittels einer Positionier- und Anpresseinrichtung
von der unteren Arbeitsscheibe entfernt werden. Bekannt sind dazu
Schwenkarmvorrichtungen, bei denen die obere Arbeitsscheibe zunächst mit
einem relativ geringen Freihub vertikal nach oben von der unteren
Arbeitsscheibe angehoben wird und anschließend mittels des Schwenkarms
um eine vertikale Achse nach außen
von der unteren Arbeitsscheibe weggeschwenkt wird. Zur Bewegung
der oberen Arbeitsscheibe sowie zum Anpressen der oberen Arbeitsscheibe
auf die untere Arbeitsscheibe in der Arbeitsstellung kann beispielsweise
ein pneumatisches bzw. pneumatisch-mechanisches Hub- und Belastungssystem
vorgesehen sein. Derartige Systeme besitzen jedoch eine verhältnismäßig geringe
Freifahrhöhe
und benötigen
aufgrund der Verschwenkung um eine vertikale Achse eine große Aufstellfläche für die Maschine.
Darüber
hinaus entsteht bei solchen Systemen eine ungleichmäßige Gewichtsverteilung
und es kommt im Zuge des Ausschwenkens zu einer verhältnismäßig großen Schwerpunktsverlagerung.
Dadurch muss die Vorrichtung entsprechend aufwendig am Aufstellort
verankert werden. Bei dem pneumatischen Belastungssystem üblicherweise
eingesetzte Pneumatikbälge
stellen darüber
hinaus nicht immer eine ausreichende Positioniergenauigkeit der
oberen Arbeitsscheibe beim Absenken auf die untere Arbeitsscheibe
und Kontrolle der Aufsetz- und Abhebekräfte zur Verfügung. Alternativ
sind Systeme in sogenannter Portalbauweise bekannt, bei denen die obere
Arbeitsscheibe nur in vertikaler Richtung nach oben von der unteren
Arbeitsscheibe abgehoben wird. Die obere Arbeitsscheibe besitzt
dabei einen verhältnismäßig großen Freihub,
um ohne Ausschwenken der oberen Arbeitsscheibe einen ausreichend
großen
Handling-Freiraum für
einen Bearbeiter zur Verfügung
zu stellen. Dadurch nimmt die Vorrichtung wiederum eine erhebliche
Höhe in
Anspruch. Außerdem
erfolgt die Bewegung der oberen Arbeitsscheibe üblicherweise wiederum mittels Pneumatikbälgen, mit
den oben erläuterten
Nachteilen.
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Ausgehend
von dem erläuterten
Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine
Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die bei
kompaktem und einfachem Aufbau einen großen Handling-Freiraum in der
Beladestellung zur Verfügung
stellt, wobei eine möglichst
geringe Schwerpunktsverlagerung der Vorrichtung zwischen Belade-
und Betriebsstellung der oberen Arbeitsscheibe erfolgen soll.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe durch den Gegenstand von Anspruch 1. Vorteilhafte
Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen, der
Beschreibung und den Figuren.
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Für eine Vorrichtung
der eingangs genannten Art löst
die Erfindung die Aufgabe dadurch, dass die Positionier- und Anpresseinrichtung
einen Schwingarm und einen Koppelarm aufweist, die jeweils mit einem
ersten Ende um jeweils eine erste horizontale Schwenkachse schwenkbar
an dem Träger der
oberen Arbeitsscheibe gelagert sind, und die jeweils mit einem zweiten
Ende jeweils um eine zweite horizontale Schwenkachse schwenkbar
an einem Tragrahmen der Vorrichtung gelagert sind, wobei die ersten
und zweiten Schwenkachsen parallel verlaufen, und dass die Positionier-
und Anpresseinrichtung eine Antriebseinrichtung aufweist, mit der
der Schwingarm um seine zweite Schwenkachse schwenkbar ist, wodurch
die obere Arbeitsscheibe zwischen der Beladestellung und der Betriebsstellung
bewegbar und in der Betriebsstellung gegen die untere Arbeitsscheibe
pressbar ist, wobei die obere Arbeitsscheibe im Zuge ihrer Bewegung
keine Verkippung erfährt.
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Die
obere und untere Arbeitsscheibe sind rotationssymmetrisch, z. B.
ringförmig,
um eine jeweils vertikale Rotationsachse ausgebildet. Entsprechend können sie
ringförmige
Arbeitsflächen
aufweisen. Der von diesen begrenzte Arbeitsspalt ist dann ebenfalls
ringförmig.
Es können
eine oder beide Scheiben um eine vertikale Achse drehend antreibbar
sein. Der Werkstückträger führt mindestens
ein Werkstück
in dem Arbeitsspalt, so dass dieses zwischen den Arbeitsflächen doppelseitig
bearbeitet, insbesondere materialabtragend bearbeitet, z. B. geläppt, geschliffen
oder poliert werden kann. Dabei kann beispielsweise eine planparallele
Bearbeitung von Halbleiterscheiben (Wafern) erfolgen. Die obere
und untere Arbeitsfläche
sind dazu in horizontalen Ebenen und planparallel zueinander ausgerichtet.
Der Werkstückträger kann
in an sich bekannter Weise z. B. eine Läuferscheibe mit mehreren Ausnehmungen
sein, in denen die zu bearbeitenden Werkstücke schwimmend gehalten werden.
Bei einer Drehung der Arbeitsscheiben zueinander werden auch die
Läuferscheiben
in dem Arbeitsspalt gedreht, wodurch die Werkstücke entlang einer zykloidischen
Bahn in dem Spalt geführt
werden.
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Erfindungsgemäß sind ein
insbesondere hebelförmiger
Schwingarm und ein ebenfalls insbesondere hebelförmiger Koppelarm vorgesehen,
wobei diese um insgesamt vier separate Schwenkachsen schwenkbar
gelagert sind. Sowohl der Schwingarm als auch der Koppelarm können dabei
bogenförmig verlaufen.
Mit einem ersten Ende sind sie jeweils an einem die oberen Arbeitsscheibe
haltenden Träger gelagert.
Mit ihrem zweiten Ende sind sie jeweils an einem Tragrahmen der
Vorrichtung gelagert. Ein durch die Antriebseinrichtung bewirktes
Verschwenken des Schwingarms um seine zweite Schwenkachse als Hauptdrehachse
führt zu
einem Verschwenken des Koppelarms um seine zweite Schwenkachse und zu
einem Verschwenken des Schwing- und des Koppelarms um ihre jeweils
ersten Schwenkachsen relativ zu dem Träger der oberen Arbeitsscheibe.
Der Schwingarm trägt
den Träger
und damit die obere Arbeitsscheibe und muss entsprechend ausreichend tragfähig ausgelegt
sein. Der Koppelarm sorgt dagegen für eine Führung derart, dass die obere
Arbeitsscheibe bei dem Verstellen zwischen der Belade- und Betriebsstellung
zu keiner Zeit in erheblicher Weise verkippt wird. Er kann entsprechend
weniger tragfähig
als der Schwingarm ausgebildet werden. Erfindungsgemäß bleibt
in jeder Bewegungsstellung die vertikale Achsausrichtung der oberen
Arbeitsscheibe erhalten. Dies wird erfindungsgemäß in besonders einfacher und
robuster Weise durch die Parallelführung mit Schwing- und Koppelarm
nach dem Prinzip einer Parallelogrammführung erreicht. Durch diese Parallelführung ergibt
sich außerdem
eine besonders kompakte Bauweise der Vorrichtung.
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Die
Arbeitsscheibe wird bei einem Verschwenken des Schwingarms (und
damit des Koppelarms) mittels des Stellantriebs aus der Arbeitsstellung
nach oben und zur Seite von der unteren Arbeitsscheibe in die Beladestellung
weggeschwenkt. Dabei erfolgt eine Kombination aus vertikal nach oben
gerichteter Bewegung und achsversetzender seitlicher Bewegung, wobei
in beide Richtungen eine verhältnismäßig weite
Bewegung bei kompakter Bauweise der Vorrichtung erreicht wird. Damit
ergibt sich ein optimaler Handling-Freiraum für die Beladung und Entladung
der Werkstückträger sowie
zur Wartung von Maschinenteilen. Außerdem wird während der
Bewegung der oberen Arbeitsscheibe eine weitgehend gleich bleibende
Gewichtsverteilung der Vorrichtung erreicht.
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Theoretisch
stehen die obere Arbeitsscheibe und die untere Arbeitsscheibe in
der Betriebsstellung vollständig
parallel zueinander. Aufgrund von Verspannungen bei der Fertigung
des Schwingarms und der Koppelstange können jedoch in der Praxis geringfügige Winkelabweichungen
zwischen den Arbeitsscheiben entstehen. Diese können durch geeignete Winkelausgleichskomponenten,
beispielsweise Bogenzahnkupplungen, Kardangelenke oder ähnliches,
kompensiert werden.
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Die
erste Schwenkachse des Schwingarms kann ortsfest zu der ersten Schwenkachse
des Koppelarms sein und die zweite Schwenkachse des Schwingarms
ortsfest zu der zweiten Schwenkachse des Koppelarms. Weiterhin kann
vorgesehen sein, dass in jeder Bewegungsstellung der oberen Arbeitsscheibe
zwischen der Beladestellung und der Betriebsstellung eine die erste
Schwenkachse des Schwingarms und die erste Schwenkachse des Koppelarms
enthaltende gedachte erste Ebene parallel ist zu einer die zweite
Schwenkachse des Schwingarms und die zweite Schwenkachse des Koppelarms enthaltenden
gedachten zweiten Ebene. Während die
ersten Schwenkachsen von Schwing- und Koppelarm und die zweiten
Schwenkachsen von Schwing- und Koppelarm jeweils zueinander ortsfest sind,
können
sich die ersten Schwenkachsen bei einer Bewegung der oberen Arbeitsscheibe
relativ zu den zweiten Schwenkachsen bewegen. Dabei kann eine sogenannte
Parallelogrammführung
gebildet sein, bei der in jeder Bewegungsstellung der oberen Arbeitsscheibe
die Schwenkachsen die Eckpunkte eines Parallelogramms bilden, deren
Winkel sich bei einer Bewegung des Schwing- und Koppelarms und somit
der oberen Arbeitsscheibe allerdings verändert. Die erste Schwenkachse
des Koppelarms kann in vertikaler Richtung oberhalb der ersten Schwenkachse
des Schwingarms und die zweite Schwenkachse des Schwingarms kann
in vertikaler Richtung oberhalb der zweiten Schwenkachse des Koppelarms
angeordnet sein.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Antriebseinrichtung
mindestens einen Stellantrieb und mindestens eine Hubeinrichtung
aufweist, die eine an dem zweiten Ende des Schwingarms angreifende
Aktuatorstange aufweist, wobei der Stellantrieb die Aktuatorstange
betätigt,
so dass der Schwingarm bei einer Betätigung der Aktuatorstange um
seine zweite Schwenkachse geschwenkt wird. Bei einem Aus- oder Einfahren
der Aktuatorstange wird von dieser also der Schwingarm verschwenkt.
Eine besonders präzise
Steuerung der Bewegung des Schwingarms wird ermöglicht, wenn die Antriebseinrichtung
einen elektromotorischen Stellantrieb aufweist. Als elektromotorischer
Stellantrieb kommt z. B. ein Synchron-Servomotor in Frage. Die Aktuatorstange
kann dann beispielsweise eine Gewindestange sein, die bei einer
Drehbewegung des Elektromotors in die eine oder andere Richtung in
ihrer Längsrichtung
vor- oder zurückbewegt
wird. Die Aktuatorstange könnte
aber beispielsweise auch eine Zahnstange sein, die mit einem von
dem Elektromotor rotatorisch angetriebenen Zahnrad kämmt und
so bei einer Drehbewegung des Elektromotors vor- oder zurückbewegt
wird. Alternativ ist aber beispielsweise auch ein hydraulischer
Stellantrieb oder ähnliches
denkbar. In diesem Fall kann die Aktuatorstange eine in einem Hydraulikzylinder
geführte
Kolbenstange sein. Die Aktuatorstange kann beispielsweise über ein
Kugelgelenk an dem Schwingarm angreifen, so dass sie auch bei einem
Verschwenken des Schwingarms jederzeit mit diesem in Kontakt bleibt.
Denkbar ist aber auch, dass die Aktuatorstange, über eine weitere horizontal
und zu den ersten und zweiten Schwenkachsen ebenfalls parallel verlaufende
Schwenkachse mit dem Schwingarm verbunden ist. Bei einem Aus- oder
Einfahren der Aktuatorstange wird diese also (auch) um diese weitere Schwenkachse
verschwenkt. Weiterhin kann die Hubeinrichtung mit ihrer Basis ebenfalls
beispielsweise über
ein Kugelgelenk oder über
eine weitere ebenfalls horizontal und parallel zu den übrigen Schwenkachsen
verlaufende Schwenkachse drehbar an dem Tragrahmen der Vorrichtung
gelagert sein.
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Die
Vorrichtung kann eine Wegmesseinrichtung aufweisen, die einen von
der oberen Arbeitsscheibe im Zuge ihrer Bewegung zwischen der Beladestellung
und der Arbeitsstellung zurückgelegten Weg
misst. Insbesondere wenn der Stellantrieb ein elektromotorischer
Antrieb ist, kann dann vorteilhaft die Wegmesseinrichtung eine Zähleinrichtung
umfassen, die die Drehungen des elektromotorischen Antriebs zählt und
daraus den von der oberen Arbeitsscheibe zurückgelegten Weg bestimmt. Da
die Drehungen des Elektromotors direkt mit dem zurückgelegten
Weg der oberen Arbeitsscheibe korrelieren, ist auf diese Weise eine
direkte und dabei außerordentlich
präzise
Wegbestimmung möglich.
Es ist auch denkbar, dass die Vorrichtung eine Kraftmesseinrichtung
aufweist, die die von der oberen Arbeitsscheibe ausgeübte Gewichtskraft
misst. Die Kraftmesseinrichtung kann beispielsweise zwischen dem Schwingarm
und dem Träger
der oberen Arbeitsscheibe angeordnet sein. In Frage kommen z. B.
Wägezellen,
insbesondere Plattformwägezellen.
Vor dem Absetzen der oberen Arbeitsscheibe auf den Werkstückträger und
die untere Arbeitsscheibe ist die Kraftmesseinrichtung mit dem vollständigen Gewicht der
oberen Arbeitsscheibe belastet. Nach dem Absetzen verringert sich
diese Kraft. Diese Kraftdifferenz repräsentiert die Anpresskraft der
oberen Arbeitsscheibe auf die untere Arbeitsscheibe bzw. den Werkstückträger mit
den Werkstücken.
Sie kann als Wert für
die Prozesskraft angesehen werden, die dann für einen Regelkreis als Istwert
gewählt
wird.
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Die
Vorrichtung kann eine Regeleinrichtung aufweisen, die die von der
Kraftmesseinrichtung gemessene Gewichtskraft und/oder den von der
Wegmesseinrichtung gemessenen Weg zumindest zeitweise, beispielsweise
zumindest in der Arbeitsstellung, fortlaufend mit einem Sollwert
vergleicht und bei einer Abweichung die Antriebseinrichtung so ansteuert,
dass die gemessene Gewichtskraft und/oder der gemessene Weg wieder
den Sollwert annimmt. Je nach Anwendungsfall kann eine kraftbasierte
oder wegbasierte Regelung oder sogar beides erwünscht sein. Stimmen die von
der Regeleinrichtung verglichenen Messwerte nicht mit dem jeweiligen
Sollwert überein,
weicht also die Anpresskraft für
die Werkstückbearbeitung
unerwünscht
von einer vorgegebenen Kraft oder der von der oberen Arbeitsscheibe
zurückgelegte
Weg unerwünscht
von einem vorgegebenen Weg ab, werden die Antriebseinrichtung und damit
der Schwing- und Koppelarm so angesteuert, dass die obere Arbeitsscheibe
entweder angehoben oder stärker
nach unten gepresst wird, bis die gemessene Kraft bzw. der gemessene
Weg dem Sollwert entspricht. Die Stellgröße ist bei der Regelung insbesondere
der Stellantrieb in Verbindung mit der Gesamt-Federsteifigkeit des
Systems Schwingarm-Stellantrieb. Diese Gesamt-Federsteifigkeit kann für eine hochauflösende Regelung
angepasst und optimiert sein. Es ist auch möglich, gezielt ein oder mehrere
Federelemente in den Kraftweg einzusetzen, um neben der mechanischen
Federsteifigkeit weitere Einflussmöglichkeiten auf die Federsteifigkeit zu
besitzen. Das mindestens eine Federelement kann beispielsweise so
mit der Aktuatorstange einer Hubeinrichtung zusammenwirken, dass
es bei einer Betätigung
der Aktuatorstange komprimiert bzw. expandiert wird. Je nach den
Anforderungen im Betrieb können
harte oder weiche oder einstellbare Federelemente zum Einsatz kommen.
Die Regelung kann fortlaufend während
der Bearbeitung erfolgen, so dass z. B. ein elektromotorischer Antrieb
während der
Bearbeitung im Wesentlichen ständig
in Regelbewegung sein kann. Die Lage- und Kraftregelung ist auf
diese Weise mit hoher Genauigkeit hinsichtlich Lage und Anpresskraft
der oberen Arbeitsscheibe insbesondere bei einem elektromechanischen
Belastungs- und Hubsystem möglich.
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Die
Vorrichtung kann weiterhin eine von der Positionier- und Anpresseinrichtung
getrennte Höhenverstelleinrichtung
aufweist, mit der die obere Arbeitsscheibe und/oder die untere Arbeitsscheibe
in vertikaler Richtung verfahren werden kann. Die obere und/oder
untere Arbeitsscheibe ist bei dieser Ausgestaltung also separat
von einer Bewegung des Schwingarms und des Koppelarms höhenverstellbar. Diese
Ausgestaltung ist vorteilhaft, wenn Werkstücke unterschiedlicher Dicke
in der Vorrichtung bearbeitet werden sollen. So ist durch die erfindungsgemäße Parallelogrammführung konstruktiv
ein bestimmter Abstand zwischen den Arbeitsscheiben vorgegeben, bei
dem die Scheiben genau koaxial zueinander ausgerichtet sind. Bei
anderen Werkstückdicken
und damit Scheibenabständen
sind die Scheiben dagegen nicht genau koaxial zueinander. Sollen
daher Werkstücke
bearbeitet werden, deren Dicke von dem für Koaxialität vorgegebenen Abstand abweichen,
kann durch eine Höhenverstellung
zumindest einer der Arbeitsscheiben, insbesondere der unteren Arbeitsscheibe,
wieder die koaxiale Ausrichtung der Scheiben zueinander hergestellt
werden.
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Mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird die Anzahl mechanischer Bewegungsachsen verringert. Darüber hinaus
wird die Anzahl erforderlicher Bauteile verringert. So sind kein
separates-Dämpfungssystem,
kein Spaltbildungssystem, kein separates Wegmesssystem für die obere
Arbeitsscheibe, kein weitergehendes Schwenksystem, kein Klemmsystem
für den
Schwenkarm, keine Sicherheitsraste und keine Anbau-Tropfwanne für die obere
Arbeitsscheibe erforderlich. Darüber
hinaus wird bei kompakter Bauform und geringer Maschinen-Aufstellfläche eine
große
Freifahrhöhe
bei geringer Maschinenmasse, gleichmäßiger Gewichtsverteilung, geringer Schwerpunktverlagerung
beim Bewegen der oberen Arbeitsscheibe und einer besseren Bedienerzugänglichkeit
beispielsweise im Vergleich zur Portalbauweise erreicht, da eine
auch achsversetzende Freifahrbewegung durchgeführt wird. Auch ist eine bessere, weil
definierte und einfach und präzise
variierbare Kontrolle und Reduzierung der Aufsetzkräfte und
Abhebevorgänge
(zur Spaltbildung), der Abreißkräfte sowie
eine variable Spaltbildung und eine hohe Positioniergenauigkeit
der oberen Arbeitsscheibe beim Absenken auf die untere Arbeitsscheibe
möglich.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen
schematisch:
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1 eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
in einer perspektivischen Ansicht,
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2 einen
Teil der in 1 gezeigten Vorrichtung in einer
Seitenansicht in einer ersten Betriebsstellung, und
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3 die
in 2 gezeigte Vorrichtung in einer zweiten Betriebsstellung.
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Soweit
nichts anderes angegeben ist, bezeichnen in den Figuren gleiche
Bezugszeichen gleiche Gegenstände.
In 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zur
Doppelseitenbearbeitung flacher Werkstücke gezeigt. Die Vorrichtung 10 besitzt einen über mehrere
Füße 12 auf
einem Untergrund gelagerten Tragrahmen 14 und ein Maschinengestell 15.
Die Vorrichtung 10 besitzt darüber hinaus eine ringförmige untere
Arbeitsscheibe 16, die mit ihrer Oberseite eine ringförmige untere
Arbeitsfläche
bildet. Eine untere Auffangwanne 18 stellt sicher, dass im
Betrieb keine Bearbeitungsflüssigkeit
in unerwünschter
Weise in die Vorrichtung eindringen kann. An ihrem inneren und äußeren Rand
besitzt sie jeweils eine Stiftverzahnung 20. Die Stiftverzahnungen 20 können in
vertikaler Richtung verfahrbar sein, beispielsweise um einen Abrieb
der Zähne
im Betrieb zu kompensieren. Die innere und äußere Verzahnung 20 greifen
in in 1 aus Gründen
der Übersichtlichkeit
nicht näher
dargestellte Läuferscheiben
mit einer geeigneten Außenverzahnung
ein. Die Läuferscheiben
besitzen mehrere Ausnehmungen zur Aufnahme von zu bearbeitenden
flachen Werkstücken,
in dem gezeigten Beispiel Halbleiterscheiben. Über einen ebenfalls am Tragrahmen 14 abgestützten Drehantrieb 22 kann
die untere Arbeitsscheibe 16 um eine durch das Scheibenzentrum
verlaufenden vertikale Achse drehend angetrieben werden. Es ist
auch möglich,
dass von diesem Antrieb auch die innere oder äußere Stiftverzahnung angetrieben
wird und dadurch die mit der Stiftverzahnung in Eingriff befindlichen
Läuferscheiben
gedreht werden, so dass die in ihnen gehaltenen Werkstücke entlang
zykloidischer Bahnen bewegt werden. Es ist aber insbesondere auch
möglich,
dass die Stiftverzahnungen und damit die Läuferscheiben unabhängig von
den Arbeitsscheiben angetrieben werden können. Dies ist an sich bekannt
und soll daher nicht weiter erläutert
werden.
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Die
Vorrichtung 10 besitzt darüber hinaus eine ebenfalls ringförmige obere
Arbeitsscheibe 24, die an ihrer Unterseite 26 eine
zu der ringförmigen Arbeitsfläche der
unteren Arbeitsscheibe 16 korrespondierende ringförmige obere
Arbeitsfläche
aufweist. Die obere Arbeitsscheibe 24 wird von einer Trägerscheibe 28 gehalten.
Die Trägerscheibe 28 ist wiederum über eine
Kraftmesseinrichtung in Form einer Wägezelle 30, insbesondere
einer Plattformwägezelle 30,
mit einem oberen Träger 32verbunden. Der
obere Träger 32 weist
einen Drehantrieb 34 auf, mit dem die obere Arbeitsscheibe 24 ebenfalls
um eine durch ihr Zentrum verlaufende vertikale Achse drehend angetrieben
werden kann. Derartige Antriebe sind an sich bekannt und sollen
daher an dieser Stelle ebenfalls nicht näher erläutert werden.
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Die
Vorrichtung 10 weist darüber hinaus eine allgemein bei
dem Bezugszeichen 36 gekennzeichnete Positionier- und Anpresseinrichtung
auf. Diese besitzt einen hebelförmig
gebogenen Schwingarm 38 sowie einen ebenfalls hebelförmig gebogenen
Koppelarm 40 bzw. Koppelstange 40. Der Schwingarm 38 ist
an einem ersten Ende über
eine geeignete Lagerstelle um eine erste horizontale Schwenkachse 42 schwenkbar
an dem Träger 32 der
oberen Arbeitsscheibe 24 gelagert. Der Koppelarm 40 ist
mit einem ersten Ende an einer geeigneten Lagerstelle ebenfalls
um eine erste horizontale Schwenkachse 44 schwenkbar an
dem Träger 32 der
oberen Arbeitsscheibe 24 gelagert. Mit seinem zweiten Ende
ist der Koppelarm 40 an einer geeigneten Lagerstelle um eine
zweite horizontale Schwenkachse 46 schwenkbar an dem Tragrahmen 14 der
Vorrichtung 10 gelagert. Der Schwingarm 38 ist
entsprechend mit seinem zweiten Ende an einer geeigneten Lagerstelle ebenfalls
um eine zweite horizontale Schwenkachse 48 schwenkbar an
dem Tragrahmen 14 gelagert. Die horizontalen Schwenkachsen 42, 44, 46 und 48 verlaufen
parallel zueinander. Darüber
hinaus sind in diesem Fall beispielhaft sowohl die ersten Schwenkachsen 42, 44 als
auch die zweiten Schwenkachsen 46, 48 in vertikaler
Richtung jeweils übereinander
angeordnet.
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Der
Schwingarm 38 besitzt darüber hinaus im Bereich seines
zweiten Endes eine weitere Lagerstelle für eine schwenkbare Lagerung
um eine in horizontaler Richtung und ebenfalls parallel zu den Schwenkachsen 42, 44, 46 und 48 verlaufende Schwenkachse 50.
An dieser Lagerstelle ist eine Aktuatorstange 52 einer
allgemein bei dem Bezugszeichen 54 gezeigten Antriebseinrichtung
schwenkbar gelagert. Die Antriebseinrichtung 54 besitzt
ein die Aktuatorstange 52 führendes Gehäuse 56, das mit seinem
der Aktuatorstange 52 abgewandten Ende um eine in horizontaler
Richtung und wiederum parallel zu den übrigen Schwenkachsen 42, 44, 46, 48 und 50 verlaufenden
Schwenkachse 58 schwenkbar an dem Tragrahmen 14 der
Vorrichtung 10 gelagert ist. Es ist aber auch denkbar,
dass Aktuatorstange 52 und Gehäuse 56 über Kugelgelenke
an dem Schwingarm 28 bzw. dem Tragrahmen 14 gelagert sind.
Natürlich
kann die Aktuatorstange 52 auch an einer anderen geeigneten
Stelle des Schwingarms 38 angreifen. Die Aktuatorstange 52 und
das Gehäuse 56 bilden
eine Hubeinrichtung. Die Antriebseinrichtung 54 besitzt
außerdem
einen in den Figuren aus Gründen
der Übersichtlichkeit
nicht näher
dargestellten elektromotorischen Antrieb, vorliegend einen Synchron-Servomotor.
Mit diesem kann die Aktuatorstange 52 gegenüber dem
Gehäuse 56 verfahren werden.
Dazu kann die Aktuatorstange 52 beispielsweise als Gewindestange
ausgebildet sein, die bei einer Drehbewegung des Elektromotors eine
Längsbewegung
ausführt.
Es ist auch denkbar, beispielsweise einen Kugelgewindetrieb vorzusehen,
der die rotatorische Bewegung in eine translatorische Bewegung umwandelt
und somit aus dem Drehmoment eine Hebelkraft auf den Schwingarm 38 erzeugt.
Mit dieser Hebelkraft kann die obere Arbeitsscheibe 24 auf-
und abbewegt und insbesondere auch die Anpresskraft auf die untere
Arbeitsscheibe 16 durch eine entsprechende numerische Ansteuerung
des elektromotorischen Antriebs präzise positioniert werden. Denkbar
sind aber auch andere Ausgestaltungen, beispielsweise, dass die
Aktuatorstange 52 als Zahnstange ausgebildet ist, und der
Elektromotor ein mit der Zahnstange 52 kämmendes
Zahnrad antreibt. Die Hubeinheit stellt dabei eine längenvariable
Verbindung zwischen dem Schwingarm 38 und dem Tragrahmen 14 dar.
Der elektromotorische Antrieb erzeugt eine rotatorische Bewegung
(Drehzahl und Drehmoment). Durch ein geeignetes Getriebe wird diese
Drehbewegung untersetzt, d. h. die Drehzahl wird verringert und
das Drehmoment steigt.
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In
den 1 und 2 ist die obere Arbeitsscheibe 24 in
einer Beladestellung gezeigt, in der sie sowohl in vertikaler Richtung
nach oben als auch achsversetzt von der unteren Arbeitsscheibe 16 entfernt
ist. In diesem Zustand ist der Arbeitsspalt für eine schematisch bei dem
Bezugszeichen 60 gezeigte Bedienperson zugänglich,
um beispielsweise Werkstückträger zu be-
und entladen oder eine Wartung durchzuführen. In den 2 und 3 ist
im Übrigen
das in 1 gezeigte Maschinengestell 15 aus Gründen der Übersichtlichkeit
nicht gezeigt. In der in den 1 und 2 gezeigten
Beladestellung der oberen Arbeitsscheibe 24 ist die Aktuatorstange 52 im
Wesentlichen vollständig
in das Gehäuse 56 eingefahren.
Soll die obere Arbeitsscheibe 24 nun in die in 3 gezeigte
Arbeitsstellung bewegt werden, wird die Aktuatorstange 52 durch
den elektromotorischen Antrieb aus dem Gehäuse 56 ausgefahren
und dadurch der Schwingarm 38 um die Hauptdrehachse 48 im
Uhrzeigersinn verschwenkt. Dadurch kommt es auch zu einer entsprechenden
Schwenkbewegung des Koppelarms 40, wie dies aus einem Vergleich
der 2 und 3 ersichtlich ist. Es findet
dabei jeweils eine Drehbewegung um die Schwenkachsen 42, 44, 46, 48 und 50 statt.
Gegebenenfalls kann auch das Gehäuse 56 um
die Schwenkachse 58 verschwenken. Die obere Arbeitsscheibe 24 wird
aufgrund der Schwenkbewegung der Schwing- und Koppelarme 38, 40 in
vertikaler Richtung nach unten und in eine koaxial zu der unteren
Arbeitsscheibe 16 ausgerichtete Position auf diese zugestellt,
bis sie die in 3 gezeigte Arbeitsstellung erreicht.
In diesem Zustand drückt
die obere Arbeitsscheibe 24 mit ihrer Arbeitsfläche auf
die untere Arbeitsscheibe 16 und insbesondere auf zwischen
den Arbeitsscheiben 24, 16 in entsprechenden Werkstückträgern angeordnete
Werkstücke.
Wie aus einem Vergleich der 2
und 3 erkennbar
ist, bilden die Schwenkachsen 42, 44, 46 und 48 dabei
in jeder Bewegungsstellung der oberen Arbeitsscheibe 24 die
Eckpunkte eines (sich verändernden)
Parallelogramms. Die obere Arbeitsscheibe 24 erfährt im Zuge
ihrer Bewegung zwischen der Beladestellung und der Arbeitsstellung
keine Verkippung, d. h. ihre zentrale Rotationsachse bleibt jederzeit
vertikal ausgerichtet.
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Die
Vorrichtung besitzt außerdem
eine in den Figuren nicht näher
dargestellte Regeleinrichtung. Während
eines Bearbeitungsprozesses befinden sich zwischen den beiden Arbeitsscheiben 24, 16 die Läuferscheiben
und die zu bearbeitenden Werkstücke.
Um einen gewünschten
Oberflächenabtrag
zu ermöglichen,
müssen
die Parameter Drehgeschwindigkeit der Arbeitsscheiben, Drehgeschwindigkeit des
Außen-
und Innenstiftkranzes 20, Emulsion (Läpp-, Schleif- oder Poliermittel)
und Anpresskraft in geeigneter Weise zueinander gewählt werden.
Dazu wertet die Regeleinrichtung während der Bearbeitung fortlaufend
von der Wägezelle 30 ermittelte Messwerte
aus. Die Wägezelle 30 ermittelt
die von der oberen Arbeitsscheibe 24 einschließlich der
Trägerscheibe 28 ausgeübte Gewichtskraft.
Bevor die obere Arbeitsscheibe 24 auf die untere Arbeitsscheibe 16 trifft,
ist die Wägezelle 30 durch
das gesamte Gewicht der oberen Arbeitsscheibe 24 belastet.
Sobald allerdings die obere Arbeitsscheibe 24 auf deren unteren
Arbeitsscheibe 16 bzw. den Werkstücken in den Werkstückträgern aufsetzt,
verringert sich diese Kraft. Die entsprechende Kraftdifferenz repräsentiert die
Anpresskraft, die von der Regeleinrichtung als Istwert aufgenommen
und mit einem vordefinierten Sollwert verglichen wird. Sofern eine
Abweichung zwischen dem Soll- und dem Istwert besteht, steuert die
Regeleinrichtung den elektromotorischen Antrieb und damit die Hubeinrichtung
mit ihrer Aktuatorstange 52 so an, dass der Istwert für die Kraft
wieder den Sollwert annimmt.
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Um
gegebenenfalls durch die Herstellung und Anordnung des Schwingarms 38 und
des Koppelarms 40 auftretende Abweichungen von der Planparallelität der Arbeitsflächen der
oberen und unteren Arbeitsscheibe 24, 16 zu kompensieren,
kann beispielsweise an dem oberen Träger 28 eine Bogenzahnkupplung
oder ein Kardangelenk (nicht gezeigt) vorgesehen sein.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
erlaubt bei einfacher und kompakter Konstruktion einen optimalen
Handling-Freiraum für
eine Bedienperson 60 und gleichzeitig eine präzise Regelung
der Lage und Anpresskraft der Arbeitsscheiben. Gleichzeitig wird durch
das Prinzip des Parallelogrammgetriebes nur eine geringe Schwerpunktsverlagerung
bewirkt.
