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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Vibrationspoliergerät zur Erzeugung einer oszillierenden Schwingung für eine umlaufende Förderbewegung von zu polierenden Proben, einen Polierteller, der mit dem Vibrationsantrieb fest verbunden ist und von diesem antreibbar ist, und eine Polierwanne, die zur Aufnahme eines Poliermediums sowie der zu polierenden Proben ausgebildet ist und mit dem Polierteller zur Mitnahme gekoppelt ist.
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Hintergrund und allgemeine Beschreibung der Erfindung
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Ein solches Vibrationspoliergerät ist durch die
US 3,137,977 bekannt geworden und umfasst einen umlaufenden Motor, der exzentrische Gewichte antreibt und dessen Gehäuse dadurch in Schwingungen gerät. Das Gehäuse ist mit einer Antriebsplatte verbunden, die über gummielastische Elemente mit einem wannenartigen Bauteil dauerhaft verbunden ist, der über ein Basisgehäuse sich an einer Tischplatte oder dergleichen abstützt. Eine Vibrationsplatte ist an sich nicht demontierbar in dem Gerät integriert und kann über einen Griff zum Reibschluss mit der Antriebsplatte gebracht werden, um in deren Schwingungen mitgenommen zu werden. Die Vibrationsplatte ist mit einem Poliermittel oder Poliertuch versehen und weist einen ringförmigen Rand auf, so dass sie als eine Polierwanne angesehen werden kann. Die zu polierenden Proben werden mittels Probenhalter in die Polierwanne eingesetzt und unterliegen infolge der Vibrationen durch den Unwuchtantrieb im Betrieb einer Orbitalbewegung und gleichzeitig einer Drehbewegung. Ein solcher Unwuchtantrieb gibt jedoch starke schädliche Vibrationen an die abstützende Umgebung des Vibrationspoliergerätes ab. Ferner ist der Austausch des Poliertellers, der eine Polierwanne bildet, nur umständlich und zeitraubend durch Demontage des Gerätes möglich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Vibrationspoliergerät zu schaffen, bei dem wenig oder keine schädlichen Vibrationen an die abstützende Umgebung des Gerätes abgegeben werden.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, eine Polierwanne, die zur Aufnahme eines Poliermediums sowie der zu polierenden Proben ausgebildet ist, so zu gestalten, dass die Polierwanne einfach von dem Vibrationspoliergerät abgenommen und einfach gegen eine andere Polierwanne, gegebenenfalls mit anderem Poliermedium, ausgetauscht werden kann.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
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Im Einzelnen gibt es einen Vibrationsantrieb zur Erzeugung einer oszillierenden Schwingung für eine Umlaufbewegung von zu polierenden Proben, wobei der Vibrationsantrieb als eine Einheit einen zusätzlichen Polierteller, mit dem er fest verbunden ist, antreibt. Auf den Polierteller wird eine Polierwanne zur Mitnahme gekoppelt aufgesetzt. Die Polierwanne ist zur Aufnahme eines Poliermediums sowie der zu polierenden Proben ausgebildet. Wie üblich können die zu polierenden Proben in Probenhaltern eingesetzt sein.
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Die Besonderheit liegt in dem Einsatz eines Vibrationsantriebes mit einem feststehendem Basisteil und zwei gegeneinander angetriebenen Geräteteilen, die ein Gegenschwingteil und eine Vibrationsplatte bilden. Die Vibrationsplatte ist mit einem Polierteller fest verbunden, und eine Polierwanne zur Aufnahme eines Poliermediums sowie der zu polierenden Proben ist abnehmbar an den Polierteller gekoppelt. Die Vibrationsplatte und die mit dieser verbundenen bzw. gekoppelten Geräteteile bilden nach einer Drehrichtung angetriebene Trägheitsmasse, und das Gegenschwingteil mit diesem verbundene Geräteteile bilden eine weitere, in der anderen Drehrichtung angetriebene Tätigkeitsmasse, so dass der Gesamt-Masseschwerpunkt im Betrieb des Gerätes im Prinzip an konstanter Stelle bleibt und es zu keiner Schwingungsanregung an den feststehenden Basisteil kommt. Dadurch wird ein außerordentlich ruhiger Lauf des neuen Vibrationspoliergerätes erzielt, während beim Stand der Technik starke Vibrationsschwingungen an die Umgebung abgeben werden.
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Der Antrieb der Vibrationsplatte und des Gegenschwingteils erfolgt gegen die Kraft von Blattfedern. Mit der Trägheitsmasse der Vibrationsplatte und der mit dieser verbundenen bzw. gekoppelten Geräteteile wird ein erstes Schwingungssystem, und mit der Trägheitsmasse des Gegenschwingteils nebst verbundener Geräteteile wird ein zweites, gegenwirkendes Schwingsystem gebildet. Jedes dieser Schwingsysteme kann eigene Resonanzfrequenzen zeigen. Bei auftretenden Resonanzfrequenzen wird der ruhige Lauf des Vibrationspoliergerätes gestört. Diese Störung kann durch einen Beschleunigungssensor festgestellt werden, dessen Signale an einem Steuerteil des Vibrationspoliergerätes rückgeführt und dort verarbeitet werden, um aus dem gestörten Betrieb herauszukommen.
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Die oszillierende Schwingung führt vorzugsweise zu einer schubweisen, schräg aufwärts gerichteten Tangentialbewegung der zu polierenden Proben bezüglich des Probenumlaufs innerhalb der Polierwanne und damit insbesondere zur hüpfenden Umlaufförderung der zu polierenden Proben innerhalb der Polierwanne relativ zu dem Poliermedium, was zum Rutschen der Proben auf dem Poliermedium und zum Polieren der Proben an ihrer Unterseite führt.
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Als Poliermedium wird ein Poliertuch und Poliermittel in einer Suspension bevorzugt. Es sind auch andere Poliermedien brauchbar, beispielsweise feines Schleifmittel oder feines Schleif- und/oder Polierpapier.
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Zur Kopplung der Polierwanne an den Polierteller wird eine magnetische Anhaftung der Polierwanne an dem Polierteller bevorzugt, was eine leicht lösbare vertikale oder axiale magnetische Befestigung der Polierwanne an dem Polierteller erzielt.
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Eine Magnetplatte oder Magnetfolie kann auf der Oberseite des Poliertellers oder auf der Unterseite der Polierwanne aufgeklebt sein. Eine Stahlblechscheibe oder Magnetfolienscheibe kann auf der Unterseite der Polierwanne oder auf der Oberseite des Poliertellers aufgeklebt sein. Dies stellt eine einfache, aber wirksame lösbare Befestigungsart dar.
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Zusätzlich zu der magnetischen Kopplung können noch lateral formschlüssig wirkende Formschlusseingriffsteile vorgesehen sein, die Zentrier- und Indexmittel bilden und vorzugsweise eine Zentriernabe und Indexstifte umfassen, um eine Zentrierung und Indexierung der Polierwanne zu bewirken.
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Es wird bevorzugt, die Polierwanne aus einem Kunststoffmaterial mit einem Trägermaterial für ein separat handhabbares Poliermittel auf der Bodeninnenseite zu gestalten. Das Trägermaterial kann ein Poliertuch sein. Die Polierwanne hat eine umlaufende Seitenwand mit einer Nut, die sich über der Bodenwand der Polierwanne in Höhe gemäß der Dicke des Trägermaterials erstreckt und einen gummielastischen Ring aufnimmt, der das Trägermaterial am Boden der Polierwanne festdrückt und damit verhindert, dass Poliermittel-Suspension unter das Trägermaterial gerät.
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Vorteilhaft ist die Polierwanne als Behälter für das Poliertuch und Poliermittel-Suspension ausgebildet und ist mit einem Deckel dicht verschließbar sowie mit einem Tragegriff ausgestattet, um als Behälter oder geschlossenes Gefäß auf dem Polierteller abgesetzt beziehungsweise von dem Polierteller abgehoben werden zu können. Für ein Vibrationspoliergerät können somit eine Vielzahl von Polierwannen oder Behältern zur Verfügung stehen, die leicht am Poliergerät gewechselt werden können und deren Spezifikation durch Aufschriften leicht erkennbar gemacht sind. Die Polierwannen oder Behälter sind zweckmäßigerweise stapelbar gestaltet. Bei den durchzuführenden Polierarbeiten können unterschiedliche Polierwannen oder Behälter mit unterschiedlichen Graden der Körnung des Poliermittels nacheinander angewendet werden, ohne dass dies zu Komplikationen in der Bearbeitung der zu polierenden Proben führt. Die Proben können nämlich zwischen den einzelnen Bearbeitungsschritten gesäubert werden, um Verschleppen von unterschiedlicher Körnung des Poliermediums zwischen einzelnen Behältern zu vermeiden. Abgesehen davon sind auch die Behälter leicht reinigbar.
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Hinsichtlich der Konstruktion des Vibrationsantriebes ist die Vibrationsplatte an dem Polierteller durch Verschraubung befestigt. Das Basisteil und das Gegenschwingteil sind ringförmig oder scheibenförmig ausgebildet und über erste Blattfedern verbunden. Diese Blattfedern erstrecken sich gemäß radiale Schraubwendelflächen um die zentrale Geräteachse und führen die Drehschwingungsbewegungen des Gegenschwingteils relativ zum Basisteil.
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Die Vibrationsplatte des Vibrationsantriebes ist mit dem Basisteil über zweite Blattfedern verbunden, welche sich wie die ersten Blattfedern gemäß radiale Schraubwendelflächen um die zentrale Achse des Gerätes erstrecken. Ein elektromotorischer Antrieb ist zwischen Gegenschwingteil und Vibrationsplatte angeordnet und umfasst vorzugsweise eine Magnetspule oder einen Elektromagneten am Gegenschwingteil sowie einen Magnetanker an der Vibrationsplatte, um im Betrieb gegenläufige, oszillierende Drehschwingungsbewegungen zwischen diesem Gegenschwingungsteil und der Vibrationsplatte zu erzeugen, indem der Elektromagnet ein und ausgeschaltet wird, wobei der Magnetanker die Blattfedern spannt beziehungsweise entspannen lässt. Dabei hebt sich die Vibrationsplatte ein wenig von dem Gegenschwingteil ab, wenn die Blattfedern durch den Antrieb gespannt werden, und wenn der Antrieb kurzzeitig ausgeschaltet wird, bewegt sich die Vibrationsplatte wieder auf das Gegenschwingteil zurück. Durch ein periodisches Ein- und Ausschalten des Antriebes kann somit eine Drehschwingungsbewegung der Vibrationsplatte zum Gegenschwingteil erzeugt werden.
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Der Vibrationsantrieb mit Basisteil, Gegenschwingteil und Vibrationsplatte, die paarweise über die ersten und die zweiten Blattfedern miteinander verbunden sind, ermöglichen einen Schwingkräfteausgleich, bei dem wenig Vibrationsenergie in die Umgebung abgestrahlt wird, verglichen mit einem Unwuchtantrieb, wie diese bei bisherigen Vibrationspoliergeräten der Fall ist.
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Da die Trägheitsmassen bei dem neuen Vibrationspoliergerät einander entgegengesetzt schwingen, bleibt der Masseschwerpunkt in etwa in Ruhe, so dass die Abstützkräfte auf den Standort des Vibrationspoliergeräts in etwa konstant bleiben und kaum Vibrationen auf die Umgebung abgegeben werden. Somit wird mit dem erfindungsgemäßen Vibrationspoliergerät ein außerordentlich ruhiger Lauf erzielt.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigen:
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1 einen schematischen Längsschnitt durch ein Vibrationspoliergerät,
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2 einen schematischen Querschnitt durch das Vibrationsgerät,
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3 eine vergrößerte Einzelheit aus 2,
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4 einen Vibrationsantrieb in Seitenansicht, teilweise geschnitten,
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5 eine perspektivische Ansicht von oben auf eine Polierwanne,
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6 eine perspektivische Ansicht von unten auf eine Polierwanne,
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7 eine perspektivische Ansicht von oben auf einen Polierwannedeckel,
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8 eine perspektivische Ansicht eines Vibrationsantriebs mit aufgesetzter Polierwanne von unten,
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9 eine Schnittansicht eines Probehalters, und
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10 eine perspektivische Gesamtansicht eines Vibrationspoliergeräts.
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Die Hauptteile des Vibrationspoliergerätes sind ein Vibrationsantrieb 1, ein Polierteller 2 und eine Polierwanne 3. Außerdem umfasst das Gerät noch einen Steuerteil 4 und ein Schutzgehäuse 5.
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Der elektromotorische Vibrationsantrieb
1 (
4) umfasst ein ringförmiges oder scheibenförmiges Basisteil
11, ein ringförmiges oder scheibenförmiges Gegenschwingteil
12, eine Vibrationsplatte
13 sowie einen elektromotorischen Antrieb mit einem ersten Antriebsteil
14 und einem zweiten Antriebsteil
15. Das Basisteil
11 ist mit dem Gegenschwingteil
12 über erste Blattfedern
16 verbunden. Ferner ist das Basisteil
11 über zweite Blattfedern
17 mit der Vibrationsplatte
13 verbunden. Die Blattfedern
16 und
17 bilden jeweils drei Federpakete, die um den Umfang des Gerätes verteilt angeordnet sind. Dem Vibrationsantrieb
1 kann eine Mittel- oder Symmetrieachse
10 zugeordnet werden, zu der die Blattfedern
16 und
17 wie Gangstücke einer mehrgängigen, sehr steil verlaufenden Schraube Schraubwendelflächen bilden, die sich radial zur Mittelachse
10 erstrecken und einen Neigungswinkel zur Mittelachse
10 von 18° einnehmen. Die Struktur des Vibrationsantriebes
1 ist ausführlich in
DE 10 2004 034 481 B4 oder
US 7 143 891 B2 beschrieben, auf die diesbezüglich hiermit Bezug genommen wird und die hiermit durch Referenz zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gemacht werden.
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Wie 1 und 2 zeigen, ist der Polierteller 2 mit dem Vibrationsantrieb 1 fest verbunden, und zwar an die Vibrationsplatte 13 bei 24 angeschraubt und bei 25 indexiert. Auf seiner Oberseite weist der Polierteller 2 als eine erste ferromagnetische Schicht eine Magnetplatte oder eine Magnetfolie 21 (3) auf, die an die Oberseite des Poliertellers 2 befestigt, in diesem Beispiel angeklebt ist. Kopfbolzen 23, die in Eingriffsöffnungen 33 der Polierwanne 3 eingreifen, können als Formschluss-Eingriffsteile einer Schnellkupplung angesehen werden.
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Die Polierwanne 3, vorzugsweise aus Kunststoff, ist mit dem Polierteller 2 zur Mitnahme gekoppelt und weist zu diesem Zweck an ihrer Unterseite eine Magnetfolienscheibe oder Stahlblechscheibe 31 als eine zweite ferromagnetische Schicht auf und kann an der Unterseite der Polierwanne 3 angeklebt sein. Wenn die Polierwanne 3 auf den Polierteller 2 gesetzt worden ist, wirken die ferromagnetischen Schichten zur Kopplung der Polierwanne 3 mit dem Polierteller 2 zusammen, wodurch die Polierwanne 3 in die oszillierende Schwingung des Poliertellers 2 mitgenommen wird.
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Der Polierteller 2 ist mittels einer zentralen Schraube 24 und einer Zentrierscheibe 22 auf der Oberseite der Vibrationsplatte 13 befestigt und wird durch exzentrisch angeordnete Indexstifte 25 indexiert.
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Die Zentrierscheibe 22 greift in eine zentrale Aussparung 32 in der Bodenwand der Polierwanne 3 ein, um die Polierwanne 3 zu zentrieren. Desgleichen greifen die Kopfbolzen 23 in entsprechende Bodenaussparungen 33 der Polierwanne 3 ein, um einen Formschluss gegen relative Drehung zwischen dem Vibrationsantrieb 1 bzw. dem Polierteller 2 und der Polierwanne 3 zu ergeben.
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Die Polierwanne 3 ist in 5 und 6 perspektivisch dargestellt und zeigt die Stahlblechscheibe 31 an der Unterseite der Bodenwand. Die Polierwanne 3 weist eine Seitenwand 34 mit daran angebrachten Tragegriff 35 auf. Wie aus 3 und 5 ersichtlich, weist die Seitenwand 34 eine umlaufende Keilnut 36 auf, unter der sich ein Aufnahmeraum für ein Poliertuch 6 (3) befindet. Der Rand des Poliertuches 6 wird durch einen gummielastischen Ring 37 festgeklemmt, der in die Keilnut 36 eingreift und den Rand des Poliertuches 6 niederhält.
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Fingeröffnungen 38 an der Seitenwand 34 erleichtern die Entnahme des elastischen Ringes 37 aus der Nut 36 und damit den Wechsel des Poliertuches 6, das an seiner Unterseite mit magnetisierten, ferromagnetischen Mitteln versehen ist, um gut anzuliegen und zu haften. Es wird bevorzugt, die Polierwanne aus einem Kunststoffmaterial zu fertigen. Das Poliertuch 6 ist ein Trägermaterial, auf das eine Poliermittel-Suspension aufgegeben wird.
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Die Polierwanne 3 kann mit einem verriegelbaren Deckel 7 (6, 7) verschlossen werden, so dass ein verschließbarer Behälter für das Poliertuch und die Poliermittel-Suspension entsteht. Der Deckel 7 weist Vorsprünge 72 und 73 auf, die in die Bodenaussparungen 32 und 33 der Polierwanne passen, so dass verschlossene Polierwannen 3 (6, 7) übereinander stapelbar sind. Es ist vorgesehen, zu einem Vibrationspoliergerät eine gewisse Anzahl von solchen Polierwannen (6, 7) bereitzustellen, die Poliermittel-Suspensionen mit unterschiedlicher Körnung fassen können. Auf diese Weise wird ermöglicht, das Vibrationspoliergerät zunächst als Feinschliffgerät für zu polierende Proben und anschließend als Endpoliergerät zu nutzen.
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Wie am besten aus 3 ersichtlich, befindet sich zwischen dem Polierteller 2 und der Polierwanne 3 ein Randspalt 29, in den ein Werkzeug eingreifen kann, um die Polierwanne 3 sanft von dem Polierteller 2 abzuheben. Das sanfte Abheben kann mechanisiert werden, indem z.B. ein Griff mit Nocken am vorderen Ende in den Spalt 29 eingreift (nicht gezeigt), wobei durch Drehen des Werkzeugs der Nocken den Spalt 29 erweitert und damit die Polierwanne 3 gegen die magnetische Anhaftkraft vom Polierteller 2 sanft abhebt. Es genügt auch, die Polierwanne an den Griffen 35 sanft anzuheben.
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Wie gemäß 1 ersichtlich, bilden der Vibrationsantrieb 1, der Polierteller 2 und die Polierwanne 3 eine erste Einheit, die in dem Schutzgehäuse 5 neben dem Steuerteil 4 als zweite Einheit angeordnet ist. Das Schutzgehäuse 5 weist insgesamt eine keilförmige Gestalt mit abgestumpfter Keilspitze 51 auf, innerhalb welcher der Steuerteil 4 untergebracht ist. Die Oberseite des Schutzgehäuses 5 im Bereich der abgestumpften Keilspitze 51 ist als Bedienungspanel gestaltet und kann einen Touchscreen 52 aufweisen. Ein Gehäusedeckel 53 dient zur Abdeckung des Vibrationspoliergerätes.
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8 zeigt den Vibrationsantrieb 1 mit aufgesetzter Polierwanne 3 sowie mit einem Beschleunigungssensor 18, der die Beschleunigungen zwischen Polierteller 2 und Polierwanne 3 zu messen und daraus Beschleunigungssignale zu bilden in der Lage ist. Diese Signale werden zu dem Steuerteil 4 rückgeführt, um regelnd in die dem Vibrationsantrieb zugeführte Spannung, Stromstärke und Impulsgabe einzugreifen.
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9 zeigt eine Schnittaussicht durch eine Probe 8 und einen Probehalter, mit dem die Probe 8 passend festgeklemmt werden kann, um mit der Unterseite 8 auf das Poliertuch 6 aufgesetzt zu werden.
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Der Betrieb des Vibrationspoliergeräts geht wie folgt vor sich.
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Zunächst werden mehrere zu polierende Proben 8 für den Poliervorgang vorbereitet. Dies bedeutet in den meisten Fällen, dass die Proben in Probenhaltern 9 so positioniert werden, dass die zu polierende Fläche 81 von dem Probenhalter vorsteht.
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Das Steuergerät 4 wird zur Abgabe von elektrischen Strömen vorgegebener Frequenz und Stärke eingeschaltet, um den Vibrationsantrieb 1 in Gang zu setzen. Die erzeugten Schwingungen an der Vibrationsplatte 13 sind oszillierend und führen dazu, dass die auf der Polierwanne befindlichen und zu polierenden Proben 8 in schubweise hüpfende Bewegung geraten und dabei umlaufend in der Polierwanne 3 angetrieben werden. Bei jedem Spannungsstoß bewegen sich der erste oder zweite Antriebsteil 14, 15 relativ zueinander und damit auch der Gegenschwingungsteil 12 zu der Vibrationsplatte 13, wodurch die Blattfedern 16 und 17 gespannt werden, und wenn der Spannungsimpuls zurückgeht, führen die Blattfedern 16 und 17 die Geräteteile in ihre Ausgangslage zurück. Der Polierteller 2 ist mit der Vibrationsplatte 13 fest verbunden und macht so deren Bewegungen mit. Dies gilt aber auch für die Polierwanne 3, da diese mechanisch und/oder magnetisch mitgenommen wird. Die Indexstifte 25 verhindern eine ungewollte Drehbewegung der Polierwanne 3 zu dem Polierteller 2.
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Die beschriebene Ausführungsform ist beispielhaft zu werten. Es sind mannigfaltige Abwandlungen möglich. Bewegungen können bekanntlich überlagert werden. Es können zwei erste Antriebsteile und zwei zweite Antriebsteile vorgesehen sein, deren erzeugte Bewegungen überlagert werden, um den Umlauf des zu polierenden Proben in der topfförmigen Polierwanne zu begünstigen. Mit drei ersten und zweiten Antriebsteilen kann ein noch günstigeres Ergebnis erzielt werden.
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Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die Merkmale unabhängig davon, ob sie in der Beschreibung, den Ansprüchen, den Figuren oder anderweitig offenbart sind, auch einzeln wesentliche Bestandteile der Erfindung definieren, selbst wenn sie zusammen mit anderen Merkmalen gemeinsam beschrieben sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 3137977 [0002]
- DE 102004034481 B4 [0032]
- US 7143891 B2 [0032]
