DE102019005084A1

DE102019005084A1 - Polierwerkzeug sowie Vorrichtung zum Polieren eines Werkstücks

Info

Publication number: DE102019005084A1
Application number: DE102019005084.3A
Authority: DE
Inventors: Nadine Geist; Hans-Joachim Link
Original assignee: Schneider GmbH and Co KG
Current assignee: Schneider GmbH and Co KG
Priority date: 2019-07-16
Filing date: 2019-07-23
Publication date: 2021-01-21
Also published as: CN112238379A; US20210016410A1

Abstract

Es werden ein Polierwerkzeug und eine Vorrichtung zum Polieren eines Werkstücks mit einem entsprechenden Polierwerkzeug vorgeschlagen, wobei das Polierwerkzeug eine elastische Zwischenschicht mit zwei Bereichen bzw. Teilen unterschiedlicher Härte aufweist, wobei der bearbeitungsnahe Bereich bzw. Teil weicher als der bearbeitungsferne Bereich bzw. Teil der Zwischenschicht ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Polierwerkzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Polieren eines Werkstücks, insbesondere einer Linse, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10.
Ein gattungsgemäßes Polierwerkzeug ist aus der DE 10 2014 015 052 A1 bekannt. Das gattungsgemäße Polierwerkzeug weist einen Grundkörper auf, auf dessen gekrümmter Stirnfläche ein zweiteiliger Schaumstoffträger aufgebracht ist, der wiederum eine Polierfolie trägt. Der zweiteilige Schaumstoffträger ist benachbart zum Grundkörper weicher und benachbart zur Polierfolie härter ausgebildet.
Ein derartiges Polierwerkzeug dient insbesondere zum Polieren von optischen Werkstücken, wie Linsen. Da der härtere Bereich sehr viel dünner als der weichere Bereich ausgebildet ist, kann sich die Polierfolie aufgrund des vergleichsweise dicken weicheren Bereichs gut an die Geometrie der zu polierenden Fläche anpassen. Zugleich kann aufgrund des vergleichsweise dünnen härteren Bereichs ein vergleichsweise hoher Abtrag erzielt werden. Daher sollen mit einem einzigen Werkzeug mit einer konstanten Krümmung der Oberfläche des Grundkörpers ophthalmische Linsen in einem Bereich von 0 bis 14 Dioptrien poliert werden können. Grundsätzlich soll also die Polierwerkzeug-Anzahl über die Dioptrie-Breite der zu polierenden ophthalmischen Linsen verringert werden. Ein derartiges Polierwerkzeug erfüllt jedoch nicht Ansprüche an ein möglichst exaktes, deterministisches Polieren mit besonders genauem Polierergebnis.
Ferner sind im Stand der Technik zahlreiche Polierwerkzeuge mit einteiliger elastischer Zwischenschicht bekannt. Insbesondere bei der Kombination mit einer Polierspindel mit Kugelkopf stellt sich das Problem, dass beim Komprimieren der Zwischenschicht während des Poliervorgangs das Polierwerkzeug bzw. die Werkzeugachse (zu) stark aus der Mittel- bzw. Antriebsachse ausgelenkt bzw. verkippt wird (Mittenversatz). Dies führt zu Polierfehlern, da das Polierwerkzeug nicht mittig bzw. die Werkzeugachse nicht senkrecht zur zu polierenden Fläche (Bearbeitungsfläche), sondern außermittig bzw. versetzt bzw. schräg dazu geführt wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein gattungsgemäßes Polierwerkzeug sowie eine gattungsgemäße Vorrichtung zu verbessern bzw. derart weiterzubilden, dass ein möglichst genaues Polieren eines Werkstücks, wie einer Linse bzw. eines Brillenglases, insbesondere bei geringer radialer Auslenkung des Polierwerkzeugs und/oder verringertem Mittenversatz während des Poliervorgangs möglich ist.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einem Polierwerkzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie in einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10.
Ein erster unabhängiger Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das erfindungsgemäße Polierwerkzeug einen Grundkörper, eine Polierfolie bzw. ein Polierpad und eine zwei- oder mehrteilige, elastische Zwischenschicht, vorzugsweise aus Schaumstoff, insbesondere einen Schaumstoffträger, aufweist, wobei die Zwischenschicht in der (unmittelbaren) Nachbarschaft zum Grundkörper (stauch-)härterund/oder steifer und in der (unmittelbaren) Nachbarschaft zur Polierfolie weicher bzw. elastischer und/oder nachgiebiger ausgebildet ist. Damit wird eine starke radiale Auslenkung des erfindungsgemäßen Polierwerkzeugs während des Poliervorgangs zumindest reduziert.
Es ist vorgesehen, dass die Zwischenschicht bzw. der Schaumstoffträger einen (unmittelbar) an den Grundkörper angrenzenden bzw. bearbeitungsfernen (ersten) Bereich bzw. Teil insbesondere aus Schaumstoff und einen (unmittelbar) an die Polierfolie angrenzenden bzw. zwischen der Polierfolie und dem ersten Bereich angeordneten bzw. bearbeitungsnahen (zweiten) Bereich bzw. Teil insbesondere aus Schaumstoff aufweist, wobei der erste Bereich bzw. Teil dicker, härter bzw. weniger elastisch, steifer und/oder dichter als der zweite Bereich bzw. Teil ist.
Aufgrund des weicheren bzw. zweiten Bereichs bzw. Teils kann sich die Polierfolie besonders gut auch bei hohen Umdrehungsgeschwindigkeiten des Polierwerkzeugs an die Oberfläche des Werkstücks anpassen. Insbesondere bei Werkstücken bzw. Linsen mit einer nicht rotationssymmetrischen Oberfläche, wie torischen Linsen oder Freiformlinsen, wird - im Gegensatz zum Stand der Technik - durch die erfindungsgemäße Anordnung der Bereiche bzw. Teile der Zwischenschicht bzw. des Schaumstoffträgers ein dynamisches Anpassen bzw. Anschmiegen der Polierfolie an die Oberfläche ermöglicht, sodass die Polierfolie stets flächig aufliegt.
Aufgrund des härteren bzw. ersten Bereichs bzw. Teil kann das Polierwerkzeug bzw. die Polierfolie sowohl in axialer Richtung bzw. in Richtung der Werkzeugachse als auch in radialer Richtung bzw. quer zur Antriebsachse nachgeben, insbesondere um eine Anpassung an in Umfangsrichtung variierende Höhenunterschiede bzw. Krümmungsradien des Werkstücks, wie bei torischen Linsen, zu ermöglichen und/oder Werkstücke mit unterschiedlichen Krümmungsradien mit dem gleichen Polierwerkzeug bearbeiten zu können.
Eine zweiter unabhängiger Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Polieren einen - drehbar angetriebenen - Werkzeugträger, insbesondere eine Werkzeug- bzw. Polierspindel, aufweist, welcher bzw. welche mittels eines optionalen Kupplungselements mit dem Grundkörper des erfindungsgemäßen Polierwerkzeugs (unmittelbar) verbunden ist und/oder zum lösbaren bzw. auswechselbaren Halten des erfindungsgemäßen Polierwerkzeugs ausgebildet ist, wobei der Werkzeugträger, insbesondere das Kupplungselement, entweder zumindest im Wesentlichen starr bzw. gelenkfrei, insbesondere kugelkopffrei, ausgebildet ist oder ein elastisches Festkörpergelenk aufweist.
Der Werkzeugträger bzw. das Kupplungselement weist also insbesondere keinen Kugelkopf auf, der beim Anpressen des Polierwerkzeugs an das Werkstück zu einem übermäßigen Mittenversatz des Polierwerkzeugs beitragen würde und bei einem Polieren im Randbereich des Werkstücks zum Verkippen führen kann.
Bei den bekannten Vorrichtungen mit Kugelkopf ist ein fester und verhältnismäßig großer Abstand zwischen dem Gelenk bzw. der Gelenk- bzw. Kippachse und der Polierfläche vorgegeben. Es handelt sich also um einen Zwangsmechanismus, der auch bei kleineren Querkräften aufgrund des großen Abstands zu einem großen Mittenversatz des Polierwerkzeugs relativ zur Spindel- bzw. Antriebsachse führt.
Bei der erfindungsgemäßen starren bzw. gelenkfreien Vorrichtung ist hingegen keine feste Gelenk- bzw. Kippachse vorgesehen.
Wie bereits erläutert, erfolgt ein Verkippen des Polierwerkzeugs (ausschließlich) durch Biegung des Polierwerkzeugs, insbesondere der Zwischenschicht bzw. des Schaumstoffträgers. Das Polierwerkzeug, insbesondere die Zwischenschicht bzw. der Schaumstoffträger, bildet mit anderen Worten vorzugsweise ein Festkörpergelenk, insbesondere mit einer virtuellen Gelenkachse, und zwar mit im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen mit Kugelkopf verringertem Abstand zur Polierfläche, sodass gleichgroße Querkräfte zu einem kleineren Mittenversatz führen.
Das erfindungsgemäße Polierwerkzeug, insbesondere der erste bzw. härtere Bereich bzw. Teil der Zwischenschicht, kann folglich die Ausgleichsfunktionen des bekannten Kugelkopfs übernehmen und ermöglicht - insbesondere bedingt durch den geringeren Abstand zwischen dem ersten Bereich bzw. Teil und der Polierfolie - eine bessere Führung über dem Werkstück.
Darüber hinaus wird bei der erfindungsgemäßen starren bzw. gelenkfreien Vorrichtung im Randbereich des Werkstücks die Gefahr eines Abhebens des Polierwerkzeugs vom Werkstück verhindert.
Der erfindungsgemäße Grundgedanke besteht also darin, das erfindungsgemäße Polierwerkzeug insbesondere unmittelbar und/oder unter Verzicht auf einen Kugelkopf mit einem Werkzeugträger, insbesondere einer Polierspindel, zu verbinden. Dadurch wird der Mittensatz zumindest reduziert. Insbesondere kann der Mittenversatz nicht mehr durch die Kippung des Kugelkopfs beeinflusst werden.
Zu dieser erfindungsgemäßen Wirkung trägt wesentlich bei, dass das erfindungsgemäße Polierwerkzeug in Nachbarschaft zum Werkzeugträger bzw. Kupplungselement, insbesondere der erste Bereich der Zwischenschicht, steifer bzw. härter ausgebildet ist als im Stand der Technik, um zu einer Verringerung des Mittenversatzes beitragen zu können.
Die vorgenannten Aspekte und Merkmale sowie die sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung ergebenden Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung können grundsätzlich unabhängig voneinander, aber auch in beliebiger Kombination realisiert werden.
Weitere Aspekte, Vorteile, Merkmale, Eigenschaften sowie vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen anhand der Figuren. Es zeigen in schematischer, nicht maßstabsgetreuer Darstellung:

1 einen schematischen Schnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem nur teilweise dargestellten Werkzeugträger und einem erfindungsgemäßen Polierwerkzeug gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 einen schematischen Schnitt der Vorrichtung gemäß 1 mit dem nur teilweise dargestellten Werkzeugträger und dem erfindungsgemäßen Polierwerkzeug gemäß einer zweiten Ausführungsform;
3A einen schematischen Schnitt der Vorrichtung gemäß 2 in einer von einem Werkstück abgerückten Position;
3B einen schematischen Schnitt der Vorrichtung gemäß 3A in einer an das Werkstück angedrückten Position bzw. in einer mittigen Bearbeitungsposition;
3C einen schematischen Schnitt der Vorrichtung gemäß 3B in einer außermittigen bzw. ausgelenkten Bearbeitungsposition;
3D einen schematischen Schnitt der Vorrichtung gemäß 3C mit einem um 90° gedrehten Werkstück; und
4 eine schematische Darstellung der Bearbeitungspositionen des Polierwerkzeugs relativ zum Werkstück in einer Draufsicht.

In den teilweise nicht maßstabsgerechten, nur schematischen Figuren werden für gleiche, gleichartige oder ähnliche Bauteile und Komponenten dieselben Bezugszeichen verwendet, wobei entsprechende oder vergleichbare Eigenschaften und Vorteile erreicht werden, auch wenn von einer wiederholten Beschreibung abgesehen wird.
1 und 2 zeigen jeweils eine bevorzugte Ausführungsform einer vorschlagsgemäßen Vorrichtung 1 zum Polieren eines in 1 und 2 nicht dargestellten Werkstücks L, insbesondere einer Linse bzw. eines Brillenglases.
Die Vorrichtung 1 weist einen vorzugsweise um eine Spindel- bzw. Antriebsachse A1 drehbar angetriebenen Werkzeugträger 2, insbesondere eine Werkzeug- bzw. Polierspindel, und ein Polierwerkzeug 10 zum Polieren des Werkstücks L auf.
Das Polierwerkzeug 10 ist an dem Werkzeugträger 2 befestigt bzw. befestigbar, vorzugsweise zumindest im Wesentlichen starr bzw. unbeweglich bzw. gelenkfrei.
Insbesondere ist das Polierwerkzeug 10 lösbar bzw. auswechselbar an dem Werkzeugträger 2 befestigt bzw. befestigbar, sodass das Polierwerkzeug 10 vorzugsweise manuell nach einem oder mehreren Poliervorgängen vom Werkzeugträger 2 abgenommen und durch ein neues Polierwerkzeug 10 ersetzt werden kann.
Das erfindungsgemäße Polierwerkzeug 10 weist bei den dargestellten Ausführungsformen einen Grundkörper 20, eine Zwischenschicht bzw. einen Schaumstoffträger 30 und ein Polierpad bzw. eine Polierfolie 40 auf.
Die Polierfolie 40 bildet vorzugsweise ein (erstes) axiales bzw. freies Ende der Vorrichtung 1 bzw. des Polierwerkzeugs 10. Insbesondere steht die Polierfolie 40 beim Polieren des Werkstücks L unmittelbar mit dem Werkstück L in Kontakt.
Vorzugsweise weist die Polierfolie 40 eine insbesondere (konkav oder konvex) gekrümmte, besonders bevorzugt sphärische, Polierfläche 41 auf, wobei die Polierfläche 41 eine Stirnseite des Polierwerkzeugs 10 bildet.
Die Zwischenschicht 30 ist vorzugsweise zwischen dem Grundkörper 20 und der Polierfolie 40 angeordnet. Insbesondere ist die Polierfolie 40 mittels der Zwischenschicht 30 mit dem Grundkörper 20 verbunden.
Der Grundkörper 20 bildet vorzugsweise ein (zweites) axiales Ende des Polierwerkzeugs 10 und/oder ist (unmittelbar) mit dem Werkzeugträger 2 verbunden oder verbindbar, wie im Folgenden noch näher erläutert wird.
Das Polierwerkzeug 10, insbesondere der Grundkörper 20 und/oder die Zwischenschicht bzw. der Schaumstoffträger 30, sind/ist vorzugsweise zumindest im Wesentlichen zylindrisch und/oder (jeweils) als (Kreis-)Zylinder ausgebildet.
Besonders bevorzugt ist das Polierwerkzeug 10 bzw. der Grundkörper 20 bzw. die Zwischenschicht 30 zumindest im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet.
Der Werkzeugträger 2 ist vorzugsweise um die Antriebsachse A1 drehbar, vorzugsweise wobei die Antriebsachse A1 mittig bzw. zentral durch den zumindest im Wesentlichen zylindrischen Werkzeugträger 2 verläuft.
Das Polierwerkzeug 10, insbesondere die Polierfolie 40, weist vorzugsweise eine Werkzeugsachse A2 auf, insbesondere wobei die Werkzeugsachse A2 eine Längs-, Symmetrie-, Zentral- und/oder Rotationsachse des vorzugsweise länglichen und/oder rotationssymmetrischen Polierwerkzeugs 10 bzw. der vorzugsweise kreisförmigen Polierfolie 40 bildet.
Üblicherweise entspricht die Werkzeugachse A2 der Antriebsachse A1. Es ist jedoch auch möglich, das Polierwerkzeug 10, insbesondere die Polierfolie 40, relativ zum Grundkörper 20 bzw. dem Werkzeugträger 2, zu neigen bzw. zu verkippen, sodass die Werkzeugachse A2 schräg zu der Antriebsachse A1 verläuft und somit ein Mittenversatz entsteht.
Die räumlichen Zuordnungen, Anordnungen und/oder Ausrichtungen, insbesondere die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendeten Begriffe „radial“ und/oder „axial“, beziehen sich - sofern nicht anders angegeben - vorzugsweise auf die Antriebsachse A1 und/oder Werkzeugsachse A2.
Vorzugsweise weist der Grundkörper 20 einen Sockel 21, ein Verbindungsteil 22 und/oder ein Kopfteil 23 auf, insbesondere wobei der Sockel 21 mittels des Verbindungsteils 22 mit dem Kopfteil 23 verbunden ist.
Der Sockel 21 ist vorzugsweise auf einer dem Werkzeugträger 2 zugewandten und das Kopfteil 23 auf einer dem Werkzeugträger 2 abgewandten Seite des Grundkörpers 20 angeordnet.
Vorzugsweise ist das Polierwerkzeug 10 mittels des Grundkörpers 20, insbesondere des Sockels 21, (unmittelbar) an dem Werkzeugträger 2 befestigbar oder befestigt ist.
Bei den dargestellten Ausführungsformen ist der Grundkörper 20 bzw. der Sockel 21 dazu ausgebildet, den Werkzeugträger 2 zumindest teilweise aufzunehmen. Es sind jedoch auch Lösungen möglich, bei denen der Werkzeugträger 2 dazu ausgebildet ist, den Grundkörper 20 bzw. den Sockel 21 aufzunehmen. Beispielsweise kann der Werkzeugträger 2 eine Bohrung zur Aufnahme des Polierwerkzeugs 10 aufweisen.
Der Werkzeugträger 2 ist vorzugsweise als (werkzeugtragende) Motor- bzw. Werkzeugspindel ausgebildet und/oder durch eine Welle mit einer Werkzeugschnittstelle an einem axialen bzw. freien Ende gebildet.
Vorzugsweise weist der Werkzeugträger 2, insbesondere die Werkzeugschnittstelle, ein Kupplungselement bzw. einen Zapfen 80 zur Drehmomentübertragung auf.
Der Grundkörper 20, insbesondere der Sockel 21, weist vorzugsweise einen Aufnahmebereich 24 zur Aufnahme bzw. Zentrierung des Werkzeugträgers 2, insbesondere des Kupplungselements bzw. Zapfens 80 des Werkzeugträgers bzw. der Werkzeugspindel 2, auf.
Das Polierwerkzeug 10, insbesondere der Grundkörper 20, ist form-, kraft- und/oder stoffschlüssig, vorzugsweise lösbar, mit dem Werkzeugträger 2, insbesondere dem Kupplungselement bzw. Zapfen 80, verbunden oder verbindbar.
Wie eingangs bereits erläutert, ist der Werkzeugträger 2 bzw. die Werkzeugspindel 2 drehbar angetrieben, vorzugsweise um die Antriebsachse A1, beispielsweise mittels eines Elektromotors (nicht dargestellt).
Vorzugsweise ist mittels des Kupplungselements bzw. Zapfens 80 des Werkzeugträgers 2 ein Drehmoment bzw. eine Drehbewegung vom Werkzeugträger 2 auf das Polierwerkzeug 10 übertragbar.
Zu diesem Zweck weisen das Kupplungselement bzw. der Zapfen 80 und der Aufnahmebereich 24 vorzugsweise zueinander komplementäre Profile zur Drehmomentübertragung, beispielsweise Mehrkantprofile, auf, sodass ein Formschluss zwischen dem Werkzeugträger 2 und dem Polierwerkzeug 10 in Drehrichtung entsteht, wenn das Kupplungselement bzw. der Zapfen 80 in den Aufnahmebereich 24 eingeführt ist, wie in 1 und 2 dargestellt.
Vorzugsweise liegt der Grundkörper 20, insbesondere der Sockel 21, axial - und optional auch radial - flächig an dem Werkzeugträger 2 an.
Vorzugsweise weist der Grundkörper 20, insbesondere der Sockel 21, eine Sockelfläche 25 auf, die axial und/oder radial an einer entsprechenden Auflagefläche 3 des Werkzeugträgers 2 anliegt.
Wie bereits erläutert, ist das Polierwerkzeug 10 lösbar mit dem Werkzeugträger 2 verbunden oder verbindbar. Vorzugsweise weist die Vorrichtung 1 bzw. der Werkzeugträger 2 eine Kupplung zum lösbaren Verbinden des Polierwerkzeugs 10 mit dem Werkzeugträger 2 auf.
Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform ist die Vorrichtung 1 bzw. der Werkzeugträger 2 mit einer pneumatisch betätigbaren Kupplung ausgestattet, bei der ein Dichtring 4 über eine zentrale bzw. axial verlaufende Zuleitung 5 und eine oder mehrere radial verlaufende Druckleitungen 6 derart mit Druckluft beaufschlagt werden kann, dass der Dichtring 4 radial gegen das Polierwerkzeug 10 bzw. den Grundkörper 20 gedrückt werden kann und auf diese Weise ein Kraftschluss zwischen dem Werkzeugträger 2 und dem Polierwerkzeug 10 hergestellt wird.
Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform ist die Vorrichtung1 bzw. der Werkzeugträger 2 mit einer magnetischen Kupplung ausgestattet, um das Polierwerkzeug 10 magnetisch mit dem Werkzeugträger 2 zu verbinden. Zu diesem Zweck weist das Polierwerkzeug 10 einen oder mehrere Magnete 26 auf, die in den Grundkörper 20 bzw. den Sockel 21 eingelassen sind bzw. ist, um ein magnetisches Haften an dem vorzugsweise metallischen Werkzeugträger 2 zu ermöglichen.
Vorzugsweise ist der Grundkörper 20 starr und/oder härter, steifer und/oder weniger elastisch als die Zwischenschicht 30 und/oder die Polierfolie 40 ausgebildet, insbesondere um dem Polierwerkzeug 10 die notwendige Stabilität zu geben bzw. ein Befestigen an dem Werkzeugträger 2 zu ermöglichen.
Der Grundkörper 20 ist vorzugsweise einstückig ausgebildet und/oder in an sich bekannter Weise aus einem geeigneten Kunststoff, bspw. Hart-PVC (PVC-U), hergestellt, insbesondere (spritz-)gegossen.
Der Grundkörper 20, insbesondere das Kopfteil 23, ist vorzugsweise dazu ausgebildet, die Zwischenschicht bzw. den Schaumstoffträger 30 zu halten, insbesondere derart, dass die Drehbewegung bzw. Drehmomente auf die Zwischenschicht bzw. den Schaumstoffträger 30 übertragen werden können.
Zu diesem Zweck ist die Zwischenschicht bzw. der Schaumstoffträger 30 form-, kraft- und/oder stoffschlüssig mit dem Grundkörper 20, insbesondere dem Kopfteil 23, verbunden.
Bei den dargestellten Ausführungsformen sind die Zwischenschicht bzw. der Schaumstoffträger 30 und der Grundkörper 20 miteinander verklebt, wie durch eine Klebenaht bzw. Klebschicht 50 angedeutet.
Der Grundkörper 20, insbesondere das Kopfteil 23, weist eine der Zwischenschicht bzw. dem Schaumstoffträger 30 zugewandte Stirnfläche 27 auf, vorzugsweise wobei die Zwischenschicht bzw. der Schaumstoffträger 30 mit der Stirnfläche 27 verklebt ist.
Wie bereits erläutert, weist das Polierwerkzeug 10 bzw. die Polierfolie 40 die Polierfläche 41 auf, mittels der das Werkstück L bzw. die Bearbeitungsfläche LF des Werkstücks L poliert werden kann.
Die Polierfläche 41 ist vorzugsweise gekrümmt, besonders bevorzugt konvex oder konkav, insbesondere sphärisch, vorzugsweise um die entsprechend gekrümmte Bearbeitungsfläche LF des Werkstücks L zu bearbeiten.
Vorzugsweise ist die Oberfläche bzw. Stirnfläche 27 des Grundkörpers 20 gekrümmt, besonders bevorzugt konvex oder konkav, insbesondere sphärisch, vorzugsweise um auf diese Weise die Zwischenschicht bzw. den Schaumstoffträger 30 zu krümmen bzw. die Krümmung der Polierfläche 41 zu erzeugen. Auf diese Weise ist es möglich, auf eine verhältnismäßig teure Anpassung der Zwischenschicht bzw. des Schaumstoffträgers 30 zu verzichten und plattenförmige Teile einzusetzen.
Vorzugsweise beträgt der Krümmungsradius der Stirnfläche 27 des Grundkörpers 20 mindestens 75 mm und/oder höchstens 1000 mm, besonders bevorzugt zumindest im Wesentlichen 150 mm oder 600 mm.
Es versteht sich, dass der Krümmungsradius der Polierfläche 41 in Abhängigkeit von der Dicke und den Materialeigenschaften der Zwischenschicht bzw. des Schaumstoffträgers 30 und der Polierfolie 40 größer als der Krümmungsradius der Stirnfläche 27 ist, vorzugsweise um mindestens 100 mm.
Im Vergleich zum Stand der Technik haben sich größere Krümmungsradien der Stirnfläche 27 bzw. der Polierfläche 41 bewährt, um größere Bearbeitungsflächen LF bearbeiten zu können bzw. den Abtrag beim Polieren zu erhöhen.
Besonders bevorzugt ist der Krümmungsradius der Polierfläche 41 größer als der (größte) Krümmungsradius des Werkstücks L, um eine ringförmige Kontaktfläche beim Anpressen des Polierwerkzeugs 10 auf das Werkstück L herzustellen. In vorteilhafter Weise kann so die Abtragsrate im Vergleich zu punktförmigen Kontaktflächen bzw. kleinen Krümmungsradien der Polierfläche 41 erhöht werden.
Wie eingangs bereits erläutert, ist die Zwischenschicht bzw. der Schaumstoffträger 30 mehrteilig bzw. mehrschichtig ausgebildet und/oder durch mehrere Bereiche bzw. Teile gebildet.
Die Zwischenschicht bzw. der Schaumstoffträger 30 ist bei den dargestellten Ausführungsformen zweiteilig bzw. -schichtig ausgebildet. Es sind jedoch auch Lösungen möglich, bei denen die Zwischenschicht bzw. der Schaumstoffträger 30 aus mehr als zwei Bereichen bzw. Teilen bzw. Schichten zusammengesetzt sein.
Vorzugsweise weist die Zwischenschicht bzw. der Schaumstoffträger 30 einen ersten Bereich bzw. Teil 31 und einen zweiten Bereich bzw. Teil 32 auf.
Der erste Bereich bzw. Teil 31 grenzt (unmittelbar bzw. axial) an den Grundkörper 20 an. Insbesondere ist der erste Bereich bzw. Teil 31 (unmittelbar) an dem Grundkörper 20 befestigt bzw. mit diesem verklebt und/oder (axial) zwischen dem zweiten Bereich bzw. Teil 32 und dem Grundkörper 20 angeordnet.
Der zweite Bereich bzw. Teil 32 grenzt (unmittelbar bzw. axial) an die Polierfolie 40 an. Insbesondere ist die Polierfolie 40 (unmittelbar) an dem zweiten Bereich bzw. Teil 32 befestigt bzw. mit diesem verklebt und/oder (axial) zwischen dem ersten Bereich bzw. Teil 31 und der Polierfolie 40 angeordnet.
Vorzugsweise unterscheiden sich die Materialeigenschaften und/oder die Geometrie bzw. die konstruktive Gestaltung der Bereiche bzw. Teile 31 bzw. 32 voreinander.
Der wesentliche Aspekt der Erfindung besteht darin, dass der erste bzw. dem Grundkörper 20 zugewandte Bereich bzw. Teil 31 härter bzw. weniger elastisch und/oder steifer (als der zweite Bereich bzw. Teil 32) und zweite bzw. der der Polierfolie 40 zugewandte Bereich bzw. Teil 32 weicher bzw. elastischer und/oder nachgiebiger (als der erste Bereich bzw. Teil 31) ausgebildet ist.
Diese Eigenschaften sind erfindungsgemäß so zu verstehen, dass der statische und/oder dynamische Elastizitätsmodul in Nachbarschaft zum Grundkörper 20 höher ist als in Nachbarschaft zur Polierfolie 40 bzw. dass umgekehrt der statische und/oder dynamische Elastizitätsmodul in Nachbarschaft zur Polierfolie 40 kleiner ist als in Nachbarschaft zum Grundkörper 20.
Vorzugsweise ist also der - statische und/oder dynamische - Elastizitätsmodul des ersten bzw. härteren Bereichs bzw. Teils 31 größer als der - statische und/oder dynamische - Elastizitätsmodul des weicheren bzw. zweiten Bereichs bzw. Teils 32, vorzugsweise um mindestens den Faktor 1,2 oder 1,5 oder 2.
Vorzugsweise weist der erste bzw. härtere Bereich bzw. Teil 31 einen (statischen) Elastizitätsmodul von mehr als 0,4 N/mm², besonders bevorzugt mehr als 0,75 N/mm², und/oder weniger als 2 N/mm², besonders bevorzugt weniger als 1,75 N/mm², auf.
Vorzugsweise weist der weicher bzw. zweite Bereich bzw. Teil 32 einen (statischen) Elastizitätsmodul von mehr als 0,05 N/mm² oder 0,075 N/mm², insbesondere mehr als 0,1 N/mm², und/oder weniger als 1 N/mm² oder 0,9 N/mm², insbesondere weniger als 0,8 N/mm² oder 0,6 N/mm², auf.
Der Elastizitätsmodul ist vorzugsweise ein Materialkennwert für das Verhältnis zwischen Spannung bzw. Druck und Dehnung bzw. Stauchung bei der Verformung eines (Prüf-)Körpers aus dem Material.
Ein Material mit einem niedrigen Elastizitätsmodul ist weicher bzw. elastischer bzw. leichter zusammendrückbar als ein Material mit einem höheren Elastizitätsmodul.
Unter den Begriffen „hart“ bzw. „weich“ ist eine Materialeigenschaft zu verstehen, die als Maß für den Kraftaufwand verwendet werden kann, der notwendig ist, um das Material um einen bestimmten Längenwert zu stauchen bzw. zu komprimieren.
Mit anderen Worten handelt es sich bei der „Härte“ bzw. „Weichheit“ bzw. „Steifigkeit“ um den mechanischen Widerstand, den ein Material bzw. Werkstoff gegen eine (elastische) Deformation bzw. Kompression entgegensetzt.
Ein hartes Material ist vorzugsweise weniger elastisch bzw. weniger leicht zusammendrückbar als ein weiches Material.
Unter dem Begriff „Elastizität“ bzw. „elastisch“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise die Eigenschaft eines Materials zu verstehen, unter Krafteinwirkung seine Form elastisch, also nicht plastisch, zu verändern und bei Wegfall der einwirkenden Kraft - ohne bleibende Deformation - in seine ursprüngliche Form zurückzukehren.
Zur Ermittlung des (statischen) Elastizitätsmoduls wird vorzugsweise eine Fläche eines quaderförmigen, insbesondere würfelförmigen, Prüfkörpers mit einem vordefinierten Druck beaufschlagt und die Stauchung des Prüfkörpers in Druck- bzw. Kraftrichtung gemessen.
Der Elastizitätsmodul ist vorzugsweise der Quotient aus Druck in [N/mm²] und Stauchung in [mm] multipliziert mit der ursprünglichen Länge bzw. Breite in [mm] des Prüfkörpers in Druck- bzw. Kraftrichtung.
Vorzugsweise beziehen sich die vorgenannten Werte für den Elastizitätsmodul auf einen Prüfkörper, bei dem das Verhältnis der belasteten Fläche zu der Mantelfläche (Formfaktor) drei beträgt und der mit einem Druck von 0,01 N/mm² oder 0,035 N/mm² oder 0,055 N/mm² oder 0,1 N/mm² oder 0,2 N/mm² beaufschlagt wird.
Vorzugsweise weist der erste bzw. härtere Bereich bzw. Teil 31 eine größere Stauchhärte als der zweite bzw. weichere Bereich bzw. Teil 32 auf, insbesondere um mindestens den Faktor zwei, drei oder vier.
Vorzugsweise beträgt die Stauchhärte des ersten bzw. härteren Bereichs bzw. Teils 31 mindestens 0,05 N/mm², 0,1 N/mm² oder 0,12 N/mm² und/oder höchstens 0,3 N/mm² oder 0,2 N/mm².
Vorzugsweise beträgt die Stauchhärte des ersten bzw. härteren Bereichs bzw. Teils 31 zumindest im Wesentlichen 0,15 N/mm².
Vorzugsweise beträgt die Stauchhärte des zweiten bzw. weicheren Bereichs bzw. Teils 32 mindestens 0,01 N/mm² oder 0,02 N/mm² und/oder höchstens 0,1 N/mm² oder 0,08 N/mm².
Vorzugsweise beträgt die Stauchhärte des zweiten bzw. weicheren Bereichs bzw. Teils 32 zumindest im Wesentlichen 0,031 N/mm² oder 0,047 N/mm².
Die Stauchhärte ist vorzugsweise ein Materialkennwert, der angibt, welche Kraft benötigt wird, um einen Prüfkörper um einen bestimmten Länge zu komprimieren.
Die vorgenannten Werte für die Stauchhärte beziehen sich vorzugsweise auf einen quaderförmigen, insbesondere würfelförmigen, Prüfkörper, bei dem das Verhältnis der belasteten Fläche zur Mantelfläche (Formfaktor) drei beträgt und der um 10 % bezogen auf seine ursprüngliche Größe komprimiert wurde.
Zusätzlich oder alternativ kann sich die Geometrie bzw. konstruktive Gestaltung des ersten Bereichs bzw. Teils 31 vom zweiten Bereich bzw. Teil 32 unterscheiden, insbesondere um eine unterschiedliche Steifigkeit zu erzielen.
Beispielsweise kann der zweite Bereich bzw. Teil 32 mit Aussparungen, wie Schlitzen, Löchern, Bohrungen o. dgl., versehen sein. Auf diese Weise kann die Steifigkeit des zweiten Bereichs bzw. Teils 32 - auch bei sonst gleichen Materialeigenschaften - im Vergleich zum ersten Bereich bzw. Teil 31 reduziert werden.
Die Zwischenschicht bzw. der Schaumstoffträger 30 ist vorzugsweise (ausschließlich) durch Schaumstoff, insbesondere Polyurethan-Schaumstoff, gebildet bzw. hergestellt.
Der erste bzw. härtere Bereich bzw. Teil 31 ist vorzugsweise (ausschließlich) aus einem geschlossenzelligen Schaumstoff, insbesondere aus einem geschlossenzelligen Polyurethan-Schaumstoff, hergestellt.
Der weichere bzw. zweite Bereich bzw. Teil 32 ist vorzugsweise (ausschließlich) aus einem offen-, gemischt- oder geschlossenzelligen Schaumstoff, insbesondere aus einem offen-, gemischt- oder geschlossenzelligen Polyurethan-Schaumstoff, hergestellt.
Bei geschlossenzelligen Schaumstoffen sind die Wände zwischen den einzelnen Zellen des Schaumstoffs geschlossen, insbesondere derart, dass kein Flüssigkeitsaustausch zwischen den Zellen stattfinden bzw. der Schaumstoff keine Flüssigkeit aufnehmen kann.
Bei geschlossenzelligen Schaumstoffen sind die Wände zwischen den einzelnen Zellen des Schaumstoffs zumindest teilweise offen bzw. nicht geschlossen, insbesondere derart, dass ein Flüssigkeitsaustausch zwischen den Zellen stattfinden bzw. der Schaumstoff Flüssigkeit aufnehmen kann.
Üblicherweise sind geschlossenzellige Schaumstoffe härter als offenzellige bzw. gemischtzellige Schaumstoffe. Vor diesem Hintergrund werden geschlossenzellige Schaumstoffe für den ersten Bereich bzw. Teil 31 und offenzellige bzw. gemischtzellige Schaumstoffe für den zweiten Bereich bzw. Teil 32 bevorzugt. Es ist jedoch auch möglich, einen geschlossenzelligen Schaumstoff für den zweiten Bereich bzw. Teil 32 zu verwenden, wenn entsprechende Materialeigenschaften wie bei einem offenzelligen oder gemischtzelligen Schaumstoff erreicht werden.
Die Aufnahme von Poliermittel kann sich auf die Materialeigenschaften des Schaumstoffes auswirken.
Um den Einfluss des Poliermittels auf die Materialeigenschaften zu verhindern oder zumindest zu reduzieren, ist es bevorzugt, einen geschlossenzelligen oder einen gemischtzelligen Schaumstoff auch für den weicheren bzw. zweiten Bereich bzw. Teil 32 zu verwenden.
Vorzugsweise sind der erste bzw. härtere Bereich bzw. Teil 31 und der zweite bzw. weichere Bereich bzw. Teil 32 stoffflüssig miteinander verbunden.
Wie durch eine entsprechende Klebenaht bzw. -schicht 60 angedeutet, sind bei den dargestellten Ausführungsformen die Bereiche bzw. Teil 31, 32 miteinander verklebt. Es ist jedoch grundsätzlich auch möglich, die beiden Bereich bzw. Teile 31, 32 bei der Herstellung miteinander zu verschäumen.
Es ist - im Gegensatz zum Stand der Technik - bevorzugt, dass der härtere Bereich bzw. Teil 31 (deutlich) dicker als der weichere Bereich bzw. Teil 32 ist, insbesondere um ein präzises Polieren mittels des Polierwerkzeugs 10 zu ermöglichen und den Mittenversatz zu reduzieren, wie eingangs bereits erläutert.
Vorzugsweise ist der erste bzw. härtere Bereich bzw. Teil 31 um mindestens den Faktor 1, 1,1 oder 1,5 und/oder höchstens um den Faktor 3 oder 2 dicker als der zweite bzw. weichere Bereich bzw. Teil 32.
Vorzugsweise beträgt die axiale Erstreckung bzw. Dicke D1 des ersten bzw. härteren Bereichs bzw. Teil 31 mindestens 5 mm oder 6 mm, besonders bevorzugt mindestens 8 mm oder 10 mm, und/oder höchstens 20 mm oder 18 mm, besonders bevorzugt höchstens 16 mm oder 14 mm.
Vorzugsweise beträgt die axiale Erstreckung bzw. Dicke D2 des zweiten bzw. weicheren Bereichs bzw. Teils 32 mindestens 2 mm oder 4 mm, besonders bevorzugt mindestens 6 mm, und/oder höchstens 12 mm oder 10 mm, besonders bevorzugt höchstens 9 mm.
Vorzugsweise beträgt die axiale Erstreckung bzw. Dicke der Zwischenschicht bzw. des Schaumstoffträgers 30 insgesamt mindestens 12 mm oder 14 mm, besonders bevorzugt mindestens 15 mm, und/oder höchstens 30 mm und/oder 25 mm, besonders bevorzugt höchstens 22 mm oder 20 mm.
Wie bereits erläutert, ist die Zwischenschicht bzw. der Schaumstoffträger 30 zylindrisch bzw. als (Kreis-)Zylinder ausgebildet. Vorzugsweise weist die Zwischenschicht bzw. der Schaumstoffträger 30 entlang der Werkzeugachse A2 bzw. in axialer Richtung einen zumindest im Wesentlichen konstanten Durchmesser auf.
Vorzugsweise trägt der Durchmesser der Zwischenschicht bzw. des Schaumstoffträgers 30 mindestens 35 mm und/oder höchstens 60 mm.
Vorzugsweise ist der Durchmesser der Polierfolie 40 größer als der Durchmesser der Zwischenschicht bzw. des Schaumstoffträgers 30. Mit anderen Worten ragt die Polierfolie 40 vorzugsweise randseitig über die Zwischenschicht bzw. den Schaumstoffträger 30 hinaus.
Vorzugsweise ist die Polierfolie 40 stoffschlüssig, insbesondere durch Verkleben, mit der Zwischenschicht bzw. dem Schaumstoffträger 30, insbesondere dem zweiten bzw. weicheren Bereich bzw. Teil 32, verbunden, wie durch eine entsprechende Klebenaht bzw. -schicht 70 in den Figuren angedeutet.
Die Polierfolie 40 weist vorzugsweise eine Dicke D3 von mindestens 0,08 mm oder 1 mm und/oder höchstens 2 mm, besonders bevorzugt von zumindest im Wesentlichen von 1,2 mm, auf.
Die Polierfolie 40 ist vorzugsweise aus Polyurethan hergestellt.
Wie bereits erläutert, ist die Vorrichtung 1 bzw. das Polierwerkzeug 10 zur (mikro- )spanenden (Oberflächen-)Bearbeitung, insbesondere zur Feinbearbeitung bzw. zum Polieren, des Werkstücks L bzw. der Bearbeitungsfläche LF des Werkstücks L ausgebildet.
Die Bearbeitung bzw. der Poliervorgang des Werkstücks L soll im Folgenden anhand der 3A bis 3D und 4 näher erläutert werden.
3A zeigt die Vorrichtung 1 bzw. das Polierwerkzeug 10 in einer von dem Werkstück L abgerückten Position. 3B zeigt die Vorrichtung 1 bzw. das Polierwerkzeug 10 in einer an das Werkstück L angedrückten Position bzw. in einer (mittigen) Bearbeitungsposition, in der das Polierwerkzeug 10 und das Werkstück L koaxial zueinander angeordnet sind. 3C zeigt die Vorrichtung 1 bzw. das Polierwerkzeug 10 in einer außermittigen bzw. ausgelenkten Bearbeitungsposition. 3D zeigt die Vorrichtung 1 bzw. das Polierwerkzeug 10 in der außermittigen bzw. ausgelenkten Bearbeitungsposition gemäß 3C mit einem um 90° um die Werkstückachse A3 gedrehten Werkzeug L. 4 zeigt eine schematische Darstellung möglicher Bearbeitungspositionen der Vorrichtung 1 bzw. des Polierwerkzeugs 10 relativ zum Werkstück L.
In der Bearbeitungsposition bzw. beim Poliervorgang stehen das Polierwerkzeug 10, insbesondere die Polierfolie 40, und das Werkstück L miteinander in Kontakt. Insbesondere liegt in der Bearbeitungsposition bzw. beim Poliervorgang die Polierfläche 41 vorzugsweise (voll-)flächig auf dem Werkstück L bzw. der Bearbeitungsfläche LF auf, wie in 3B, 3C und 3D dargestellt.
Vorzugsweise wird beim Poliervorgang eine Polierkraft bzw. ein Polier- bzw. Anpressdruck auf das Werkstück L ausgeübt.
Vorzugsweise wird der Polierdruck während eines Poliervorgangs zumindest im Wesentlichen konstant gehalten.
Vorzugsweise wird ein Polierdruck beim Poliervorgang von mehr als 0,01 N/mm² oder 0,02 N/mm² und/oder weniger als 1 N/mm² oder 0,05 N/mm², insbesondere weniger als 0,1 N/mm², erzeugt bzw. auf das Werkstück L ausgeübt.
In der Bearbeitungsposition bzw. während des Poliervorgangs wird das Polierwerkzeug 10, insbesondere die Zwischenschicht bzw. der Schaumstoffträger 30, gestaucht bzw. zusammengedrückt, vorzugsweise wobei der zweite bzw. weichere Bereich bzw. Teil 32 stärker gestaucht bzw. zusammengedrückt wird als der erste bzw. härtere Bereich 31.
Besonders bevorzugt wird die Zwischenschicht bzw. der Schaumstoffträger 30 um mehr als 5 % oder 10 % und/oder weniger als 80 %, insbesondere weniger als 50 % oder 25 %, (bezogen auf die ursprüngliche Dicke der Zwischenschicht bzw. des Schaumstoffträgers 30) zusammengedrückt bzw. gestaucht.
Wie bereits erläutert, handelt es sich bei dem Werkstück L vorzugsweise um eine Linse, insbesondere ein Brillenglas.
Vorzugsweise ist das Werkstück L in einer Draufsicht rund und/oder als (Kreis-)Zylinder ausgebildet.
Insbesondere weist das Werkstück L eine Werkstückachse A3 auf, wobei die Werkstückachse A3 eine Zentral- und/oder Rotationsachse des Werkstücks L bildet.
Das Werkstück L weist vorzugsweise einen größeren Durchmesser als das Polierwerkzeug 10 bzw. die Polierfolie 40 auf, insbesondere um mindestens den Faktor 1,2 oder 1,5, besonders bevorzugt um mindestens den Faktor 2. Es ist aber auch möglich, dass der Durchmesser des Werkstücks L zumindest im Wesentlichen dem Durchmesser der Polierfolie 40 entspricht.
Für die Bearbeitung bzw. den Poliervorgang wird das Werkstück L vorzugsweise an einem Werkstückträger (nicht dargestellt) befestigt, insbesondere mittels eines Blockstücks (nicht dargestellt).
Vorzugsweise dreht sich das Werkstück L bei der Bearbeitung bzw. beim Poliervorgang und/oder ist der Werkstückträger drehbar angetrieben, beispielsweise mittels eines Elektromotors (nicht dargestellt).
Vorzugsweise ist die Drehzahl des Polierwerkzeugs 10 bzw. des Werkzeugträgers 2 größer als die Drehzahl des Werkstücks L bzw. Werkstückträgers, besonders bevorzugt um mindestens den Faktor 1,5 oder 2. Es ist aber auch möglich, dass die Drehzahl des Polierwerkzeugs 10 zumindest im Wesentlichen der Drehzahl des Werkstücks L entspricht.
Vorzugsweise beträgt die Drehzahl des Polierwerkzeugs 10 bzw. des Werkzeugträgers 2 bzw. des Werkstücks L mehr als 1000 min^-1 oder 1200 min^-1, insbesondere zumindest im Wesentlichen 1500 min^-1 oder 2000 min^-1.
Vorzugsweise rotiert das Werkstück L entgegengesetzt zu dem Polierwerkzeug 10, wie in 4 durch entsprechende Pfeile angedeutet. Jedoch ist auch eine gleichgerichtete Rotation von Werkstück L und Polierwerkzeug 10 möglich.
Ein Poliervorgang im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnet insbesondere das vollständige Polieren der zu polierenden Bearbeitungsfläche LF des Werkstücks L mit dem Polierwerkzeug 10.
Vorzugsweise beträgt die Dauer eines (vollständigen) Poliervorgangs zwischen 30 Sekunden und 120 Sekunden.
Besonders bevorzugt sind mehrere, insbesondere mindestens 100 oder 150, Poliervorgänge bzw. Werkstücke L mittels des Polierwerkzeugs 10 durchführbar bzw. bearbeitbar, bevor ein Wechsel des Polierwerkzeugs 10 vorgenommen werden muss.
Für die Bearbeitung bzw. den Poliervorgang werden das Werkstück L und das Polierwerkzeug 10 vorzugsweise (zunächst) koaxial zueinander ausgerichtet und/oder derart zueinander ausgerichtet, dass die Werkzeugachse A2 der Werkstückachse A3 entspricht und/oder die Polierfläche 41 unmittelbar gegenüber zu und/oder mittig auf der Bearbeitungsfläche LF des Werkstücks L angeordnet ist, wie in 3A dargestellt.
Anschließend werden das Polierwerkzeug 10 und das Werkstück L aneinandergedrückt, wie in 3B dargestellt.
Bei der (anschließenden) Bearbeitung bzw. beim Poliervorgang werden das Polierwerkzeug 10 und das Werkstück L - insbesondere radial und/oder axial - relativ zueinander bewegt, insbesondere um die gesamte Bearbeitungsfläche LF des (größeren) Werkstücks L mit dem (kleineren) Polierwerkzeug 10 zu bearbeiten.
Vorzugsweise werden das Polierwerkzeug 10 und das Werkstück L radial relativ zueinander bewegt, insbesondere derart, dass die Antriebsachse A1 bzw. die Werkzeugachse A2 zu der Werkstückachse A3 (radial) versetzt bzw. verschoben und/oder verkippt wird.
Der Werkzeugträger 2 und damit das Polierwerkzeug 10 sind vorzugsweise in eine X-Richtung bzw. entlang einer X-Achse verstellbar, insbesondere mittels eines nicht dargestellten Schlittens und eines zugeordneten Antriebs.
Die X-Achse ist vorzugsweise als gesteuerte bzw. geregelte Achse bzw. als CNC-Achse oder Linearachse ausgebildet, so dass eine genaue Positionierung in X-Richtung ermöglicht wird.
Vorzugsweise verläuft die X-Achse quer bzw. senkrecht zu der Antriebsachse A1, der Werkzeugachse A2 und/oder der Werkstückachse A3.
Weiter ist vorgesehen, dass der Werkzeugträger 2 und damit das Polierwerkzeug 10 um eine Schwenkachse B, im Folgenden B-Achse genannt, schwenkbar ist, insbesondere um einen Schwenkwinkel S, wie in 3C dargestellt.
Die B-Achse ist vorzugsweise als gesteuerte bzw. geregelte Schwenkachse bzw. CNC-Achse, auch Rundachse genannt, ausgebildet.
Vorzugsweise verläuft die B-Achse quer, insbesondere zumindest im Wesentlichen senkrecht, zu der X-Achse, Antriebsachse A1, Werkzeugachse A2 und/oder Werkstückachse A3, wie in 4 angedeutet.
Durch Verschwenken des Polierwerkzeugs 10 ist es möglich, der Krümmung der Bearbeitungsfläche LF zu folgen und/oder auch im Randbereich der Bearbeitungsfläche LF eine große Anlagefläche und somit eine hohe Abtragsrate zu ermöglichen.
Darüber hinaus wird durch Verschwenken des Polierwerkzeugs 10 die Polierkraft bzw. der Polierdruck nicht oder nicht wesentlich verändert, wenn das Polierwerkzeug 10 in den Randbereich der Bearbeitungsfläche LF geführt wird.
Es ist also bevorzugt, das (kleinere) Polierwerkzeug 10 - insbesondere durch Verschieben entlang der X-Achse und/oder Verschwenken um die B-Achse - von der Mitte zum Rand des (größeren) Werkstücks L zu bewegen (oder umgekehrt), um die gesamte Bearbeitungsfläche LF zu polieren, wie in 4 angedeutet.
Wie bereits erläutert, kann das Polierwerkzeug 10 bzw. die Polierfolie 40 in radialer Richtung bzw. quer zur Antriebsachse A1 nachgeben, beispielsweise um eine Anpassung an sich in Umfangsrichtung ändernde Krümmungsradien des Werkstücks L, wie bei torischen Linsen, zu ermöglichen.
In 3D ist das Werkstück L im Vergleich zur 3C um 90° um die Werkstücksachse A3 gedreht, wobei der Krümmungsradius des Werkstücks L in der in 3D dargestellten Schnittebene kleiner als in 3C dargestellten Schnittebene ist.
Der kleinere Krümmungsradius führt dazu, dass das Polierwerkzeug 10, insbesondere die Zwischenschicht 30, in der ausgelenkten bzw. außermittigen Bearbeitungsposition am Rand des Werkstücks L, in der 3D rechts außen, stärker gestaucht wird als in der Mitte des Werkstücks L. Dies führt dazu, dass die Werkstückachse A3 relativ zur Antriebsachse A1 verkippt wird und ein Mittenversatz entsteht.
Aufgrund des erfindungsgemäßen bzw. starren bzw. gelenkfreien Aufbaus der Vorrichtung 1 bzw. des Polierwerkzeugs 10 ist es möglich, das Polierwerkzeug 10 bzw. die Werkzeugachse A2 bis zum oder über den Rand des Werkstücks L zu bewegen, ohne dass die Polierfolie 40 von der Bearbeitungsfläche LF abhebt. Bekannte Vorrichtungen mit einem Gelenk, wie einem Kugelkopf, würden hingegen in einer Bearbeitungsposition, bei der die Werkzeugachse A2 über den Rand des Werkstücks L bewegt wird, derart verkippen, dass die Polierfolie 40 den Kontakt mit der Bearbeitungsfläche LF verliert.
Mit dem erfindungsgemäßen Polierwerkzeug 10 ist es also möglich, ein flächiges Polieren bzw. ein Polieren mit einer hohen Abtragsrate auch im Randbereich des Werkstücks L durchzuführen.
Wie aus 1 und 2 zu entnehmen ist, weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Polieren einen Werkzeugträger 2, insbesondere eine Polierspindel, auf, welche insbesondere mittels des Kupplungselements 80 mit dem Grundkörper 20 des erfindungsgemäßen Polierwerkzeugs 10 starr verbunden ist, insbesondere indem das Kupplungselement 80 selbst starr ausgebildet ist. Das Kupplungselement 80 weist also insbesondere keinen Kugelkopf auf, der zu einem übermäßigen Mittenversatz des erfindungsgemäßen Polierwerkzeugs 10 beitragen würde. Starre Verbindungen zwischen einem Polierwerkzeug 10 und einem Werkzeugträger 2 sind im Stand der Technik an sich bekannt.
Bei einer alternativen Ausführungsform (nicht dargestellt) weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Polieren einen Werkzeugträger 2, insbesondere eine Polierspindel, auf, welche mittels des Kupplungselements 80 mit dem Grundkörper 20 des erfindungsgemäßen Polierwerkzeugs 10 elastisch verbunden ist, wobei das Kupplungselement 80 in Form eines elastischen Festkörpergelenks ausgebildet ist. Derartige Verbindungen mittels elastischer Festkörpergelenke sind im Stand der Technik an sich bekannt.
Der erfindungsgemäße Grundgedanke besteht also darin, das erfindungsgemäße Polierwerkzeug 10 gelenkfrei bzw. unter Verzicht auf einen Kugelkopf mit dem Werkzeugträger 2, insbesondere einer Polierspindel, zu verbinden. Dadurch wird der Mittenversatz zumindest reduziert. Insbesondere kann der Mittenversatz nicht mehr durch die Kippung des Kugelkopfs beeinflusst werden.
Zu dieser erfindungsgemäßen Wirkung trägt wesentlich bei, dass das erfindungsgemäße Polierwerkzeug 10 in Nachbarschaft zum Kupplungselement 80 bzw. der erste Bereich bzw. Teil 31 der Zwischenschicht 30 steifer bzw. härter und vorzugsweise auch dicker ausgebildet ist als im Stand der Technik, um zu einer Verringerung des Mittenversatzes beitragen zu können.
Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung, die unabhängig, aber auch in Kombination mit den voranstehend erläuterten Aspekten realisierbar sind, sind insbesondere:

1. Polierwerkzeug, aufweisend:
- einen Grundkörper (20),
- eine auf dem Grundkörper (20) aufgebrachte elastische Zwischenschicht (30), insbesondere Schaumstoffträger,
- eine auf der elastischen Zwischenschicht (30) aufgebrachte Polierfolie (40),
- wobei die elastische Zwischenschicht (30) wenigstens zwei Bereiche (31, 32) unterschiedlicher Härte aufweist,
- dadurch gekennzeichnet,
- dass der an den Grundkörper (20) angrenzende Bereich (31) der elastischen Zwischenschicht (30) härter ist als der an die Polierfolie (40) angrenzende Bereich (32) der elastischen Zwischenschicht (30).
2. Polierwerkzeug nach Aspekt 1, dadurch gekennzeichnet, dass der härtere Bereich (31) der elastischen Zwischenschicht einen Verformungsgrad von 7% bis 75% bei einer Druckbelastung von 0,028 N/mm² bis 1 N/mm² aufweist.
3. Polierwerkzeug nach Aspekt 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Dicke (D1) des härteren Bereichs (31) zur Dicke (D2) des weicheren Bereichs (32) der elastischen Zwischenschicht (30) 2:1 bis 1:1, insbesondere 3:2 bis 1:1, beträgt.
4. Polierwerkzeug nach einem der vorhergehenden Aspekte, dadurch gekennzeichnet, dass der härtere Bereich (31) aus einem geschlossenzelligen Schaumstoff besteht.
5. Polierwerkzeug nach Aspekt 4, dadurch gekennzeichnet, dass der härtere Bereich (31) aus einem geschlossenzelligen Polyetherurethan-Schaumstoff besteht.
6. Polierwerkzeug nach einem der vorhergehenden Aspekte, dadurch gekennzeichnet, dass der härtere Bereich (31) eine Druckbelastbarkeit von bis zu 0,120 N/mm² aufweist.
7. Polierwerkzeug nach einem der vorhergehenden Aspekte, dadurch gekennzeichnet, dass der härtere Bereich (31) einen statischen Schubmodul von 0,07 N/mm² bis 0,13 N/mm² aufweist.
8. Polierwerkzeug nach einem der vorhergehenden Aspekte, dadurch gekennzeichnet, dass der härtere Bereich (31) einen dynamischen Schubmodul von 0,15 N/mm² bis 0,18 N/mm² aufweist.
9. Polierwerkzeug nach einem der vorhergehenden Aspekte, dadurch gekennzeichnet, dass der härtere Bereich (31) mit dem Grundkörper (20) und/oder der weichere Bereich (32) mit der Polierfolie (40) verklebt ist.
10. Vorrichtung zum Polieren eines Werkstücks, mit einem Werkzeugträger, insbesondere einer Polierspindel, welche mittels eines Kupplungselements mit dem Grundkörper eines Polierwerkzeugs (10) nach einem der Aspekte 1 bis 9 verbunden ist, wobei das Kupplungselement (80) entweder starr oder in Form eines elastischen Festkörpergelenks ausgebildet ist.

Einzelne Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung können unabhängig voneinander, aber auch in beliebiger Kombination realisiert werden.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Werkzeugträger
3: Auflagefläche
4: Dichtring
5: Zuleitung
6: Druckleitung
10: Polierwerkzeug
20: Grundkörper
21: Sockel
22: Verbindungsteil
23: Kopfteil
24: Aufnahmebereich
25: Sockelfläche
26: Magnet
27: Stirnfläche
30: Zwischenschicht / Schaumstoffträger
31: erster / härterer Bereich / Teil
32: zweiter / weicherer Bereich / Teil
40: Polierfolie
50: Klebenaht zwischen Grundköper und Zwischenschicht
60: Klebenaht zwischen ersten und zweiten Bereich / Teil
70: Klebenaht zwischen Zwischenschicht und Polierfolie
80: Kupplungselement / Zapfen
A1: Antriebsachse
A2: Werkzeugachse
A3: Werkstückachse
B: Schwenkachse
D1: Dicke des ersten / härteren Bereichs / Teils
D2: Dicke des zweiten / weicheren Bereichs / Teils
D3: Dicke der Polierfolie
L: Werkstück
LF: Bearbeitungsfläche
S: Schwenkwinkel
X: Linearachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102014015052 A1 [0002]

Claims

Polierwerkzeug (10), aufweisend: einen Grundkörper (20), eine auf dem Grundkörper (20) aufgebrachte elastische Zwischenschicht (30), insbesondere einen Schaumstoffträger, eine auf der Zwischenschicht (30) aufgebrachte Polierfolie (40), wobei die Zwischenschicht (30) wenigstens zwei Bereiche bzw. Teile (31, 32) unterschiedlicher Härte und/oder Steifigkeit aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der an den Grundkörper (20) angrenzende (erste) Bereich bzw. Teil (31) der Zwischenschicht (30) härter und/oder steifer ist als der an die Polierfolie (40) angrenzende (zweite) Bereich bzw. Teil (32) der Zwischenschicht (30).
Polierwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastizitätsmodul des härteren bzw. ersten Bereichs bzw. Teils (31) größer als der Elastizitätsmodul des weicheren bzw. zweiten Bereichs bzw. Teils (32) ist.
Polierwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastizitätsmodul des ersten bzw. härteren Bereichs bzw. Teils (31) mehr als 0,4 N/mm² und/oder weniger als 2 N/mm² und/oder der Elastizitätsmodul des zweiten bzw. weicheren Bereichs bzw. Teils (32) mehr als 0,05 N/mm² und/oder weniger als 1 N/mm² beträgt.
Polierwerkzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste bzw. härtere Bereich bzw. Teil (31) dicker als der zweite bzw. weichere Teil (32) ist, vorzugsweise um mindestens das Doppelte, und/oder dass das Verhältnis der Dicke (D1) des härteren bzw. ersten Bereichs bzw. Teils (31) zur Dicke (D2) des weicheren bzw. zweiten Bereichs bzw. Teils (32) der Zwischenschicht (30) mindestens 2:1, vorzugsweise 3:2, und/oder höchstens 1:2, vorzugsweise 2:3, beträgt.
Polierwerkzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste bzw. härtere Bereich bzw. Teil (31) aus einem geschlossenzelligen Schaumstoff, insbesondere Polyetherurethan-Schaumstoff, besteht bzw. hergestellt ist.
Polierwerkzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite bzw. weichere Bereich bzw. Teil (32) aus einem offen-, gemischt- oder geschlossenzelligen Schaumstoff, insbesondere Polyetherurethan-Schaumstoff, besteht bzw. hergestellt ist.
Polierwerkzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (20) eine gekrümmte Stirnfläche (27) aufweist, wobei der Krümmungsradius der Stirnfläche (27) mindestens 50 mm und/oder höchstens 1000 mm beträgt.
Polierwerkzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste bzw. härtere Bereich bzw. Teil (31) - insbesondere unmittelbar - mit dem Grundkörper (20), insbesondere der Stirnfläche (27) des Grundkörpers (20), und/oder der zweite bzw. weichere Bereich bzw. Teil (32) - insbesondere unmittelbar - mit der Polierfolie (40) verklebt ist.
Polierwerkzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite bzw. weichere Bereich bzw. Teil (32) ein oder mehrere Aussparungen aufweist.
Vorrichtung (1) zum Polieren eines Werkstücks (L), mit einem drehbar angetriebenen Werkzeugträger (2), insbesondere einer Polierspindel, und einem Polierwerkzeug (10), wobei das Polierwerkzeug (10) auswechselbar an dem Werkzeugträger (2) befestigt ist, wobei das Polierwerkzeug (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche ausgebildet ist, und wobei der Werkzeugträger (2) entweder starr bzw. gelenkfrei ausgebildet ist oder elastisches Festkörpergelenk aufweist.