DE102019005294A1

DE102019005294A1 - Polierwerkzeug und Vorrichtung zum Polieren eines Werkstücks

Info

Publication number: DE102019005294A1
Application number: DE102019005294.3A
Authority: DE
Inventors: Nadine Geist; Andreas Fedoseew
Original assignee: Schneider GmbH and Co KG
Current assignee: Schneider GmbH and Co KG
Priority date: 2019-01-17
Filing date: 2019-07-29
Publication date: 2020-07-23
Also published as: EP3880403C0; US20220072675A1; EP3880403A1; CN113302018A; WO2020148390A1; EP3880403B1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Polierwerkzeug 10, aufweisend eine Halterung 11, eine in der Halterung 11 aufgenommene Kugel 12 und eine die freie Oberfläche 12a der Kugel 12 ganz oder teilweise bedeckende Polierfolie 13.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Polierwerkzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11.
Ein gattungsgemäßes Polierwerkzeug ist aus der DE 10 2016 006 741 A1 bekannt. Das gattungsgemäße Polierwerkzeug weist einen gewölbten Kopf auf, welcher ein flexibles bzw. elastisches Polierelement zur Bildung einer gekrümmten bzw. gewölbten Polierfläche trägt. Ein derartiges Polierwerkzeug dient insbesondere zum zonalen Polieren von optischen Werkstücken.
Beim zonalen Polieren wird die Polierfläche des Polierwerkzeugs nur partiell im Bereich einer Anlagefläche an das zu polierende Werkstück angelegt. Diese Anlagefläche ist im Vergleich zu der zu polierenden Oberfläche des Werkstücks wesentlich kleiner, insbesondere gegenüber der radialen Erstreckung des Werkstücks.
Vorzugsweise wird in Abhängigkeit von der zu polierenden Oberfläche, insbesondere des (Krümmungs-)Radius des Werkstücks, ein unterschiedliches Polierwerkzeug ausgewählt. Es ist nämlich insbesondere beim zonalen Polieren bevorzugt, dass der (Krümmungs-)Radius des Werkstücks größer als der (Krümmungs-)Radius der Polierfläche des Polierwerkzeugs ist, vorzugsweise um mindestens den Faktor zwei.
Das zonale Polieren erlaubt insbesondere auch ein Polieren von asphärischen und/oder frei geformten Oberflächen von Werkstücken und wird bevorzugt für Präzisionsoptiken, bspw. für Spiegel oder Linsen, oder zur Korrektur von Herstellungsfehlern eingesetzt.
Der gewölbte Kopf des gattungsgemäßen Polierwerkzeugs wird in der Regel mittels Drehen hergestellt. Um die gewünschte Präzision beim zonalen Polieren zu erreichen, ist es erforderlich, dass die gewölbte Polierfläche des Polierwerkzeugs eine definierte, exakte Bemaßung/Form bzw. eine Geometrie mit sehr geringen geometrischen Abweichungen aufweist.
Weiter ist es erforderlich, dass sich das Polierwerkzeug beim Andrücken an das Werkstück deterministisch und wiederholbar verformt, um ein optimales Polierergebnis zu erzielen.
Diese Anforderung macht die Herstellung eines derartigen Polierwerkzeugs, insbesondere des gewölbten Kopfes, sehr aufwändig und kostspielig. Ferner erfordert es der Aufbau des gattungsgemäßen Polierwerkzeugs, dass es im Gebrauch regelmäßig abgerichtet wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein gattungsgemäßes Polierwerkzeug zu verbessern bzw. derart weiterzubilden, dass seine Herstellung insbesondere unter Beibehaltung der exakten Bemaßung bzw. Geometrie des gewölbten Kopfes vereinfacht ist.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einem Polierwerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie in einer Vorrichtung mit einem derartigen Polierwerkzeug gemäß Anspruch 11.
Erfindungsgemäß ist eine Halterung vorgesehen, die geeignet ist, mit einer Werkzeugspindel - insbesondere form- und/oder kraftschlüssig - verbunden zu werden. Die Halterung weist vorzugsweise eine insbesondere konkave, besonders bevorzugt sphärische, Aufnahme auf, in der eine vorzugsweise elastisch bzw. elastisch verformbare Kugel - insbesondere mit definierten Maßen und definierter (Shore-) Härte - aufgenommen ist. Die freie bzw. der Halterung abgewandte Oberfläche der Kugel ist mit vorzugsweise unmittelbar einer Polierfolie versehen.
Das erfindungsgemäße Polierwerkzeug ist sehr einfach herzustellen. Insbesondere kann die Bemaßung bzw. Geometrie der Kugel äußerst präzise und reproduzierbar realisiert werden, so dass im Endergebnis ein hochpräzises Polierwerkzeug insbesondere für das zonale Polieren von optischen Werkstücken zur Verfügung steht.
Ein Abrichten, insbesondere eine Korrektur der geometrischen Form, des erfindungsgemäßen Polierwerkzeugs im Gebrauch ist nicht erforderlich.
Die Größe und die Eigenschaften des erfindungsgemäßen Polierwerkzeugs können ferner auf einfache Weise an die Anforderungen des zu polierenden Werkstücks angepasst werden. Insbesondere kann beliebig oft eine Kugel mit der im Einzelfall erforderlichen (Shore-)Härte ausgewählt und in der Halterung aufgenommen werden oder es kann eine geeignete Polierfolie mit den im Einzelfall gewünschten Poliereigenschaften ausgewählt und auf der freien Oberfläche der Kugel befestigt werden.
Die Halterung kann bspw. aus einem Kunststoff hergestellt, insbesondere (spritz-) gegossen sein. Ein geeigneter Kunststoff ist insbesondere Hart-PVC (PVC-U).
Die Kugel ist vorzugsweise elastisch bzw. elastisch verformbar und/oder kann bspw. aus einem Gummiwerkstoff hergestellt sein, der eine definierte (Shore-) Härte, bspw. im Bereich von SH 50 bis SH 65, aufweist.
Die Polierfolie wird vorzugsweise in Form einer Kugelabwicklung vorgehalten bzw. zugeschnitten und spannungsfrei und/oder faltenfrei auf der freien Oberfläche der Kugel befestigt, insbesondere geklebt.
Die Kugelabwicklung kann aus einer flächigen Polierfolie ausgeschnitten und auf der freien Oberfläche der Kugel befestigt werden.
Ein geeigneter Werkstoff für die Polierfolie ist bspw. Polyurethan LP-13 mit einer Dicke von 0,5 mm.
Im Ergebnis wird ein einfach und kostengünstig herzustellendes, hochpräzises Polierwerkzeug mit langer Standzeit erhalten, das - insbesondere aufgrund der hochpräzisen Befestigung der Polierfolie auf der Kugel - bei der Herstellung und/oder während des Gebrauchs nicht abgerichtet werden muss.
Das erfindungsgemäße Polierwerkzeug ermöglicht insbesondere aufgrund der deterministischen gleichmäßigen elastischen Eigenschaften auch über einen längeren Zeitraum bzw. nach mehreren Poliervorgängen einen gleichmäßigen Abtrag und somit ein optimales Polierergebnis.
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:

1a ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Polierwerkzeugs in einer perspektivischen, auseinandergezogenen Darstellung;
1b das Polierwerkzeug gemäß 1a in einem zusammengebauten Zustand;
2 ein weiteres Beispiel einer Kugelabwicklung für eine Polierfolie;
3a einen schematischen Schnitt des erfindungsgemäßen Polierwerkzeugs gemäß einer weiteren Ausführungsform;
3b einen schematischen Schnitt des Polierwerkzeugs gemäß 3a im Bereich einer Aufnahme für eine Kugel;
4a einen schematischen Schnitt des erfindungsgemäßen Polierwerkzeugs gemäß einer weiteren Ausführungsform;
4b einen schematischen Schnitt des Polierwerkzeugs gemäß 4a im Randbereich der Aufnahme für die nicht dargestellte Kugel;
5a einen schematischen Schnitt des erfindungsgemäßen Polierwerkzeugs gemäß einer weiteren Ausführungsform;
5b einen schematischen Schnitt des Polierwerkzeugs gemäß 5a im Randbereich der Aufnahme für die nicht dargestellte Kugel;
6a einen schematischen Schnitt des erfindungsgemäßen Polierwerkzeugs gemäß einer weiteren Ausführungsform; und
6b einen schematischen Schnitt des Polierwerkzeugs gemäß 6a im Randbereich der Aufnahme für die nicht dargestellte Kugel.

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.
Das erfindungsgemäße Polierwerkzeug 10 setzt sich im Ausführungsbeispiel gemäß den 1a und 1b zusammen aus einer Halterung 11, einer Kugel 12 und einer Polierfolie 13 vorzugsweise in Form einer Kugelabwicklung.
Das erfindungsgemäße Polierwerkzeug 10 kann jedoch auch weitere Bauteile bzw. Bestandteile aufweisen.
Die Halterung 11 ist vorzugsweise dazu ausgebildet, die Kugel 12 form-, kraft- und/oder stoffschlüssig, insbesondere unbeweglich, zu halten und/oder mit einer Werkzeugspindel (nicht dargestellt) zu verbinden.
Das Polierwerkzeug 10, insbesondere die Halterung 11, ist vorzugsweise zumindest im Wesentlichen zylindrisch und/oder als (Kreis-)Zylinder ausgebildet.
Besonders bevorzugt ist das Polierwerkzeug 10 bzw. die Halterung 11 zumindest im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet.
Vorzugsweise weist das Polierwerkzeug 10 eine Werkzeugachse A1 auf, insbesondere wobei die Werkzeugachse A1 eine Längs-, Symmetrie-, Zentral- und/oder Rotationsachse des vorzugsweise länglichen und/oder rotationssymmetrischen Polierwerkzeugs 10 und/oder der vorzugsweise länglichen und/oder rotationssymmetrischen Halterung 11 bildet.
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 Werkzeugachse A1.
Die Halterung 11 weist einen Adapterbereich 11a zur Verbindung mit bzw. Aufnahme in einer Werkzeugspindel (nicht dargestellt) sowie eine Ausnehmung bzw. Aufnahme 11b insbesondere für die Kugel 12 auf.
Der Adapterbereich 11a bildet vorzugsweise ein erstes bzw. werkstückfernes (axiales) Ende und die Aufnahme 11b ein zweites bzw. werkstücknahes (axiales) Ende der Halterung 11.
Insbesondere sind der Adapterbereich 11a und die Aufnahme 11b auf gegenüberliegenden Seiten bzw. Enden der Halterung 11 angeordnet.
Vorzugsweise ist der Adapterbereich 11a zylinderförmig und/oder durch einen (Kreis-)Zylindergebildet.
Vorzugsweise weist der Adapterbereich 11a einen - insbesondere entlang der Werkzeugachse A1 - gleichbleibenden Durchmesser, besonders von zumindest im Wesentlichen 25mm, auf.
Vorzugsweise beträgt die Länge bzw. axiale Erstreckung des Adapterbereichs 11a zumindest im Wesentlichen 42mm.
Der Adapterbereich 11a kann vorzugsweise in ein Werkzeugfutter einer Werkzeugspindel eingespannt werden.
Die Halterung 11 ist vorzugsweise einstückig ausgebildet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Halterung 11 mehrteilig ausgebildet bzw. durch mehrere Bauteile zusammengesetzt ist.
Die Halterung 11 ist im Ausführungsbeispiel in an sich bekannter Weise aus einem geeigneten Kunststoff, bspw. Hart-PVC (PVC-U), (spritz-)gegossen.
Die Aufnahme 11b ist vorzugsweise zum Aufnehmen der Kugel 12 ausgebildet. Insbesondere ist die Aufnahme 11b dazu ausgebildet, die Kugel 12 form-, kraft- und/oder stoffschlüssig zu halten.
Vorzugsweise ist die Aufnahme 11b konkav, insbesondere sphärisch, ganz besonders bevorzugt zumindest im Wesentlichen halbkugelförmig, ausgebildet. Insbesondere ist die Aufnahme 11b als Kugelsegment bzw. Kugelschale ausgebildet.
Die Ausnehmung bzw. Aufnahme 11b ist so bemessen, dass sie eine Kugel 12 vorzugsweise spielfrei aufnehmen kann, wie im Folgenden noch näher erläutert wird.
Die Kugel 12 ist im Ausführungsbeispiel maßgenau aus Vollgummi gefertigt und weist vorzugsweise eine Shore-Härte von SH 50 bis SH 65 auf.
Die Kugel 12 kann in der Ausnehmung 11b bspw. verklebt werden. Es sind jedoch auch Lösungen möglich, bei denen die Kugel 12 zusätzlich oder alternativ form- und/oder kraftschlüssig in der Aufnahme 11b gehalten ist, wie im Folgenden noch näher erläutert wird.
Im vollständig montierten Zustand, wie in 1b dargestellt, ist ein (erster) Teil der Kugel 12 in die Halterung 11 eingelassen bzw. ragt ein (zweiter) Teil der Kugel 12 aus der Halterung 11 hinaus.
Die Kugel 12 ist folglich in zwei Teile bzw. Segmente unterteilbar, wie in 1a durch eine Strichlinie angedeutet.
Insbesondere weist die Kugel 12 ein erstes bzw. freies Kugelsegment und ein zweites bzw. verdecktes bzw. gehaltenes Kugelsegment auf, wobei das erste bzw. freie Kugelsegment der Kugel 12 aus der Halterung 11, insbesondere der Aufnahme 11b, hinausragt und das zweite bzw. verdeckte bzw. gehaltene Kugelsegment in die Halterung 11, insbesondere die Aufnahme 11b, eingelassen bzw. von dieser gehalten ist.
Ganz besonders bevorzugt ist die Kugel 12 zumindest im Wesentlichen in zwei Halbkugeln unterteilt und/oder ist das erste bzw. freie Kugelsegment und das zweite bzw. verdeckte Kugelsegment jeweils als Halbkugel ausgebildet. Auf diese Weise wird zum einen eine gute Verbindung zwischen der Kugel 12 und der Halterung 11 ermöglicht und zum anderen eine ausreichende Fläche der Kugel 12 zum Polieren bzw. Befestigen der Polierfolie 13 bereitgestellt.
Die Kugel 12, insbesondere das erste Kugelsegment, weist vorzugsweise eine erste bzw. freie Oberfläche bzw. Arbeitsfläche 12a auf, vorzugsweise wobei die freie Oberfläche bzw. Arbeitsfläche 12a der Halterung 11, insbesondere der Aufnahme 11b, abgewandt ist.
Die Kugel 12, insbesondere das zweite Kugelsegment, weist vorzugsweise eine zweite bzw. verdeckte Oberfläche bzw. Haltefläche 12b auf, vorzugsweise wobei die Haltefläche 12b der Halterung 11, insbesondere der Aufnahme 11b, zugewandt ist.
Insbesondere ist (ausschließlich) das zweite Kugelsegment bzw. die Haltefläche 12b form-, kraft- und/oder stoffschlüssig, insbesondere durch Verkleben, mit der Halterung 11, insbesondere der Aufnahme 11b, verbunden.
Das Polierwerkzeug 10 weist vorzugsweise die Polierfolie 13 und/oder eine Polierfläche 13a auf, vorzugsweise wobei die Polierfolie 13 bzw. die Polierfläche 13a ein (erstes) axiales bzw. freies Ende des Polierwerkzeugs 10 bildet bzw. die Kugel 12 zumindest teilweise, insbesondere auf einer der Halterung 11 abgewandten Seite, verdeckt und/oder beim Polieren eines Werkstücks (nicht dargestellt) unmittelbar mit dem Werkstück in Kontakt steht.
Die freie Oberfläche 12a der Kugel 12 bzw. das erste Kugelsegment ist vorzugsweise unmittelbar bzw. ohne ein Zwischenelement mit der Polierfolie 13 versehen bzw. beschichtet.
Besonders bevorzugt ist das erste Kugelsegment bzw. die freie Oberfläche bzw. Arbeitsfläche 12a der Kugel 12 ganz oder teilweise mit der Polierfolie 13 bedeckt.
Vorzugsweise ist die Polierfolie 13 zu dem Rand der Halterung 11 bzw. der Aufnahme 11b beabstandet. Es ist also bevorzugt, dass die Polierfolie 13 das erste Kugelsegment bzw. die freie Oberfläche 12a der Kugel 12 nicht vollständig bedeckt bzw. sich nicht (genau) bis zum Rand der Halterung 11 bzw. der Aufnahme 11b erstreckt. Auf diese Weise wird verhindert, dass sich beispielsweise durch eine Deformation der Kugel 12 beim Polieren Falten bilden, die das Polierergebnis beeinträchtigen können.
Die Polierfolie 13, insbesondere die Polierfläche 13a, ist vorzugsweise (konvex) gekrümmt, insbesondere sphärisch. Besonders bevorzugt entspricht die Krümmung der Polierfolie 13, insbesondere der Polierfläche 13a, zumindest im Wesentlichen der Krümmung der Kugel 12, insbesondere der freien Oberfläche 12a.
Die Polierfolie 13 ist folglich vorzugsweise an die Kugel 12 bzw. die Krümmung der Kugel 12 angepasst.
Es ist bevorzugt, dass die Polierfolie 13 spannungsfrei und/oder faltenfrei und/oder flächig auf der Kugel 12, insbesondere der freien Oberfläche bzw. Arbeitsfläche 12a, anliegt.
Unter dem Begriff „spannungsfrei“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise zu verstehen, dass keine (lokalen) Materialverformungen oder Spannungen im Material der Polierfolie 13 und/oder der Kugel 12 durch Anpassung insbesondere der Polierfolie 13 an die Krümmung der Kugel 12 auftreten.
Insbesondere um die Polierfolie 13 faltenfrei bzw. spannungsfrei an die Kugel 12, insbesondere die freie Oberfläche 12a der Kugel 12, anzupassen, ist die Polierfolie 13 vorzugsweise abgewickelt, insbesondere als Kugelsegment, und/oder als Abwicklung, insbesondere eines Kugelsegments, zugeschnitten.
Unter dem Begriff „Abwicklung“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise die Ausbreitung einer insbesondere gekrümmten bzw. dreidimensionalen Fläche in eine (zweidimensionale) Ebene zu verstehen, insbesondere derart, dass die Längen der Fläche erhalten bleiben. Beispielsweise kann die Mantelfläche eines Zylinders zu einem (ebenen) Rechteck (exakt) abgewickelt werden. Eine Kugel kann angenähert bzw. segmentweise abgewickelt werden.
Die Polierfolie 13 liegt im Ausführungsbeispiel als entsprechende Kugelabwicklung, insbesondere Kugelsegmentabwicklung, der freien Oberfläche 12a der Kugel 12 vor.
Die Polierfolie 13 bzw. die Polierfläche 13a ist vorzugsweise segmentiert und/oder durch mehrere, vorzugsweise mindestens vier oder sechs, insbesondere gleichgroße Segmente S gebildet.
Bei der in 1a und 1b dargestellten Ausführungsform ist die Polierfolie 13 bzw. die Polierfläche 13a durch vier Segmente S gebildet. Hier sind jedoch auch andere Lösungen möglich, wie im Folgenden noch näher erläutert wird.
Die Segmente S können seitlich bzw. in Umfangsrichtung der Kugel 12 aneinander anliegen und/oder seitlich bzw. in Umfangsrichtung der Kugel 12 zueinander beabstandet sein.
Insbesondere sind Ausführungsformen möglich, bei denen die Segmente S derart zueinander beabstandet sind, dass sich zwischen den Segmenten S Kanäle bilden.
Die Kanäle der Polierfolie 13 bzw. zwischen den Segmenten S schneiden sich vorzugsweise auf der Stirnseite des Polierwerkzeugs 10 bzw. in der Werkzeugachse A1 und erstrecken sich von dem Schnittpunkt zu dem Rand der Halterung 11 bzw. der Aufnahme 11b.
Insbesondere ist es möglich, dass sich die Kanäle vom Schnittpunkt zum Rand der Halterung 11 bzw. der Aufnahme 11b verbreitern.
Durch die Kanäle kann ein Poliermittel (nicht dargestellt) sich gleichmäßig über die Polierfläche 13a verteilen. Weiter kann sich Abrieb des Werkstücks und/oder der Polierfolie 13 in den Kanälen sammeln.
Die Polierfolie 13 weist vorzugsweise eine Dicke von mindestens 0,1 mm, insbesondere mindestens 0,3 mm, besonders bevorzugt mindestens 0,4 mm, und/oder höchstens 3 mm, insbesondere höchstens 2 mm, besonders bevorzugt höchstens 1mm, auf.
Ganz besonders bevorzugt weist die Polierfolie 13 eine Dicke von zumindest im Wesentlichen 0,5 mm auf. Eine zu dicke Polierfolie 13 passt sich nämlich nicht so gut an die Krümmung der Kugel 12 an, sodass ggf. ein Abrichten der Polierwerkzeugs 10 bei der Herstellung erforderlich ist. Eine zu dünne Polierfolie 13 kann hingegen beim Polieren schneller reißen.
Vorzugsweise ist die Polierfolie 13 aus einer insbesondere porigen bzw. strukturierten Kunststofffolie, beispielsweise aus Polyurethan, hergestellt, vorzugsweise wobei ein Füllmaterial bzw. Polierstoff in die Polierfolie 13 eingebracht ist.
Die Polierfolie 13 ist im Ausführungsbeispiel aus einer 0,5 mm dicken Folie aus Polyurethan LP-13 mit Ceriumoxid als Füllmaterial bzw. Polierstoff geschnitten.
Die Polierfolie 13 kann mit der freien Oberfläche 12a der Kugel 12 bzw. dem ersten Kugelsegment verklebt werden.
Das Ausführungsbeispiel der Polierfolie 13 gemäß 2 verdeutlicht, dass die Kugelabwicklungen je nach Größe und den Anforderungen des Einzelfalls unterschiedlich gestaltet werden können. Während die Polierfolie 13 gemäß 1a die Form einer „blütenförmigen“ Kugelabwicklung mit vier „Blütenblättern“ bzw. Segmenten S hat, hat die Polierfolie 13 gemäß 2 die Form einer „blütenförmigen“ Kugelabwicklung mit sechs „Blütenblättern“ bzw. Segmenten S.
Wie bereits erläutert, ist bevorzugt, dass die Segmente S gleichgroß bzw. gleichdimensioniert sind. Vorzugsweise sind die Segmente S jeweils als gleichschenkliges Dreieck mit (geringfügig) konvex gekrümmten Schenkeln ausgebildet.
Die Polierfolie bzw. -schicht 13 kann jedoch auch auf andere Weise auf die Kugel 12 gebracht werden. Beispielsweise ist es möglich, die Polierfolie 13 durch Tauchen der Kugel 12 in einem Bad mit einer Flüssigkeit und/oder durch Einsprühen der Kugel 12 mit einer Flüssigkeit zu bilden.
Im Folgenden soll insbesondere die Aufnahme bzw. Befestigung der Kugel 12 in der Halterung 11 bzw. Aufnahme 11b anhand der 3 bis 6 näher erläutert werden.
Die Kugel 12 ist vorzugsweise einstückig ausgebildet.
Vorzugsweise ist die Kugel 12 elastisch, insbesondere elastischer bzw. nachgiebiger bzw. weicher als die Halterung 11.
Vorzugsweise weist die Kugel 12 einen Elastizitätsmodul von mindestens 0,5 N/mm² oder 1 N/mm² und/oder höchstens 100 N/mm², 50 N/mm² oder 10 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 folglich weicher bzw. elastischer bzw. leichter zusammendrückbar als ein Material mit einem höheren Elastizitätsmodul.
Vorzugsweise ist die Kugel 12 aus einem Gummiwerkstoff, insbesondere einem Synthesekautschuk, beispielsweise Acrylnitril-Butadien-Kautschuk, hergestellt.
Unter dem Begriff „Gummiwerkstoff“ im Sinne der vorliegenden Erfindung sind vorzugsweise alle Werkstoffe zu verstehen, die gummielastisch ausgebildet sind. Besonders bevorzugt sind Elastomere, wie Kautschuk, insbesondere Naturkautschuk und/oder Synthesekautschuk, wie Silikonkautschuk, als Gummiwerkstoffe im Sinne der vorliegenden Erfindung zu verstehen.
Unter dem Begriff „elastisch“ bzw. „Elastizität“ 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.
Vorzugsweise beträgt die Shore-Härte, insbesondere die Shore-D-Härte, der Kugel 12 mindestens SH 30 oder SH 40 und/oder höchstens SH 70 oder SH 65.
Die Härte ist vorzugsweise eine Materialeigenschaft, die als Maß für den (mechanischen) Widerstand eines Materials verwendet werden kann, den das Material gegen ein mechanisches Eindringen eines anderen Körpers entgegensetzt.
Vorzugsweise wird die Shore-Härte, insbesondere die Shore-D-Härte, gemäß DIN EN ISO 868:2003-10 und/oder DIN ISO 7619-1:2012-02 bestimmt.
Die Kugel 12 weist vorzugsweise einen Durchmesser von mindestens 5 mm oder 10 mm, insbesondere mindestens 20 mm oder 30 mm, und/oder höchstens 100 mm oder 80 mm, insbesondere höchstens 50 mm oder 40 mm, auf.
Wie eingangs bereits erläutert, ist es für den vorgesehenen Verwendungszweck des Polierwerkzeugs 10 erforderlich, dass das Polierwerkzeug 10, insbesondere die Kugel 12, eine sehr genaue Geometrie, also eine Geometrie mit geringen geometrischen Abweichungen bzw. Toleranzen, aufweist.
Vor diesem Hintergrund ist bevorzugt, dass die Kugel 12 geschliffen ist und/oder eine Genauigkeit der Rundheit von 0,01 mm oder 0,02 mm aufweist, vorzugsweise wobei die Rundheit gemäß den DIN EN ISO 1101:2014 bestimmt wird.
3a zeigt das Polierwerkzeug 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform in einem schematischen Schnitt. 3b ist eine vergrößerte Darstellung des Polierwerkzeugs 10 gemäß 3a im Bereich der Aufnahme 11b.
Wie bereits erläutert, ist die Kugel 12 zumindest teilweise, vorzugsweise bis zur Hälfte in die Halterung 11, insbesondere die Aufnahme 11b, eingelassen bzw. eingesetzt, insbesondere derart, dass das erste Kugelsegment aus der Halterung 11 bzw. der Aufnahme 11b hinausragt.
Die Aufnahme 11b ist vorzugsweise (konkav) gekrümmt, insbesondere sphärisch. Besonders bevorzugt entspricht die Krümmung der Aufnahme 11b der Krümmung der Kugel 12 und/oder weist die Aufnahme 11b bzw. eine durch die Aufnahme 11b begrenzte (gedachte) Kugel einen (Innen-)Durchmesser auf, der zumindest im Wesentlichen dem (Außen-)Durchmesser der Kugel 12 entspricht oder geringfügig, beispielsweise um höchstens oder genau 0,5 mm oder 1 mm, größer als der (Außen-) Durchmesser der Kugel 12 ist. Hier sind jedoch auch andere Lösungen möglich, insbesondere bei denen der (Innen-)Durchmesserder Aufnahme 11b bzw. einer durch die Aufnahme 11b begrenzten (gedachten) Kugel kleiner als der (Außen-)Durchmesser der Kugel 12 ist, vorzugsweise um mindestens oder genau 0,5 mm, 0,4 mm, 0,3 mm oder 0,2 mm.
Vorzugsweise beträgt der (größte) (Innen-)Durchmesser der Aufnahme 11b bzw. einer durch die Aufnahme 11b begrenzten (gedachten) Kugel mindestens 10 mm, 20 mm oder 30 mm und/oder höchstens 100 mm, 50 mm oder 40 mm.
Vorzugsweise entspricht die Tiefe bzw. axiale Erstreckung der Aufnahme 11b zumindest im Wesentlichen dem Radius der Kugel 12.
Es ist bevorzugt, dass die Kugel 12, insbesondere das zweite Kugelsegment bzw. die zweite bzw. verdeckte Oberfläche 12b mit der Halterung 11 bzw. der Aufnahme 11b verklebt ist, wie durch eine Klebenaht bzw. -schicht 14 in 3a und 3b angedeutet.
Insbesondere um zu verhindern, dass beim Einsetzen der Kugel 12 in die Halterung 11 bzw. Aufnahme 11b zwischen der Kugel 12 und der Halterung 11 Luft eingeschlossen wird und/oder Klebstoff aus der Halterung 11 bzw. Aufnahme 11b gepresst wird, weist das Polierwerkzeug 10, insbesondere die Halterung 11, einen Kanal 15 auf, vorzugsweise wobei der Kanal 15 axial bzw. mittig in die Aufnahme 11b mündet.
Der Kanal 15 verbindet vorzugsweise die Aufnahme 11b mit der Umgebung.
Der Kanal 15 weist vorzugsweise einen ersten bzw. axialen Kanalabschnitt 15a und einen zweiten bzw. radialen Kanalabschnitt 15b auf.
Vorzugsweise erstreckt sich der Kanal 15, insbesondere der erste Kanalabschnitt 15a, axial durch die Halterung 11 bzw. von dem Adapterbereich 11a zur Aufnahme 11b.
Vorzugsweise erstreckt sich der zweite Kanalabschnitt 15b radial durch die Halterung 11, insbesondere den Adapterbereich 11a, und/oder quer zu dem ersten Kanalabschnitt 15a. Bei der dargestellten Ausführungsform erstreckt sich der zweite Kanalabschnitt 15b vollständig durch die Halterung 11 bzw. von einer Seite auf die andere Seite. Auf diese Weise wird verhindert, dass eine Unwucht entsteht.
Vorzugsweise ist der Kanal 15 durch eine oder mehrere Bohrungen in der Halterung 11 gebildet.
Vorzugsweise weist der Kanal 15 einen Durchmesser von mehr als 1 mm und/oder weniger als 5 mm, besonders bevorzugt von zumindest im Wesentlichen 3 mm, auf.
Beim Einsetzen der Kugel 12 in die Halterung 11 bzw. Aufnahme 11b kann Luft und/oder Klebstoff in den Kanal 15, insbesondere den ersten Kanalabschnitt 15a, gedrückt werden, insbesondere derart, dass die Kugel 12 vollflächig und/oder druckfrei mit der Klebeschicht 14 benetzt ist bzw. in Kontakt steht.
Mittels des ersten Kanalabschnitts 15a wird folglich ein Druckausgleich beim Einsetzen der Kugel 12 in die Halterung 11 ermöglicht.
Mittels des zweiten Kanalabschnitts 15b wird ein Druckausgleich beim Einspannen des Polierwerkzeugs 10 ermöglicht. Mit anderen Worten verhindert, dass beim Einspannen des Polierwerkzeugs 10 in die Werkzeugspindel Luft gegen die Kugel 12 gepresst wird und sich ggf. die Kugel 12 von der Halterung 11 löst.
Dadurch, dass der zweite Kanalabschnitt 15b vorzugsweise im Adapterbereich 11a angeordnet ist, wird verhindert, dass Poliermittel und/oder Abtrag beim Poliervorgang in den zweiten Kanalabschnitt 15b gelangt und diesen ggf. verstopft.
Zusätzlich oder alternativ zum Verkleben ist es auch möglich, die Kugel 12 kraft- bzw. reibschlüssig und/oder formschlüssig mittels der Halterung 11 bzw. der Aufnahme 11b zu halten.
Vorzugsweise weist die Aufnahme 11b mehrere, insbesondere zwei, Bereiche bzw. Abschnitte auf, besonders bevorzugt wobei die Bereiche sich in der Geometrie voneinander unterscheiden.
Vorzugsweise weist die Aufnahme 11b einen ersten bzw. inneren Bereich 11c und einen vorzugsweise unmittelbar an den ersten Bereich 11c angrenzenden zweiten bzw. äußeren Bereich 11d auf, vorzugsweise wobei der zweite Bereich 11d ein axiales Ende der Halterung 11 bzw. der Aufnahme 11b aufweist oder bildet.
Der erste Bereich 11c ist vorzugsweise konkav, insbesondere sphärisch, ausgebildet. Besonders bevorzugt entspricht die Krümmung bzw. der Durchmesser des ersten Bereichs 11c bzw. einer durch den ersten Bereich 11c begrenzten (gedachten) Kugel zumindest im Wesentlichen der Krümmung bzw. dem Durchmesser der Kugel 12.
Der erste Bereich 11c ist folglich vorzugsweise als Kugelsegment bzw. Kugelschale ausgebildet, insbesondere wobei der Radius des Kugelsegments bzw. der Kugelschale zumindest im Wesentlichen dem Radius der Kugel 12 entspricht.
Der zweite Bereich 11d ist vorzugsweise zylindrisch ausgebildet. Insbesondere ist der zweite Bereich 11d in axialer Richtung geradlinig bzw. nicht gekrümmt.
Insbesondere ist der Durchmesser des vorzugsweise zylindrischen zweiten Bereichs 11d kleiner als der Durchmesser des vorzugsweise sphärischen ersten Bereichs 11c und/oder der Kugel 12, insbesondere um mindestens oder genau 0,1 mm, 0,2 mm, 0,3 mm, 0,4 mm oder 0,5 mm.
Es ist folglich bevorzugt, dass im montierten Zustand der zweite Bereich 11d bzw. die Halterung 11 im zweiten Bereich 11d- insbesondere zumindest im Wesentlichen radial - auf die Kugel 12 drückt bzw. die Kugel 12 kraftschlüssig im zweiten Bereich 11d gehalten ist.
Mit anderen Worten wird vorzugsweise mittels des zweiten Bereichs 11d ein insbesondere ringförmiger (geringfügiger) Presssitz bzw. ein Zentriersitz für die Kugel 12 hergestellt.
Vorzugsweise wird ausschließlich im zweiten Bereich 11d bzw. durch den zweiten Bereich 11d ein Kraftschluss zwischen der Kugel 12 und der Halterung 11 erzeugt bzw. eine (Reib-)Kraft auf die Kugel 12 ausgeübt. Es ist folglich bevorzugt, dass die Kugel 12 bzw. das zweite Kugelsegment spannungsfrei bzw. druckfrei im ersten Bereich 11c aufgenommen ist.
Vorzugsweise ist die Aufnahme 11b, insbesondere der zweite Bereich 11d, derart gestaltet, dass ausschließlich oder zumindest überwiegend radial bzw. quer zur Werkzeugachse A1 auf die Kugel 12 gedrückt wird. Auf diese Weise wird die Kugel 12 sicher in der Aufnahme 11b gehalten bzw. ein Herausdrücken der Kugel 12 aus der Halterung 11 verhindert.
Vorzugsweise ist die Tiefe bzw. axiale Erstreckung des ersten Bereichs 11c kleiner als der Radius der Kugel 12.
Vorzugsweise weist der zweite Bereich 11d eine Tiefe bzw. eine axiale Erstreckung von mindestens 1mm oder 2mm und/oder höchstens 5mm auf.
Der zweite Bereich 11d schließt sich vorzugsweise kontinuierlich bzw. stufenlos an den ersten Bereich 11c an. Insbesondere geht der erste Bereich 11c kontinuierlich bzw. stufenlos in den zweiten Bereich 11d über. Es sind jedoch auch Lösungen möglich, bei denen der Übergang zwischen dem ersten Bereich 11c und dem zweiten Bereich 11d eine Stufe oder einen Knick aufweist.
Die 3 bis 6 verdeutlichen, dass die Halterung 11 je nach Größe der aufzunehmenden Kugel 12 und abhängig von den Anforderungen des Einzelfalls unterschiedlich geformt sein kann bzw. unterschiedliche Größen und/oder Durchmesser aufweist.
Die in den 3 bis 6 dargestellten Polierwerkzeuge 10 weisen grundsätzlich einen vergleichbaren konstruktiven Aufbau auf und unterscheiden sich primär in der Dimensionierung der Aufnahme 11b.
Wie bereits erläutert, weist das Polierwerkzeug 10 den Adapterbereich 11a zur Verbindung mit einer Werkzeugspindel (nicht dargestellt) auf.
Weiter weist das Polierwerkzeug 10, insbesondere die Halterung 11, einen Schaft 16 und einen Kopf 17 auf, vorzugsweise wobei der Schaft 16 den Adapterbereich 11a mit dem Kopf 17 verbindet.
Vorzugsweise weist das Polierwerkzug 10, insbesondere die Halterung 11, einen Anschlag 18 zur definierten Befestigung bzw. Halterung des Polierwerkzeugs 10 an der zugeordneten Werkzeugspindel bzw. deren Werkzeugfutter auf.
Der Anschlag 18 dient hierbei insbesondere zur Festlegung einer definierten Axiallage des Polierwerkzeugs 10 relativ zur Werkzeugspindel.
Vorzugsweise weist der Kopf 17 die Aufnahme 11b auf bzw. bildet diese. Insbesondere ist die Aufnahme 11b durch die Wandung des Kopfs 17 begrenzt bzw. gebildet.
Bei der in 3a und 3b dargestellten Ausführungsform weist der Kopf 17 den kleinsten (Außen-)Durchmesser der Halterung 11 auf und/oder ist der (größte) (Außen-) Durchmesser des Kopfs 17 kleiner als der (Außen-)Durchmesser des Adapterbereichs 11a.
Der Schaft 16 ist hier vorzugsweise als Kegel bzw. Kegelstumpf ausgebildet und/oder verjüngt sich insbesondere kontinuierlich in Richtung des Kopfs 17 bzw. der Aufnahme 11b.
Die in 4 bis 6 dargestellten Halterungen 11 sind vorzugsweise zur Aufnahme einer im Vergleich zur Ausführungsform gemäß 3a und 3b größeren Kugel 12 ausgebildet, beispielsweise mit einem Durchmesser von zumindest im Wesentlichen 20 mm, 30 mm oder 40 mm.
Vorzugsweise ist der Kopf 17 hier pilzkopfartig ausgebildet und/oder vergrößerter sich der (Außen-)Durchmesser der Halterung 11 vom Schaft 16 zum Kopf 17.
Insbesondere kann der (größte) (Außen-)Durchmesser des Kopfs 17 größer als der (größte) (Außen-)Durchmesser des Schafts 16 und/oder des Adapterbereichs 11a sein, wie insbesondere die Ausführungsform gem. 6a und 6b veranschaulicht.
Bei der in 6a und 6b dargestellten Ausführungsform ist der Schaft 16 zumindest im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und/oder weist der Schaft 16 einen entlang der Werkzeugachse A1 gleichbleibenden (Außen-)Durchmesser auf.
Die vorschlagsgemäße Vorrichtung zum Polieren eines Werkstücks weist vorzugsweise eine drehbar angetriebene Werkzeugspindel und das vorschlagsgemäße Polierwerkzeug 10 auf, wobei das Polierwerkzeug 10 auswechselbar an der Werkzeugspindel befestigt oder befestigbar ist.
Einzelne Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung können unabhängig voneinander, aber auch in beliebiger Kombination realisiert werden.
Bezugszeichenliste

10: Polierwerkzeug
11: Halterung
11a: Adapterbereich
11b: Ausnehmung / Aufnahme
11c: erster Bereich
11d: zweiter Bereich
12: Kugel
12a: freie Oberfläche / Arbeitsfläche
12b: verdeckte Oberfläche / Haltefläche
13: Polierfolie
13a: Polierfläche
14: Klebeschicht
15: Kanal
15a: erster Kanalabschnitt
15b: zweiter Kanalabschnitt
16: Schaft
17: Kopf
18: Anschlag
A1: Werkzeugachse
S: Segment der Polierfolie

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 102016006741 A1 [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN ISO 868:2003-10 [0090]
DIN ISO 7619-1:2012-02 [0090]
DIN EN ISO 1101:2014 [0093]

Claims

Polierwerkzeug (10), aufweisend: eine Halterung (11), eine in der Halterung (11) aufgenommene Kugel (12), eine die freie Oberfläche (12a) der Kugel (12) ganz oder teilweise bedeckende Polierfolie (13).
Polierwerkzeug nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine Aufnahme (11b), in der die Kugel (12) - insbesondere kraft- und/oder stoffschlüssig - aufgenommen ist.
Polierwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (11) aus einem Kunststoff gegossen ist.
Polierwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel (12) aus einem Gummiwerkstoff besteht.
Polierwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel (12) eine Shore-Härte von mindestens SH 30 und/oder höchstens SH 70, insbesondere im Bereich von SH 50 bis SH 65, aufweist.
Polierwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polierfolie (13) die Form einer Kugelabwicklung aufweist und/oder durch mehrere Segmente (S) gebildet ist.
Polierwerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelabwicklung bzw. die Segmente (S) aus einer flächigen Folie ausgeschnitten ist bzw. sind.
Polierwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polierfolie (13) spannungsfrei und/oder faltenfrei auf der freien Oberfläche (12a) der Kugel (12) befestigt ist.
Polierwerkzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (11) einen Kanal (15) aufweist, der in die Aufnahme (11b) mündet.
Polierwerkzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (11), insbesondere die Aufnahme (11b), einen ersten, insbesondere sphärischen, Bereich (11c) und einen zweiten, insbesondere zylindrischen, Bereich (11d) aufweist, vorzugsweise wobei der Durchmesser des zweiten Bereichs (11d) kleiner als der Durchmesser der Kugel (12) ist.
Vorrichtung zum Polieren eines Werkstücks, mit einer drehbar angetriebenen Werkzeugspindel und einem Polierwerkzeug (10), wobei das Polierwerkzeug (10) auswechselbar an der Werkzeugspindel befestigt oder befestigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Polierwerkzeug (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildet ist.