DE102022125705A1 - Disc grinder/polishing machine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Teller-Schleif-/Poliergerät (10) zum Planschleifen und/oder Polieren der Probenoberfläche an der Unterseite von insbesondere eingebetteten und/oder nicht eingebetteten Proben mit einem rotierenden Schleif-/Polierteller (18), insbesondere zur Probenpräparation für die materialographische Analyse, umfassend:eine erste Antriebsspindel (66) zum rotierenden Antreiben des Probenhalters (34), wobei der erste elektrische Antriebsmotor (60) einen ersten Stator (64) und einen ersten Rotor (62) umfasst, wobei die erste Antriebsspindel (66) koaxial mit dem ersten Rotor (62) verbunden ist, und der erste elektrische Antriebsmotor (60) mit der ersten Antriebsspindel (66) einen ersten koaxialen Direktantrieb (61) für den Probenhalter (34) bildet und/odereine zweite Antriebsspindel (166) zum rotierenden Antreiben des Schleif/Poliertellers (18), wobei der zweite elektrische Antriebsmotor (160) einen zweiten Stator (164) und einen zweiten Rotor (162) umfasst, wobei die zweite Antriebsspindel (166) koaxial mit dem zweiten Rotor (162) verbunden ist, und der zweite elektrische Antriebsmotor (160) mit der zweiten Antriebsspindel (166) einen zweiten koaxialen Direktantrieb (161) für den Schleif-/Polierteller (18) bildet.The invention relates to a disk grinding/polishing device (10) for surface grinding and/or polishing the sample surface on the underside of in particular embedded and/or non-embedded samples with a rotating grinding/polishing disk (18), in particular for sample preparation for materialographic analysis, comprising: a first drive spindle (66) for rotatingly driving the sample holder (34), wherein the first electric drive motor (60) comprises a first stator (64) and a first rotor (62), wherein the first drive spindle (66) is coaxially connected to the first rotor (62), and the first electric drive motor (60) forms a first coaxial direct drive (61) for the sample holder (34) with the first drive spindle (66) and/or a second drive spindle (166) for rotatingly driving the grinding/polishing disk (18), wherein the second electric drive motor (160) comprises a second stator (164) and a second rotor (162) wherein the second drive spindle (166) is coaxially connected to the second rotor (162), and the second electric drive motor (160) forms with the second drive spindle (166) a second coaxial direct drive (161) for the grinding/polishing plate (18).
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft ein Teller-Schleif-/Poliergerät zum Planschleifen und/oder Polieren der Probenoberfläche an der Unterseite von insbesondere eingebetteten und/oder nicht eingebetteten Proben mit einem Schleif-/Polierteller in einer Auffangwanne, insbesondere zur Probenpräparation für die materialographische Analyse.The invention relates to a disk grinding/polishing device for surface grinding and/or polishing the sample surface on the underside of in particular embedded and/or non-embedded samples with a grinding/polishing disk in a collecting tray, in particular for sample preparation for materialographic analysis.
Hintergrund und allgemeine Beschreibung der ErfindungBackground and general description of the invention
Teller-Schleif-/Poliergeräte besitzen typischerweise zwei Antriebe. Ein Antrieb sitzt unten und treibt den Schleif-/Polierteller an. Der andere Antrieb sitzt oben im Schleif-/Polierkopf und treibt den Probenhalter an. Der Schleif-/Polierteller wird typischerweise mit einer Drehzahl zwischen 50 min-1 und 500 min-1 angetrieben. Die Leistung liegt bei etwa 0,75 kW bis 1,5 kW für 300 mm Schleif-/Polierteller-Durchmesser bzw. 2,2kW für 350 mm Schleif-/Polierteller-Durchmesser.Disc grinders/polishing machines typically have two drives. One drive is located at the bottom and drives the grinding/polishing disc. The other drive is located at the top of the grinding/polishing head and drives the sample holder. The grinding/polishing disc is typically driven at a speed between 50 min -1 and 500 min -1 . The power is around 0.75 kW to 1.5 kW for 300 mm grinding/polishing disc diameter or 2.2 kW for 350 mm grinding/polishing disc diameter.
Alles in Allem haben sich die bekannten Teller-Schleif-/Poliergeräte in der Praxis sehr bewährt, allerdings sehen die Erfinder in Bezug auf die nachfolgend erläuterten Umstände weiteres Verbesserungspotential.All in all, the known disc grinding/polishing devices have proven to be very effective in practice, but the inventors see further potential for improvement with regard to the circumstances explained below.
Bei bekannten Teller-Schleif-/Poliergeräten erfolgt der Antrieb typischerweise über ein- oder dreiphasige Asynchron-Elektromotoren, die z.B. über eine Nenndrehzahl von ca. 1450 min-1 bei vierpoliger Ausführung verfügen. Um die benötigten Drehzahlen, speziell auch im unteren Drehzahlbereich, ohne Drehzahlschwankungen stabil bereitzustellen, wird die Drehzahl typischerweise über einen Riementrieb mit relativ großer Untersetzung, z.B. ca. 5:1, auf den Schleif-/Polierteller übertragen.In known disc grinding/polishing devices, the drive is typically provided by single- or three-phase asynchronous electric motors, which, for example, have a nominal speed of approx. 1450 min -1 in the four-pole version. In order to provide the required speeds, especially in the lower speed range, in a stable manner without speed fluctuations, the speed is typically transmitted to the grinding/polishing disc via a belt drive with a relatively large reduction ratio, e.g. approx. 5:1.
Für den Schleif-/Polierkopf werden noch geringere Drehzahlen benötigt. Diese liegen typischerweise in etwa bei 20 min-1 bis 200 min-1. Auch der Schleif-/Polierkopf wird typischerweise mit einer Asynchronmaschine angetrieben, ähnlich wie der Schleif-/Polierteller unten. Daher müssen für den Schleif-/Polierkopf die Untersetzungsverhältnisse des Riemenantriebs noch extremer gewählt werden, als für den Schleif-/Polierteller, und liegen für den Schleif-/Polierkopf typischerweise bei etwa 8:1 bis 10:1. Das führt allerdings in nachteiliger Weise dazu, dass die Antriebsriemenscheibe am Motor sehr klein gewählt werden muss, da der Bauraum begrenzt ist. Außerdem führt dies dazu, dass der Umschlingungswinkel der Riemenscheibe relativ klein ist.Even lower speeds are required for the grinding/polishing head. These are typically around 20 min -1 to 200 min -1 . The grinding/polishing head is also typically driven by an asynchronous machine, similar to the grinding/polishing plate below. Therefore, the reduction ratios of the belt drive for the grinding/polishing head must be even more extreme than for the grinding/polishing plate, and are typically around 8:1 to 10:1 for the grinding/polishing head. However, this has the disadvantage that the drive pulley on the motor has to be very small because the installation space is limited. This also means that the wrap angle of the pulley is relatively small.
Ein weiterer Nachteil dieser hochdrehenden Asynchronmaschinen besteht darin, dass speziell im unteren Drehzahlbereich einen sehr hoher Magnetisierungsstrom benötigt wird, um ein hohes Drehmoment zu erreichen, was aber ineffizient ist und eine große Wärmeentwicklung bewirkt.A further disadvantage of these high-speed asynchronous machines is that, especially in the lower speed range, a very high magnetizing current is required to achieve a high torque, which is inefficient and causes a large amount of heat to be generated.
Noch ein Nachteil der verwendeten Riemenantriebe liegt darin begründet, dass die Massenträgheit des Antriebs mit jeder Übersetzung quadratisch zunimmt. Bei einer plötzlichen Blockade des Schleif-/Poliertellers oder am Schleif-/Polierkopf kann das ein Durchrutschen des Riementriebs zur Folge haben, was den Verschleiß beschleunigen oder sogar zum Ausfall führen kann.Another disadvantage of the belt drives used is that the mass inertia of the drive increases quadratically with each gear ratio. If the grinding/polishing plate or the grinding/polishing head suddenly becomes blocked, this can cause the belt drive to slip, which can accelerate wear or even lead to failure.
Ferner muss aufgrund der vorstehend erläuterten ungünstigen Umschlingungswinkel und kleinen Antriebsscheibendurchmesser der Riemen stärker dimensioniert werden, um die benötigten Momente übertragen zu können. Dies wiederum bedingt starke Verformungen und somit Walkarbeit, was wiederum den Verschleiß des Riemens beschleunigen kann.Furthermore, due to the unfavorable wrap angle and small drive pulley diameters explained above, the belt must be dimensioned larger in order to be able to transmit the required torque. This in turn causes significant deformation and thus flexing work, which in turn can accelerate the wear of the belt.
Außerdem ist die vom Hersteller empfohlene Riemenspannung genau einzuhalten, was z.B. mit einem Frequenzmessgerät sichergestellt werden sollte. Wird der Riemen zu stark gespannt, kann das zu Lagerschäden am Antriebsmotor führen. Wird der Riemen zu wenig gespannt, kann er durchrutschen, was wiederum zu Verschleiß und zum komplettem Ausfall führen kann. Bei Teller-Schleif-/Poliergeräten sollte der Riemen regelmäßig nachgespannt werden, was typischerweise beim Kunden erfolgen sollte. Beim Kunden steht allerdings zumeist kein Messgerät zur Überprüfung der Riemenspannung zur Verfügung, so dass es in der gelebten Praxis häufig vorkommt, dass der Riemen zu stark gespannt wird. Das kann zur Folge haben, dass die Lager überlastet werden, bis hin zu einem möglichen Ausfall des Antriebsmotors aufgrund eines Lagerschadens, was zu einem teuren Serviceeinsatz vor Ort beim Kunden führt.In addition, the belt tension recommended by the manufacturer must be strictly adhered to, which should be ensured using a frequency measuring device, for example. If the belt is tensioned too much, this can lead to bearing damage on the drive motor. If the belt is tensioned too little, it can slip, which in turn can lead to wear and complete failure. With disc grinders/polishing machines, the belt should be re-tensioned regularly, which should typically be done by the customer. However, the customer usually does not have a measuring device available to check the belt tension, so in practice it often happens that the belt is tensioned too much. This can result in the bearings being overloaded, and even a possible failure of the drive motor due to bearing damage, which leads to an expensive service call on site at the customer's premises.
In der Anwendungspraxis von Schleif-/Poliergeräten wird der Riementrieb in einem gewissen zeitlichen Zyklus immer wieder ersetzt, was vor Ort aber nicht unproblematisch ist. Zum einen muss das Gerät teilweise demontiert werden und zum anderen steht häufig vor Ort kein Messgerät zur genauen Ermittlung der Riemenspannung zur Verfügung, was wiederum zu den beschriebenen Folgeschäden führen kann.In the practical application of grinding/polishing machines, the belt drive is repeatedly replaced at certain intervals, which is not without problems on site. On the one hand, the device has to be partially dismantled and on the other hand, there is often no measuring device available on site to accurately determine the belt tension, which in turn can lead to the consequential damage described.
Auch konstruktiv weisen die bekannten Riemenantriebe Nachteile auf. Zunächst ist eine Spannmöglichkeit erforderlich, die typischerweise durch transversales Verschieben des Elektromotors realisiert wird. Hierbei erfordern die verwendeten Riemenantriebe für den Elektromotor und den Verstellbereich für die Riemenspannung einen entsprechenden Bauraum in dem Gerät.The known belt drives also have disadvantages in terms of design. Firstly, a tensioning option is required, which is typically achieved by moving the electric motor transversely. The belts used here require n drives for the electric motor and the adjustment range for the belt tension require appropriate installation space in the device.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass durch die Riemenspannung, selbst wenn sie korrekt eingestellt ist, eine dauerhafte Querkraft auf die Antriebswellen der Schleif-/Polierscheibe und des Schleif-/Polierkopfes erzeugt wird.A further disadvantage is that the belt tension, even when correctly adjusted, creates a permanent transverse force on the drive shafts of the grinding/polishing disc and the grinding/polishing head.
Weiter werden die Proben bei den bekannten Teller-Schleif-/Poliergeräten - entweder mit Einzelandruck oder mit Zentralandruck - mit einer definierten Andruckkraft gegen den rotierenden Schleif/-Polierteller gedrückt, damit ein entsprechender Abtrag von den zu präparierenden Proben gewährleistet wird. Die Stärke der Andruckkraft variiert je nach Präparationsmethode und kann typischerweise zwischen 5 N und 100 N je Probe beim Einzelandruckverfahren und zwischen 20 N und 750 N beim Zentralandruckverfahren liegen. Die Kraft wird typischerweise pneumatisch über eine definierte Kolbenfläche erzeugt. Bauartbedingt weisen die für das Pneumatik-System verwendeten Dichtungen, Führungen, etc. Reibung auf, die nicht immer konstant ist. Die Reibung kann z.B. zwischen Haft- und Gleitreibung, durch Temperaturänderungen oder durch Verschmutzung variieren.Furthermore, with the well-known disc grinding/polishing devices - either with individual pressure or with central pressure - the samples are pressed against the rotating grinding/polishing plate with a defined pressure force to ensure that the samples to be prepared are removed accordingly. The strength of the pressure force varies depending on the preparation method and can typically be between 5 N and 100 N per sample with the individual pressure method and between 20 N and 750 N with the central pressure method. The force is typically generated pneumatically via a defined piston area. Due to the design, the seals, guides, etc. used for the pneumatic system exhibit friction that is not always constant. The friction can vary, for example, between static and sliding friction, due to temperature changes or due to contamination.
All das kann die Präzision des Schleifabtrags bzw. allgemein die Qualität des Schleif- und Polierergebnisses beeinträchtigen.All of this can affect the precision of the grinding removal or, in general, the quality of the grinding and polishing results.
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Teller-Schleif-/Poliergerät bereit zu stellen, welches hochqualitative Schleif- und Polierergebnisse gewährleistet.The invention therefore has the task of providing a disc grinding/polishing device which guarantees high-quality grinding and polishing results.
Ein weiterer Aspekt der Aufgabe ist es, ein Teller-Schleif-/Poliergerät bereit zu stellen, welches zuverlässige und qualitativ hochwertige Andruckverfahren im Schleif-/Polierkopf bereitstellt und eine präzise Kontrolle des Schleifabtrags gewährleistet.Another aspect of the task is to provide a disc grinding/polishing device that provides reliable and high-quality pressure processes in the grinding/polishing head and ensures precise control of the grinding removal.
Ein weiterer Aspekt der Aufgabe ist es, ein Teller-Schleif-/Poliergerät bereit zu stellen, welches Nachteile beim pneumatischem Vorschub zum Aufbringen der Schleifkraft vermeidet, und eine Druckluftzuführung im Schleif-/Polierkopf für den Einzelandruck der Proben mit hoher Reproduzierbarkeit und geringer Beeinträchtigung durch Temperaturschwankungen ermöglicht.A further aspect of the task is to provide a disc grinding/polishing device which avoids disadvantages of pneumatic feed for applying the grinding force and enables a compressed air supply in the grinding/polishing head for the individual pressure of the samples with high reproducibility and little impairment by temperature fluctuations.
Ein weiterer Aspekt der Aufgabe ist es, ein Teller-Schleif-/Poliergerät bereit zu stellen, welches den zur Verfügung stehenden Bauraum, insbesondere im Schleif-/Polierkopf optimal ausnutzt und ggf. eine zuverlässige Messung der Andruck-Kraft beim Schleifen und/oder Polieren sowie einen präzisen einstellbaren Schleifabtrag ermöglicht.A further aspect of the task is to provide a disc grinding/polishing device which makes optimal use of the available installation space, particularly in the grinding/polishing head, and, if necessary, enables reliable measurement of the contact pressure during grinding and/or polishing as well as precisely adjustable grinding removal.
Ein weiterer Aspekt der Aufgabe ist es, ein Teller-Schleif-/Poliergerät bereit zu stellen, welches zuverlässig, verschleiß- und wartungsarm ist, sowie im Betrieb eine geringe Geräuschentwicklung aufweist.Another aspect of the task is to provide a disc grinding/polishing device that is reliable, low-wear and low-maintenance, and has low noise levels during operation.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.The object of the invention is solved by the subject matter of the independent claims. Advantageous developments of the invention are defined in the subclaims.
Erfindungsgemäß wird ein Teller-Schleif-/Poliergerät zum Planschleifen und/oder Polieren der Probenoberfläche an der Unterseite von insbesondere eingebetteten und/oder nicht eingebetteten Proben mit einem rotierenden Schleif-/Polierteller, insbesondere zur Probenpräparation für die materialographische Analyse, z.B. für eine anschließende Härteprüfung oder Gefügeuntersuchung der geschliffenen und polierten Unterseite der insbesondere eingebetteten Proben bereit gestellt.According to the invention, a disk grinding/polishing device is provided for surface grinding and/or polishing the sample surface on the underside of in particular embedded and/or non-embedded samples with a rotating grinding/polishing disk, in particular for sample preparation for materialographic analysis, e.g. for a subsequent hardness test or structural examination of the ground and polished underside of the in particular embedded samples.
Das Teller-Schleif-/Poliergerät weist einen Schleif-/Polierkopf mit einem Probenhalter zum Einsetzen einer oder mehrerer eingebetteter oder nicht eingebetteter Proben auf. Der Probenhalter kann z.B. eine Aufnahmescheibe umfassen, mit mehreren, z.B. sechs symmetrisch um die Rotationsachse verteilten Probenaufnahmen zum Einsetzen jeweils einer eingebetteten oder nicht eingebetteten Probe.The disk grinding/polishing device has a grinding/polishing head with a sample holder for inserting one or more embedded or non-embedded samples. The sample holder can, for example, comprise a receiving disk with several, e.g. six, sample holders distributed symmetrically around the axis of rotation for inserting one embedded or non-embedded sample each.
Schleifen und Polieren von eingebetteten Proben erfolgt in der materialographischen Analyse z.B. nach dem Abtrennen von Probenstücken mit einer Trennmaschine und dem nachfolgenden Einbetten der Probenstücke in Einbettmaterial zur Formgebung einer mehr oder weniger genormten Form der eingebetteten Proben, z.B. in Form von Zylindern mit Durchmessern im Bereich zwischen 25 mm und 50 mm. Dies wird in der Fachwelt auch als metallographisches Einbetten bezeichnet. Das Teller-Schleif-/Poliergerät ist als Laborgerät insbesondere für solche eingebetteten Proben geeignet. Das Teller-Schleif-/Poliergerät kann allerdings auch mit nicht eingebetteten Proben arbeiten. Hierzu können die nicht eingebetteten Proben direkt in einen speziellen an die Proben angepassten Probenhalter eingesetzt werden.Grinding and polishing of embedded samples is carried out in materialographic analysis, e.g. after separating sample pieces with a separating machine and then embedding the sample pieces in embedding material to give the embedded samples a more or less standardized shape, e.g. in the form of cylinders with diameters in the range between 25 mm and 50 mm. In the professional world, this is also referred to as metallographic embedding. The disc grinding/polishing device is particularly suitable as a laboratory device for such embedded samples. The disc grinding/polishing device can also work with non-embedded samples. For this purpose, the non-embedded samples can be placed directly in a special sample holder adapted to the samples.
Das Teller-Schleif-/Poliergerät umfasst ferner ein Untergehäuse mit einer Auffangwanne zum Auffangen von Schleif- und/oder Poliersuspension. Beim Schleifen wird typischerweise mit Wasser gekühlt, so dass die Suspension aus Schleifabtrag und Wasser in der Auffangwanne aufgefangen und über einen Abfluss der Auffangwane abgeleitet werden kann. Poliert wird unter anderem mit Poliersuspensionen, z.B. Diamantsuspensionen, die vor und/oder während des Poliervorgangs auf die Polierscheibe bzw. das Poliertuch gegeben werden. Auch die Poliersuspension kann in der Auffangwanne gesammelt und über den Abfluss abgeleitet werden.The disc grinding/polishing device also includes a lower housing with a collecting tray for collecting grinding and/or polishing suspension. During grinding, cooling is typically carried out with water, so that the suspension of grinding material and water is collected in the collecting tray and can be drained off via a drain in the collecting tray. Polishing is carried out using polishing suspensions, e.g. diamond suspensions, which are applied to the polishing disc or polishing cloth before and/or during the polishing process. The polishing suspension can be collected in the collecting tray and drained away via the drain.
In der Auffangwanne rotiert ein horizontaler Schleif-/Polierteller um eine vertikale Rotationsachse. Auf der Oberseite des Schleif-/Poliertellers können wahlweise unterschiedliche Schleifpads, z.B. Schleifpapier, Schleiffolie, dünne Schleifscheiben mit unterschiedlicher Körnung und unterschiedlichen Schleifpartikeln, z.B. Korund oder Diamant lösbar befestigt werden, um die Proben nacheinander mit unterschiedlichen Schleifpads immer feiner plan zu schleifen. Anschließend können auf dem Schleif-/Polierteller Polierpads und/oder Poliertücher lösbar befestigt werden, um dieselben Proben nach dem Schleifen zu Polieren. Die Schleif- und Polierpads bzw. Poliertücher können z.B. auf der Oberseite der Schleif-/Polierteller angehaftet werden, z.B. magnetisch, selbstklebend, mit Vakuum und ggf. weiteren Haftschichten. Somit wird die Unterseite der von oben auf den Schleif-/Polierteller aufgedrückten Proben mit dem jeweiligen Schleifpad, Polierpad bzw. Poliertuch plangeschliffen und/oder poliert.In the collecting tray, a horizontal grinding/polishing plate rotates around a vertical axis of rotation. Different grinding pads, e.g. sandpaper, sanding film, thin grinding wheels with different grain sizes and different grinding particles, e.g. corundum or diamond, can be detachably attached to the top of the grinding/polishing plate in order to grind the samples one after the other with different grinding pads to an ever finer level. Polishing pads and/or polishing cloths can then be detachably attached to the grinding/polishing plate in order to polish the same samples after grinding. The grinding and polishing pads or polishing cloths can be attached to the top of the grinding/polishing plate, e.g. magnetically, self-adhesively, with a vacuum and, if necessary, with other adhesive layers. In this way, the underside of the samples pressed onto the grinding/polishing plate from above is ground flat and/or polished with the respective grinding pad, polishing pad or polishing cloth.
Vorzugsweise können mit demselben Teller-Schleif- und Poliergerät die eingebetteten bzw. nicht eingebetteten materialographischen Proben zunächst geschliffen (ggf. mit unterschiedlichen Schleifkörnungen) und unmittelbar nachfolgend poliert (ggf. mit Poliersuspensionen mit unterschiedlicher Feinheit) werden, ohne die Proben aus dem jeweils angepassten Probenhalter entnehmen zu müssen. Ggf. kann noch eine Reinigungsstation vorgesehen sein.Preferably, the embedded or non-embedded materialographic samples can be first ground (if necessary with different abrasive grains) and then immediately polished (if necessary with polishing suspensions of different fineness) using the same disc grinding and polishing device, without having to remove the samples from the adapted sample holder. A cleaning station can also be provided if necessary.
Das Teller-Schleif-/Poliergerät enthält einen in dem Schleif-/Polierkopf angeordneten oberen ersten elektrischen Antriebsmotor zum rotierenden Antreiben des Probenhalters.The disc grinder/polishing device includes an upper first electric drive motor arranged in the grinding/polishing head for rotatingly driving the sample holder.
Das Teller-Schleif-/Poliergerät enthält ferner einen in dem Untergehäuse angeordneten unteren zweiten elektrischen Antriebsmotor zum rotierenden Antreiben des Schleif-/Poliertellers.The disc grinding/polishing device further includes a lower second electric drive motor arranged in the lower housing for rotating the grinding/polishing disc.
Der Probenhalter wird von einer ersten Antriebsspindel angetrieben und der erste elektrische Antriebsmotor weist einen ersten Stator und einen ersten Rotor auf. Die erste Antriebsspindel ist koaxial, insbesondere form- oder reibschlüssig mit dem ersten Rotor verbunden und erstreckt sich insbesondere koaxial durch den ersten Rotor und den ersten Stator, derart dass der erste elektrische Antriebsmotor mit der ersten Antriebsspindel einen ersten koaxialen Direktantrieb für den Probenhalter bildet. Der Probenhalter ist insbesondere koaxial an einem unteren Ende der ersten Antriebsspindel vorzugsweise lösbar befestigt.The sample holder is driven by a first drive spindle and the first electric drive motor has a first stator and a first rotor. The first drive spindle is connected coaxially, in particular in a form-fitting or friction-fitting manner to the first rotor and extends in particular coaxially through the first rotor and the first stator, such that the first electric drive motor forms a first coaxial direct drive for the sample holder with the first drive spindle. The sample holder is in particular coaxially attached, preferably detachably, to a lower end of the first drive spindle.
Alternativ oder ergänzend wird der Schleif-/Polierteller von einer zweiten Antriebsspindel angetrieben und der zweite elektrische Antriebsmotor weist einen zweiten Stator und einen zweiten Rotor auf. Die zweite Antriebsspindel ist koaxial, insbesondere form- oder reibschlüssig mit dem zweiten Rotor verbunden und erstreckt sich insbesondere koaxial durch den zweiten Rotor und den zweiten Stator, derart dass der zweite elektrische Antriebsmotor mit der zweiten Antriebsspindel einen zweiten koaxialen Direktantrieb für den Schleif-/Polierteller bildet. Der Schleif-/Polierteller ist insbesondere koaxial an einem oberen Ende der zweiten Antriebsspindel, vorzugsweise lösbar befestigt.Alternatively or additionally, the grinding/polishing plate is driven by a second drive spindle and the second electric drive motor has a second stator and a second rotor. The second drive spindle is connected coaxially, in particular positively or frictionally, to the second rotor and extends in particular coaxially through the second rotor and the second stator, such that the second electric drive motor forms a second coaxial direct drive for the grinding/polishing plate with the second drive spindle. The grinding/polishing plate is in particular coaxially attached to an upper end of the second drive spindle, preferably detachably.
Das Teller-Schleif-/Poliergerät kann also entweder für den Probenhalter oder für den Schleif-/Polierteller, oder vorzugsweise für beides, jeweils einen eigenen koaxialen Direktantrieb, wie vorstehend definiert, aufweisen.The disc grinding/polishing device can therefore have its own coaxial direct drive, as defined above, either for the sample holder or for the grinding/polishing disc, or preferably for both.
Die Drehzahl des ersten elektrischen Antriebsmotors beträgt vorzugsweise im Bereich zwischen 20 min-1 und 200 min-1. Die Drehzahl des zweiten elektrischen Antriebsmotors beträgt vorzugsweise im Bereich zwischen 50 min-1 und 600 min-1. Die Drehzahlen können insbesondere regelbar sein.The speed of the first electric drive motor is preferably in the range between 20 min -1 and 200 min -1 . The speed of the second electric drive motor is preferably in the range between 50 min -1 and 600 min -1 . The speeds can in particular be controllable.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste und/oder zweite elektrische Antriebsmotor als Synchronmotor, insbesondere als mehrpoliger oder vielpoliger Torquemotor ausgebildet. Vorzugsweise sind die elektrischen Antriebsmotoren als Innenläufer ausgebildet.According to a preferred embodiment, the first and/or second electric drive motor is designed as a synchronous motor, in particular as a multi-pole or multi-pole torque motor. The electric drive motors are preferably designed as internal rotors.
Es werden also anstelle der herkömmlichen Asynchronmotoren mit Riementrieb z.B. Torquemotoren als Direktantriebe eingesetzt. Die Torquemotoren können als geberlose Synchronmotoren mit Permanentmagneten im Rotor (Permanentmagnet-Synchronmotor - PMSM) ausgebildet sein. Der jeweilige Stator kann aus mehreren Spulen bestehen, die durch entsprechende Bestromung Magnetfelder erzeugen, denen der zugehörige Rotor folgt. Die Torquemotoren können vom Stillstand bis den hier erforderlichen Maximal-Drehzahlen (ca. 200 min-1 bzw. 600 min-1) ein sehr hohes Drehmoment erzeugen und werden als Direktantrieb eingesetzt, also ohne Riementrieb oder Getriebe. Der jeweilige Rotor kann direkt koaxial auf die Antriebspindel des Schleif-/Poliertellers bzw. des Schleif-/Polierkopfes montiert werden und überträgt daher nur das Antriebsmoment. Die Verbindung zwischen der jeweiligen Rotor und der zugehörigen Antriebsspindel kann z.B. durch Formschluss, z.B. mit einer Passfeder oder durch Reibschluss erfolgen. Querkräfte, die bei herkömmlichen Teller-Schleif-/Poliergeräten durch Riemen auf die Spindel ausgeübt wurden, entfallen, was die Lagerbelastung und damit den Verschleiß erheblich reduziert. Des Weiteren ist der Antrieb fast lautlos und komplett wartungsfrei, wodurch die Servicearbeiten vor Ort beim Kunden entfallen können. Die Antriebseinheiten können insgesamt kompakt konstruiert werden, womit sich ein schlankes Design, trotz hohem Drehmoment ergibt.Instead of conventional asynchronous motors with belt drives, torque motors are used as direct drives, for example. The torque motors can be designed as sensorless synchronous motors with permanent magnets in the rotor (permanent magnet synchronous motor - PMSM). The respective stator can consist of several coils which, when supplied with the appropriate current, generate magnetic fields which the associated rotor follows. The torque motors can generate a very high torque from a standstill up to the maximum speeds required here (approx. 200 min -1 or 600 min -1 ) and are used as direct drives, i.e. without a belt drive or gearbox. The respective rotor can be mounted directly coaxially on the drive spindle of the grinding/polishing plate or the grinding/polishing head and therefore only transmits the drive torque. The connection between the respective rotor and the associated drive spindle can be made, for example, by form-fitting, e.g. with a feather key, or by friction. Transverse forces exerted on the spindle by belts in conventional disc grinding/polishing machines are eliminated, which reduces the bearing load and thus wear is significantly reduced. Furthermore, the drive is almost silent and completely maintenance-free, which means that on-site service work at the customer's premises is no longer necessary. The drive units can be constructed compactly overall, resulting in a slim design despite the high torque.
Vorzugsweise weist das Teller-Schleif-/Poliergerät einen vertikalen motorisch angetriebenen Hubmechanismus auf, mittels welchem zum Planschleifen und/oder zum Polieren der Proben der Schleif-/Polierkopf einschließlich des ersten Antriebsmotors auf den Schleif-/Polierteller abgesenkt wird. In vorteilhafter Weise kann hiermit eine hohe Präzision für den gewünschten Abtrag erreicht werden.The disc grinding/polishing device preferably has a vertical motor-driven lifting mechanism, by means of which the grinding/polishing head including the first drive motor is lowered onto the grinding/polishing disc for surface grinding and/or polishing the samples. This advantageously enables a high level of precision for the desired removal of material.
Vorzugsweise weist der Hubmechanismus zumindest eine, vorzugsweise zumindest zwei Vertikalführungen, eine Umlaufspindel, z.B. eine Kugelumlaufspindel, und einen Umlaufspindel-Antriebsmotor auf. Vorzugsweise rotiert der Umlaufspindel-Antriebsmotor die Umlaufspindel und die Spindelmutter oder Umlaufführung (z.B. Kugelumlaufführung der Kugelumlaufspindel relativ zueinander, um die vertikale Hubbewegung des Schleif-/Polierkopfes entlang der Vertikalführungen zu bewirken. Hiermit wird der Schleif-/Polierkopf auf und ab bewegt, und damit können die Proben in dem Probenhalter beim Schleifen und/oder Polieren exakt zugestellt werden.Preferably, the lifting mechanism has at least one, preferably at least two vertical guides, a rotating spindle, e.g. a ball screw, and a rotating spindle drive motor. Preferably, the rotating spindle drive motor rotates the rotating spindle and the spindle nut or rotating guide (e.g. ball screw guide of the ball screw) relative to each other in order to effect the vertical lifting movement of the grinding/polishing head along the vertical guides. This moves the grinding/polishing head up and down, and thus the samples in the sample holder can be fed precisely during grinding and/or polishing.
Der Umlaufspindel-Antriebsmotor kann z.B. als Schrittmotor mit Drehgeber ausgebildet sein.The circulating spindle drive motor can, for example, be designed as a stepper motor with a rotary encoder.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Schleif-/Polierkopf an einer L-förmigen Aufhängung aufgehängt, welche einen vertikalen Turmabschnitt und einen horizontalen Brückenabschnitt aufweist. Der vertikale Turmabschnitt kann an einem Gerätefuß in dem Untergehäuse befestigt sein und sich von dem Gerätefuß, insbesondere an der Rückseite des Untergehäuses, vertikal nach oben erstrecken. Der horizontale Brückenabschnitt ist wiederum an dem vertikalen Turmabschnitt aufgehängt und erstreckt sich horizontal über dem Untergehäuse bis zum dem Schleif-/Polierkopf bzw. bis an den Bereich über dem Schleif-/Polierteller. Der Schleif-/Polierkopf ist an dem, dem Turmabschnitt gegenüberliegenden vorderen Ende des Brückenabschnitts aufgehängt, so dass die Aufhängung zusammen mit dem Schleif-/Polierkopf im Wesentlichen U-förmig gestaltet ist. Vorzugsweise ist der vertikale Hubmechanismus in dem vertikalen Turmabschnitt angeordnet und hebt und senkt den horizontalen Brückenabschnitt gemeinsam mit dem Schleif-/Polierkopf und dem ersten koaxialen Direktantrieb an bzw. ab. Vorzugsweise ist die erste Antriebsspindel axial elastisch federnd an starren Bereichen des Schleif-/Polierkopfes aufgehängt.According to a preferred embodiment, the grinding/polishing head is suspended from an L-shaped suspension, which has a vertical tower section and a horizontal bridge section. The vertical tower section can be attached to a device base in the lower housing and extend vertically upwards from the device base, in particular on the rear of the lower housing. The horizontal bridge section is in turn suspended from the vertical tower section and extends horizontally over the lower housing to the grinding/polishing head or to the area above the grinding/polishing plate. The grinding/polishing head is suspended from the front end of the bridge section opposite the tower section, so that the suspension together with the grinding/polishing head is essentially U-shaped. Preferably, the vertical lifting mechanism is arranged in the vertical tower section and raises and lowers the horizontal bridge section together with the grinding/polishing head and the first coaxial direct drive. Preferably, the first drive spindle is suspended axially elastically resiliently from rigid areas of the grinding/polishing head.
Die erste Antriebsspindel kann oberhalb und unterhalb des ersten Rotors gelagert sein. Das untere Lager der ersten Antriebsspindel kann als Festlager, insbesondere mit zumindest einem Schrägkugellager oder Rillenkugellager, ausgebildet und über eine Wellenfeder vorgespannt sein, um Lagerspiel herauszunehmen.The first drive spindle can be mounted above and below the first rotor. The lower bearing of the first drive spindle can be designed as a fixed bearing, in particular with at least one angular contact ball bearing or deep groove ball bearing, and can be preloaded via a wave spring in order to remove bearing play.
Ferner kann das obere Lager der ersten Antriebsspindel als Loslager ausgebildet sein, insbesondere mit einem Zylinderrollenlager, um eine axiale Bewegung der ersten Antriebsspindel gemeinsam mit dem ersten Rotor relativ zu dem ersten Stator und der Aufhängung des Schleif-/Polierkopfes aufzunehmen.Furthermore, the upper bearing of the first drive spindle can be designed as a floating bearing, in particular with a cylindrical roller bearing, in order to accommodate an axial movement of the first drive spindle together with the first rotor relative to the first stator and the suspension of the grinding/polishing head.
Auch die zweite Antriebsspindel ist vorzugsweise oberhalb und unterhalb des ersten Rotors gelagert, insbesondere mit Schrägkugellagern oder Rillenkugellagern.The second drive spindle is also preferably mounted above and below the first rotor, in particular with angular contact ball bearings or deep groove ball bearings.
Zum Planschleifen und/oder Polieren mit Zentralandruck werden die Proben in dem Probenhalter insbesondere fest eingespannt. Durch Zustellen des gesamten Schleif-/Polierkopfes einschließlich des ersten elektrischen Antriebsmotors wird über die erste Antriebsspindel eine definierte Andruckkraft FA auf den Probenhalter als Zentralandruck ausgeübt.For surface grinding and/or polishing with central pressure, the samples are clamped firmly in the sample holder. By moving the entire grinding/polishing head including the first electric drive motor, a defined pressure force FA is exerted on the sample holder as central pressure via the first drive spindle.
Mit anderen Worten kann mit dem elektromotorischen Hubmechanismus für den Schleif-/Polierkopf der Zentralandruck über den Probenhalter bewerkstelligt werden, was eine präzise Kontrolle des Schleifabtrags ermöglicht.In other words, the electromotive lifting mechanism for the grinding/polishing head can be used to achieve central pressure via the sample holder, which enables precise control of the grinding removal.
Vorzugsweise wird die auf die erste Antriebsspindel des Direktantriebs wirkende Andruckkraft relativ zu dem Schleif-/Polierkopf mit einer Kraftmesseinrichtung, insbesondere in dem Schleif-/Polierkopf gemessen. Ferner kann mit der Kraftmesseinrichtung beim Absenken des Schleif-/Polierkopfes auf den Schleif-/Polierteller ein Nullpunkt des Kontakts der Proben mit dem Schleif-/Polierteller bestimmt werden. Die Kraftmesseinrichtung misst die Andruckkraft FA insbesondere zwischen der ersten Antriebsspindel und starren Bereichen der Aufhängung des Schleif-Polierkopfes, insbesondere in Ansprechen auf die durch die Andruckkraft bewirkte elastisch federnde axiale Bewegung der ersten Antriebsspindel relativ zu starren Bereichen der Aufhängung.Preferably, the contact pressure acting on the first drive spindle of the direct drive relative to the grinding/polishing head is measured with a force measuring device, in particular in the grinding/polishing head. Furthermore, the force measuring device can be used to determine a zero point of contact between the samples and the grinding/polishing plate when the grinding/polishing head is lowered onto the grinding/polishing plate. The force measuring device measures the contact pressure F A in particular between the first drive spindle and rigid areas of the suspension of the grinding/polishing head, in particular in response to the elastically springy axial movement of the first drive spindle caused by the contact pressure relative to rigid areas of the suspension.
Beim Zentralandruck wird also die Kraft auf die Proben vorzugsweise nicht durch pneumatische Kolben aufgebracht, sondern elektromotorisch, z.B. mit einem Spindelantrieb. Dabei kann die Kraft mittels der Kraftmesseinrichtung gemessen und über dieses Signal der Antriebsmotor für den Hubmechanismus im Closed Loop geregelt werden, der wiederum z.B. über die Kugelumlaufspindel die Vorschubbewegung mit exakt der richtigen Last aufbringen kann. Ebenso kann mit dem elektromotorischen Spindelantrieb des Hubmechanismus die exakte Weglänge durch Berechnung des Motorposition, z.B. mittels des Drehgebers, ausgegeben werden. Dadurch kann auch ein genau definierter Abtrag der Proben bei genau definierter Vorschubkraft realisiert werden.With central pressure, the force on the samples is preferably not applied by pneumatic pistons, but by an electric motor, e.g. with a spindle drive. The force can be measured using the force measuring device and the drive motor for the lifting mechanism in the closed loop can be controlled using this signal, which in turn rum, for example, the feed movement can be applied with exactly the right load via the ball screw. Likewise, the electromotor spindle drive of the lifting mechanism can be used to output the exact path length by calculating the motor position, e.g. using the rotary encoder. This also makes it possible to achieve a precisely defined removal of the samples with a precisely defined feed force.
Das Schleif-/Poliergerät weist ferner vorzugsweise eine Einrichtung zur Nullpunktsbestimmung auf, mit der der Kontakt der unteren Probenoberfläche mit dem Schleif-/Polierteller bzw. dem Schleifpad detektiert werden kann. Damit kann der genaue Nullpunkt bestimmt werden, also die Oberfläche der Probe detektiert werden, von der aus man den Materialabtrag misst. Zur Nullpunktsbestimmung wird beim Absenken des Schleif-/Polierkopfes das Auftreffen der Proben auf dem Schleif-/Polierteller detektiert. Hiermit kann in vorteilhafter Weise der Materialabtrag der Proben beim Schleifprozess genau bestimmt werden. Dieser kann ggf. im hundertstel bis wenige tausendstel Millimeter Bereich bestimmt bzw. eingestellt werden, was vorteilhaft sein kann, um in bestimmte Schichten der Proben vorzudringen.The grinding/polishing device preferably also has a device for determining the zero point, with which the contact of the lower sample surface with the grinding/polishing plate or the grinding pad can be detected. This makes it possible to determine the exact zero point, i.e. the surface of the sample from which the material removal is measured. To determine the zero point, the impact of the samples on the grinding/polishing plate is detected when the grinding/polishing head is lowered. This advantageously makes it possible to precisely determine the material removal of the samples during the grinding process. This can be determined or set in the hundredth to a few thousandths of a millimeter range, which can be advantageous for penetrating certain layers of the samples.
Eine genaue Einstellung des Materialabtrags ist insbesondere mit dem elektromotorischen Hubmechanismus möglich, da hiermit ein steifer Vorschubantrieb erreicht werden kann, der im Vergleich zu einer pneumatischen Kraftaufbringung unbekannte Reibungskräfte im System und Ungenauigkeiten, z.B. durch die Kompressibilität der Luft vermeidet. Die Nullpunktsbestimmung weist also in Kombination mit dem elektromotorischen Hubmechanismus einen besonderen Synergieeffekt auf.Precise adjustment of the material removal is possible in particular with the electromotive lifting mechanism, as this enables a rigid feed drive to be achieved, which, in comparison to pneumatic force application, avoids unknown friction forces in the system and inaccuracies, e.g. due to the compressibility of the air. The zero point determination therefore has a special synergistic effect in combination with the electromotive lifting mechanism.
Zur Nullpunktbestimmung, also Detektion des Kontakts mit der Probenoberfläche, kann, wie vorstehend beschrieben, insbesondere die Kraftmesseinrichtung verwendet werden, da diese schon bei der kleinsten Berührung der Proben mit dem Schleif/-Polierteller ein messbares Signal ausgibt.To determine the zero point, i.e. to detect the contact with the sample surface, the force measuring device can be used in particular, as described above, since it emits a measurable signal even at the slightest contact of the sample with the grinding/polishing plate.
Die Kraftmesseinrichtung kann einen oder mehrere Kraftsensoren, z.B. Dehnmessstreifen umfassen, welche bei Dehnung ihren elektrischen Widerstand ändern. Der zumindest eine Kraftsensor bzw. Dehnmessstreifen kann auf einem Federelement der Kraftmesseinrichtung, z.B. auf einem Blattfederelement aufgebracht sein. Die Blattfederelemente können um die erste Antriebsspindel herum angeordnet sein, vorzugsweise unter dem ersten Antriebsmotor.The force measuring device can comprise one or more force sensors, e.g. strain gauges, which change their electrical resistance when stretched. The at least one force sensor or strain gauge can be applied to a spring element of the force measuring device, e.g. to a leaf spring element. The leaf spring elements can be arranged around the first drive spindle, preferably under the first drive motor.
Die Kraftmesseinrichtung kann ringförmig ausgebildet sein und sich vorzugsweise koaxial um die erste Antriebsspindel des ersten Direktantriebs herum erstrecken. Die Kraftmesseinrichtung kann einen Kraftverteilerring umfassen, welcher sich koaxial um die erste Antriebsspindel herum erstreckt. Die beim Zentralandruck über den Probenhalter entstehende nach oben auf die erste Antriebspindel wirkende Gegenkraft FG kann z.B. über das untere Lager (z.B. zwei Kugellager) der ersten Antriebsspindel auf den Kraftverteilerring abgetragen werden. Der Kraftverteilerring ist, z.B. mit den insbesondere radialen Blattfederelementen, auf denen der zumindest eine oder mehrere Kraftsensoren, insbesondere mit Dehnmessstreifen aufgebracht sein können, axial elastisch federnd mit der Aufhängung des Schleif-/Polierkopfes verbunden, um über die beim Zentralandruck aufgrund der Axialbewegung der ersten Antriebsspindel relativ zur Aufhängung entstehende Dehnung der Dehnmesstreifen die Andruckkraft FA mit den Dehnmesstreifen zu messen.The force measuring device can be ring-shaped and preferably extend coaxially around the first drive spindle of the first direct drive. The force measuring device can comprise a force distribution ring which extends coaxially around the first drive spindle. The counterforce F G acting upwards on the first drive spindle via the sample holder during central pressure can be transferred to the force distribution ring, for example via the lower bearing (e.g. two ball bearings) of the first drive spindle. The force distribution ring is connected in an axially elastic manner to the suspension of the grinding/polishing head, for example with the particularly radial leaf spring elements on which the at least one or more force sensors, particularly with strain gauges, can be attached, in order to measure the pressure force F A with the strain gauges via the strain gauges that strain during central pressure due to the axial movement of the first drive spindle relative to the suspension.
Vorzugsweise ist also die Motorwelle des ersten elektrischen Antriebsmotors, d.h. die erste Antriebsspindel gemeinsam mit dem ersten Rotor axial elastisch federnd an der Aufhängung des Schleif-/Polierkopfes aufgehängt. Die axial elastische Aufhängung der Motorwelle des ersten elektrischen Antriebsmotors bzw. der ersten Antriebsspindel an starren Bauteilen des Schleif-/Polierkopfes erfolgt dabei vorzugsweise mittels der Kraftmesseinrichtung. Die Kraftmesseinrichtung ist vorzugsweise im Großen und Ganzen ringförmig ausgebildet und bildet einen Kraftmessflansch, welcher ringförmig um die Motorwelle des ersten elektrischen Antriebsmotors bzw. die erste Antriebsspindel angeordnet sein kann. Dabei erstreckt sich die Motorwelle des ersten elektrischen Antriebsmotors bzw. die erste Antriebsspindel koaxial durch eine zentrale Öffnung des Kraftmessflansches. Die Kraftmesseinrichtung bzw. der Kraftmessflansch sind also vorzugsweise koaxial zu dem ersten elektrischen Antriebsmotor angeordnet.Preferably, the motor shaft of the first electric drive motor, i.e. the first drive spindle, is suspended together with the first rotor in an axially elastic manner on the suspension of the grinding/polishing head. The axially elastic suspension of the motor shaft of the first electric drive motor or the first drive spindle on rigid components of the grinding/polishing head is preferably carried out by means of the force measuring device. The force measuring device is preferably generally ring-shaped and forms a force measuring flange, which can be arranged in a ring around the motor shaft of the first electric drive motor or the first drive spindle. The motor shaft of the first electric drive motor or the first drive spindle extends coaxially through a central opening in the force measuring flange. The force measuring device or the force measuring flange are therefore preferably arranged coaxially to the first electric drive motor.
Um ein unverfälschtes Signal von der Kraftmesseinrichtung zu erhalten, ist es höchst vorteilhaft, wenn keine Querkräfte, z B. von einem Antriebsriemen, in die Kraftmesseinrichtung eingeleitet werden. Dies kann insbesondere mit dem ersten koaxialen Direktantrieb, z.B. mit dem Torquemotor, der ausschließlich ein Antriebsmoment in die Welle einleitet, aber die Kraftmesseinrichtung nicht beeinflusst, erreicht werden. Der axiale Direktantrieb weist also insbesondere in Kombination mit der koaxialen Kraftmesseinrichtung einen besonderen Synergieeffekt auf.In order to obtain an unadulterated signal from the force measuring device, it is extremely advantageous if no transverse forces, e.g. from a drive belt, are introduced into the force measuring device. This can be achieved in particular with the first coaxial direct drive, e.g. with the torque motor, which only introduces a drive torque into the shaft but does not influence the force measuring device. The axial direct drive therefore has a special synergy effect, especially in combination with the coaxial force measuring device.
Der Rotor und der Stator des ersten Direktantriebsmotors sind vorzugsweise axial gegeneinander verschieblich, um die axiale elastische Bewegung der ersten Antriebsspindel beim Andrücken der Proben gegen den Schleif-Polierteller aufzunehmen, insbesondere beim Zentralandruckverfahren. Die Lagerung der ersten Antriebspindel kann ebenfalls die axiale elastische Bewegung beim Andrücken der Proben gegen den Schleif-Polierteller aufnehmen, z.B. mittels eines Zylinderrollenlagers.The rotor and the stator of the first direct drive motor are preferably axially displaceable relative to one another in order to absorb the axial elastic movement of the first drive spindle when the samples are pressed against the grinding-polishing plate, in particular in the central pressure method. The bearing of the first drive spindle can also absorb the axial elastic movement when the samples are pressed against the grinding-polishing plate, e.g. by means of a cylindrical roller bearing.
Vorzugsweise kann der Benutzer einen Andruckkraft-Sollwert in eine Steuereinrichtung eingeben, welche den Hubmechanismus, insbesondere den Umlaufspindel-Antriebsmotor bzw. Schrittmotor, steuert und einen geschlossenen Regelkreis definiert. Mit dem Regelkreis regelt die Steuereinrichtung dann während des Schleif- und/oder Polierprozesses automatisch die von dem Hubmechanismus auf den Probenhalter ausgeübte Andruckkraft auf den Schleif-/Polierteller in Ansprechen auf den von der Kraftmesseinrichtung gemessenen Andruckkraft-Messwert aktiv auf den eingestellten Andruckkraft-Sollwert.Preferably, the user can enter a pressure force setpoint into a control device which controls the lifting mechanism, in particular the rotary spindle drive motor or stepper motor, and defines a closed control loop. Using the control loop, the control device then automatically regulates the pressure force exerted by the lifting mechanism on the sample holder on the grinding/polishing plate during the grinding and/or polishing process in response to the pressure force measurement value measured by the force measuring device to the set pressure force setpoint.
Vorzugsweise ist der Probenhalter als Mehrfach-Probenhalter mit mehreren Probenaufnahmen ausgebildet, die symmetrisch um die Rotationsachse der ersten Antriebsspindel herum angeordnet sind. Ggf. zusätzlich zu dem elektromotorisch angetriebenen Vorschub beim Zentralandruck kann der Schleif-/Polierkopf mehrere Einzel-Andruckkolben aufweisen, die die Proben, die jeweils in die zugehörige Probenaufnahme eingelegt sind, einzeln kraftbeaufschlagen.Preferably, the sample holder is designed as a multiple sample holder with several sample holders that are arranged symmetrically around the rotation axis of the first drive spindle. If necessary, in addition to the electric motor-driven feed during central pressure, the grinding/polishing head can have several individual pressure pistons that apply force individually to the samples that are each inserted into the associated sample holder.
Der Probenhalter ist z.B. zur Aufnahme von 6 Proben ausgebildet, die symmetrisch um die Rotationsachse des ersten Antriebsmotors bzw. der ersten Antriebsspindel angeordnet sind, um mehrere Proben gleichzeitig plan zu schleifen und/oder zu polieren. Für den Einzelandruck werden die Proben von oben in die Probenaufnahmen eingelegt. Beim Zentralandruck werden die Proben in den Probenaufnahmen zusätzlich fest verspannt, um die gewünschte Andruckkraft zum Planschleifen und/oder Polieren zentral über die erste Antriebsspindel und den Probenhalter auf alle eingespannten Proben auszuüben.The sample holder is designed, for example, to hold 6 samples that are arranged symmetrically around the rotation axis of the first drive motor or the first drive spindle in order to grind and/or polish several samples at the same time. For individual pressure, the samples are placed into the sample holders from above. With central pressure, the samples are additionally clamped firmly in the sample holders in order to exert the desired pressure force for surface grinding and/or polishing centrally via the first drive spindle and the sample holder on all clamped samples.
Die Einzel-Andruckkolben können pneumatisch betätigt werden. Hierzu kann Druckluft über einen, insbesondere relativ zu der ersten Antriebsspindel rotierbaren Druckluftanschluss in die erste Antriebsspindel eingeleitet werden. Der Druckluftanschluss ist vorzugsweise am oberen Ende der ersten Antriebsspindel bzw. oberhalb des ersten elektrischen Antriebsmotors angeordnet. In der ersten Antriebsspindel verläuft z.B. ein axialer Druckluftkanal, welcher die Druckluft axial durch den ersten Rotor und den ersten Stator hindurch zu einem mit der ersten Antriebsspindel rotierenden Luftverteiler unter dem ersten elektrischen Antriebsmotor leiten kann. Der Luftverteiler kann die Druckluft schließlich durch Verteilerkanäle radial auf die Einzel-Andruckkolben verteilen, um diese pneumatisch zu betätigen. Der Luftdruck kann durch ein Druckregelventil so eingestellt werden, dass die geforderte Andruckkraft auf den Schleif-/Polierteller ausgeübt wird.The individual pressure pistons can be actuated pneumatically. For this purpose, compressed air can be introduced into the first drive spindle via a compressed air connection that can be rotated relative to the first drive spindle. The compressed air connection is preferably arranged at the upper end of the first drive spindle or above the first electric drive motor. In the first drive spindle, for example, there is an axial compressed air channel that can guide the compressed air axially through the first rotor and the first stator to an air distributor that rotates with the first drive spindle under the first electric drive motor. The air distributor can then distribute the compressed air radially to the individual pressure pistons through distribution channels in order to actuate them pneumatically. The air pressure can be adjusted by a pressure control valve so that the required pressure force is exerted on the grinding/polishing plate.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Teller-Schleif-/Poliergerät zum Planschleifen und/oder Polieren der Probenoberfläche an der Unterseite der Proben, insbesondere von eingebetteten und/oder nicht eingebetteten Proben mit einem horizontal rotierenden Schleif-/Polierteller, insbesondere zur Probenpräparation, z.B. als Teilschritt der Probenpräparation für die materialographische Analyse, insbesondere mit weiteren Merkmalen wie vorstehend beschrieben. Das Teller-Schleif-/Poliergerät gemäß diesem Aspekt umfasst:
- ein Untergehäuse mit einer Auffangwanne zum Auffangen von Schleif- und/oder Poliersuspension,
- einen horizontalen Schleif-/Polierteller, der in der Auffangwanne angeordnet ist und um eine vertikale Rotationsachse rotiert, wobei auf der Oberseite des Schleif-/Poliertellers wahlweise unterschiedliche Schleifpads, z.B. Schleifpapier, Schleiffolie, dünne Schleifscheiben, unterschiedlicher Körnung, z.B. Korund, Diamant etc., Polierpads und/oder Poliertücher anhaftbar sind, um mit dem jeweiligen Schleifpad, Polierpad bzw. Poliertuch die Unterseite der von oben auf den Schleif-/Polierteller aufgedrückten Proben plan zu schleifen und/oder zu polieren, wobei im Betrieb Schleif- und/oder Poliersuspension in der Auffangwanne aufgefangen und über einen Suspensionsauslass der Auffangwanne abgeführt werden können,
- einen Schleif-/Polierkopf mit einem Probenhalter zum Einsetzen einer oder mehrerer Proben,
- eine sich vertikal in dem Schleif-/Polierkopf erstreckende erste Antriebsspindel, wobei der Probenhalter koaxial mit einem unteren Ende der ersten Antriebsspindel verbunden ist, um mit der ersten Antriebsspindel den Probenhalter zentral rotierend anzutreiben,
- einen in dem Schleif-/Polierkopf angeordneten ersten elektrischen Antriebsmotor zum Antreiben der Rotation der ersten Antriebsspindel, ggf. mit variabler Drehzahl,
- wobei der erste elektrische Antriebsmotor einen ersten Stator und einen ersten Rotor umfasst, wobei die erste Antriebsspindel koaxial, z.B. form- oder reibschlüssig, mit dem ersten Rotor verbunden ist und sich koaxial in dem ersten Rotor und dem ersten Stator erstreckt, derart dass der erste elektrische Antriebsmotor mit der ersten Antriebsspindel einen ersten koaxialen Direktantrieb für den Probenhalter bildet.
- a lower housing with a collecting tray for collecting grinding and/or polishing suspension,
- a horizontal grinding/polishing plate which is arranged in the collecting tray and rotates about a vertical axis of rotation, whereby different grinding pads, e.g. sandpaper, grinding foil, thin grinding discs, different grain sizes, e.g. corundum, diamond etc., polishing pads and/or polishing cloths can be attached to the top of the grinding/polishing plate in order to use the respective grinding pad, polishing pad or polishing cloth to grind and/or polish the underside of the samples pressed onto the grinding/polishing plate from above, whereby grinding and/or polishing suspension can be collected in the collecting tray during operation and discharged via a suspension outlet of the collecting tray,
- a grinding/polishing head with a sample holder for inserting one or more samples,
- a first drive spindle extending vertically in the grinding/polishing head, wherein the sample holder is coaxially connected to a lower end of the first drive spindle in order to drive the sample holder centrally in rotation with the first drive spindle,
- a first electric drive motor arranged in the grinding/polishing head for driving the rotation of the first drive spindle, optionally at a variable speed,
- wherein the first electric drive motor comprises a first stator and a first rotor, wherein the first drive spindle is coaxially connected, e.g. positively or frictionally, to the first rotor and extends coaxially in the first rotor and the first stator, such that the first electric drive motor with the first drive spindle forms a first coaxial direct drive for the sample holder.
Vorzugsweise ist in dem Untergehäuse ein zweiter elektrischer Antriebsmotor für den Schleif-/Polierteller angeordnet, wenn gleichzeitig zu dem Probenhalter auch der Schleif-/Polierteller rotieren soll. Die Rotationen können gleichläufig oder gegenläufig sein.Preferably, a second electric drive motor for the grinding/polishing plate is arranged in the lower housing if the grinding/polishing plate is to rotate at the same time as the sample holder. The rotations can be in the same direction or in opposite directions.
Vorzugsweise bildet auch der zweite elektrische Antriebsmotor einen Direktantrieb für den Schleif-/Polierteller. Hierzu ist eine sich vertikal aus dem Untergehäuse durch eine Bodenöffnung der Auffangwanne in die Auffangwanne erstreckende zweite Antriebsspindel umfasst, und der Schleif-/Polierteller ist mit einem oberen Ende mit der zweiten Antriebsspindel verbunden, um mit der zweiten Antriebsspindel den Schleif-/Polierteller rotierend anzutreiben. Der zweite elektrische Antriebsmotor umfasst einen zweiten Stator und einen zweiten Rotor, wobei die zweite Antriebsspindel koaxial, z.B. form- oder reibschlüssig mit dem zweiten Rotor verbunden ist und sich koaxial in dem zweiten Rotor und dem zweiten Stator erstreckt, derart dass der zweite elektrische Antriebsmotor mit der zweiten Antriebsspindel einen zweiten koaxialen Direktantrieb für den Schleif-/Polierteller bildet.Preferably, the second electric drive motor also forms a direct drive for the grinding/polishing plate. For this purpose, a second drive spindle is included that extends vertically from the lower housing through a bottom opening of the collecting tray into the collecting tray, and the grinding/polishing plate is connected at an upper end to the second drive spindle in order to drive the grinding/polishing plate in rotation with the second drive spindle. The second electric drive motor comprises a second stator and a second rotor, wherein the second drive spindle is connected coaxially, e.g. positively or frictionally, to the second rotor and extends coaxially in the second rotor and the second stator, such that the second electric drive motor forms a second coaxial direct drive for the grinding/polishing plate with the second drive spindle.
Es existieren auch einfache Teller-Schleif-/Poliergeräte ohne Schleif-/Polierkopf und automatischen Andruckmechanismus, bei welchen die Probe manuell geschliffen und poliert wird. There are also simple disc grinding/polishing machines without a grinding/polishing head and automatic pressure mechanism, in which the sample is ground and polished manually.
Auch in diesen einfachen Teller-Schleif-/Poliergeräte ist es denkbar, den beschriebenen Antrieb für den Schleif-/Polierteller einzusetzen. Daher ist auch Gegenstand der Erfindung ein Teller-Schleif-/Poliergerät zum Planschleifen und/oder Polieren der Probenoberfläche an der Unterseite der Proben, insbesondere von eingebetteten oder nicht eingebetteten Proben, mit einem horizontal rotierenden Schleif-/Polierteller, insbesondere als Teilschritt der Probenpräparation für die materialographische Analyse, insbesondere mit weiteren Merkmalen wir vorstehend beschrieben. Das Teller-Schleif-/Poliergerät umfasst:
- ein Untergehäuse mit einer Auffangwanne zum Auffangen von Schleif- und/oder Poliersuspension,
- einen horizontalen Schleif-/Polierteller, der in der Auffangwanne angeordnet ist und um eine vertikale Rotationsachse rotiert, wobei auf der Oberseite des Schleif-/Poliertellers wahlweise unterschiedliche Schleifpads, z.B. Schleifpapier, Schleiffolie, dünne Schleifscheiben, unterschiedlicher Körnung, z.B. Korund, Diamant etc., Polierpads und/oder Poliertücher anhaftbar sind, um mit dem jeweiligen Schleifpad, Polierpad bzw. Poliertuch die Unterseite der von oben auf den Schleif-/Polierteller aufgedrückten Proben plan zu schleifen und/oder zu polieren, wobei im Betrieb Schleif- und/oder Poliersuspension in der Auffangwanne aufgefangen und über einen Suspensionsauslass abgeführt wird,
- eine sich vertikal aus dem Untergehäuse in die Auffangwanne durch eine Bodenöffnung in der Auffangwanne erstreckende zweite Antriebsspindel, wobei der Schleif-/Polierteller in der Auffangwanne an einem oberen Ende der zweiten Antriebsspindel verbunden ist, um mit der zweiten Antriebsspindel den Schleif-/Polierteller von unten rotierend anzutreiben,
- einen in dem Untergehäuse angeordneten zweiten elektrischen Antriebsmotor zum Antreiben der Rotation der zweiten Antriebsspindel, ggf. mit variabler Drehzahl,
- wobei der zweite elektrische Antriebsmotor einen zweiten Stator und einen zweiten Rotor umfasst, wobei die zweite Antriebsspindel koaxial, z.B. form- oder reibschlüssig mit dem zweiten Rotor verbunden ist und sich koaxial in dem zweiten Rotor und dem zweiten Stator erstreckt, derart dass der zweite elektrische Antriebsmotor mit der zweiten Antriebsspindel einen zweiten koaxialen Direktantrieb für den Schleif-/Polierteller bildet.
- a lower housing with a collecting tray for collecting grinding and/or polishing suspension,
- a horizontal grinding/polishing plate which is arranged in the collecting tray and rotates about a vertical axis of rotation, whereby different grinding pads, e.g. sandpaper, grinding foil, thin grinding discs, different grain sizes, e.g. corundum, diamond etc., polishing pads and/or polishing cloths can be attached to the top of the grinding/polishing plate in order to use the respective grinding pad, polishing pad or polishing cloth to grind and/or polish the underside of the samples pressed onto the grinding/polishing plate from above, whereby grinding and/or polishing suspension is collected in the collecting tray during operation and discharged via a suspension outlet,
- a second drive spindle extending vertically from the lower housing into the collecting tray through a bottom opening in the collecting tray, wherein the grinding/polishing plate in the collecting tray is connected to an upper end of the second drive spindle in order to drive the grinding/polishing plate from below in a rotating manner with the second drive spindle,
- a second electric drive motor arranged in the lower housing for driving the rotation of the second drive spindle, optionally at variable speed,
- wherein the second electric drive motor comprises a second stator and a second rotor, wherein the second drive spindle is connected coaxially, e.g. positively or frictionally, to the second rotor and extends coaxially in the second rotor and the second stator, such that the second electric drive motor forms a second coaxial direct drive for the grinding/polishing plate with the second drive spindle.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert, wobei gleiche und ähnliche Elemente teilweise mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können.In the following, the invention is explained in more detail using embodiments and with reference to the figures, wherein identical and similar elements are partially provided with the same reference numerals and the features of the various embodiments can be combined with one another.
Kurzbeschreibung der FigurenShort description of the characters
Es zeigen:
-
1 eine dreidimensionale Darstellung eines Teller-Schleif-/Poliergeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit aufgeschnittenem Schleif-/Polierkopf, -
2 einen vertikalen Querschnitt durch den Schleif-/Polierkopf des Teller-Schleif-/Poliergeräts aus1 , -
3 eine dreidimensionale Darstellung einer Kraftmesseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, -
4 eine Draufsicht auf die Kraftmesseinrichtung aus3 -
5 einen Schnitt durch die Kraftmesseinrichtung entlang der Linie A-A in4 -
6 eine Explosionsdarstellung des Schleif-/Polierkopfes und der Aufhängung, -
7 einen vertikalen Querschnitt durch den Hubmechanismus für den Schleif-/Polierkopf, -
8 eine teilweise aufgeschnittene Ansicht von vorne des Teller-Schleif-/Poliergeräts aus1 , -
9 einen vertikalen Querschnitt durch den Schleif-/Polierteller mit Auffangwanne und Antrieb des Teller-Schleif-/Poliergeräts aus1 , -
10 eine Explosionsdarstellung des Schleif-/Poliertellers mit Auffangwanne und Antrieb.
-
1 a three-dimensional representation of a disc grinding/polishing device according to an embodiment of the invention with a cut-away grinding/polishing head, -
2 a vertical cross-section through the grinding/polishing head of the disc grinding/polishing machine1 , -
3 a three-dimensional representation of a force measuring device according to an embodiment of the invention, -
4 a top view of the force measuring device3 -
5 a section through the force measuring device along the line AA in4 -
6 an exploded view of the grinding/polishing head and the suspension, -
7 a vertical cross-section through the lifting mechanism for the grinding/polishing head, -
8th a partially cutaway view from the front of the disc grinder/polisher1 , -
9 a vertical cross-section through the grinding/polishing plate with collecting tray and drive of the plate grinding/polishing device1 , -
10 an exploded view of the grinding/polishing plate with collecting tray and drive.
Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention
Bezugnehmend auf
Gegebenenfalls kann noch eine Magnetfolie als Haftträger verwendet werden. Zum Polieren können Polierpads oder Poliertücher auf der Oberseite 18a angehaftet werden, die in Kombination mit einer Poliersuspension, z.B. einer Diamantsuspension, zum Polieren verwendet werden. Über einen Wasserhahn 22 kann, z.B. zum Nassschleifen oder Spülen, Wasser auf die Schleif- oder Polierpads bzw. Poliertücher, zugeführt werden.If necessary, a magnetic foil can also be used as an adhesive carrier. For polishing, polishing pads or polishing cloths can be attached to the
Der Schleif-/Polierkopf 30 ist über dem Schleif-/Polierteller 18 an einer Aufhängung 32 aufgehängt. Am unteren Ende des Schleif-/Polierkopfes 30 ist der zentrale Probenhalter 34, im vorliegenden Beispiel als Sechsfachprobenhalter, an der Antriebsspindel 66 des Schleif-/Polierkopfes 30 befestigt, wobei der Probenhalter 34 um eine Rotationsachse 21 (
Die Aufhängung 32 für den Schleif-/Polierkopf 30 umfasst einen vertikalen Turmabschnitt 42 mit einem Hubmechanismus 44, mittels welchem ein horizontaler Brückenabschnitt 46, an dessen vorderem Ende der Schleif-/Polierkopf 30 aufgehängt ist, angehoben und abgesenkt wird. Zum Schleifen oder Polieren mit Zentralandruck wird der an dem Hubmechanismus 44 aufgehängte Brückenabschnitt 46 mittels des Hubmechanismus 44 nach unten bewegt, um die Andruckkraft für den Schleif- oder Poliervorgang zu bewirken. Der Hubmechanismus 44 bewegt also den kompletten Schleif-/Polierkopf 30 zusammen mit der Aufhängung 32 in der Höhe. Hierzu weist der Hubmechanismus 44 in dem Ausführungsbeispiel einen Schrittmotor 48 mit Drehgeber auf, der den vertikalen Hub über eine Rotation einer Kugelumlaufspindel 50 bewirkt. Die Aufhängung 32 bzw. der Brückenabschnitt 46 werden dabei von zwei vertikalen Linearführungen 52a, 52b geführt, welche die Biegemomente auffangen. Der Hubmechanismus 44 ist in dem hinteren vertikalen Turmabschnitt 42 angeordnet, so dass der Turmabschnitt 42, der horizontale Brückenabschnitt 46 und der Schleif-/Polierkopf 30, der in einem Kopfgehäuse 47 beherbergt sein kann, einen U-förmigen Arm bilden.The
Bezugnehmend auf
Die obere Antriebsspindel 66 ist unterhalb und oberhalb des Rotors 62 gelagert, wobei das untere Lager 70 als Festlager ausgebildet ist und Schrägkugellager oder normale Rillenkugellager umfassen kann. Im vorliegenden Fall besteht das untere Festlager 70 aus zwei Rillenkugellagern 70a, 70b. Das untere Lager 70 ist in einem Lagergehäuse 71 angeordnet und wird durch eine Wellenfeder 72 vorgespannt. Die Vorspannung dient dazu, das Lagerspiel herauszunehmen. Beide Kugellager 70a, 70b werden von einem Zwischenring 74 beanstandet und mittels einer Spannmutter 76 innen verspannt.The
An der oberen Antriebsspindel 66 ist eine Kraftmesseinrichtung 80 angeordnet, die im vorliegenden Beispiel in Form eines ringförmigen Kraftmessflansches 81 ausgebildet ist und sich um die obere Antriebsspindel 66 herum erstreckt. Die ringförmige Kraftmesseinrichtung 80 weist einen inneren Kraftverteilerring 82 auf, der von der oberen Antriebsspindel 66, im vorliegenden Beispiel über das untere Lager 70, kraftbeaufschlagt wird, wenn beim Zentralandruck die Gegenkraft FG der Andruckkraft FA über den Probenhalter 34 axial auf die obere Antriebsspindel 66 wirkt. Die Kraftmesseinrichtung 80 umfasst einen Blattfederabschnitt 84, der den inneren Kraftverteilerring 82 mit einem äußeren Kraftabtragring 86 radial verbindet. Der Blattfederabschnitt 84 kann z.B. vier sich radial erstreckende Blattfedern 85 umfassen, die den inneren Kraftverteilerring 82 axial elastisch federnd mit dem äußeren konzentrischen Kraftabtragring 86 verbinden. Die einzelnen Blattfedern 85 können insbesondere gleichmäßig um die obere Antriebsspindel 66 des oberen koaxialen Direktantriebs 61 herum verteilt sein. Der äußere Kraftabtragring 86 stützt sich z.B. an einem starren Bereich des Schleif-/Polierkopfes 30 ab. Auf dem Blattfederabschnitt 84, in dem Ausführungsbeispiel auf einer der Blattfedern 85, ist ein Kraftsensor 87 angebracht, z.B. ein Dehnmessstreifen 88 aufgeklebt, welcher bei einer Dehnung seinen ohmschen Widerstand verändert, so dass hiermit die Dehnung der zugehörigen Blattfeder 85 bzw. des Blattfederabschnitts 84 bei einer axialen Verschiebung der oberen Antriebsspindel 66 gegenüber starren Bauteilen des Schleif-/Polierkopfes 30 bzw. gegen die Federspannung gemessen werden kann. Dehnmessstreifen können auch auf mehreren, z.B. zwei oder allen (hier vier) Blattfedern 85 angebracht bzw. aufgeklebt sein, was die Genauigkeit der Kraftmessung weiter verbessern kann. Die Messsignale des/der Dehnmessstreifen(s) 88 können mit einem Messverstärker 89 verstärkt und an die Steuereinrichtung des Teller-Schleif-/Poliergeräts 10 übermittelt werden, insbesondere um damit die Andruckkraft FA zu regeln. Der Messverstärker 89 kann unmittelbar an der Kraftmesseinrichtung 80 angebracht sein. Beispielsweise ist der Messverstärker 89 in einer Vertiefung 101 in dem Kraftmessflansch 81 eingelassen und kann darin ggf. vergossen werden.A
Beim Zentralandruck wird also der Schleif-/Polierkopf 30 über den Hubmechanismus 44 axial nach unten bewegt, bis die in den Probenhalter 34 eingespannten Proben den Schleif-/Polierteller 18 berühren. Beim weiteren vertikalen Zustellen mit Zentralandruck werden die Proben mit einer Andruckkraft FA gegen den Schleif-/Polierteller 18 gedrückt, wodurch eine korrespondierende Gegenkraft FG axial bzw. vertikal nach oben auf die obere Antriebsspindel 66 wirkt. Diese Gegenkraft FG bewirkt eine Verformung der Blattfedern 85 und damit eine Dehnung des Dehnmessstreifens 88, wodurch die Andruckkraft FA gemessen werden kann.During central pressure, the grinding/polishing
Alternativ zum Zentralandruck können die Proben auch einzeln mittels der Einzelandruckkolben 38 angedrückt werden. Die Einzelandruckkolben 38 werden pneumatisch betätigt und gegen die Vorspannung der Rückstellfedern 39 nach unten gegen eine Oberseite der jeweiligen Probe (nicht dargestellt) bewegt. Zur pneumatischen Betätigung der Einzelandruckkolben 38 kann Druckluft über einen Druckluftanschluss 90 zentral in die obere Antriebsspindel 66 eingeleitet werden. Der Druckluftanschluss 90 ist relativ zu der oberen Antriebsspindel 66 drehbar und leitet die Druckluft durch einen axialen Druckluftkanal 92, der sich als zentrale Axialbohrung durch die obere Antriebsspindel 66 erstreckt, nach unten. Am unteren Ende der oberen Antriebsspindel 66 ist ein Zwischenstück 94 mit einem radialen Luftverteiler 96 befestigt. Der Luftverteiler 96 leitet die Druckluft durch einen axialen Verbindungskanal 98 und jeweils radiale Verteilerkanäle 102 zu den Einzelandruckkolben 38 weiter, um die Einzelandruckkolben 38 zu betätigen und gegen die eingelegten Proben zu drücken. Die Druckluft wird also durch den Druckluftanschluss 90 durch die obere Antriebsspindel 66 zum Luftverteiler 96 geführt und über die radialen Luftverteilerkanäle 102 auf die, z.B. sechs, Einzelandruckkolben 38 aufgeteilt.As an alternative to central pressure, the samples can also be pressed individually using the
Im Betrieb rotiert die mit dem oberen Rotor 62 fest verbundene obere Antriebsspindel 66 mit dem Luftverteiler 96 und den Einzelandruckkolben 38 sowie mit dem am unteren Ende der oberen Antriebsspindel 66 befestigten Probenhalter 34. Der Probenhalter 34 kann z.B. mit einem Schnellverschluss 104 unten an der oberen Antriebsspindel 66 befestigt werden.During operation, the
Beim Zentralandruck werden die Proben fest in dem Probenhalter 34 eingespannt und die Andruckkraft FA wird durch Zustellen des gesamten Schleif-/Polierkopfes 30 über die obere Antriebsspindel 66 auf den Probenhalter 34 aufgebracht, wobei die Andruckkraft FA während des Schleif- und/oder Poliervorgangs über die Kraftmesseinrichtung 80 gemessen wird. Das Messergebnis der Kraftmesseinrichtung 80, im vorliegenden Beispiel in Form der Widerstandsänderung des Dehnmessstreifens 88, wird an die Steuereinrichtung des Schleif-/Poliergeräts 10 übermittelt, wobei die Steuereinrichtung in Ansprechen auf dieses Messsignal in einem geschlossenen Regelkreis die Andruckkraft FA aktiv regelt. Mit anderen Worten wird die Andruckkraft FA über die Kraftmesseinrichtung 80 bzw. den Kraftsensor 87 gemessen und durch Rückführung in die Steuereinrichtung in einem geschlossenen Regelkreis (Closed-Loop) auf einen über die Eingabeeinrichtung 14 eingebbaren Andruckkraft-Sollwert geregelt.In central pressure, the samples are firmly clamped in the
Das obere Lager 106 der oberen Antriebsspindel 66 bildet das Loslager und ist im vorliegenden Beispiel als Zylinderrollenlager ausgebildet, um durch seine axiale freie Beweglichkeit die axiale Deformation der Kraftmesseinrichtung 80 beim Zentralandruck auszugleichen. Ein Dichtring 108 dichtet die obere Antriebsspindel 66 bzw. den oberen Rotor 62 gegen eine nicht rotierende Deckplatte 110.The
Bezugnehmend auf
Der Turmabschnitt 42 kann ferner horizontal verschieblich an dem Gerätefuß 112 aufgehängt sein. Hierzu kann der Turmabschnitt 42 einschließlich des Hubmechanismus 44 mit horizontalen Linearführungen 252a, 252b horizontal linear verschieblich mit dem Gerätefuß 112 verbunden sein. Im vorliegenden Beispiel ist der Turmabschnitt 42 an Führungshülsen 254a, 254b aufgehängt, die horizontal auf Führungsstangen 253a, 253b gleiten. Dadurch kann der Turmabschnitt 42 einschließlich des Hubmechanismus 44 eine Horizontalbewegung parallel zur Schleif-/Polierscheibe 18 ausführen. Der Antrieb des horizontalen Verschiebemechanismus 244 kann über einen Spindelantrieb 249 erfolgen, z.B. mit einer Kugelumlaufspindel 250 mit einem Elektromotor 248. Die Horizontalbewegung erfolgt z.B. quer zu dem horizontalen Brückenabschnitt 46. Dadurch kann beim Schleifen der Proben auf dem Schleif-/Polierteller 18 eine horizontale Pendelbewegung der Proben erzeugt werden. Dies hat den Vorteil, dass der Verschleiß der Schleif- oder Polierscheiben gleichmäßig erfolgt.The
Bezugnehmend auf
Der Schleif-/Polierteller 18 sitzt oben auf dem unteren koaxialen Direktantrieb 161, um von der unteren Antriebsspindel 166 rotierend um die untere Rotationsachse 20 angetrieben zu werden. Die untere Antriebsspindel 166 erstreckt sich axial durch einen unteren Rotor 162. Der untere Rotor 162 und die untere Antriebsspindel 166 werden also von dem unteren Stator 164 angetrieben. Somit bildet der untere Torquemotor 160 mit der unteren Antriebsspindel 166 den unteren koaxialen Direktantrieb 161 für den mit der unteren Antriebsspindel 166 koaxial verbundenen Schleif-/Polierteller 18.The grinding/polishing
Der Schleif-/Polierteller 18 rotiert zum Auffangen der Schleif- oder Poliersuspension in der Auffangwanne 16. Der Schleif-/Polierteller 18 kann mittels eines Dichtrings 169, z.B. mit einer Lippendichtung, gegen die Auffangwanne 16 gedichtet sein, um Schleif- und Poliersuspension vom Antrieb 161 fernzuhalten.The grinding/polishing
Die untere Antriebsspindel 166 ist mittels eines unteren Lagers 170 und eines oberen Lagers 172 axial oberhalb und unterhalb des unteren Torquemotors 160 gelagert. Die Lager 170, 172 können z.B. als Rillen- oder Schrägkugellager ausgebildet sein.The
Der Schleif-/Polierteller 18 sitzt ferner auf einer Telleraufnahme 19, die koaxial von oben an die untere Antriebsspindel 166 angeschraubt ist und die ein einfaches Abnehmen des Schleif-/Poliertellers 18 ermöglicht. Der Schleif-/Polierteller 18 kann z.B. magnetisch und formschlüssig auf der Telleraufnahme 19 gehalten werden.The grinding/polishing
Am oberen Rand der Auffangwanne 16 kann optional noch ein ringförmiger Spritzschutz angebracht werden (nicht dargestellt). Die untere Antriebsspindel 166 erstreckt sich durch eine zentrale Bodenöffnung 176 in der Auffangwanne 16. Der untere elektrische Antriebsmotor 160 kann von unten koaxial zu der Bodenöffnung 176 an die Auffangwanne 16 angeflanscht sein. Die Auffangwanne 16 kann über einen Auslass 178 und einen Ablauf 180 entleert werden.An annular splash guard can optionally be attached to the upper edge of the collecting tray 16 (not shown). The
Es ist für den Fachmann ersichtlich, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft zu verstehen sind und die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise variiert werden kann, ohne den Schutzbereich der Ansprüche zu verlassen. Ferner ist 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.It is clear to those skilled in the art that the embodiments described above are to be understood as examples and that the invention is not limited to them, but can be varied in many ways without departing from the scope of the claims. It is also clear that the features, regardless of whether they are disclosed in the description, the claims, the figures or otherwise, also individually define essential components of the invention, even if they are described together with other features.
Claims (23)
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DE102022125705.3A DE102022125705A1 (en) | 2022-10-05 | 2022-10-05 | Disc grinder/polishing machine |
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