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Führungseinrichtung für das Schleifen torischer Linsen mittels eines
rotierenden, der herzustellenden Torusfläche entsprechenden Werkzeuges el Die Erfindung
bezieht sich auf eine Führungseinrichtung zum Schleifen torischer Linsen mittels
eines rotierenden, der herzustellenden Torusfläche entsprechenden Werkzeuges, dessen
Träger federnde und seitlich von ihm angebrachte torsionsfreie Verbindunggsglieder
für den Linsenhalter aufweist, die die von einem exzentrisch in einer Antriebsspindel
sitzenden Stift erzeugten kreisförmigen Umlaufbewegungen für das Werkstück in synchrone
Dreh- und auf die Torusmeridiane ausgerichtet haltende Hin- und Herbewegungen umsetzen.
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Zum Schleifen torischer Linsen ist es erforderlich, zwischen Linse
und dem der herzustellenden Torusfläche entsprechenden Werkzeug eine Relativbewegung
hervorzurufen, bei der aber die einander entsprechenden Torusmeridiane von Werkzeug
und Linse genau parallel zueinander gehalten werden. Dies wird mittels einer Führungseinrichtung
bewirkt, die insbesondere die von einem exzentrisch angeordneten Antriebsstift erzeugte
kreisförinige Umlaufbewegung des Linsenhalters in eine Hin- und Herbewegung längs
der Torusmeridiane des Werkzeuges umsetzt.
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Die Führungseinrichtung besteht bei einer bekannten Ausführungsforin
aus einer am Linsenhalter um eine Horizontalachse schwenkbar befestigte Gabel, die
an am Werkzeughalter befestigten Armen angreift und diese mitnimmt, so daß sich
Linse und Werkzeug synchron miteinander drehen. Durch die Gabel wird dabei die von
dem exzentrischen Stift erzeuete Umlaufbewegung längs des einen Torusmeridians in
Schwenkrichtuna, der Gabel und in eine senkrecht dazu gerichtete Bewegung längs
des anderen Torusmeridians auf der zu bearbeitenden Oberfläche umtyesetzt.
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Es hat sich jedoch gezeigt, daß sich dadurch, daß die Schwenkachse
für die Gabel notwendigerweise unterhalb der zu bearbeitenden Linse angeordnet werden
muß, eine Ungenauigkeit beim torischen Schleifen ergibt, weil beim Schwenken der
Gabel während des Arbeitsvorganges von der einen Seite zur anderen und bei einer
Bewegung des Schleifwerkzeuges senkrecht dazu über die Oberfläche der Linse eine
geringe Verdrehung des Werkzeuges gegenüber der Linsenoberfläche auftritt, da die
Angriffspunkte der am Werkzeughalter befestigten Arme und der Gabel bei deren Neigung
gegen die Vertikale nicht genau senkrecht übereinanderliegen.
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Es ist auch bekannt, an Stelle der Gabel eine Führungseinrichtung
zu verwenden, bei der zwischen den am Linsenhalter befestigten Armen und entsprechend
am Werkzeughalter angeordneten Armen Blattfedern parallel zur Drehachse angeordnet
sind, die die erforderliche Relativbeweg.,ung ermögllichen sollen. Eine solche Anordnung
ist jedoch nicht genügend torsionssteif und schwingungsstabil, so daß sich Ungenauigkeiten
bei der Bearbeitung ergeben.
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Eine andere bekannte Führungseinrichtung besteht aus einer nur in
Richtung der aufeinander senkrecht stehenden Torusmeridiane verformbaren Blattfederanordnung,
die drei durch starre Verbindungsglieder parallelgeführte Federpaare besitzt, wobei
das erste Federpaar am Werkzeugträger befestigt und an das zweite Federpaar durch
einen Bügel angeschlossen ist und die Federpaare durch einen Bügel verbunden sind,
während das letzte Federpaar mit dem Linsenhalter über eine durch Stifte ihm gegenüber
ausgerichtete Stange mittels Kugelgelenken verbunden ist.
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iMit einer solchen Führungseinrichtung läßt sich zwar eine sehr gute
Parallelführung der Torusmeridiane erreichen, sie hat aber den Nachteil, daß die
durch den zur Drehachse unsymmetrischen Aufbau bedingten Unwuchten sich bei Anwendung
hoher Geschwindigkeiten kaum beherrschen lassen, so daß der
Anwendungsbereich
dieser Führungseinrichtungen auf verhältnismäßig niedrige Geschwindigkeit becrrenzt
ist.
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Für die Lagerung des Linsenhalters ist es ferner bekannt, diesen auf
einem Kugelgelenk zu lagern, das seitlich von parallel dazu angeordneten Schraubenfedern
abgestützt ist, die den Kippinomenten entgegenwirken sollen, wobei zum Schutz gegen
Verun-C reinigungen ein Faltenbalg um das Gelenk mit den Federn herum angeordnet
sein kann. Dabei handelt es sich jedoch nicht um eine Führungseinrichtung, so daß
die geringe Torsionssteiffieit dieser Anordnung für die Bearbeituncr nicht störend
in Erscheinuna tritt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Führungseinrichtung
anzugeben, mit der das Schleifen und Polieren von torischen Linsen auch bei hohen
Arbeitsgeschwindigkeiten einwandfrei und gut durchgeführt werden kann, ohne daß
die Parallelführung der Meridiane von Werkstück und Werkzeuo, durch auftretende
Unwuchten beeinträchtigt wird, auch wenn zwischen Schleifwerkzeug und Halter neben
einer kreisförmigen Relativbewegung eine Schwingbewegung um eine zur Werkzeugachse
parallele Achse durchgeführt wird.
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Die Erfindung besteht darin, daß die federnden Verbindungsglieder
zwischen Werkzeugträger und Linsenhalter von einem Werkzeug und Werkstück ringförmig
umgebenden Körper gebildet sind.
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Vorteilhaft besitzt die federnde Kupplung die Form einer Schraubenspirale.
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Nach einem weiteren Schritt der Erfindung kann sie jedoch auch die
Form eines umfangseitig geschlossenen, nur stirnseitig offenen Ringzylinderbalges
besitzen.
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Die Erfindung ist an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
In den Zeichnungen ist Ab b. 1 eine perspektivische Ansicht einer Rohlinse,
Ab b. 2 eine ebenfalls perspektivische Ansicht eines Werkzeuges für das Schleifen
einer torischen Oberfläche auf einer Rohlinse, wie sie in A b b. 1 dargestellt
ist, Ab b. 3 ein vertikaler Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel nach
der Erfindung; A b b. 4 eine Draufsicht, A b b. 5, 6 und
7 Teilausschnitte von abgewandelten Ausführungsbeispielen.
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Das in Ab b. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel enthält eine
Führungseinrichtung 2, die zwischen den oberen und unteren Wellen einer üblichen
Linsenschleif- und Polierinaschine 1 angeordnet ist.
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Die untere Werkzeugantriebswelle 3 ist mittels Laaern im Gehäuse
4 und die obere Werkstückantriebsspindel 5 ist im Gehäuse 6 gelagert.
Das mit Außengewinde versehene Ende der Welle 3 paßt in den mit Innengewinde
versehenen Adapter für den Werkzeughalter 8 mit dem Werkzeug 7.
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Die Führungseinrichtung 2 besteht aus dem Adapter mit dem Werkzeughalter
8 und dem Werkzeug 7
sowie einer ringfönnigen Grundplatte
9, welche am Adapter befestigt ist und eine äußere ringförmige Plattform
10 besitzt. Die Plattform 10 ist konzentrisch zur Welle
3 und trägt einen Werkzeug 7 und Werkstück 4 umgebenden ringförmigen
Körper 14 aus federndem Material, wie es für Schraubenfedern C Grebräuchlich ist.
Der Körper hat die Form einer zylindrischen Schraubenfeder 15. Dabei kann
sich das oberste Ende, wie es zur Oberflächenbearbeitung erforderlich ist, nach
der Seite hin bewegen und neigen, wobei die Spannung der Feder 14 in axialer Richtung
nicht verhindert, das Werkstück 4 mit dem Werkzeuo, 7 während des Schleifens
ständig in Berührung zu halten. Die Feder 14 besitzt jedoch in Drehrichtung eine
erhebliche Torsionssteifigkeit, um Verdrehungen zwischen den Torusmeridianen von
Werkstück und Werkzeug b, c bzw. b', c' zu verhindern.
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Als günstige Bemessung der Größe und Form der Windungen
15 der Feder 14 aus kaltgewalztem oder rostfreiem Stahl gilt z. B. ein Außendurchmesser
von ungefähr 150 mm, eine Dicke von ungefähr 3 bis 4,5 mm und eine
Breite von 22 mm bei einer Rechtssteigung von ungefähr 7,5 mm, wobei die
Feder vorteilhaft, von oben gesehen, im Uhrzeigersinn angetrieben wird.
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Die unterste Windung 15 der Feder 14 ist mittels Schrauben
11 an der Grundplatte 9 befestigt, während die Werkstückhalterung
12 durch Schrauben 1.3
an der obersten Windung der Feder 14 befestigt ist.
Daher bewirkt eine Drehung der Welle 3 eine Drehung der gesamten Einheit
aus Führun 'gseinrielitung 2, Werkzeug 7 und Werkstückhalterung 12, wobei
letztere über die Feder 14 angetrieben wird.
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Die Werkstückhalterung 13 besteht im einzelnen aus einem an
der obersten Windun- der Feder 14 befestiaten Ring 16. Der Ring
16 ist mit einer zentrierenden Ausnehmung 17 für einen in Drehrichtun
C 9
verstellbaren Kragen 18 versehen.
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Der Kragen 18 wird auf den Ring 16 mit einer vora
- gegenüber dem Werkzeug 7
gegebenen Ausrichtung aufgesetzt, worauf
der Ring gedreht wird, bis die für seine Arretierung vorgesehenen Schrauben
27 ungefähr in der Mitte der für die Verstellung vorgesehenen bogenförmigen
Schlitze 26 liegen, worauf sie festgeschraubt werden.
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Der Kragen 18 ist nach oben mit diametral gegenüberliegenden
Armen mit radialen öffnungen 19 versehen.
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Ein das Werkstück 4 haltender Bügel 20 erstreckt sich zwischen den
Öffnungen 19 und ist in diesen mittels Lagerschrauben 21 schwenk-bar gelagert.
Der Bü-,el er 20 hat ein verbreitertes Mittelteil, in dem eine Kugelpfanne 22 angeordnet
ist, die das kugelförmige ä C
Ende eines Kurbelstiftes 23 aufnimmt,
der an der Antriebsspindel 5 exzentrisch befestigt ist, so daß der Kurbelstift
23 bei einer Drehung der Spindel 5 kreisförmige Bahnen beschreibt
und die Werkstückhalterung 12 in entsprechender Weise mitnimmt. Da diese am freien
Ende der Feder 14 befestigt ist, kann sie den kreisförmigen Bewegungen des Kurbelstiftes
23
folgen.
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Das Werkstück, die Rohlinse L, wird mit ihrer Oberfläche
s so eingespannt, daß an dieser die Oberfläche t des Werkzeuges
7 angreift. Die Rohlinse L ist, wie Ab b. 3 zeigt, an einem angegossenen
Block 24 befestigt und wird mittels Stiften 34 am Bügel 20 (Ab b. 4), welche
in Lagerschalen des Blockes 24 eingreifen, in Ausrichtung zu dem Werkzeug
7 gehalten.
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Eine torische Linse L mit torischer Oberfläche s
hat den Hauptmeridian
b und den Zylindermeridian c. Diese Achsen oder Meridiane b und c
sind rechtwinklig zueinander angeordnet und schneiden sich im Mittelpunkt o der
Rohlinse.
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Wie in A b b. 2 dargestellt, besitzt das Werkzeug
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eine torische Bearbeitungsfläche t, dessen Hauptmeridian
b'
eine der Hauptkrümmung b der Rohlinse L entsprechende Krümmung besitzt und
dessen Zylindermeridian c' ebenfalls eine der Zylinderkrümmung c der Linse L entsprechende
Krümmung besitzt. Die Lage des Zylinderineridians c' der Werkzeugoberfläche t ist
durch eine Nut 25 bezeichnet.
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Das Werkzeug 7 mit Arbeitsfläche 28 wird auf dem Werkzeughalter
8 so angeordnet, daß der Meridian c' parallel zum Meridian c der Rohlinse
verläuft. Falls diese Parallelanordnung der Meridiane c' und c nicht Clenau erreicht
wird, wird die Ausgangseinstellung C der Führungseinrichtung 2 geändert, Im '-'
indem die Schrauben 27 in dem Kragen 18 gelöst werden und dieser so
lange gedreht wird, bis der Bügel 20 rechtwinklig oder senkrecht zum Meridian c'
des Werkzeuges 7 verläuft. Die Schrauben 27 werden dann an-Z, Orezogen,
um den Kragen 18 ständig in dieser Stellung zu halten.
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Durch die Torsionssteifigkeit und Biegeeigenschaft der Feder 14 folgt
das obere Ende der Führungseinrichtung 2 der Bewegung des Kurbelstiftes
23 bei ,gleichzeitiger seitlicher Bewegung der Rohlinse L auf dem Werkzeug
7 parallel längs der Meridiane. Durch Hin- und Herschwingen des Gehäuses
6 der oberen Antriebsspindel kann eine zusätzliche Schleif- und Polierwirkung
an der Rohlinse hervorgerufen werden.
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Selbstverständlich können mit entsprechenden Werkzeugen konkave oder
konvexe Flächen der Rohlinse L bearbeitet werden.
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Die A b b. 5, 6 und 7 zeigen Abwandlungen des
Erfindungsgegenstandes, wobei in Ab b. 5 an Stelle der Schraubenfeder 14
ein Feder-Bal- 29 für die Führungseinrichtung 2' verwendet wird. Der Balg
29
kann aus gepreßtem Metallblech, das in die in A b b. 5 gezeigte
Form gebracht ist, hergestellt sein, er kann aber auch zur Erleichterung und Vereinfachung.,
der Konstruktion in der in A b b. 6 dargestellten Weise ausgeführt sein.
Die Ausführung nach A b b. 6 besteht aus einer Anzahl von flachen Ringen
30 aus Stahlblech od. dgl., die durch größere und kleinere Drahtringe
31 abwechselnd außen und innen miteinander verbunden sind und auf Abstand
voneinander gehalten werden.
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Eine andere Ausführungsform eines federbalartigen Aufbaues ist in
Ab b. 7 gezeigt, wobei die Anordnung in auseinandergezogenem Zustand gezeigt
ist. Diese Konstruktion besteht nur aus identisch geformten, ursprünglich flachen
Federstahlringen ähnlich den Ringen 30 von Ab b. 6. Die Ringe werden
koaxial übereinandergesetzt und an den gezeigten Stellen jeweils abwechselnd über
Kreuz durch Niete 33 verbunden. Die Nietverbindungen müssen rechtwinklig
zueinander über dem Ringdurchmesser erfolgen.