DE19926414A1 - Kombiwerkzeug zum Bearbeiten optischer Linsen - Google Patents

Abstract

Bei dem Kombiwerkzeug zum Bearbeiten optischer Linsen sind ein Topfwerkzeug und ein Formwerkzeug vorhanden, wobei das Formwerkzeug axial verschieblich ist und eine gewisse Winkelbeweglichkeit aufweist. Das Kombiwerkzeug ist mit einer angetriebenen Werkzeugspindel (3) verbunden, die gleichsinnig wie die zu bearbeitende Linse (28) rotiert. Das Formwerkzeug (12) hat eine ballige Umfangsfläche (17), die mit einer zylindrischen Umfangsfläche im Hohlraum des Kombiwerkzeugs mit geringem Lagerspiel in Verbindung steht. Zwischen dem Zentralkörper (1) und dem Formwerkzeug (12) ist eine elastische Membran (19) vorhanden, die mit dem Zentralkörper (1) fest verbunden ist. Die Rückseite der Membran (19) steht mit einer Bohrung (27) und diese wiederum mit einer Bohrung (26) in Verbindung. Die Bohrung (26) steht ihrerseits mit einer Drehdurchführung und anderen Einrichtungen der Bearbeitungsmaschine in Verbindung, mit denen die Bohrung (26) mit Unter- oder Überdruck beaufschlagt werden kann. Es ist mindestens ein Anschlag vorhanden, der den Vorwärtshub des Formwerkzeugs (12) begrenzt.

Description

Bei dem Kombiwerkzeug zum Bearbeiten optischer Linsen handelt es sich um eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Hauptanspruch 1. Zur sprachlichen Vereinfa­ chung wird der Erfindungsgegenstand nachstehend nur noch als Kombiwerkzeug bezeichnet. Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, das Schleifen und Polieren von Linsen kostengünstiger zu gestalten und dabei gleichzeitig die Qualität der erzeugten Linsenoberflächen bezüglich der Rauhtiefe und der Formgenauigkeit zu verbessern. Diese Aufgaben werden mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Erfindungsgemäß sind hierzu in dem Kombiwerkzeug zwei Bearbeitungswerkzeuge koaxial zueinander angeordnet, die nacheinander an der gleichen Linse zum Einsatz kommen. Dabei handelt es sich einerseits um ein Topfwerkzeug mit Ringschneide und andererseits um ein Formwerkzeug, dessen Oberfläche mit verschiedenen Schleifpellets oder Polierfolien belegt sein kann, und bezüglich seiner Einbindung in das Kombiwerkzeug einige wichtige erfindungsgemäße Merkmale aufweist.

Es ist vorgesehen das Kombiwerkzeug als Schleifwerkzeug oder auch als Polier­ werkzeug einzusetzen. Möglich ist auch die Kombination dieser beiden Arbeits­ gänge, indem zum Beispiel mit dem Topfwerkzeug erst feingeschliffen wird, während mit dem Formwerkzeug anschließend poliert wird.

In jedem Fall kommen die beiden genannten Werkzeuge nacheinander zum Einsatz. Das Arbeiten mit dem Kombiwerkzeug ist besonders kostengünstig, da zwei Arbeitsgänge mit einem einzigen Werkzeug durchgeführt werden können. Auch die benötigte Maschine ist preiswert, da sie nur je eine Werkstück- und Werkzeugspindel benötigt. Durch die Verwendung eines Formwerkzeugs das in das Kombiwerkzeug integriert ist, ergeben sich auch bei den Arbeitskosten Einsparungen, da die Zerspanungsleistung des Formwerkzeugs in Folge seiner flächigen Berührung mit der Linse deutlich höher ist als dies bei Verwendung eines Topfwerkzeugs der Fall ist.

Ein besonderes Erfindungsmerkmal besteht darin, daß das Formwerkzeug bezüglich seiner Achsneigung frei beweglich in einem äußeren Gehäuse angeordnet ist und sich auf eine nachgiebige Membran aus elastischem Material, z. B. aus Gummi, ab­ stützt. Dadurch kann sich das Formwerkzeug ohne jedes Verkannten genau an die Kontur der vorgeschliffenen Linse anlegen. Maßgebend für die Formgenauigkeit der Linse ist damit das sehr präzise herzustellende Formwerkzeug. Das erfindungsge­ mäße Kombiwerkzeug gestattet es damit unter anderem, die Vorteile des bekannten Kugelstift-Verfahrens mit Formwerkzeug zu nutzen, ohne daß dessen Nachteile in Kauf genommen werden müssen. Es können mit dem Kombiwerkzeug wesentlich bessere Formgenauigkeiten und Rauhtiefen erzeugt werden, als dies bisher mit der üblichen Technik möglich war.

Das Kombiwerkzeug weist im Vergleich zu Werkzeugen mit Kugelstift, die dem Stand der Technik entsprechen, zusätzlich einen bisher nicht bekannt gewordenen Vorteil auf, der darin besteht, daß das Formwerkzeug aktiv angetrieben wird, was Korrekturen an der Linsengeometrie ermöglicht. Das Kombiwerkzeug und sein damit verdrehsicher verbundenes Formwerkzeug wird hierzu an einer angetriebenen Werkzeugspindel befestigt, die sich gleichsinnig wie die gegenüberliegende Werk­ zeugspindel mit dem Linsenhalter und der Linse dreht.

Daraus ergibt sich die genannte Möglichkeit, gezielten Einfluß auf die Geometrie der erzeugten Linsenoberfläche im Feinbereich zu nehmen. Hierzu werden die Drehzahlen der beiden Spindeln in ihrem Verhältnis zueinander verändert, wobei sich, in Abhängigkeit vom Radius, auf verschiedenen Ringflächen der Linsenoberfläche unterschiedliche Relativgeschwindigkeiten zwischen dem Formwerkzeug und der Linse ergeben. Diese unterschiedlichen Relativgeschwindigkeiten ergeben einen unterschiedlichen Materialabtrag. Diesen Effekt kann man nutzen, um mit dem Formwerkzeug die genannten Korrekturen an der Linsenform im Feinbereich anzubringen.

Dies ist beim herkömmlichen Kugelstift-Verfahren nicht möglich, da sich in diesem Fall das Werkzeug nur infolge der Friktion an der Linse frei dreht. Die sich erge­ bende Drehzahl kann nicht beeinflußt werden. Darüber hinaus hat das übliche Ku­ gelstift-Verfahren aber noch eine Reihe weiterer Nachteile. Solche Nachteile sind auch bei den anderen Verfahren zur Linsenherstellung gegeben.

Nach dem Stand der Technik werden die optisch aktiven Oberflächen von Linsen durch mehrere Schleifvorgänge (z. B. Grob- und Feinschleifen) und sich daran an­ schließenden Poliervorgänge hergestellt. Für das Schleifen werden üblicherweise Topfwerkzeuge eingesetzt, die über diamantbesetzte Ringschneiden mit verschiede­ nen Korngrößen verfügen. Mit diesen Werkzeugen lassen sich insbesondere sphäri­ sche Linsen herstellen. Hierzu wird das Topfwerkzeug an der Werkzeugspindel einer Schleifmaschine befestigt, die üblicherweise über eine CNC-Steuerung verfügt. Der Linsenrohling wird in einen Linsenhalter eingelegt, der an einer zweiten Spindel (Werkstückspindel) der Maschine befestigt ist, die der Werkzeugspindel gegenüber­ steht. Mindestens eine der beiden genannten Spindeln kann schräggestellt (geschwenkt) werden, so daß das Topfwerkzeug unter einem vorgegebenen Winkel auf den Linsenrohling trifft. Die geometrische Achse des Topfwerkzeugs geht dabei durch den Radienmittelpunkt der zu erzeugenden Linsenoberfläche. Der Schwenk­ winkel bestimmt somit den Krümmungsradius der erzeugten Linsenoberfläche.

Beim Arbeiten mit Topfwerkzeugen ergeben sich einige, wesentliche Nachteile wie folgt:

• - Die erzeugte Formgenauigkeit hängt in erheblichem Maße von der Genauigkeit der eingesetzten Schleifmaschine und ihrer Steuerung ab. Es lassen sich daher mit Topfwerkzeugen nur Genauigkeiten von 1 bis 2 µ erzeugen.
• - Die Maschinenspindeln mit den Topfwerkzeugen führen bei höheren Drehzahlen zu Schwingungen. Diese höheren Drehzahlen sind nötig, um die erforderlichen Schnittgeschwindigkeiten von 20 bis 40 m/sec. zu erzeugen. Schwingungen wir­ ken sich jedoch immer negativ auf das Arbeitsergebnis aus.
• - Es ergeben sich verfahrensbedingte Probleme durch Unwuchten und das Lager­ spiel der Maschine, was zu einem unruhigen Lauf führt. Dies kann zu Tiefenrißbil­ dung beim Feinschleifen führen, was bis zu 100% höhere Polierzeiten erforderlich machen kann. Dieser erhöhte Polieraufwand ist dann erforderlich, damit die Linsenoberfläche wieder entsprechend aufgearbeitet wird.
• - Nachteilig ist auch, daß Topfwerkzeuge mit den zu bearbeitenden Linsen nur eine Linienberührung haben. Die Folge ist, daß der Materialabtrag pro Werkzeugum­ drehung dementsprechend nur gering ist. Zur Abhilfe wird mit hohen Drehzahlen bzw. Schnittgeschwindigkeiten gearbeitet, was zu den vorgenannten Problemen führt.

Zur Behebung der genannten Nachteile beim Arbeiten mit Topfwerkzeugen wurden die Schleifmaschinen im Laufe der Zeit immer aufwendiger und damit teurer konzi­ piert. So werden die Schleifmaschinen heute mit sehr teuren Techniken wie Luftlager sowie mit höchst genauen Steuerungs- und Führungssystemen ausgerüstet. Mit dem gleichen Ziel wird ihre tragende Struktur stark überdimensioniert, was insbesondere Schwingungen entgegenwirken soll.

Da, wie erwähnt, zur Herstellung einer Linse mehrere Schleif- und Poliervorgänge erforderlich sind, hat man die entsprechenden Schleif- und Poliermaschinen im Laufe ihrer Fortentwicklung mit zusätzlichen Spindeln ausgerüstet. Ziel war es hier­ bei, das Linsenschleifen kostengünstiger zu machen, bei gleichzeitiger Steigerung der Qualität. Ein typisches Beispiel hierfür sind Schleifmaschinen mit einer unten lie­ genden Werkstückspindel und zwei oben liegenden Werkzeugspindeln. Hierbei kann unter Einsatz von zwei Topfwerkzeugen und ohne Umspannung der Linse, das Grob- und Feinschleifen hintereinander durchgeführt werden. Hierdurch ergeben sich Zeitersparnisse und Qualitätssteigerungen, da die Linse zwischen den beiden Bearbeitungsgängen nicht umgespannt werden muß. Ähnliche Vorteile ergeben sich, wenn Poliermaschinen mit mehr als zwei Spindeln ausgerüstet werden.

Nachteilig ist bei dieser Fortentwicklung der Schleif- und Poliermaschinentechnik; daß die Bedienung der Maschinen immer komplizierter wird und die Maschinen selbst, durch die aufwendige Ausstattung, sehr teuer werden. Die damit gestiegenen Investitions-, Reparatur- und Stillstandskosten mindern die Rationalisierungseffekte ganz erheblich.

Bei Einsatz des erfindungsgemäßen Kombiwerkzeugs mit zwei unterschiedlichen Werkzeugen auf einer einfachen Maschine ergeben sich bessere Rationalisierungs­ effekte als mit den mehrspindeligen, teuren Bearbeitungsmaschinen. Da das Kom­ biwerkzeug auch über ein quasi "kardangelagertes", angetriebenes Formwerkzeug verfügt, lassen sich damit Linsen höherer Qualität bei verkürzten Bearbeitungszeiten erzeugen, als dies mit Topfwerkzeugen ist.

Nach dem Stand der Technik werden auch andere Verfahren zum Bearbeiten von sphärischen Linsen benutzt. Hierzu gehört das erwähnte Kugelstift-Verfahren, bei dem ein größeres Formwerkzeug von einem Kugelstift gegen die kleinere Linse ge­ drückt wird. Die aktive Oberfläche des Formwerkzeugs ist dabei ein negativer "Abdruck" der herzustellenden Linsengeometrie.

Während der Bearbeitung sind auch in diesem Fall die Achse der Linse und die Achse des Werkzeugs zueinander schräggestellt.

Vorteilhaft bei dem Kugelstift-Verfahren ist die Verwendung eines Formwerkzeugs, das sehr präzise Formgenauigkeiten der erzeugten Linse zuläßt. Da das Formwerk­ zeug mittels dem Kugelstift gegen die Linse gedrückt wird, können sich Werkzeug und Linse ohne jede Verkantung genau zueinander ausrichten. Der gleiche Effekt entsteht, wenn umgekehrt der Linsenhalter mit der Linse mittels dem Kugelstift ge­ gen das Formwerkzeug gedrückt wird. Das Feinschleifen bzw. das Polieren nach dem Kugelstift Verfahren erfolgt daher ohne unerwünschte Zwängung zwischen den beteiligten Oberflächen. Beim Arbeiten mit dem Kugelstift liegen der Radienmittel­ punkt der Kugel, des Werkstücks und des Formwerkzeugs auf einer gemeinsamen Achse.

Der Kugelstift vereinigt in sich folgende Funktionen:

• - "Kardanischer" Ausgleich von Achsungenauigkeiten zwischen Formwerkzeug und Linse
• - Krafteinleitung in das Formwerkzeug zur Erzeugung des benötigten Arbeitsdrucks
• - Fixierung der Lage des Formwerkzeugs relativ zur Linse
• - Lagerung des Formwerkzeugs (Freilauf) zur Aufnahme der friktionsbedingten re­ lativen Drehbewegung

Trotz seiner guten Eigenschaften hat das traditionelle Kugelstift-Verfahren einige wesentliche Nachteile, die dazu geführt haben, daß es heute in seiner ursprüngli­ chen Form nicht mehr eingesetzt wird. Hauptursache für die Nachteile des Kugel­ stift-Verfahrens ist die Konzentration der vorgenannten vier Funktionen auf zwei re­ lativ kleine Bauteile, nämlich die Kugel mit ihrer Pfanne.

Die Nachteile des traditionellen Kugelstift-Verfahrens sind wie folgt:

• - Mit dem Kugelstift können entweder der Linsenhalter mit der Linse oder das Formwerkzeug geführt werden. Damit die entstehenden Reaktionskräfte zwischen Linse und Formwerkzeug nicht zu groß werden, wird von dem Kugelstift stets nur das entsprechende konkave Bauteil (Formwerkzeug oder Linse) gehalten. Die Größe dieser Reaktionskräfte hängt mit den geometrischen Verhältnissen zu­ sammen. Die Beschränkung der Einsatzmöglichkeiten des Kugelstifts auf das je­ weils konkave Bauteil ist ein erheblicher Nachteil, da z. B. beim Bearbeiten von konkav-/konvexgeformten Linsen, das Formwerkzeug und der Linsenhalter an dem Kugelstift umgewechselt werden müssen. Außerdem ergeben sich hieraus Einschränkungen bei der Werkzeuggröße relativ zum Werkstück.
• - Das Arbeiten mit dem Kugelstift-Verfahren ist wegen der entstehenden Reaktionskräfte nur bei kleinen Drehzahlen möglich. Daraus folgt, das nur Ma­ schinen mit konventioneller Technik eingesetzt werden können, da CNC-Maschi­ nen für sehr viel höhere Drehzahlen ausgelegt sind.
• - Die Krafteinleitung zur Erzeugung des benötigten Arbeitsdrucks mittels dem Ku­ gelstift ist nicht feinfühlig genug. Dies hängt zusammen mit den großen, bewegli­ chen Massen, mit denen der Kugelstift in Verbindung steht. Einer dieser Massen ist z. B. der Luftzylinder, welcher den Kugelstift axial bewegt und den genannten Arbeitsdruck erzeugt. Außerdem ist der Luftzylinder wegen seiner Abdichtele­ mente mit Reibung behaftet. Dies führt wegen der Unterschiede zwischen der Haft- und Gleitreibung zu ruckartigen Bewegungen, die auf den Kugelstift mit übertragen werden und ein feinfühliges Arbeiten nicht ermöglichen.
• - An der Kugel und der entsprechenden Pfanne entsteht ein hoher Verschleiß durch die friktionsbedingte relative Drehbewegung zwischen der Linse mit dem Linsen­ halter und dem Formwerkzeug.
  Die Kugel und die Pfanne bilden ein Gleitlager mit sehr hoher Flächenpressung, das in einer abrassiven Umgebung betrieben wird, da die Kühlflüssigkeit und auch die Poliersuspension Partikel relativ großer Härte enthalten.
• - Beim Arbeiten mit Kugelstift können die Maschinen nicht automatisch beschickt werden, da die Kugel und die Pfanne nicht in allen Richtungen formschlüssig mit­ einander verbunden sind und daher beim Auseinanderfahren der Werkzeug- und der Werkstückspindel auseinanderfallen können. Dies gilt insbesondere in allen Fällen, bei denen der Kugelstift an der oberen Spindel befestigt ist. Da er nur Druckkräfte und keine Zugkräfte übertragen kann, fallen die damit verbundenen Bauteile infolge ihres Gewichtes nach unten, wenn die Spindeln auseinanderge­ fahren werden. Falls der Kugelstift an der unteren Spindel angeordnet ist und ein Auseinanderfallen daher nicht eintritt, so ergeben sich andere Probleme beim Auseinanderfahren der Spindeln, da sich die mit dem Kugelstift verbundenen Bauteile (Pfanne mit Formwerkzeug oder Linsenhalter) in beliebige Richtung schräg stellen können. Dies hängt zusammen mit der kardanischen Beweglichkeit der Kombination Kugelstift/Pfanne. In beiden Fällen (Auseinanderfallen bzw. Schrägstellen) ist eine automatische Beschickung der Maschine nicht möglich, d. h. bei dem traditionellen Kugelstift-Verfahren ist immer Handeingriff erforderlich.
• - Da die Kombination Kugelstift/Pfanne die Funktion eines Lagers mit Freilaufwir­ kung hat, können keine Drehbewegungen von der damit in Verbindung stehenden Spindel auf das angeschlossene Formwerkzeug bzw. den alternativ angeschlos­ senen Linsenhalter übertragen werden. Das Übertragen solcher Drehbewegungen wäre aber sehr wünschenswert, da sich damit die genannten Korrekturen an der Linsengeometrie im Feinbereich durchführen lassen.

Der weitere Stand der Technik ergibt sich z. B. aus einer japanischen Patentschrift mit der Publication-Number: JP 7164297, dem Publication-Date 27-06-95 und der Application-Number JP 930341759, die auch beim Europäischen Patentamt einge­ reicht wurde.

Unter dem Titel "Grinding Method And Device" wird ein kombiniertes Werkzeug beschrieben, bei dem ein Topfwerkzeug mit einem Formwerkzeug verbunden ist. Dabei ist das Formwerkzeug im Innenraum des Topfwerkzeugs angeordnet und wird von einem axial verschieblichen Kugelstift geführt.

Bei diesem kombinierten Werkzeug ergibt sich zwar der Vorteil, daß durch die Kom­ bination Topfwerkzeug/Formwerkzeug mit einer einzigen Werkzeugspindel nachein­ ander zwei unterschiedliche Arbeitsgänge durchgeführt werden können, da jedoch ein traditioneller Kugelstift zum Einsatz kommt, ergeben sich bei diesem kombinier­ ten Werkzeug alle Nachteile, wie sie zuvor im Zusammenhang mit dem Kugel­ stift-Verfahren bereits beschrieben wurden.

So müssen z. B. das kombinierte Werkzeug und der Linsenhalter ihre Positionen an den Maschinenspindeln wechseln, falls eine konkav-/konvexe Linse bearbeitet wer­ den soll, da auch hier der Kugelstift immer nur mit dem konkaven Bauteil verbunden werden darf. Weitere Nachteile bestehen darin, daß die Werkzeuggröße beschränkt ist, nur kleine Drehzahlen möglich sind und ein feinfühliges Arbeiten im Zusammen­ hang mit dem Verstellantrieb des Kugelstiftes nicht möglich ist. Hinzu kommt ein ho­ her Verschleiß zwischen Kugel und Pfanne und die genannten Probleme beim au­ tomatischen Beschicken, das mit diesem kombinierten Werkzeug, entsprechend dem Stand der Technik, nicht möglich ist. Insbesondere aber ist ein gezielter Antrieb des Formwerkzeugs über die Werkzeugspindel nicht möglich, da der Kugelstift mit seiner Pfanne eine Freilauf-Funktion hat. Gezielte Korrekturen an der Linsengeome­ trie durch unterschiedliche Relativgeschwindigkeiten zwischen Linse und Formwerk­ zeug sind daher nicht möglich.

Die genannten Nachteile, die sich bei der Linsenherstellung nach dem Stand der Technik und insbesondere im Zusammenhang mit dem kombinierten Werkzeug ent­ sprechend der genannten japanischen Druckschrift ergeben, werden mit dem hier vorgeschlagenen Kombiwerkzeug zum Bearbeiten optischer Linsen vermieden.

Das erfindungsgemäße Kombiwerkzeug nutzt die Vorteile des Kugelstift-Verfahrens unter Vermeidung seiner Nachteile. Hinzu kommt die besonders vorteilhafte Möglichkeit das Formwerkzeug zur Korrektur der Linsengeometrie gezielt anzutreiben.

Der Aufbau des Kombiwerkzeugs ist wie folgt:
Es verfügt über einen Zentralkörper, welcher mit der Werkzeugspindel der Maschine lösbar verbunden ist. Die Werkzeugspindel steht ihrerseits mit einem Antrieb in Ver­ bindung, mit dem sie in Rotation versetzt werden kann. Mittels einem Schwenkkopf kann die Werkzeugspindel schräg gestellt oder auch mittels entsprechender Linear­ führungen (z. B. X-Achse und/oder Z-Achse) linear verfahren werden: Es sind auch Ausführungen vorgesehen, bei denen die genannten Bewegungen nicht, oder zum Teil nicht, von der Werkzeugspindel sondern von der ihr gegenüber angeordneten Werkstückspindel ausgeführt werden. Die Maschine verfügt vorzugsweise über eine CNC-Steuerung. Die Einsatzmöglichkeiten des Kombiwerkzeugs werden von dem unterschiedlichen Aufbau der verschiedenen Bearbeitungsmaschinen nicht einge­ schränkt.

An dem Zentralkörper des Kombiwerkzeugs ist ein Topfwerkzeug lösbar befestigt, das an seiner offenen Seite eine Ringschneide trägt, die üblicherweise mit Diaman­ ten bestückt ist und zum Grob- oder Feinschleifen der Linsen dient. In dem inneren, zylindrischen Hohlraum des Topfwerkzeugs ist ein Formwerkzeug untergebracht, das axiale Bewegungen relativ zu dem Topfwerkzeug ausführen kann. Wenn das Form­ werkzeug nach vorne gefahren ist, so ragt es über die Ringschneide des Topfwerk­ zeugs hinaus und kann in Kontakt mit der zu bearbeitenden Linse gebracht werden. Je nachdem ob das Formwerkzeug mit Schleifpellets oder Polierfolie belegt ist, kön­ nen mit ihm dann feine Schleifarbeiten oder Poliervorgänge durchgeführt werden. Diese Arbeitsgänge mit dem Formwerkzeug schließen sich an die vorausgegange­ nen Arbeitsgänge mit dem Topfwerkzeug an.

Damit sich das Formwerkzeug ohne Zwängung an die zu bearbeitende Linse anle­ gen kann, ist es in dem Kombiwerkzeug so gelagert, daß es bezüglich seiner Win­ kellage frei beweglich ist, ähnlich wie dies bei dem bekannten Kugelstift-Verfahren der Fall ist, ohne das jedoch dessen Nachteile in Kauf genommen werden müssen.

Hierzu stützt es sich in radialer Richtung mit seiner balligen Umfangsfläche vorzugs­ weise gegen die innere, zylindrische Wand des Hohlraums in dem Topfwerkzeug ab. Es sind jedoch auch Ausführungen vorgesehen bei denen sich das Formwerkzeug mit seiner balligen Umfangsfläche gegen die innere Umfangsfläche eines anderen Bauteils abstützt.

Durch die ballige Ausführung dieser Umfangsfläche kann sich das Formwerkzeug so bewegen, als würde es von einem Kugelstift gehalten; d. h. mit dieser "kardanischen" Lagerung ist sichergestellt, daß sich das Formwerkzeug in radialer Richtung nicht bewegen kann, jedoch Schwenkbewegungen möglich sind. Diese Schwenkbewe­ gungen führen dazu, daß die Symmetrieachse des Formwerkzeugs im vorgegebenen Winkelbereich die gewünschten, beliebigen Winkelstellungen einnehmen kann und sich dadurch das Formwerkzeug ohne Zwang auf die Linse ausrichtet. Dies ergibt deutlich bessere Linsenqualitäten, insbesondere bezüglich der Formgenauigkeit, als wenn das Formwerkzeug starr mit der Werkzeugspindel verbunden wäre, wie dies nach dem Stand der Technik üblich ist.

Wegen der robusten Führung des Formwerkzeug an seiner balligen Umfangsfläche ergeben sich außerdem keine Einschränkungen bezüglich seiner Krümmung (konkav und konvex) und bezüglich seiner Größe und Drehzahl. Solche Einschränkungen er­ geben sich jedoch bei dem Kugelstift-Verfahren.

Auf der Rückseite des Formwerkzeugs kann ein Unterdruck angelegt werden, der für ausreichend große Haltekräfte sorgt, die ein Herausfallen des Formwerkzeugs aus dem Topfwerkzeug verhindern, wenn z. B. das Kombiwerkzeug und die fertig bear­ beitete Linse auseinandergefahren werden.

Das Formwerkzeug wird in seiner vorderen Endlage außerdem von einem oder mehreren Anschlägen gehalten, die so angeordnet sind, daß sich das Formwerkzeug um den vorgegebenen Weg axial bewegen kann. Bei einer von mehreren möglichen Ausführungen werden die Anschläge als Anschlagscheiben ausgeführt, die von Führungsbolzen gehalten werden. Dabei wird das Spiel zwischen dem Formwerkzeug und den Führungsbolzen so bemessen, daß die genannten Schwenkbewegungen nicht behindert werden. Sollte der Unterdruck durch einen Maschinenfehler ausfallen, so wird das Formwerkzeug immer noch von dem Anschlag oder den Anschlägen sicher gehalten. Damit wird ein weiterer Nachteil des bekannten Kugelstift-Verfahrens vermieden, der darin besteht, daß das Formwerkzeug in axialer Richtung von dem Kugelstift nicht gegen Herausfallen gehalten wird.

Maschinen, die mit dem erfindungsgemäßen Kombiwerkzeug bestückt sind, können wegen dem sicheren Halt des Formwerkzeugs ohne Einschränkung mit einer auto­ matischen Beschickung betrieben werden. Da sich das Formwerkzeug beim Betrieb mit Unterdruck lagestabil an anderen Bauteilen ausrichtet, hat es im Bezug auf die Werkzeugspindel außerdem eine eindeutig definierte Lage, was ebenfalls eine wich­ tige Voraussetzung für automatische Beschickungsvorgänge ist. Diese eindeutig de­ finierte Lage ist beim Kugelstift-Verfahren naturgemäß nicht gegeben.

Damit alternativ und nacheinander mit dem Topfwerkzeug bzw. mit dem Formwerk­ zeug gearbeitet werden kann, ist vorgesehen, daß das Formwerkzeug sowohl einen angetriebenen Vorwärtshub als auch einen angetriebenen Rückwärtshub ausführen kann.

Nach der Bearbeitung der Linse mit dem Topfwerkzeug, kommt das Formwerkzeug zum Einsatz. Hierzu wird mit dem Vorwärtshub das Formwerkzeug soweit nach vorne geschoben, daß es über das Topfwerkzeug hinausragt und in Kontakt mit der Linse kommt. Anschließend kann mit dem Formwerkzeug die Bearbeitung durchgeführt werden.

Mit dem Rückwärtshub wird das Formwerkzeug anschließend wieder so weit zurückbewegt, daß die Ringschneide des Topfwerkzeugs in Kontakt mit der nächsten Linse gebracht werden kann, ohne daß es dabei zu Kollisionen mit dem Formwerkzeug kommt. Als besonderer Vorteil ergibt sich hierbei die Möglichkeit zwei Arbeitsgänge mit nur einem Werkzeug und einer Werkzeugspindel durchzuführen.

Zum Antrieb des Vorwärtshubs dient eine Membran, die sich auf der Rückseite des Formwerkzeugs (der Spindel zugewandt) befindet und auf ihrer eigenen Rückseite mit Druck beaufschlagt werden kann. Hierzu weißen die Werkzeugspindel und der Zentralkörper Strömungskanäle in Form von axialen Bohrungen auf. Infolge des Überdrucks wölbt sich die Membran in Richtung Formwerkzeug und legt sich an die­ ses an. Dabei drückt sie das Formwerkzeug um den benötigten Weg aus dem Topf­ werkzeug heraus. Ein Überdehnen der Membran wird dabei von den genannten An­ schlägen verhindert, falls beim Vorwärtshub kein Kontakt zwischen dem Formwerk­ zeug und der Linse stattfindet.

Wie erwähnt, werden die Anschläge vorzugsweise als Anschlagscheiben im Bereich von Führungsbolzen ausgeführt. Durch die Verwendung einer Membran wird verhin­ dert, daß der z. B. mittels Luft auf der Rückseite des Formwerkzeugs angelegte Überdruck zu einem ständigen Durchblasen des Druckmediums an dem Spalt zwi­ schen der balligen Umfangsfläche des Formwerkzeugs und der inneren zylindrischen Wand des Topfwerkzeugs führt.

Die weiche und elastische Membran hat außerdem den Vorteil, daß die Winkelbe­ weglichkeit des Formwerkzeugs beim Ausrichten seiner Achse auf die Achse der Linse in keiner Weise behindert wird, wenn sich die beiden Bauteile berühren. Die von der Membran auf das Formwerkzeug aufgebrachten Kräfte wirken sehr gleich­ mäßig und flächig sowie nur in die gewünschte Richtung, ohne das schädliche Kippmomente entstehen.

Der Rückwärtshub kann, bei einer von mehreren vorgesehenen Ausführungen von Druckfedern angetrieben werden, die sich einerseits gegen das Formwerkzeug und andererseits gegen Konstruktionselemente abstützten, die vorzugsweise mit dem Topfwerkzeug oder dem Zentralkörper verbunden sind. Bei diesen Konstruktions­ elementen kann es sich vorzugsweise um die Anschlagscheiben handeln, die im Be­ reich von Führungsbolzen angeordnet sind. Die Druckfedern werden beim Vorwärts­ hub durch die Kraftwirkung der Membran gespannt und beim Rückwärtshub ent­ spannt, wenn die Membran zur Einleitung des Rückwärtshubs druckentlastet wird. Falls solche Druckfedern vorgesehen werden, so wird ihr Federweg so bemessen, daß sie den von der Membran erzeugten, vollen Vorwärtshub aufnehmen können.

Bei einer anderen Ausführung ist vorgesehen, daß der Rückwärtshub mittels Unter­ druck angetrieben wird, der an die Rückseite der Membran über die genannten Strömungskanäle in der Werkzeugspindel und dem Zentralkörper angelegt wird. Für den Rückwärtshub wird die Membran mit einem Rückschlagventil ausgerüstet, das beim Anlegen von Unterdruck öffnet, damit dieser auch an der Rückseite des Form­ werkzeugs wirken kann und dieses bewegt. Beim Anlegen von Überdruck an der Membranrückseite schließt das Rückschlagventil wieder, damit die Membran mit dem Formwerkzeug den Vorwärtshub ausführen kann, ohne daß das Druckmedium entweicht.

Da der Rückwärtshub bei diesem Ausführungsbeispiel von dem Unterdruck ange­ trieben werden soll, muß die Membran mit dem genannten Rückschlagventil ausge­ rüstet werden. Nur so ist gewährleistet, das der Unterdruck an der Rückseite des Formwerkzeugs dauerhaft wirkt, auch wenn Luft über Leckagen nachströmt. Der zwischen dem Formwerkzeug und der Membran, infolge deren Rückwärtsbewegung kurzzeitig entstehende Unterdruck, wird durch die genannten Leckagen schnell ab­ gebaut, so daß der Unterdruck dauerhaft nur durch das Absaugen der Leckluft mit­ tels dem Rückschlagventil und der Strömungskanäle in der Werkzeugspindel und dem Zentralkörper aufrecht erhalten werden kann.

Da die Membran nur gegen das Formwerkzeug drücken, nicht jedoch daran ziehen kann, wäre ohne Rückschlagventil ein druckgesteuerter Rückwärtshub nicht möglich.

Damit beim Rückwärtshub infolge des angelegten Unterdrucks nicht ständig Luft durch die Leckage im Bereich der balligen Umfangsfläche des Formwerkzeugs und das Rückschlagventil strömt, vertilgt die Membran an ihrer Vorderseite über eine Dichtlippe. Am Ende des Rückwärtshubs legt sich das Formwerkzeug mit seiner Rückseite gegen diese Dichtlippe an, so daß ein dichter Abschluß entsteht und keine Luft mehr nachströmen kann. Gleichzeitig bildet diese Dichtlippe einen weichen An­ schlag, so daß das Formwerkzeug beim Rückwärtshub sanft abgebremst wird und eine eindeutig definierte Lage einnimmt. Die genaue Lage des Formwerkzeugs ist für einen automatischen Betrieb mit mechanischer Beschickung besonders wichtig.

Es sind auch Ausführungen des Kombiwerkzeugs vorgesehen, bei denen der Rück­ wärtshub durch die kombinierte Kraftwirkung der Federn und des Unterdrucks an der Rückseite des Formwerkzeugs angetrieben wird.

Durch die Verwendung einer elastischen Membran mit Ventil zum Antrieb des Vor­ wärts- und des Rückwärtshubs, lassen sich die Bewegungen des Formwerkzeugs vorteilhafterweise sehr feinfühlig ausführen. Dies hängt zusammen mit der geringen Masse der Membran und dem Fehlen von Reibungskräften an dieser Membran als Antriebselement. Im Gegensatz hierzu sind die Luftzylinder, wie sie zum bewegen von Kugelstiften benutzt werden, mit größeren Massen behaftet und vor allen Dingen entstehen an den Kolbenabdichtungen und den Axialführungen unerwünschte Rei­ bungskräfte, was ein feinfühliges Arbeiten unmöglich macht. Mit dem erfindungsge­ mäßen Kombiwerkzeug werden diese Nachteile des bekannten Kugelstift-Verfahrens völlig vermieden, da für den Antrieb direkt in dem Werkzeug eine Membran mit ihren vorteilhaften Eigenschaften angeordnet ist und damit Luftzylinder vermieden werden können.

Damit Unterdruck bzw. Überdruck an die Rückseite der Membran angelegt werden kann, sind sowohl der Zentralkörper als auch die Werkzeugspindel mit den genann­ ten zentralen, axialen Bohrungen versehen. Als Druckmedium wird vorzugsweise Druckluft benutzt, die der Werkzeugspindel über geeignete Drehdurchführungen zu­ geleitet wird. Diese Drehdurchführungen sind wegen der Rotation der Werk­ zeugspindel erforderlich.

Da die Membran zur Befestigung zwischen dem Zentralkörper und vorzugsweise dem Topfwerkzeug fest eingespannt ist, können mit ihrer Hilfe auch Drehmomente und damit Antriebsenergie über den Zentralkörper von der Spindel auf das Form­ werkzeug übertragen werden. Wenn die Membran mit Überdruck beaufschlagt ist und sich an das Formwerkzeug angelegt hat, so genügen die Reibungskräfte zwi­ schen den beiden Bauteilen um die, für die Bearbeitung erforderlichen Antriebs­ drehmomente zu übertragen. Die bei einer Ausführung vorgesehenen Führungsbol­ zen sollen diese Antriebsdrehmoment erfindungsgemäß nicht übertragen, damit die freie Beweglichkeit des Formwerkzeugs erhalten bleibt.

Durch das Übertragen von Antriebsenergie von der Werkzeugspindel auf das Form­ werkzeug, lassen sich die bereits erwähnten Korrekturen an der Linsengeometrie im Feinbereich vornehmen. Hierzu werden die Drehzahlen der Werkzeugspindel und der Werkstückspindel so aufeinander abgestimmt, daß die Relativbewegungen zwi­ schen Werkzeug und Linse in Abhängigkeit vom Linsenradius den gewünschten Verlauf haben. Hierbei gilt: Je größer die Relativbewegung um so größer der Mate­ rialabtrag und umgekehrt.

Auch hier zeigen sich wieder die vorteilhaften Eigenschaften der Membran. Das An­ triebsdrehmoment wird von ihr weich und jede Zwängung übertragen. Hinzu kommt das Dämpfen von schädlichen Drehschwingungen.

Die vorgenannte Möglichkeit, durch Wahl der Spindeldrehzahlen gezielte Korrektu­ ren an der Linsengeometrie zu erreichen, ist ein erheblicher Vorteil bei dem erfin­ dungsgemäßen Kombiwerkzeug.

Bei dem bekannten Kugelstift-Verfahren sind solche Korrekturen nicht möglich, da im Bereich Kugelstift/Pfanne keine Drehmomente übertragen werden können. Insofern ist der gezielte, rotatorische Antrieb des "kardanisch" gelagerten Formwerkzeugs eines der wichtigen Erfindungsmerkmale.

Vorteilhaft ist auch, daß innerhalb des erfindungsgemäßen Kombiwerkzeugs keine rotatorischen Relativbewegungen stattfinden, wie dies nach dem Stand der Technik zwischen Kugelstift und Pfanne der Fall ist, bei denen sich die Pfanne um die fest­ stehende Kugel dreht. Dies erzeugt Reibung und Verschleiß. Die Rotation beim Kugelstift-Verfahren wird ausgelöst von der Friktion zwischen der angetriebenen Linse und dem aufgesetzten Formwerkzeug. Im Gegensatz hierzu, wird bei dem vor­ geschlagenen Kombiwerkzeug das Formwerkzeug über die zwischengeschaltete Membran und andere Bauelemente verdrehungssicher mit der angetriebenen Werk­ zeugspindel verbunden. Ein Verschleiß durch rotatorische Relativbewegungen findet daher nicht statt.

Ein weiterer Vorteil bei dem erfindungsgemäßen Kombiwerkzeug besteht darin, daß das damit verbundene Formwerkzeug sowohl konvexe als auch konkave Arbeitsflä­ chen aufweisen kann. Die Führung des Formwerkzeugs mit seiner großen, balligen Umfangsfläche in dem Topfwerkzeug ist außerordentlich stabil. Hier können wesent­ lich größere Kräfte übertragen werden, als dies beim Kugelstift-Verfahren mit der relativ kleinen Kombination Kugel/Pfanne möglich ist. Wie erwähnt können an dem Kugelstift stets nur Bauteile (Linsen/Werkzeuge) mit konkaver Krümmung befestigt werden, da sonst die Reaktionskräfte bei der Bearbeitung zu groß werden und die Bauteile auseinander springen. Ein Umwechseln vom Werkzeug gegen den Linsen­ halter ist daher bei dem erfindungsgemäßen Kombiwerkzeug nicht erforderlich, auch wenn die Krümmung des Werkzeugs konvex ist. Wegen des stabilen Aufbaus des Kombiwerkzeugs sind auch keine Beschränkungen bezüglich des Durchmesserver­ hältnisses Linse/Formwerkzeug zu beachten.

Generell läßt sich feststellen, daß die positiven Eigenschaften des erfindungsgemäßen Kombiwerkzeugs unter anderem auch dadurch erzielt wurden, daß die verschiedenen Funktionen eines Kugelstifts mit Pfanne auf mehrere Bauteile verlagert wurden und der Kugelstift selbst inkl, seiner Pfanne, bei vollem Erhalt aller Funktionen, vermieden werden konnte. Dadurch entfallen naturgemäß auch alle Nachteile die mit dem Kugelstift verbunden sind. Er ist nicht mehr vorhanden.

Die verschiedenen Funktionen eines Kugelstifts werden bei dem Kombiwerkzeug im Einzelnen wie folgt gewährleistet ohne das ein Kugelstift vorhanden ist:

• - Der "kardanische" Ausgleich zur Winkelbeweglichkeit des Formwerkzeugs wird von seiner balligen Umfangsfläche erzeugt, d. h. unmittelbar von dem Bauteil, an dem die Reaktionskräfte bei der Bearbeitung auftreten. Dementsprechend schwingungsarm läßt sich damit arbeiten.
• - Für die Erzeugung des Arbeitsdrucks werden die erforderlichen Kräfte flächig von einer Membran auf das Formwerkzeug übertragen.
• - Daraus ergeben sich sehr gleichmäßige Druckverhältnisse zwischen Formwerkzeug und Linse und außerdem eine gute Dämpfung von Schwingungen, was sich positiv auf das Arbeitsergebnis auswirkt.
• - Die Fixierung der relativen Lage von Formwerkzeug und Linse zueinander erfolgt über den Umfang des Formwerkzeugs und die Membran. Hieraus ergeben sich sehr stabile und schwingungsarme Verhältnisse.
• - Ein Lager für rotatorische Relativbewegungen ist nicht erforderlich, da die Dreh­ bewegung des Formwerkzeugs von der Werkzeugspindel angetrieben wird, die entsprechend gut gelagert ist. Ein Verschleiß durch Lagerreibung im Kombiwerk­ zeug entfällt daher völlig.

Beim Kugelstift-Verfahren müssen die genannten vier Aufgaben von der Kombina­ tion Kugel/Pfanne übernommen werden, was wegen der hohen Beanspruchung die­ ser beiden Bauteile zu den eingangs genannten Problemen führt. Als besonderer zusätzlicher Vorteil, der bei allen bekanntgewordenen Kugelstift-Verfahren nicht ge­ geben ist, ergibt sich in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kombiwerk­ zeug die Möglichkeit, Korrekturen im Feinbereich an der Linsengeometrie vorzuneh­ men. Dies wird, wie erwähnt, mittels dem angetriebenen Formwerkzeug ermöglicht.

Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Kombiwerkzeugs sind noch die folgenden:

• - Die Bedienung und Programmierung der Bearbeitungsmaschinen ist relativ ein­ fach, da nur die Bewegungen einer oberen und einer unteren Spindel program­ miert werden müssen. Bei Verwendung konventioneller Werkzeuge, müßten zum Erreichen des gleichen Arbeitsergebnisses hingegen drei Spindeln programmiert werden.
• - Das Zusammenfahren von Formwerkzeug und Linse ist unkritisch, da Wege im Feinbereich, d. h. kurz vor dem Zusammentreffen beider Bauteile, von der Mem­ bran überbrückt werden können. Dadurch können die Maschinenlaufzeiten verrin­ gert werden, da die Sicherheitsabstände kleiner gewählt werden können (es findet weniger "Luftschneiden" statt). Die "kardanische" Aufhängung des Formwerkzeugs wirkt sich in diesem Zusammenhang ebenfalls günstig aus, da sich das Werk­ zeug, bezüglich seiner Winkellage, im Feinbereich selbsttätig an die Linse anpaßt.
• - Einfachere Maschinen, d. h. Maschinen mit nur einer oberen und einer unteren Spindel, können eingesetzt werden, da das Kombiwerkzeug damit zwei Arbeits­ gänge ermöglicht. Bei Verwendung von konventionellen Werkzeugen wären hier­ für insgesamt drei Spindeln erforderlich. Aus dem Einsatz einfacherer Maschinen resultieren niedrigere Investitions- und Betriebskosten. Bei den nacheinander ab­ laufenden Arbeitsgängen des Kombiwerkzeugs kommt immer zunächst das Topf­ werkzeug und dann das Formwerkzeug zum Einsatz.

Bei diesen Arbeitsgängen kann es sich um das Grob- und Feinschleifen, das Feinschleifen und Polieren oder auch um das Vor- und Fertigpolieren handeln; d. h., das Kombiwerkzeug ist sehr universell einsetzbar, was in der Betriebspraxis viele Vorteile bringt.

• - Wegen seinem stabilen Aufbau und dem schwingungsdämpfenden Verhalten kann das erfindungsgemäße Kombiwerkzeug auch auf schnell laufenden, moder­ nen, CNC-gesteuerten Maschinen eingesetzt werden. Dies läßt im Zusammen­ hang mit seinem Topfwerkzeug eine weitere Steigerung der Wirtschaftlichkeit zu, da die Zerspanungsleistung in etwa proportional zur Schnittgeschwindigkeit ist.
• - Mit dem Formwerkzeug des erfindungsgemäßen Kombiwerkzeugs lassen sich wesentlich bessere Qualitäten erzeugen als mit den üblichen Topfwerkzeugen, bei denen die erzeugte Qualität sehr stark von der Genauigkeit der Maschine und ih­ rer Steuerung abhängt.

Dies gilt sowohl für die Rauhtiefe als auch für die erzeugte Geometrie (Formgenauigkeit) der hergestellten Linsen. Bei der Formgenauigkeit liegen die erfindungsgemäß erzielten Maßabweichungen bei 0,1 bis 0,2 µm anstelle der sonst, nach dem Stand der Technik üblichen 1 bis 2 µm, d. h. die Form­ genauigkeit ist um den Faktor 10 besser als bisher üblich.

Dies wird erreicht durch den Einsatz des hochgenauen Formwerkzeugs, das ohne jede Verkantung mit der Linse in Kontakt gebracht wird und durch seine stabile Lagerung und vor allem die dämpfende Wirkung der Membran Schwingungen, die von der Spindel kommen, kompensiert. In diesem Zusammenhang wird auch von einem gedämpften Verfahren gesprochen. Mit dem Formwerkzeug wird, zur Er­ zeugung der optimalen Genauigkeit, immer der letzte von den beiden mit dem Kombiwerkzeug möglichen Arbeitsgängen ausgeführt.

• - Eine weitere Steigerung der Linsenqualität ergibt sich aus den kleinen Schnittge­ schwindigkeiten, die mit dem Formwerkzeug realisiert werden können. Angewandt werden Schnittgeschwindigkeiten zwischen 0,2 und 0,5 m/sec. anstelle der mit anderen Werkzeugen üblichen Schnittgeschwindigkeiten von 20 bis 40 mfsec. Diese kleinen Schnittgeschwindigkeiten verkleinern noch einmal die Schwin­ gungsproblematik und reduzieren die Gefahr der Tiefenrißbildung. Wenn Tiefen­ rißbildung auftritt, so müssen diese Fehler durch aufwendige und damit kostspie­ lige Poliervorgänge wieder beseitigt werden.
• - Beim Arbeiten mit Formwerkzeugen tritt ein Effekt auf, der als Aquaplaning be­ zeichnet wird und ein wesentlich feineres Schleifen ermöglicht, als dies mit Topf­ werkzeugen z. B. möglich ist. Bei dem Aquaplaning bildet sich ein dünner Was­ serfilm zwischen der Oberfläche des Werkzeugs und der Linse. Dieser Wasserfilm wirkt schwingungsdämpfend auf die beteiligten Bauteile und führt zu einem kleine­ ren Eingriff der Schleifkörper (z. B. Diamant) in die Oberfläche der Linse. Die so erzielte Rauhtiefe ist zwei- bis dreimal besser als bei dem üblichen Feinschleifen mit Topfwerkzeugen.
• - Auch die Wirtschaftlichkeit läßt sich bei Verwendung des Kombiwerkzeugs um mindestens den Faktor 2 steigern. Dies hängt damit zusammen, daß mit dem Kombiwerkzeug zwei Arbeitsgänge hintereinander durchgeführt werden können, ohne daß ein Werkzeugwechsel oder ein Wechsel der Arbeitsspindeln bzw. der Maschine erforderlich wäre. Insbesondere aber hat das in das Kombiwerkzeug integrierte Formwerkzeug eine sehr hohe Material Abtragungsleistung im Ver­ gleich zum Bearbeiten der Linsen mit einem Topfwerkzeug. Diese höhere Abtra­ gungsleistung ergibt sich beim Formwerkzeug trotz der kleineren Schnittge­ schwindigkeiten und ist auf die flächige Berührung seiner Pellets mit der Linsen­ oberfläche zurückzuführen. Beim Topfwerkzeug findet hingegen nur eine Linien­ berührung statt. Durch die flächige Berührung sind mehr Schleifkörper (z. B. Dia­ mantkörner) im Einsatz, woraus die größere Zerspanungsleistung resultiert.

Damit diese vorteilhaften Eigenschaften erzielt werden können, weist das erfin­ dungsgemäße Kombiwerkzeug eine Reihe konstruktiver Besonderheiten auf, die nachstehend an Hand eines Beispiels und der Abb. 1 bis 3 erläutert werden.

Es sind jedoch auch andere Ausführungen vorgesehen, bei denen insbesondere einzelne Funktionen von anderen Bauteilen übernommen werden. Diese anderen Bauteile können dann auch anders angeordnet sein.

Abb. 1 zeigt das Kombiwerkzeug mit vertikaler Achse und befestigt an einer Werk­ zeugspindel.

Abb. 2 zeigt das Kombiwerkzeug mit schräggestellter Achse beim Bearbeiten einer Linse mit dem Topfwerkzeug.

Abb. 3 zeigt das Kombiwerkzeug mit schräggestellter Achse beim Bearbeiten einer Linse mit dem Formwerkzeug.

Zu Abb. 1

Anhand dieser Abbildung wird der grundsätzliche Aufbau des Kombiwerkzeugs er­ läutert. Der Zentralkörper (1) ist mittels einer Aufnahmevorrichtung (2) lösbar an der Werkzeugspindel (3) einer Bearbeitungsmaschine befestigt. Dabei ist die Werk­ zeugspindel (3) mittels des Lagers (4) mit der Spindelführung (5) verbunden.

An der Unterseite des Zentralkörpers (1) ist das Topfwerkzeug (6) mittels der Schrauben (7) befestigt. Das Topfwerkzeug (6) trägt an seinem unteren offenen Rand eine Ringschneide (8), die mit Diamantkörner besetzt ist. Mit dem Topfwerk­ zeug (6) sind Führungsbolzen (9) verbunden, die von Schrauben (10) gehalten wer­ den. Diese Führungsbolzen (9) ragen in Bohrungen (11) des Formwerkzeugs (12) hinein. Das Formwerkzeug (12) ist im zylindrischen, inneren Hohlraum (29) des Topfwerkzeug (6) untergebracht. Die Führungsbolzen (9) tragen an ihrem unteren Ende Anschlagscheiben (13).

In den Bohrungen (11) und konzentrisch zu den Führungsbolzen (9) sind Druckfe­ dern (14) angeordnet, die sich jeweils mit ihrem unteren Ende gegen die Anschlag­ scheibe (13) und mit ihrem oberen Ende gegen einen Absatz (15) in der Boh­ rung (11) abstützen. Die Anschlagscheiben (13) werden an den Führungsbolzen (9) mittels der Schrauben (16) gehalten. Das Formwerkzeug (12) verfügt an seinem äu­ ßerem Umfang über eine ballige Umfangsfläche (17) und ist an seiner Unterseite mit Schleifpellets (18) bestückt. Je nach Verwendungszweck kann das Formwerk­ zeug (12) anstelle von Schleifpellets (18) auch mit Polierfolie belegt werden.

Mittels der balligen Umfangsfläche (17) wird das Formwerkzeug (12) in radialer Richtung sehr präzise geführt, während es in axialer Richtung verschieblich ist. Gleichzeitig gewährleistet die ballige Umfangsfläche (17) die volle Winkelbeweglich­ keit des Formwerkzeugs (12) in einem vorgegebenen Winkelbereich.

Zwischen dem Zentralkörper (1) und dem Formwerkzeug (12) ist eine Membran (19) angeordnet, die formschlüssig mit dem Zentralkörper (1) verbunden ist und hierzu über einen Bund (20) verfügt, der in eine Nut (21) des Zentralkörpers (1) eingreift. Zusätzlich wird die Membran (19) noch von dem inneren Umfang (22) des Topfwerk­ zeugs (6) gehalten, der über sie hinweg greift und ein herausspringen des Bun­ des (20) aus der Nut (21) verhindert. Durch die stabile Befestigung der Mem­ bran (19) ist diese auch in der Lage, Drehmomente von dem Zentralkörper (1) auf das Formwerkzeug (12) zu übertragen.

An ihrer Unterseite und im Bereich ihres größten Durchmessers verfügt die Mem­ bran (19) über eine Dichtlippe (23), während an ihrer Oberseite ein Rückschlagven­ til (24) vorhanden ist. Sowohl die Dichtlippe (23) als auch das Rückschlagventil (24) sowie der Bund (20) bestehen aus dem gleichen Material wie die Membran (19) und werden bei deren Herstellungsprozeß mit erzeugt, so daß die vier genannten Bau­ teile eine Einheit bilden.

Die Dichtlippe (23) hat die Funktion einer Abdichtung gegenüber dem Formwerk­ zeug (12) und dient diesem gleichzeitig als Anschlag am Ende des Rückwärtshubs. Auch das Rückschlagventil (24) hat zwei Aufgaben. Es ist bei Betrieb mit Unterdruck ein Strömungskanal während es beim Betrieb mit Überdruck einen Verschluß bildet.

Die Rückseite (25) des Formwerkzeugs (12) hat eine konkave, sphärische Form und nimmt die Membran bei Beaufschlagung mit Überdruck auf. Dagegen legt sich die Rückseite (25) gegen die Dichtlippe (23) der Membran (19) an, wenn die Rück­ seite (25) mit Unterdruck beaufschlagt wird. Die Rückseite (25) und die Dicht­ lippe (23) bilden dann eine gasdichte Abdichtung. Die Bohrung (27) in dem Zen­ tralkörper (1) ist so bemessen, daß sie bei Betrieb mit Unterdruck das Rückschlag­ ventil (24) aufnehmen kann.

Dieser Unterdruck wird über eine zentrale Bohrung (26), die in der Werkzeugspin­ del (3) angeordnet ist und eine Bohrung (27), die in dem Zentralkörper (1) angeord­ net ist, an die Rückseite der Membran (19) angelegt. Unter dem Einfluß des Unter­ drucks öffnet das Rückschlagventil (24), so daß er auch an der Rückseite (25) des Formwerkzeugs (12) wirken kann. Dies führt zu dem Rückwärtshub des Formwerk­ zeugs (12), der von den Druckfedern (14) unterstützt wird.

Wenn über die Bohrung (26) und die Bohrung (27) anstelle von Unterdruck ein Überdruck an die Membran (19) angelegt wird, so schließt sich das Rückschlagven­ til (24) und die Membran (19) wölbt sich nach unten. Dabei kommt sie in Kontakt mit der Rückseite (25) des Formwerkzeugs (12) und schiebt dieses nach unten (Vorwärtshub). Bei dem Vorwärtshub werden die Druckfedern (14) gespannt. Ein Überdehnen der Membran (19) wird von den Anschlagscheiben (13) verhindert, falls das Formwerkzeug (12) beim Vorwärtshub durch eine Fehlsteuerung nicht in Kontakt mit der Linse (28) kommt.

Die freie Winkelbeweglichkeit des Formwerkzeugs (12) wird über seine ballige Um­ fangsfläche (17) gewährleistet. Das Spiel zwischen den Führungsbolzen (9) einer­ seits und der Bohrungen (11) mit dem Absatz (15) andererseits ist so bemessen, daß diese Winkelbeweglichkeit nicht behindert wird.

Zu Abb. 2

In dieser Abbildung wird das Kombiwerkzeug mit schräggestellter Achse bei der Be­ arbeitung einer Linse (28) mit dem Topfwerkzeug (6) dargestellt. Hierzu ist das Kom­ biwerkzeug an einer schräggestellten Werkzeugspindel (3) befestigt, die gleichsinnig wie die Linse (28) rotiert. Die Werkzeugspindel (3) kann mittels einem Schwenkkopf (nicht dargestellt), der Bestandteil der Bearbeitungsmaschine ist, in die genannte Schräglage gebracht werden.

Die Membran (19) ist über die Bohrung (26) und die Bohrung (27) mit Unterdruck beaufschlagt, wodurch das Rückschlagventil (24) geöffnet und das Formwerkzeug (12) am Ende des Rückwärtshubs gegen die Dichtlippe (23) der Membran (19) gesaugt wurde.

Durch den Unterdruck und die Wirkung der Druckfedern (14) wird das Formwerk­ zeug (12) sicher in seiner hinteren Position festgehalten, so daß die Bearbeitung der Linse (28) mit dem Topfwerkzeug (6) erfolgen kann, ohne das es zu Kollisionen mit dem Formwerkzeug (12) kommt.

Durch das Zusammenwirken der Dichtlippe (23) und der Rückseite (25) des Form­ werkzeugs (12) wird eine Abdichtung des Raumes zwischen der Membran (19) und dem Formwerkzeug (12) zur Atmosphäre hin erreicht, so daß keine Leckluft durch das Spiel zwischen der balligen Umfangsfläche (17) und der zylindrischen Wand des inneren Hohlraums (29) eindringen kann. Das Einströmen von Leckluft wäre insbe­ sondere deswegen schädlich, weil damit auch Kühlflüssigkeit mit eingesaugt würde.

Der Schleifvorgang läuft dann unter Zugabe von Kühlflüssigkeit mit dem Topfwerk­ zeug (6) an der Linse (28) ab, wobei sich der Krümmungsradius der erzeugten Lin­ senoberfläche aus der Schrägstellung des Werkzeugs ergibt. Die Achsen der Werk­ zeugspindel (3) und damit auch des Topfwerkzeugs (6) schneiden sich mit der Achse der Linse (28) in dem Krümmungsmittelpunkt der erzeugten Linse (28).

Zu Abb. 3

In dieser Abbildung wird das Kombiwerkzeug bei der Bearbeitung einer Linse (28) mit dem Formwerkzeug (12) dargestellt. Hierzu ist das Kombiwerkzeug wieder an der mittels Schwenkkopf schräggestellten Werkzeugspindel (3) befestigt, die gleichsinnig wie die Linse (28) rotiert.

Der Winkel der Schrägstellung wurde dabei so gewählt, daß die Krümmungsmittelpunkte des Formwerkzeugs (12) und der Linse (28) in dem Achsenschnittpunkt von Werkzeugspindel (3) und Linse (28) zusammenfallen.

Die Membran (19) ist über die Bohrung (26) und die Bohrung (27) in diesem Fall mit Überdruck beaufschlagt, wodurch das Rückschlagventil (24) geschlossen wurde und das Formwerkzeug (12) den Vorwärtshub ausgeführt hat. Hierzu hat sich die Mem­ bran (19) an die Rückseite (25) des Formwerkzeugs (12) angelegt und dieses unter der Einwirkung des Überdrucks nach vorne gedrückt. Da sich das Rückschlagven­ til (24) geschlossen hat, kann keine Leckluft aus dem Spalt zwischen der balligen Umfangsfläche (17) und der zylindrischen Umfangsfläche des inneren zylindrischen Hohlraums (29) austreten. Während des Vorwärtshubs wurden die Druckfedern (14) gespannt. Der Vorwärtshub wird dadurch begrenzt, daß sich das Formwerkzeug (12) mit seinen Schleifpellets (18) an die Oberfläche der Linse (28) angelegt hat.

Durch den Überdruck wird das Formwerkzeug (12) mit seinen Schleifpellets (18) si­ cher gegen die zu bearbeitende Fläche der Linse (28) gedrückt. Während des Bear­ beitungsvorgangs wird der Überdruck aufrecht erhalten und so der erforderliche Ar­ beitsdruck zwischen den Schleifpellets (18) und der Oberfläche der Linse (28) auf­ gebracht. Das Feinschleifen der Linse (28) läuft dann unter Zugabe von Kühlflüssig­ keit ab.

Anstelle von Schleifpellets (18) kann selbstverständlich auch Polierfolie an dem Formwerkzeug (12) angebracht werden. Die damit möglichen Poliervorgänge werden dann unter Zugabe von Poliersuspension durchgeführt.

Zur Verbesserung des Arbeitsergebnisses kann der Überdruck während der Bear­ beitung der Linse (28) mit dem Formwerkzeug (12) auch variiert werden.

So ist z. B. vorgesehen, gegen Ende der Bearbeitung einer Linse (28) den Überdruck zu senken, wodurch sich die erzeugte Rauhtiefe nochmals verringern und damit verbessern läßt.

Die geometrischen Abmessungen des Kombiwerkzeugs und die Einstellungen der Maschinenachsen wurden so gewählt, daß es zu keinen Kollisionen mit dem Topf­ werkzeug (6) kommt. Solche Kollisionen müssen unter allen Umständen vermieden werden, damit es nicht zu Beschädigungen der beteiligten Bauteile kommt. Da mit dem Topfwerkzeug (6) die gröberen Arbeitsschritte durchgeführt werden, darf dieses Werkzeug die fein bearbeitet Linse (28) bei Arbeitsende nicht mehr berühren.

Bezugszeichenliste

1

Zentralkörper

2

Aufnahmevorrichtung

3

Werkzeugspindel

4

Lager

5

Spindelführung

6

Topfwerkzeug

7

Schraube

8

Ringschneide

9

Führungsbolzen

10

Schraube

11

Bohrung

12

Formwerkzeug

13

Anschlagscheibe

14

Druckfeder

15

Absatz

16

Schraube

17

ballige Umfangsfläche

18

Schleifpellet

19

Membran

20

Bund

21

Nut

22

innerer Umfang

23

Dichtlippe

24

Rückschlagventil

25

Rückseite des Formwerkzeugs

26

Bohrung

27

Bohrung

28

Linse

29

innerer Hohlraum

Claims (15)

1. Kombiwerkzeug zum Bearbeiten optischer Linsen mit zwei koaxial zueinander angeordneten Werkzeugen, bei denen es sich um ein Topfwerkzeug und ein Form­ werkzeug handelt, wobei das Formwerkzeug axial verschieblich im Innenraum des Kombiwerkzeugs so angeordnet ist, daß seine Lagerung eine gewisse Winkelbeweg­ lichkeit bezüglich seiner Symmetrieachse zuläßt, dadurch gekennzeichnet,
daß das Kombiwerkzeug mit einer angetriebenen Werkzeugspindel (3) lösbar verbunden ist, die gleichsinnig rotiert, wie die zu bearbeitende Linse (28) und
daß das Formwerkzeug (12) über eine äußere, ballige Umfangsfläche (17) verfügt, die mit einer inneren zylindrischen Umfangsfläche im Hohlraum des Kombiwerkzeugs, mit geringem Lagerspiel, in Verbindung steht und
daß zwischen der Unterseite des Zentralkörpers (1) und der Rückseite (25) des Formwerkzeugs (12) eine elastische Membran (19) vorhanden ist, die mit dem Zen­ tralkörper (1) fest verbunden ist und
daß die Rückseite der Membran (19) mit einer axialen Bohrung (27) in dem Zentralkörper (1) und diese wiederum mit einer axialen Bohrung (26) in der Werkzeugspindel (3) in Verbindung steht und
daß die Bohrung (26) mit einer Drehdurchführung und anderen Einrichtungen der Bearbeitungsmaschine in Verbindung steht, mit denen die Bohrung (26) mit Unter- oder Überdruck beaufschlagt werden kann und
daß Einrichtungen vorhanden sind, die den Rückwärtshub des Formwerkzeugs (12) ermöglichen und
daß mindestens ein Anschlag vorhanden ist, der den Vorwärtshub des Formwerkzeugs (12) begrenzt.

2. Kombiwerkzeug nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die ballige Umfangsfläche (17) des Formwerkzeugs (12) mit der zylindrischen Umfangsfläche des inneren Hohlraums (29) in Verbindung steht, der in dem Topfwerkzeug (6) vorhanden ist.

3. Kombiwerkzeug nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (19) auf ihrer mit Über- oder Unterdruck beaufschlagten Rückseite über ein Rückschlagventil (24) verfügt, das bei Unterdruck öffnet und bei Überdruck schließt.

4. Kombiwerkzeug nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (27) des Zentralkörpers (1) bezüglich ihres Durchmessers und ihrer Länge so bemessen ist, daß das Rückschlagventil (24) in ihr Platz findet.

5. Kombiwerkzeug nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (19) mittels einem Bund (20) in einer Nut (21) des Zentralkörpers (1) formschlüssig gehalten wird.

6. Kombiwerkzeug nach Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß das Topfwerkzeug (6) mit seinem inneren Umfang (22) die Membran (19) in Teilbe­ reichen umfaßt.

7. Kombiwerkzeug nach Anspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß an der Unterseite der Membran (19) eine Dichtlippe (23) vorhanden ist.

8. Kombiwerkzeug nach Anspruch 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (19), das Rückschlagventil (24), der Bund (20) und die Dichtlippe (23) aus dem gleichen elastischen Material bestehen und ohne Trennflächen miteinander verbunden sind.

9. Kombiwerkzeug nach Anspruch 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß das Kombiwerkzeug mittels seinem Zentralkörper (1) lösbar mit der Werkzeugspin­ del (3) verbunden ist, wozu eine Aufnahmevorrichtung (2) an der Werkzeugspin­ del (3) vorhanden ist.

10. Kombiwerkzeug nach Anspruch 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß das Topfwerkzeug (6) lösbar mit dem Zentralkörper (1) verbunden ist.

11. Kombiwerkzeug nach Anspruch 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge zur Hubbegrenzung des Formwerkzeugs (12) als Anschlagschei­ ben (13) ausgebildet sind, die sich am unteren Ende von Führungsbolzen (9) befin­ den, die ihrerseits mit dem Topfwerkzeug (6) in Verbindung stehen.

12. Kombiwerkzeug nach Anspruch 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, daß genügend Spiel zwischen den Führungsbolzen (9) und den Bohrungen (11) in dem Formwerkzeug (12) vorhanden ist, um die Winkelbeweglichkeit des Formwerk­ zeugs (12) zu gewährleisten.

13. Kombiwerkzeug nach Anspruch 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet, daß in den Bohrungen (11) des Formwerkzeugs (12) Druckfedern (14) angeordnet sind, welche die Führungsbolzen (9) umgeben und sich einerseits gegen die Anschlagscheiben (13) und andererseits gegen die Absätze (15) abstützen.

14. Kombiwerkzeug nach Anspruch 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, daß das Topfwerkzeug (6) über eine diamantbesetzte Ringschneide (8) verfügt, deren Querschnittsfläche eine abgerundete Form aufweist.

15. Kombiwerkzeug nach Anspruch 1 bis 14 dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug (12) mit Schleifpellets (18) oder alternativ mit Polierfolie belegt ist.