DE29817940U1

DE29817940U1 - Vorrichtung zum Bearbeiten optischer Linsen durch Schleifen und Polieren

Info

Publication number: DE29817940U1
Application number: DE29817940U
Authority: DE
Original assignee: Schneider GmbH and Co KG
Current assignee: Schneider GmbH and Co KG
Priority date: 1998-10-07
Filing date: 1998-10-07
Publication date: 1998-12-24
Anticipated expiration: 2008-10-08

Description

Gebrauchsmusteranmeldung

Schneider GmbH + Co. KG Brückenstraße 21 35239 Steffenberg

Vorrichtung zum Bearbeiten optischer Linsen durch Schleifen und

Polieren

Beschreibung:

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es die Vorrichtungen zum Bearbeiten optischer Linsen (Schleif- und Poliermaschinen) so zu gestalten, daß sich Kostenvorteile bei deren Herstellung ergeben und sich darüber hinaus die Genauigkeit der erzeugten Linsen steigern läßt. Diese Zielsetzung bezieht sich insbesondere auf Vorrichtungen zum Herstellen von optischen Linsen mit großem Durchmesser. Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich jedoch auch beim Herstellen kleinerer Linsen mit Vorteil einsetzen.

&iacgr;&ogr; Optische Linsen werden nach dem Stand der Technik durch mehrere Schleifvorgänge und mindestens einen Poliervorgang hergestellt. Die entsprechenden Schleifund Poliermaschinen verfügen über ein Maschinengestell aus Metall und über mindestens eine Werkstückspindel und eine Werkzeugspindel, deren geometrische Achsen in der gleichen vertikalen Ebene (Spindelebene) liegen, die sich senkrecht zur Blickrichtung des Bedieners befindet. Eine dieser Spindeln ist vertikal angeordnet, während die andere Spindel gegenüber der vertikalen Achse und in der Spindelebene geneigt werden kann, so daß die Achsen der beiden Spindeln einen

02898g
02.10.98

verstellbaren Winkel einschließen können. Diese Neigung einer der beiden Spindeln ist Voraussetzung für die gebräuchlichen Schleif- und Polierverfahren, insbesondere bei der Herstellung sphärischer Linsen. Verwendet werden die üblichen Topfwerkzeuge für das Schleifen bzw. Formwerkzeuge für das Polieren.

Damit eine der beiden Spindeln geneigt werden kann, wird sie an einem sogenannten Schwenkkopf befestigt, der sich hierzu um die B-Achse drehen läßt, welche die geometrische Spindelachse schneidet und auf der Spindelebene senkrecht steht. Der Schwenkkopf befindet sich üblicherweise im oberen Teil der Maschine, er kann jedoch auch unten angeordnet sein.

&iacgr;&ogr; Zum Ausrichten der beiden Spindeln in horizontaler wie in vertikaler Richtung zueinander, verfügen die Schleif- und Poliermaschinen nach dem Stand der Technik auch über lineare Vorschubsysteme, die als X-Schlitten und als Z-Schlitten bezeichnet werden und an denen die Spindeln befestigt sind. Bei einer der beiden Spindeln wird der Schwenkkopf zwischengeschaltet. Der X-Schlitten gestattet lineare Bewegungen in X-Richtungen (horizontale Bewegungen in der Spindelebene), während der Z-Schlitten lineare Bewegungen in Z-Richtung (vertikale Bewegungen in der Spindelebene) ausführen kann.

Die Anordnung bzw. Zuordnung von Schwenkkopf, X- und Z-Schlitten sowie der Spindeln an den Maschinen bzw. zueinander ist unterschiedlich. Es sind Konstruktionen bekannt geworden, bei denen die obere Spindel mit dem Schwenkkopf und dieser mit dem X-Schlitten in Verbindung steht, während die untere Spindel mit dem Z-Schlitten verbunden ist. Bei anderen Konstruktionen ist die obere Spindel mit dem Schwenkkopf verbunden und diese direkt an dem Maschinengestell gelagert, während die untere Spindel an dem Z-Schlitten befestigt ist, der seinerseits mit dem X-Schlitten in Verbindung steht.

02898g
02.10.98

»•r · ·

Welche der denkbaren Kombinationen von Schwenkkopf, X- und Z-Schlitten bzw. Spindeln gewählt wird, hängt von dem speziellen Verwendungszweck der Maschine und den sich daraus ergebenden Anforderungen ab. In jedem Fall muß es möglich sein die Werkstück- und die Werkzeugspindel relativ zueinander in X- und Z-Richtung zu verstellen und auch die Spindelachsen gegeneinander zu neigen. Dies trifft sowohl für Linsenschleifmaschinen als auch für Linsenpoliermaschinen zu.

Die bekanntgewordenen Maschinen zum Herstellen optischer Linsen weisen einen relativ hohen Entwicklungsstand auf, haben aber dennoch einige Nachteile, die besonders dann in Erscheinung treten, wenn Linsen mit großem Durchmesser und &iacgr;&ogr; hoher Präzision hergestellt werden sollen.

Diese Nachteile bei Maschinen zum Herstellen von Linsen nach dem Stand der Technik sind wie folgt:

1. Herkömmliche Schleif- und Poliermaschinen haben ein Maschinengestell aus Metall (z. B.Grauguß). Während bei kleineren Maschinen die Wärmeausdehnung des Maschinengestells in vielen Fällen noch akzeptiert werden kann, kommt es bei großen Maschinen und/oder der Herstellung von hochpräzisen Linsen zu Qualitätsabweichungen, weil sich das Metallgestell bei Erwärmung (Umwelteinflüsse, Verlustwärme der Antriebe) ungleichmäßig ausdehnt und sich die Maschinengeometrie dadurch in unerwünschter Weise verändert. Die große Wärmeausdehnungszahl und die gute Wärmeleitfähigkeit der Metalle machen es praktisch unmöglich, hier Abhilfe zu schaffen, ohne den Werkstoff für das Maschinengestell zu wechseln. Auch die Klimatisierung der Fertigungsräume stellt nur eine Teillösung für das Wärmedehnungsproblem dar, denn begünstigt durch die gute Wärmeleitfähigkeit der Metalle fließt die in der Maschine selbst erzeugte Verlustwärme zu Bauteilen, an denen eine Erwärmung unerwünscht ist, da deren Wärmedehnung dann zu den genannten Problemen führt.

02898g
02.10.98

Besondere Verbindungselemente die zum Ableiten dieser Wärme dienen und zwischen den Bauteilen in denen Verlustwärme erzeugt wird und dem Maschinengestell angeordnet sind, wurden nicht bekannt. Verbindungselemente, mit denen durch unterschiedliche Beheizung gezielte Wärmedehnungen erzeugt werden, um Verformungen am Maschinengestell zu kompensieren, sind ebenfalls nicht bekannt geworden.

Auch Kühleinrichtungen am Maschinengestell und anderen Bauteilen der Maschine, zum Vermeiden unerwünschter Wärmedehnungen wurden bisher nicht benutzt. Insbesondere in der optischen Industrie gibt es keine Maschinen, &iacgr;&ogr; bei denen Kühlelemente in das Maschinengestellt integriert wurden.

Aus fertigungstechnischen Gründen und wegen der hohen Festigkeit der Metalle sind die heute üblichen Maschinengestelle relativ dünnwandig und mit wenig Masse ausgeführt. Dies hat zwar gewisse Vorteile, z. B. beim Transport, führt aber andererseits auch zu einer geringen Wärmespeicherkapazität. Diese verbunden mit der guten Wärmeleitung der Metalle bedingt ebenfalls, daß sich die Temperatur der Maschinengestelle aus Metall bei Wärmezufuhr (Umwelt, Verlustwärme) relativ schnell ändert, was wieder zu den genannten unerwünschten Wärmedehnungen führt.

2. Nachteilig bei Maschinengestellen aus Metall sind auch Schwingungen, die von den Spindeln angeregt werden und sich in dem Maschinengestell praktisch ungedämpft fortbewegen können, da Metalle, und hier insbesondere auch Grauguß oder Stahl, nur über schlechte Dämpfungseigenschaften verfügen. Maschinenschwingungen sind jedoch bei der Herstellung hochpräziser Bauteile, wie Linsen dies sind, außerordentlich schädlich.

02898g
02.10.98

Auch die elastischen Eigenschaften der relativ dünnwandigen Maschinengestelle aus Metall wirken sich ungünstig aus. So neigen z. B. Maschinengestelle aus Grauguß oder Stahl zu elastischen Verformungen unter der Einwirkung der Bearbeitungskräfte. Hierdurch verändert sich die Geometrie der Maschine, was sich ebenfalls ungünstig auf die Genauigkeit der hergestellten Linsen auswirkt.

3. Bei den bekanntgewordenen Maschinen zur Herstellung von Linsen besteht ein weiterer Nachteil darin, daß für die Antriebe der X- und Z-Schlitten rotierende Elektromotore benutzt werden, die über entsprechende Getriebe und Gewindespindeln verfügen und für die lineare Vorschubbewegung sorgen. Obwohl diese

&iacgr;&ogr; Antriebe heute einen hohen technischen Stand erreicht haben, sind sie für die Herstellung von hochpräzisen Linsen zu ungenau. Dies ist auf das notwendigerweise vorhandene Spiel und/oder die Elastizität zwischen den bewegten Bauteilen der Getriebe und der Gewindespindeln zurückzuführen. Dieses Spiel und/oder die Elastizitäten können bei den herkömmlichen Antrieben und Führungen zwar minimiert, nicht jedoch ganz vermieden werden.

4. Herkömmliche Maschinen zum Herstellen von Linsen verfügen aus Genauigkeits- und Kostengründen üblicherweise nicht über lineare Y-Vorschubsysteme für eine der beiden Spindeln, mit denen diese in Y-Richtung, d. h: senkrecht zur Spindelebene, verstellt werden könnte. Dies wäre aber wünschenswert, da heute mit speziellen Vorschubsystemen Positioniergenauigkeiten erreicht werden können, die deutlich größer sind, als die realisierbaren Fertigungs- und Montagegenauigkeiten im Präzisionsmaschinenbau. Dies bedeutet, daß ein genaues Ausrichten der oberen zu der unteren Spindel, d. h. zur Spindelebene, mit einem speziellen Y-Vorschubsystem eher erreicht werden kann, als durch präzises Bearbeiten und Montieren der beteiligten Bauteile.

02898g
02.10.98

:&khgr;

5. Ein besonderes Problem bei den üblichen Maschinen zum Herstellen optischer Linsen besteht in der präzisen Lagerung des Schwenkkopfes. Insbesondere wenn dieser, wie üblich, einseitig gelagert und mit einem linearen Vorschubsystem verbunden ist, ergibt sich oft ein unzulässig großes Spiel und/oder unzulässig große Elastizitäten durch die Addition der Einzelverformungen. Dies macht sich besonders dann stark bemerkbar, wenn der Schwenkkopf, entsprechend dem Stand der Technik, oben in der Maschine angeordnet ist, da dann die nach unten wirkenden Gewichtskräfte der Maschinenbauteile im Ruhezustand das Spiel und die elastischen Verformungen nach unten &ldquor;herausdrücken", während

&iacgr;&ogr; beim Betrieb der Maschine die nach oben gerichtete Reaktionskraft zwischen Werkzeug und Linse das Spiel und die elastischen Verformungen nach oben &ldquor;herausdrücken". Das Spiel und die elastischen Verformungen an den beteiligten Bauteilen wirken sich daher zwischen Ruhezustand und Betriebszustand der Maschine voll aus. Hinzu kommt, daß bei einseitiger Lagerung des Schwenkkopfes das genannte Spiel und die elastischen Verformungen zu einer geringfügigen Schrägstellung der oberen Spindel führen, die mit dem Schwenkkopf verbunden ist.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bearbeiten optischer Linsen werden die unter Punkt 1-5 genannten Nachteile wie folgt vermieden:

Zu 1.:

Um die hier genannten Wärmedehnungsprobleme zu vermeiden, wird das Maschinengestell anstelle aus Metall aus Mineralguß oder gewachsenen Steinblöcken hergestellt.

Der Mineralguß besteht aus geeigneten Mineralien in vorgegebenen Körnungen und ist kunststoffgebunden. Es sind jedoch auch mineralische Bindemittel vorgesehen. Anstelle von Mineralien können vorteilhafterweise auch andere

02898g
02.10.98

•-•7·-··:

.•-•7·-

Stoffe eingesetzt werden, wie z. B. gebrochenes Quarzglas in verschieden Fraktionen oder Quarzsand, die eine besonders kleine Wärmedehnung aufweisen. Im Zusammenhang mit dieser Patentanmeldung wird jedoch stets von Mineralguß gesprochen, unabhängig davon wie die Zusammensetzung ist.

Maschinengestelle aus Mineralguß zeichnen sich durch geringe Wärmeleitung und Wärmedehnung aus und verfügen aufgrund ihrer Masse auch über ein gutes Wärmespeichervermögen, da sie schon aus Festigkeitsgründen mit großen Wanddicken bzw. massiv, d. h. ohne innere Hohlräume hergestellt werden. Aufgrund der geringen Wärmeleitung und Wärmedehnung und vor allem

&iacgr;&ogr; wegen dem großen Wärmespeichervermögen erfahren Maschinengestelle aus

Mineralguß daher unter äußeren Wärmeeinwirkungen nur eine kleine, unschädliche Verformung. Die in der Maschine selbst erzeugte Verlustwärme kann wegen der geringen Wärmeleitung im Wesentlichen auf die Entstehungsorte begrenzt werden. Auch in diesem Zusammenhang wirkt sich die große Wärmespeicherkapazität der Maschinengestelle aus Mineralguß günstig aus.

Es kann auch vorteilhaft sein, das Maschinengestell aus natürlich gewachsenen Steinblöcken herzustellen, die besonders spannungsfrei und mechanisch stabil sind. Die Verbindung der einzelnen Blöcken aus denen das Maschinengestell dann besteht kann entweder durch Kleben und/oder Verdübeln hergestellt werden. Vorteilhafterweise können auch Zuganker eingesetztwerden. Es können auch Kühlrohre in Bohrungen vorgesehen werden, mit denen das Maschinengestell auf konstanter Temperatur gehalten werden kann. Die Verbindung zwischen den Maschinenelementen aus Metall und dem Maschinengestell aus Stein kann z. B. mittels Verdübelung oder Zuganker hergestellt werden. Im weiteren Text wird weitgehend nur von Mineralguß gesprochen, es gilt sinngemäß jedoch das dort gesagte auch für Maschinengestelle aus natürlich gewachsenen Steinblöcken.

02898g
02.10.98

Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, zwischen den Bauteilen in denen Verlustwärme erzeugt wird und den anderen Bauteilen, wie z. B. Maschinengestell und andere Strukturelemente, Wärmesenken anzuordnen. Dies können z. B. Verbindungselemente mit inneren Strömungskanälen sein, durch die Kühlwasser oder ein anderes Kühlmedium hindurchgeleitet wird. Vorteilhafterweise werden diese Verbindungselemente z. B. aus Grauguß hergestellt und mit Wasser gekühlt. Es kommen jedoch auch andere Materialien in Frage. Die Verlustwärme, die in dem einen Bauteil erzeugt wird, gelangt dann in das Verbindungselement und wird von dem Kühlwasser abgeleitet, ohne daß die anderen Bauteile erwärmt werden. Um jede Erwärmung oder Abkühlung dieser anderen Bauteile (Maschinengestelle, Strukturelemente) zu vermeiden, kann deren Temperatur gemessen und die mittlere Kühlwassertemperatur auf diesen Wert eingeregelt werden. Ein unerwünschter Wärmefluß zum Maschinengestell oder anderen Strukturelementen findet dann nicht mehr statt.

Es ist auch vorgesehen, das Maschinengestell mit einer Wärmeisolierung zu versehen (z. B: Umschäumen mit PU-Schaum). Temperaturveränderungen aus der Umwelt können dann die Temperatur und damit die Wärmedehnung des Maschinengestells nicht mehr wesentlich beeinflussen. Im Fall der Wärmeisolierung muß allerdings dafür gesorgt werden, daß zwischen allen Quellen von Verlustwärme und dem Maschinengestell gekühlte Verbindungselemente angeordnet werden und die Kühlmitteltemperatur geregelt wird. Wenn dann auch noch das Kühlmittel für den Schleifprozeß bzw. die Poliersuspension in ihrer Temperatur geregelt werden, so kann auf eine Klimatisierung des Arbeitsraumes weitgehend verzichtet werden.

Da Bauteile, wie z. B. Maschinengestelle, aus Mineralguß in einem Gießverfahren hergestellt werden, bei dem mit Umgebungstemperaturen gearbeitet wird,

02898g
02.10.98

ist es leicht möglich, Kühl- oder Heizrohre in die Gießform mit einzulegen und in die Bauteile einzugießen. Diese Rohre befinden sich nach dem Aushärten des Gießmaterials im Inneren des Bauteils, z. B. des Maschinengestells, und ermöglichen es, dieses zu temperieren, indem ein Kühlmedium durch die Rohre hindurchgeleitet wird. Ein so hergestelltes Maschinengestell kann auch damit auf konstanter Temperatur gehalten werden, unabhängig von der Umgebungstemperatur bzw. der erzeugten Verlustwärme. Besonders vorteilhaft ist es, einige der vorgenannten Erfindungsmerkmale zu kombinieren, um das Maschinengestell und andere Bauteile auf konstanter Temperatur zu halten

&iacgr;&ogr; und damit unerwünschten Verzug durch Wärmedehnung zu vermeiden.

Zur Korrektur feinster Ungenauigkeiten, z. B. in der Achslage (Winkeligkeit) der unteren und der oberen Maschinenspindel zueinander, können die genannten Verbindungselemente auch so mit einem Kühl- bzw. Heizmedium beaufschlagt werden, daß die sich hieraus ergebenden unterschiedlichen Wärmedehnungen in dem Verbindungselement zu den gewünschten Korrekturen in der Maschinengeometrie führen. Hierzu verfügt das Verbindungselement z. B. oben und unten über getrennte Strömungskanäle, die mit Medien unterschiedlicher Temperatur beaufschlagt werden können. Die gezielt herbeigeführten Wärmedehnungen werden damit quasi als Linearvorschub in dem gewünschten Sinne benutzt. Besonders wirksam können diese Korrekturen dann vorgenommen werden, wenn Abweichungen von der idealen Geometrie durch Messungen (mechanisch/optisch) erfaßt werden und die Temperatur der Medien entsprechend geregelt wird.

Die optimalen Korrekturen bezüglich der relativen Lage von Werkzeug und Werkstück zueinander werden erzielt, wenn zusätzliche Meßtaster zum Abscannen der Schleiflippe und zur Abfrage der Werkstückoberflächen einschließlich Rand eingesetzt werden und deren Meßdaten im Sinne der zu er-

02898g
02.10.98

zeugenden Geometrie mit verrechnet werden. Damit läßt sich die gewünschte Bearbeitungsgenauigkeit erzielen. Diese Meßtasterausführungen werden hier im Detail nicht dargestellt, da sie Stand der Technik sind (siehe Akz 197 51 750.1-14 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen optischer Linsen mit mindestens drei Schleifwerkzeugen und untenliegendem Schwenkkopf).

Die genannten Wärmedehnungen zur Korrektur von Maschinenungenauigkeiten können auch mittels elektrischer Beheizung erzeugt werden. Hierzu werden elektrische Heizelemente in entsprechende Verbindungselemente oder direkt in die betroffenen Maschinenteile eingebaut und diese mittels einer vorgeschalteten Regelung beheizt. Vorteilhafterweise werden diese Verbindungselemente oder Teile davon aus Materialien mit großer Wärmedehnung hergestellt, wie z. B. aus Aluminium oder Kupfer, die elektrisch beheizt und entsprechend isoliert werden. Als Führungsgröße für die Regelung können wieder die vorgenannten Geometriedaten gemessen werden. Zur Kostenminimierung im Zusammenhang mit dem Stromverbrauch ist vorgesehen, die beheizten Bauteile thermisch zu isolieren.

Eine Möglichkeit zur schnellen Korrektur kleinster Abweichungen in der Maschinengeometrie besteht auch darin, das in den Strömungskanälen der Verbindungselemente zirkulierende Kühl- bzw. Heizmedium mittels einer Hochdruckpumpe auf einen erhöhten Druck zu bringen. Die sich infolge der mechanischen Spannungen ergebenden Dehnungen können für die gewünschten Korrekturen benutzt werden.

Der Erfindungsgedanke, Wärmedehnungen und/oder Dehnungen infolge von Druckspannungen für Korrekturen in der Maschinengeometrie zu nutzen, ist nicht auf die genannten Verbindungselemente beschränkt, sondern kann auf jedes beliebige Maschinenteil angewandt werden.

02898g
02.10.98

Vorzugsweise werden die genannten Verbindungselemente bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zwischen dem Z-Schlitten der oberen Spindel und dem Maschinengestell angeordnet und durch gezieltes Beaufschlagen mit einem Kühl- bzw. Heizmedium Wärmedehnungen erzeugt, mit denen die Achse der Spindel genau vertikal ausgerichtet werden kann. Sie ist dann achsparallel zu der unteren Spindel. Es sind jedoch auch andere Anwendungen vorgesehen.

Die Verbindungselemente werden auch aus geometrischen Gründen zwischen das Maschinengestell und die anderen Bauelemente geschaltet. Das Verbindungselement verfügt dann über eine Fläche, die dem Maschinengestell angepaßt ist, während eine zweite Fläche so gestaltet wird, daß sie zu den aufzunehmenden Bauelementen paßt. So können Bauelemente unterschiedlicher Abmessungen mit dem Maschinengestell kombiniert werden, ohne daß dieses verändert werden muß.

Zu 2.:

Die bekannt gewordenen Probleme mit mechanischen Schwingungen werden bei den erfindungsgemäßen Maschinengestellen aus Mineralguß oder aus gewachsenen Steinblöcken unter anderem wegen der größeren Masse weitgehend vermieden. Die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugten Anregungsenergien für mechanische Schwingungen reichen nicht aus, um die große Masse des Maschinengestells aus den genannten mineralischen Materialien in Schwingung zu versetzen. Außerdem haben Mineralgußwerkstoffe aufgrund ihrer Zusammensetzung aus unterschiedlichen Materialien auch ein wesentlich besseres Dämpfungsverhalten, als dies bei Metallen der Fall ist.

Auch elastische Verformungen treten bei Maschinengestellen aus den genannten mineralischen Werkstoffen nur in sehr geringem Maße auf. Dies hängt

02898g
02.10.98

• ·

mit den großen Querschnitten der Maschinengestelle dieser Bauart zusammen und auch mit dem günstigen Dehnungsverhalten der mineralischen Werkstoffe.

Die Geometrie der Maschinengestelle aus mineralischen Werkstoffen bleibt daher bei thermischer, dynamischer und statischer Belastung weitgehend unverändert präzise erhalten. Dies ist eine wesentliche Voraussetzung beim Herstellen präziser optischer Linsen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Zu 3.:

Die Genauigkeitsprobleme beim Positionieren des X- und des Z-Schlittens im Zusammenhang mit dem Spiel und den elastischen Verformungen in den Getrieben und den Gewindespindeln der rotierenden Elektromotore lassen sich erfindungsgemäß weitgehend vermeiden, wenn statt dessen Linearmotore für den Antrieb der beiden Schlitten eingesetzt werden. Linearmotore erzeugen translatorische Bewegungen und können daher ohne jedes Zwischengetriebe direkt für den Antrieb des X- und des Z-Schlittens benutzt werden. Ungenauigkeiten durch Spiel und elastische Verformungen in mechanischen Bauelementen entfallen beim Einsatz der Linearmotore weitgehend.

In der Deutschen Patentanmeldung 196 53 233.7-14 und in der Europäischen Patentanmeldung EP 0849 038-A2 wurde bereits die Verwendung von Linearmotoren im Zusammenhang mit Hochgeschwindigkeits-Drehmaschinen zum Herstellen optisch wirksamer Oberflächen erwähnt. Bei diesen beiden genannten Anmeldungen handelt es sich jedoch um Maschinen zum Herstellen nicht sphärischer Linsen, bei denen die Linse ohne jede Verstellbewegung rotiert, während das Werkzeug von den Linearmotoren in radialer und axialer Richtung (bezogen auf die Drehachse der Linse) bei der Bearbeitung bewegt wird. Die beiden Linearmotore bilden in diesem Fall eine Vorschubeinheit, die lineare Bewegungen in zwei zueinander senkrechten Richtungen ermöglicht.

02898g
02.10.98

Im Gegensatz dazu werden bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung der X-Schlitten und der Z-Schlitten, die je mindestens eine Spindel tragen (in einem Fall unter Zwischenschaltung des Schwenkkopfes) unabhängig voneinander von einem Linearmotor bewegt, wobei der X-Schlitten während der Bearbeitung üblicherweise keine Vorschubbewegung ausführt. In diesem Fall treiben die beiden Linearmotore zwei voneinander getrennte Schlitten an, die nicht miteinander verbunden sind.

Es sind jedoch auch Ausführungen mit rotierenden Positionsantrieben vorgesehen, wobei durch besondere konstruktive Maßnahmen eine Minimierung des

&iacgr;&ogr; Spiels und der elastischen Verformungen erreicht wird. Eine dieser konstruktiven Maßnahmen besteht darin, pro Schlitten zwei Antriebe zu verwenden, die von der CNC-Steuerung so angesteuert werden, daß sie gegeneinander arbeiten, d. h. den damit verbundenen Schlitten in entgegengesetzte Richtungen bewegen wollen. Durch dieses Verspannen der beiden Antriebe wird das in ihnen vorhandene Spiel &ldquor;herausgedrückt". Das gleiche gilt für die elastischen Verformungen, so daß die Schlitten praktisch spielfrei bewegt werden können. Soll der Schlitten ruhen, so werden die rotierenden Elektromotore unter Vorspannung arretiert, soll der Vorschubschlitten jedoch bewegt werden, so wird die Vorschubkraft eines der beiden Antriebe erhöht, bis die Bewegung einsetzt.

Der zweite Antrieb wird dann entgegen seiner Kraftwirkung rückwärts bewegt.

Zu 4.:

Zum genauen Ausrichten der vertikalen geometrischen Achse einer der beiden Spindeln (obere oder untere Spindel) wird an der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Verstelleinrichtung in Y-Richtung, d. h. senkrecht zur Spindelebene ( = senkrecht zur X- und Z-Achse) vorgesehen (Y-Vorschubsystem). Mit diesem Y-Vorschubsystem kann die mit ihr verbundene Spindel im Feinbereich so verfahren werden, daß ihre geometrische Achse genau in der Spindelebene liegt,

02898g
02.10.98

die von der anderen Spindel vorgegeben wird. Dies ist mit einer Genauigkeit möglich, die sich durch mechanische Bearbeitung bzw. durch Ausrichtvorgänge bei der Montage der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht erreichen läßt.

Vorzugsweise wird das spezielle Y-Vorschubsystem so ausgeführt, daß das zylindrische Gehäuse der entsprechenden Spindel mit einer exzentrischen Bohrung zur Aufnahme der Spindel ausgeführt und um eine vertikale Achse drehbar gelagert ist. Die geometrische Mittelachse des äußeren zylindrischen Umfangs des Gehäuses an dem dieses drehbar gelagert ist und die Rotationsachse der Spindel sind damit um die genannte Exzentrizität gegeneinander &iacgr;&ogr; verschoben. Wenn das Gehäuse dann von einem Hiffsantrieb um einige Winkelgrade gedreht wird, so führt die Spindel, aufgrund der Exzentrizität ihrer Aufnahmebohrung in dem Gehäuse, eine bogenförmige Schwenkbewegung aus, die man sich aus Bewegungen in X- und Y-Richtung zusammengesetzt denken kann. Die Bewegung in Y-Richtung wird zu dem genannten Justieren der geometrischen Spindelachse in der Spindelebene benutzt, während die Bewegung in X-Richtung durch Verfahren des X-Schlittens kompensiert wird. Durch Wahl einer geeigneten Exzentrizität und auch deren Verdrehlage zum Maschinengestell können feinste Bewegungen in Y-Richtung mit der Spindel durchgeführt werden. Im Gegensatz zu anderen bekannt gewordenen Verstellantrieben im Feinbereich (z. B. mit Piezokristall) ist der Antrieb mit Exzenter bezüglich der Kraftentfaltung und des möglichen Verfahrweges weniger begrenzt. Durch das sehr genaue Ausrichten von oberer und unterer Spindel in der gemeinsamen Spindelebene lassen sich Linsen höchster Präzision herstellen.

Es sind jedoch auch andere Vorschubsysteme vorgesehen, um die Korrekturbewegung in Y-Richtung durchzuführen. Solche Vorschubsysteme müssen jedoch in der Lage sein, die Reaktionskräfte während der Linsenbearbeitung auf-

02898g
02.10.98

zunehmen, damit es zu keinen Verschiebungen und damit Ungenauigkeiten an den Werkstücken kommt.

Zu 5.:

Um die Probleme mit dem Spiel und den elastischen Verformungen in der einseitigen Lagerung des üblicherweise oben angeordneten Schwenkkopfes und

den entsprechenden Verformungen in dem damit verbundenen Vorschubsystem zu vermeiden, wird der Schwenkkopf in der erfindungsgemäßen Vorrichtung unten angeordnet d. h. die an ihm befestigte Spindel zeigt mit ihren Werkzeugen nach oben. Außerdem wird der Schwenkkopf beidseitig gelagert, &iacgr;&ogr; was eine zusätzliche Stabilität ergibt.

Da die an dem Schwenkkopf und seinem linear verfahrbaren Schlitten angreifenden Gewichtskräfte vertikal nach unten wirken, und auch die von der Bearbeitung der Linse herrührenden Reaktionskräfte in diese Richtung gehen, wirkt sich das in den Lagerungen, Führungen und Antrieben vorhandene Spiel nicht mehr aus. Das gleiche gilt für die elastischen Verformungen. Alle Verformungen sind durch die Gewichtskräfte bereits nach unten &ldquor;herausgedrückt", so daß beim Auftreten der in gleiche Richtung wirkenden Reaktionskräfte keine Bewegungen im Feinbereich infolge des Spiels bzw. der elastischen Verformungen mehr stattfinden können. Durch die beidseitige Lagerung des Schwenkkopfes ist auch die Lastverteilung der Reaktionskräfte und der Gewichtskräfte auf die beiden Lager gleich, so daß beim Auftreten der Reaktionskräfte keine unerwünschten Kippmomente entstehen, wie dies bei einseitiger Lagerung der Fall ist. Solche Kippmomente können ebenfalls zu unerwünschten Bewegungen infolge Lagerspiels und der elastischen Verformungen führen.

Vorzugsweise wird der Schwenkkopf mit dem X-Schlitten schwenkbar verbunden, der dann ebenfalls im unteren Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung

02898g
02.10.98

angebracht wird, da sich bei dieser Anordnung konstruktive Vorteile ergeben. So kann z. B. der X-Schlitten auf zwei relativ weit auseinander liegende Linearführungen abgestützt werden, die bezüglich der Gewichts- und Bearbeitungskräfte symmetrisch angeordnet sind. Ein Kippmoment durch diese Kräfte wird damit vermieden, was die Bearbeitungsgenauigkeit erhöht. Auch die Zugänglichkeit der Werkzeuge (Bearbeitungswerkzeug und Spannwerkzeug für die Linse) bleibt voll erhalten. Außerdem bietet der unten angeordnete X-Schlitten eine gute Möglichkeit, den Schwenkkopf zweifach und symmetrisch zur mittigen Krafteinleitung zu lagern, mit den vorgenannten Vorteilen.

&iacgr;&ogr; Bei der genannten Ausführung mit unten liegendem X-Schlitten und Schwenkkopf wird der Z-Schlitten im oberen Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung angebracht und trägt die zweite Spindel. Hier ist auch das Y-Vorschubsystem angeordnet mit dem die obere Spindel in Y-Richtung verstellt werden kann.

Als weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist auch vorgesehen ein Werkzeugmagazin und/oder ein Werkstückmagazin mit Ablageeinrichtungen für mehrere Werkzeuge bzw. Werkstücke im unteren Maschinenbereich anzuordnen. Diese Magazine werden vorteilhafterweise als kreisförmige Scheiben ausgebildet, die an ihrem Umfang die genannten Ablageeinrichtungen tragen. Durch CNC-gesteuertes Drehen der Magazinscheiben können die Ablageeinrichtungen mit den darin befindlichen Teilen in die jeweils vorgesehene Entnahmeposition gebracht werden. Bei einer besonders vorteilhaften Variante werden die Magazine an dem X-Schlitten befestigt so daß sie durch Verfahren desselben mit ihrer Entnahmeposition genau unter der oberen Spindel positioniert werden können, die dann durch Verfahren in Z-Richtung das Werkzeug oder die Linse aufnehmen kann. Der X-Schlitten wird dann so weit wieder zurückgefahren, bis die mit ihm über den Schwenkkopf verbundene untere Spindel auf die obere Spindel ausgerichtet ist und der Arbeitsvorgang beginnen kann.

02898g
02.10.98

Es ist auch vorgesehen, die Drehachse einer der beiden Spindeln oder beider Spindeln als C-Achse auszuführen. In diesem Fall kann die betreffende Spindel von ihrem Antrieb nicht nur in fortlaufende Rotation versetzt werden, sondern ihre Drehbewegung läuft bezüglich Winkelgeschwindigkeit und Fasenwinkel kontrolliert ab,

d. h. die Winkelgeschwindigkeit kann in Abhängigkeit vom Fasenwinkel variiert werden, bis hin zum Stillstand. Damit ist es möglich, Bearbeitungen an den Linsen vorzunehmen, die zu Flächen führen, die nicht rotationssymmetrisch angeordnet sind. So können z. B. flächige Fasen am Umfang der Linsen angeschliffen werden, die nicht rotationssymmetrisch sind und zum verdrehsicheren Fixieren der Linsen in den

&iacgr;&ogr; optischen Systemen dienen, in die sie nach ihrer Fertigstellung eingebaut werden.

Unabhängig von der Ausbildung der Spindeln als C-Achse ist es auch möglich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung rotationssymmetrische Fasen anzubringen. Diese können sich in Schnitten durch die Linsenmitte und parallel zu der optischen Achse als Gerade darstellen oder auch eine Krümmung aufweisen, wozu eine besondere Software benutzt wird. So werden z. B. sphärische Fasen hergestellt, auf denen die Linsen später im optischen System aufliegen, und bezüglich der richtigen Winkellage ihrer optischen Achse leichter ausgerichtet werden können.

Es ist damit auch möglich, die Linsen an ihrem äußeren Umfang zu zentrieren d. h. den Umfang so abzuschleifen, daß er exakt die Form eines Kreiszylinders annimmt, dessen geometrische Achse mit der optischen Achse der Linse zusammenfällt. Solche Zentrierungen sind z. B. vorteilhaft beim Spannen der Linsen in den entsprechenden Werkzeugen zum Schleifen oder Polieren der Linsen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bearbeiten optischer Linsen wird vorzugsweise mit einer CNC-Steuerung ausgerüstet, die die Bewegungen aller Achsen steuert bzw. regelt. Dies sind die X-, Y- und Z-Achse die alle drei senkrecht aufeinander stehen, die B-Achse, mit welcher der Schwenkkopf in einem gewissen Winkel-

02898g
02.10.98

bereich gedreht werden kann, wobei die Drehachse parallel zur Y-Achse verläuft, sowie mindestens eine C-Achse zur Überwachung der Drehbewegung mindestens einer Spindel. Auch die Drehbewegung der Magazinscheibe(n) und andere Hilfsfunktionen werden von der CNC-Steuerung gesteuert und kontrolliert. Die Software der CNC-Steuerung ist so ausgelegt, daß Kollisionen während der Verfahrbewegungen der verschiedenen Maschinenteile sicher vermieden werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bearbeiten optischer Linsen soll nachstehend anhand von zwei Beispielen und der Abbildungen 1 bis 3 näher erläutert werden. Es sind jedoch auch andere als die hier gezeigten Ausführungen geplant &iacgr;&ogr; und insbesondere ist auch vorgesehen, die in Patentanspruch 1 genannten erfinderischen Merkmale unabhängig voneinander anzuwenden. Zur sprachlichen Vereinfachung werden in den Patentansprüchen der X- und Z-Schlitten, das Y-Vorschubsystem, der Schwenkkopf sowie die Spindeln als aktive Bauelemente bezeichnet.

Bei Beispiel 1 handelt es sich um die Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Schleifmaschine für Linsen größeren Durchmessers mit oben angeordneter Werkzeugspindel und unten angeordneter Werkstückspindel. Hierzu gehören die Abb. 1 und 2.

Bei Beispiel 2 handelt es sich um die Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Poliermaschine für Linsen größeren Durchmessers mit oben angeordneter Werkstückspindel und unten angeordneter Werkzeugspindel. Hierzu gehört Abb. 3.

Beispiel 1:

In dem Beispiel 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bearbeiten optischer Linsen als Schleifmaschine ausgeführt. Die obere Spindel ist in diesem Fall als

02898g
02.10.98

Werkzeugspindel (18) ausgebildet, während die untere Spindel als Werkstückspindel (7) dient.

Abb. 1 zeigt eine Seitenansicht der Schleifmaschine

Abb. 2 zeigt eine Draufsicht der Schleifmaschine mit horizontalem Schnitt

durch den oberen Teil entsprechend Schnitt A-A in Abb. 1.

In der Seitenansicht der Schleifmaschine entsprechend Abb. 1 erkennt man alle wichtigen Bewegungssysteme im Zusammenhang mit der Werkzeugspindel (18) und der Werkstückspindel (7). Die Baugruppen und Maschinenelemente sind an einem Maschinengestell (1) befestigt, das aus Mineralguß hergestellt wird und große

&iacgr;&ogr; Wanddicken aufweist. Das Maschinengestell (1) hat in der Seitenansicht eine L-Form mit einigen Ausnehmungen, z. B: zur Aufnahme des X-Schlittens (2), der mittels zweier Linearführungen (3) senkrecht zur Bildebene verschieblich gelagert ist. Der Antrieb zum Verschieben des X-Schlittens (2) wurde der Übersichtlichkeit wegen nicht gezeichnet. Mit dem X-Schlitten (2) ist der Schwenkkopf (4) um die B-Achse (5) drehbar gelagert verbunden. Zum Antrieb der Drehbewegung des Schwenkkopfes (4) dient der Getriebemotor (6). Der Schwenkkopf (4) trägt die unten liegende Werkstückspindel (7), an deren oberen Ende die Werkstückaufnahme (8) befestigt ist, welche die Linse (9) trägt.

Am oberen Teil des Maschinengestells (1) ist das Verbindungselement (10) mit den Strömungskanälen (11) befestigt, das die Führungen (12) für den Z-Schlitten (13) trägt. Durch Zufuhr von Heiz- oder Kühlmedien zu den Strömungskanälen (11) des Verbindungselements (10) können in diesem Wärmedehnung erzeugt werden, die zum Korrigieren der vertikalen Ausrichtung der Werkzeugspindel (18) genutzt werden können. Diese Korrekturbewegungen erfolgen in der Zeichnungsebene als RechtS'/Linksneigungen, mit denen die geometrische Achse der Werkzeugspindel (18) exakt senkrecht eingestellt werden kann. Senkrecht zur Zeichnungsebene

02898g
02.10.98

.:&KHgr;

sind solche Korrekturen nicht erforderlich, da in dieser Ebene (Spindelebene) die Lage der Spindeln zueinander durch Neigen des Schwenkkopfes (4) korrigiert werden kann. Der gleiche Effekt kann erzeugt werden, durch unterschiedliche Druckbeaufschlagung der genannten Medien in den Strömungskanälen (11). In diesem Fall wird für die gewünschten Korrekturen die elastische Dehnung des Verbindungselements (10) unter Einwirkung der Druckbeanspruchung ausgenutzt.

Das Verbindungselement (10) kann in seinen Strömungskanälen (11) auch so mit einem Kühlmedium beaufschlagt werden, daß die von der Werkzeugspindel (18) erzeugte Verlustwärme über das Verbindungselement (10) abgeführt wird und das &iacgr;&ogr; Maschinengestell (1) nicht aufheizt. Dieses Kühlmedium, aber auch das vorerwähnte Heizmedium, können mit einer Pumpe im Kreislauf befördert werden, wobei entsprechende Kühler bzw. Erhitzer in diesen Kreislauf eingeschaltet sind (nicht gezeichnet).

Zum Kühlen bzw. Beheizen des Verbindungselements (10) wird vorzugsweise Wasser benutzt. Es sind aber auch andere Flüssigkeiten vorgesehen, wie z. B. Wärmeträgeröl. Wenn mit erhöhtem Druck gearbeitet wird, so kann der genannte Kreislauf insgesamt unter erhöhten Druck gesetzt werden, wobei auch die Kombination von Wärmedehnung und Druckdehnung vorgesehen ist. Die oben und unten liegenden Strömungskanäle (11) des Verbindungselements (10) können an getrennte Strömungskreisläufe angeschlossen werden.

An Stellen, an denen die Anbringung eines Verbindungselement (10) unzweckmäßig ist, kann die von den Antrieben erzeugte Verlustwärme mittels in das Maschinengestell (1) eingegossener Kühlrohre (21) abgeführt werden. Diese Kühlrohre (21) werden beim Herstellungsprozeß des Maschinengestells (1) in die Gießform eingelegt und beim Gießprozeß von dem kalt vergossenen Mineralguß umschlossen. Durch diese Kühlrohre (21) kann wie vorbeschrieben ein Kühlmedium,

02898g
02.10.98

&zgr;. B. Wasser, im geschlossenen Kreislauf hindurch geleitet werden. Dieses Kühlwasser nimmt die Wärme auf und führt sie über einen zwischengeschalteten Kühler wieder ab (nicht gezeichnet).

Der Z-Schlitten (13) wird in den Führungen (12) vertikal geführt, die ihrerseits an dem Verbindungselement (10) befestigt sind. Die Antriebseinrichtung für die vertikale Bewegung (Z-Richtung) des Z-Schlittens (13) wurde im dargestellten Beispiel als Spindelantrieb mit Elektromotor (14) und Gewindespindel (15) ausgeführt, wobei auf Spielfreiheit und geringe elastische Verformungen geachtet wurde. Sie kann jedoch auch als Linearmotor ausgebildet werden. Die Gewindespindel (15) des Spindelantriebs für die Vertikalbewegungen des Z-Schlittens (13) ist mittels der beiden Zahnräder (17) und des Zahnriemens (16) mit einem Elektromotor (14) verbunden. Dieser wird von der CNC-Steuerung angesteuert und treibt die Gewindespindel (15) an.

An dem Z-Schlitten (13) ist das Spindelgehäuse (19) drehbar gelagert, das die Werkzeugspindel (18) trägt, die in dem Spindelgehäuse (19) exzentrisch befestigt ist.

Zum Antrieb der Werkzeugspindel (18) dient der Elektromotor (20). Die genannte Exzentrizität besteht zwischen der Drehachse der Werkzeugspindel (18) und der geometrischen Mittelachse des zylindrischen, äußeren Umfangs des Spindelgehäuses (19). Durch Verdrehen des Spindelgehäuses (19) führt die Werkzeugspindel (18) infolge ihrer exzentrischen Lagerung in dem Spindelgehäuse (19) die gewünschten Korrekturbewegungen in Y-Richtung aus. An der Unterseite der Werkzeugspindel (18) ist das als Topfwerkzeug ausgebildete Schleifwerkzeug (37) befestigt, mit dem die Linse (9) schleifend bearbeitet werden kann.

In Abb. 2 ist eine Draufsicht, mit horizontalem Schnitt durch den oberen Teil der Schleifmaschine, dargestellt. An dem Maschinengestell (1) ist das Verbindungselement (10) befestigt, in dem sich die Strömungskanäle (11) befinden, denen das Kühl-/Heizmedium über den Zuleitungsanschluß (22) zugeführt wird. Über den Ab-

02898g
02.10.98

leitungsanschluß (23) verläßt das Heiz-/Kühlmedium wieder das Verbindungselement (10). An dem Verbindungselement (10) sind die Führungen (12) befestigt, an denen der Z-Schlitten (13) vertikal (d. h. senkrecht zur Zeichenebene) auf und ab bewegt werden kann. Zum Antrieb dieser Bewegung dient die Gewindespindel (15).

Für die Korrekturbewegung in Y-Richtung dient ein Elektromotor (24), der über das Zahnrad (25), den Zahnriemen (26) und die Verzahnung (27) das Spindelgehäuse (19) antreibt. Bei der Drehung des Spindelgehäuses (19) führt die Werkzeugspindel (18), aufgrund ihrer exzentrischen Lagerung in diesem, die gewünschte Korrekturbewegung in Y-Richtung aus. Unerwünschte Bewegungen in X-Richtung,

&iacgr;&ogr; die dabei ebenfalls auftreten, werden durch Verfahren des X-Schlittens kompensiert.

Der X-Schlitten (2) trägt den um die B-Achse (5) drehbaren Schwenkkopf (4) mit der Werkstückspindel (7) die in der Zeichnung von dem Z-Schlitten (13) verdeckt ist. Man erkennt jedoch die Werkstückaufnahme (8) mit der darin fixierten Linse (9) und ebenfalls einen Teil des Schleifwerkzeugs (37).

Mit dem X-Schlitten (2) ebenfalls verbunden ist das Werkzeugmagazin (28) mit den Ablageeinrichtungen (29) für mehrere Werkzeuge. Durch Drehen des Werkzeugmagazins (28) kann jedes in den Ablageeinrichtungen (29) abgelegte Werkzeug in die Entnahmeposition (30) gebracht werden. Durch Verfahren des X-Schlittens (2) kann diese Entnahmeposition (30) und damit das entsprechende Werkzeug dann genau unter der Werkzeugspindel (18) positioniert werden. Durch vertikales Verfahren des Z-Schlittens (13) mit der Werkzeugspindel (18) kann diese in Kontakt mit dem Werkzeug gebracht werden und es aus der Entnahmeposition (30) des Werkzeugmagazins (28) entnehmen. Das Werkzeug steht damit für die Bearbeitungsvorgänge in der Schleifmaschine zur Verfügung. Alternativ oder zusätzlich könnte auch ein Werkstückmagazin in ähnlicher Anordnung an dem X-Schlitten (2) befestigt werden.

02898g
02.10.98

Beispiel 2:

In dem Beispiel 2 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bearbeiten optischer Linsen als Poliermaschine ausgeführt. Die obere Spindel ist in diesem Fall als Werkstückspindel (31) ausgebildet, während die untere Spindel als Werkzeugspindel (32) dient.

Abb. 3 zeigt eine Seitenansicht der Poliermaschine.

An der oben angeordneten Werkstückspindel (31) ist eine Werkstückaufnahme (33) befestigt, welche die zu polierende Linse (34) aufnimmt. Die Haltekräfte zur sicheren Fixierung der Linse (34) in der Werkstückaufnahme (33) während des Transports

&iacgr;&ogr; von dem Werkzeugmagazin (28) in die Arbeitsposition werden zum Teil durch Vakuum aufgebracht, das über eine zentrale Bohrung (35) angelegt wird, welche sich sowohl in der Werkstückspindel (31) als auch in der Werkstückaufnahme (33) befindet. Über die gleichen Bohrungen kann die Linse (34) während der Bearbeitung auch mit Druckluft beaufschlagt werden, womit der benötigte Arbeitsdruck zwischen der Linse (34) und dem Polierwerkzeug (36) aufgebracht wird. Bei großen Linsen (34) wirkt, bei der gewählten Anordnung der Spindeln, auch das Eigengewicht der Linse (34) in die gleiche Richtung und wird bei der Druckbeaufschlagung berücksichtigt.

Die unten angeordnete Werkzeugspindel (32) trägt das als Formwerkzeug ausgebildete Polierwerkzeug (36) und ist wie vorbeschrieben mit dem ebenfalls unten angeordneten Schwenkkopf (4) verbunden. Die hier beschriebene Zuordnung der beiden Spindeln hat den Vorteil, daß die Linse (34) mit ihrem Eigengewicht einen Teil des erforderlichen Arbeitsdrucks in dem Polierwerkzeug (36) aufbringt. Dies führt wegen der Gleichmäßigkeit der Gewichtskräfte zu einer höheren Präzision der erzeugten Linsen (34).

02898g
02.10.98

Im Übrigen entspricht der grundsätzliche Aufbau der Poliermaschine demjenigen der Schleifmaschine. Insoweit gilt das zu Beispiel 1 Gesagte entsprechend.

Bezugszeichenliste

20 25

1	Maschinengestell (1)
2	X-Schlitten (2)
3	Linearführungen (3)
4	Schwenkkopf (4)
5	B-Achse (5)
6	Getriebemotor (6)
7	Werkstückspindel (7)
8	Werkstückaufnahme (8)
9	Linse (9)
10	Verbindungselement (10)
11	Strömungskanäle (11)
12	Führungen (12)
13	Z-Schlitten(13)
14	Elektromotor (14)
15	Gewindespindel (15)
16	Zahnriemen (16)
17	Zahnräder (17)
18	Werkzeugspindel (18)
19	Spindelgehäuse (19)
20	Elektromotor (20)
21	Kühlrohre (21)
22	Zuleitungsanschluß (22)
23	Ableitungsanschluß (23)
24	Elektromotor (24)
25	Zahnrad (25)
26	Zahnriemen (26)
27	Verzahnung (27)

02898g 02.10.98

	*-2.6,..: &Lgr;* : : : :&khgr;**
28	Werkzeugmagazin (28)
29	Ablageeinrichtungen (29)
30	Entnahmeposition (30)
31	Werkstückspindel (31)
32	Werkzeugspindel (32)
33	Werkstückaufnahme (33)
34	Linse (34)
35	Bohrung (35)
36	Polierwerkzeug (36)
37	Schleifwerkzeug (37)

02898g 02.10.98

Claims

Schutzansprüche

Anspruch 1:

Vorrichtung zum Bearbeiten optischer Linsen durch Schleifen und Polieren, dadurch gekennzeichnet, daß sie über eine CNC-Steuerung verfügt und das Maschinengestell (1) aus Mineralguß oder natürlich gewachsenen Steinblöcken hergestellt ist und mindestens ein Verbindungselement (10) trägt, mit dem Wärme abgeführt und gezielte Wärmedehnung erzeugt werden kann und die Vorrichtung über mindestens einen X-Schlitten (2) und einen Z-Schlitten (13) sowie über einen Schwenkkopf (4) verfügt, wobei zum Bewegen dieser aktiven Bauelemente Antriebe ohne bzw. mit geringem Spiel und/oder geringer elastischer Verformung benutzt werden und außerdem mindestens zwei Spindeln vorhanden sind, von denen die eine im oberen Teil und die andere im unteren Teil der Vorrichtung angeordnet ist, wobei eine der beiden Spindeln mit dem Schwenkkopf (4) verbunden ist und außerdem eine der Spindeln über ein Y-Vorschubsystem verfügt und Einrichtungen vorhanden sind, mit denen die intern erzeugte Verlustwärme abgeführt werden kann und außerdem ein Werkzeugmagazin (28) und/oder ein Werkstückmagazin vorhanden ist.

Anspruch 2:

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Schleifmaschine ausgeführt ist, mit oben liegendem Z-Schlitten (13) und damit verbundener Werkzeugspindel (18), die das Schleifwerkzeug (37) trägt, sowie unten liegendem X-Schlitten (2) und damit verbundenem Schwenkkopf (4), wobei der Schwenkkopf (4) die Werkstückspindel (7) aufnimmt, welche die Werk-Stückaufnahme (8) mit der Linse (9) trägt

02898g
02.10.98

• ·«

Anspruch 3:

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Poliermaschine ausgeführt ist, mit oben liegendem Z-Schlitten (13) und damit verbundener Werkstückspindel (31), welche die Werkstückaufnahme (33) mit der Linse (9) trägt, sowie unten liegendem X-Schlitten (2) und damit verbundenem Schwenkkopf (4), wobei der Schwenkkopf (4) die Werkzeugspindel (32) aufnimmt, welche das Polierwerkzeug (36) trägt.

Anspruch 4:

Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine &iacgr;&ogr; oder mehrere Spindeln als C-Achse ausgebildet sind, deren Rotation von der

CNC-Steuerung bezüglich Winkelgeschwindigkeit und Phasenwinkel gesteuert wird.

Anspruch 5:

Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Maschinengestell (1) und dem Z-Schlitten (13) ein Verbindungselement (10) angeordnet ist, das die Führungen (12) für den Z-Schlitten (13) trägt und außerdem den Elektromotor (14) aufnimmt, der die Gewindespindel (15) über die Zahnräder (17) und den Zahnriemen (16) antreibt.

Anspruch 6:

Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (10) über Anschlußflächen oder -teile verfügt, die an die Geometrie des Maschinengestells (1) angepaßt sind und sich nicht verändern, d. h. festgelegt sind, und außerdem über Anschlußflächen oder -teile verfügt, die beliebig gestaltet werden können und damit an die vorgesehenen Anbauteile anzupassen sind.

02898g
02.10.98

Anspruch 7:

Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (10) oder auch andere Bauteile über innere Strömungskanäle (11) verfügen, die mit Einrichtungen in Verbindung stehen, mittels derer sie mit einem Heiz- und/oder Kühlmedium beaufschlagt werden können.

Anspruch 8:

Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Verbindungselement (10) oder in anderen Bauteilen mehrere voneinander unabhängige Strömungskanäle (11) vorhanden sind, die mit den angeschlossenen Heiz- und/oder Kühleinrichtungen voneinander getrennte Strömungssysteme bilden, die von Medien gleicher oder unterschiedlicher Temperatur durchströmt werden können.

Anspruch 9:

Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Meß- und Regeleinrichtungen vorhanden sind, mit denen die Temperatur des Heiz- und/oder Kühlmediums in Abhängigkeit von der Bauteiltemperatur oder der Bauteilgeometrie geregelt werden kann.

Anspruch 10:

Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorhanden sind, mit denen das Heiz- und oder Kühlmedium in den Strömungskanälen (11) auf erhöhten Druck gebracht werden kann.

Anspruch 11:

Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Maschinengestell (1) über Kühlrohre (21) verfügt.

02898g
02.10.98

-3Q-

Dl

Anspruch 12:

Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, daß das Maschinengestell (1) und/oder andere Maschinenteile über eine Wärmeisolierung verfügen.

Anspruch 13:

Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente (10) und/oder andere Maschinenteile zum Erzeugen gezielter Wärmedehnungen mit elektrischen Heizeinrichtungen versehen sind.

Anspruch 14:

&iacgr;&ogr; Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß Meß-

und Regeleinrichtungen vorhanden sind, mit denen die Leistung der elektrischen Heizeinrichtungen in Abhängigkeit von der gewünschten Maschinengeometrie geregelt werden kann.

Anspruch 15:

Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente (10) aus Materialien mit großer thermischer Wärmedehnung, z. B. aus Aluminium oder Kupfer hergestellt sind und elektrisch beheizt werden oder Bauteile aus solchen Materialien enthalten, die elektrisch beheizt werden und über eine thermische Isolierung verfügen.

Anspruch 16:

Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 15 dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Y-Vorschubsystems die Werkstückspindel (31) exzentrisch in dem Spindelgehäuse (19) gelagert ist, das seinerseits drehbar mit dem Z-Schlitten (13) verbunden ist, wobei als Antrieb ein Elektromotor (24) dient,

02898g
02.10.98

der seine Bewegungsenergie über das Zahnrad (25), die Verzahnung (27) und den Zahnriemen (26) auf das Spindelgehäuse (19) überträgt.

Anspruch 17:

Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der X-Schlitten (2) beidseitig auf Linearführungen (3) gelagert ist, die Bewegungen in X-Richtungen zulassen.

Anspruch 18:

Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Linearführungen (3) des X-Schlittens (2) symmetrisch zur Spindelebene angeordnet sind.

Anspruch 19:

Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkkopf (4) beidseitig gelagert ist und mittels Getriebemotor (6) um die B-Achse (5) gedreht werden kann.

Anspruch 20:

Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Lagerungen des Schwenkkopfs (4) symmetrisch zur Spindelebene angeordnet sind.

Anspruch 21:

Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der X-Schlitten (2) und der Z-Schlitten (13) von einem Linearmotor angetrieben werden.

02898g
02.10.98

Anspruch 22:

Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der X-Schlitten (2) und der Z-Schlitten (13) von je einem rotierenden Elektromotor mit Gewindespindel angetrieben werden, die entweder besonders spielarm und/oder verformungsarm sind oder pro Schlitten paarweise angeordnet werden und dann mit ihrer Kraftwirkung gegeneinander geschaltet sind.

Anspruch 23:

Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Maschinengestell (1) aus Mineralguß hergestellt wird, der aus gebrochenen &iacgr;&ogr; natürlichen Mineralien mit einem Bindemittel besteht.

Anspruch 24:

Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Mineralguß des Maschinengestells (1) aus gebrochenem Quarzglas mit einem Bindemittel besteht.

Anspruch 25:

Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Mineralguß des Maschinengestells (1) als Bindemittel einen Kunststoff enthält.

Anspruch 26:

Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Mineralguß des Maschinengestells (1) ein mineralisches Bindemittel enthält.

Anspruch 27:

Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Maschinengestell (1) aus natürlich gewachsenen Steinblöcken besteht.

02898g
02.10.98

Anspruch 28:

Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorhanden sind, mit denen das Kühlmittel für den Schleifprozeß bzw. die Poliersuspension für den Polierprozeß auf vorgegebene konstante Temperatur geregelt werden können.

Anspruch 29:

Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß an dem X-Schlitten (2) ein Werkzeugmagazin (28) und/oder ein Werkstückmagazin befestigt ist.

&iacgr;&ogr; Anspruch 30:

Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Magazin als drehbare Kreisscheibe ausgebildet ist, die an ihrem Umfang über Ablageeinrichtungen (29) verfügt, die durch Drehung des Werkzeugmagazins (28) nacheinander in die Entnahmeposition (30) gedreht werden können.

02898g
02.10.98