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Maschine zum Randschleifen und Facettieren von optischen
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Linsen Die Erfindung betrifft eine Maschine zum Randschleifen und
Facettieren von optischen Linsen, wobei der zu bearbeitende Linsenkörper beim Bearbeitungsvorgang
zwischen zwei fluchtenden, unter axialem Spanndruck stehenden Zentrierspindeln gehalten
ist, die beide über eine gemeinsame, motorisch angetriebene Welle sowie über jeweils
einen, vorzugsweise aus Zahnrädern gebildeten Getriebezug antreibbar sind Bei Maschinen
vorstehender Gattung, deren Zentrierspindeln über eine einstückige Welle und Stirnradpaare
angetrieben werden, hat man festgestellt, daß bei gleicher Übersetzung der Zahnradgetriebe,
von denen jeweils eines auf eine der beiden Zentrierspindeln einwirkt, schon geringfügige,
durchaus noch im zulässigen Toleranzbereich liegende Abweichungen der Zahnteilung
bzw Abweichungen vom Sollwert der Zahnflänkenabmessungen eine r wenn auch nur in
Winkelsekunden in Erscheinung tretende ° Asynchronität im Umlaufverhalten der beiden
Zentrierspindeln zur Folge haben können Diese Drehwinkelverschiebungen können sich
zwar im
Verlaufe einer vollen Umdrehung der Antriebswelle wieder
aufheben, sie können jedoch nachteilige Auswirkungen zur Folge haben, insofern nämlich,
als die mit der Winkelverschiebung einhergehende Relativbewegung der oberen gegenüber
der unteren Spannglocke der jeweiligen Zentrierspindel erfahrungsgemäß mehr oder
weniger starke, auf der oder den durckbelasteten Flächen des bereits fertig bearbeiteten
Werkstücks (der Linse) sich abzeichnende Scheuerstellen hinterläßt Diesen Nachteil
der bekannten Zentriermaschine zu vermeiden, d. h. einen absoluten Synchronlauf
der beiden das Werkstück unter Spanndruck haltenden und in Drehbewegung versetzenden
Zentrierspindeln zu gewährleisten, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung Zur Lösung
dieses Problems wird bei einer Zentriermasclline vorgeschlagen, daß a) die dem Antrieb
der Zentrierspindel dienende Welle zweiteilig ausgeführt ist und daß b) zwischen
den beiden Wellenteilen eine Einrichtung zum Ausgleich etwa auftretender Drehwinkelverschiebungen
aufgrund unterschiedlicher Drehmomentbelastungen im Getriebezug der geweiligen Zentrierspindel
angeordnet ist.
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Auf diese Weise werden die beiden unter Spanndruck auf dem Werkstück
aufliegenden Zentrierspindeln dadurch kraftschlüssig auf Synchronität gehalten,
daß Drehwinkelverschiebungen mit ihren nachteiligen Auswirkungen an der Oberfläche
des nur noch im Randbereich zu bearbeitenden Werkstücks ausgeglichen werden und
infolgedessen nicht mehr auf die Zentrierspindeln übertragen werden können.
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Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist vorgesehen, daß zur
Erzielung des angestrebten Ausgleicheffekts der Antrieb der beiden Wellenteile über
ein Differentialgetriebe herkömmlicher Bauart erfolgt Bei Verwendung eines derartigen
Differentialgetriebes können örtliche Verschleißerscheinungen infolge ausschließlicher
Beanspruchung einzelner Getriebezähne auf einfache Weise dadurch vermieden werden,
daß in dem aus Stirnrädern gebildeten Getriebezug der einen Zentrierspindel im Vergleich
zum Getriebezug der anderen Zentrierspindel ein übersetzungswirksames Zahnrad angeordnet
ist, dessen Zähnezahl um wenigstens einen Zahn reduziert oder erhöht ist. Auf diese
Weise ist erreicht, daß trotz Gleichlauf der beiden Wellenteile alle Räder des Differentialgetriebes
aufeinander abwälzen, was im Ergebnis zu einer Verschleißminimierung bzw. Erhöhung
der Lebensdauer der Getriebeanordnung führt.
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Es ist weiter zu vermerken, daß Ausgleichdrehungen innerhalb des Differentialgetriebes
nur Größenordnungen annehmen können, die durch die noch als zulässig erachtete Toleranz
in den Abmessungen der verwendeten Zahnrädern verursacht werden. Selbst wenn sich
diese aus den Einzeltoleranzen einer Reihe von Zahnrädern aufaddieren und noch zu
Anfang unterschiedlich verteiltes Zahnspiel hinzukommt, kann es sich dabei allenfalls
um Drehwinkelverschiebungen von einigen Winkelminuten handeln Ein herkömmliches
Differentialgetriebe, welches nicht, wie vorstehend dargelegt, die Antriebskraft
über Getriebe züge mit unterschiedlichen Zähnezahlen auf die Zentrierspindeln überträgt,
wird daher das Drehmoment zum Antrieb dieser Spindeln immer nur auf unverändert
zueinander stehenden ßZähnen weiterleiten, wobei die Zahnflanken allenfalls eine
geringfügige Gleit- bzw0 Abrollbewegung
aufeinander ausführen.
Es erscheint daher schon aus Kostengründen nicht zweckmäßig die übrigen, an der
Kraftübertragung nicht beteiligten Zähne der Sonnenals auch der Planetenräder des
Differentialgetriebes tatsächlich körperlich auszuführen. Insbesondere deswegen
nicht, weil solche Sonnen- bzw. Planetenräder bekanntlich nur unter relativ hohem
Fertigungsaufwand herzustellen sind. Völlig ausreichend müßte es sein, wenn man
z. B. an den Sonnenrädern nur jeweils zwei einander im Winkel von 1800 gegenüberliegenden
Zahnlücken und an den Planetenrädern jeweils zwei ebenfalls im Winkel von 180° einander
gegenüberliegende Zähne vorsehen und den Bewegungsspielraum der beiden Sonnenräder
gegeneinander auf einen Bruchteil einer Zahnteilung begrenzen würde Verwirklichen
läßt sich dieser Gedanke auf einfache Weise dadurch, daß man gemäß einem weiteren
Vorschlag der Erfindung als Ausgleichgetriebe ein sogenanntes Waagebalken-Differential
vorsieht0 In vorteilhafter Weiterbildung könnte eine Drehwinkelverschiebungen ausgleichende
Kraftübertragungseinrichtung mit relativ einfachen baulichen Mitteln dadurch erreicht
werden, daß federelastische Elemente vorgesehen sind, die einenends mit einer an
den beiden einander zugekehrten Enden der-Wellenteile angeordneten Mitnehmerschei#be
und anderenends mit einem Kupplungsteil verspannt sind, der kippbeweglich mit einem
am Antriebsorgan des Spindelantriebs befestigten Teil verbunden ist. Der differenzierte
Freiheitsgrad einer solchen Kräftübertragungseinrichtung ist zwar gering, für die
zu erwartenden Drehwinkelverschiebungen jedoch völlig ausreichend. Im Vergleich
zu anderen Kraftübertragungseinrichtungen zeichnet die sich mit vorstehenden Merkmalen
ausgestattete durch ein besonders hohes Maß an Spiel- und Verschleißfreiheit aus.
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Eine besonders einfache und störunanfällige Bauweise einer Kraftübertragungseinrichtung
läßt sich erfindungsgemäß dadurch erzielen, daß die federelastischen Elemente aus
Metallbändern hergestellt werden0 Die Ausführungsform einer Kraftübertragungseinrichtung
deren Vorteil in einer äußerst rationellen und daher kostensparenden Herstellungsweise
begründet liegt, ist erfindungsgemäß dadurch erreichbar, daß der die Differentialwirkung
auslösende Teil aus Kunststoff und im Spritzgußverfahren hergestellt sowie als monolithischer
Waagebalken mit Sollbiegestellen ausgebildet ist Die Kupplungsverbindung der beiden
Wellenteile könnte nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung auf einfache Weise
auch dadurch hergestelltwerden, daß das dem Spindelantrieb dienende Zahnrad mit
den beiden ihm zugeordneten Wellenenden über Kraftübertrager auf Drehmitnahme verbunden
ist, welche aus elastisch verformbarem Material hergestellt sindo Die Erfindung
ist nachstehend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher beschrieben und in der
Zeichnung dargestellt0 Es zeigt: Fig, 1 den Zentrierspindelantrieb unter Verwendung
eines herkömmlichen Differentialgetriebes, Fig0 2 bis 5 eine spezielle Ausführungsform
einer Kråftübertragungseinrichtung mit Mitteln zum Ausgleich von Drehwinkelverschiebungen
in verschiedenen Ansichten und Querschnittsdarstellungen,
Fig. 6
und 7 ein Waagebalken-Differential und schließlich Fig, 8 eine weitere Ausführungsform
eines Waagebalken-Differential 5 unter Verwendung eines aus Kunststoff hergestellten
monolithischen Kraftübertragers In Fig 1 bedeutet 1 das Gestell einer hinsichtlich
ihrer konstruktiven Gestaltungsmerkmale nicht weiter veranschaulichten, vom prinzipiellen
Aufbau her jedoch bekannten Maschine zum Schleifen und/oder Anfasen der Randfläche
optischer Linsen0 Bei Maschinen dieser Art findet zur Halterung des Linsenkörpers,
ob es sich dabei um bi-konvexe, bi-konkave oder Linsen mit anderer Formgebung handelt,
das sogenannte Glockenspannverfahren Anwendung. Darunter versteht man eine Spann-Richtmethode,
bei der, wie aus Fig. 1 ebenfalls ersichtlich, der zu bearbeitende Linsenkörper
W zwischen zwei mit Spannglocke 2 bzw. 3 versehenen Zentrierspindeln 4 und 5 eingespannt
wird, wobei mit dem Spannvorgang zugleich eine Ausrichtung' bzw. Zentrierung der
optischen Achse der Linse in Bezug auf die Rotationsachse der Spindeln erfolgt Die
Zentrierspindel 4 ist hierzu ortsfest, die andere Spindel 5 hingegen axial verschieblich
gelagert und zum Halten des Linsenkörpers W unter axialer Druckbelastung stehend.
Dabei muß die axiale Spannkraft so groß gewählt sein, daß das eingespannte Werkstück
W den von dem Arbeitswe,rkzeug 6 ausgehenden Schleifdruck ohne Veränderung der Spannlage
aufzunehmen vermag. Die axiale Verschiebüng der Zentrierspindel 5 in die Einstellage
gemäß Fig 1 erfolgt ebenso wie die Sicherung derselben in dieser Einstellage vorzugsweise
vermittels zweier parallel geschalteter llubzylinder 7 und 8. Beide Zylinder wirken
stets gleichzeitig auf eine Tragplatte 9 ein, wozu die Kolben
7a
und 8a über Druckstangen 7b und Bb mit dieser Platte in feste Verbindung gebracht
sind0 über eine nicht weiter veranschaulichte Steuere'inrichtung können die beiden
Hubzylinder 7 und 8 zu einer Hub- bzw0 Senkbewegung veranlaßt werden, an der die
Tragplatte 9 sowie die mit dieser Platte in axiale Mitna'meverbindung gebrachte
Zentrierspindel 5 stets beteiligt ist0 Die jeweilige Spannglocke 2 bzw0 3 ist mit
je einer koaxial in der Spindel 4 bzw0 5 drehbar gelagerten Antriebewelle 4a bzw.
5a drehfest verbunden, Während die Spannglocken 2 und 3 auf den einander zugekehrten
Enden der beiden Antriebswellen 4a und 5a sitzen, sind auf diesen Wellen anderenends
mit gleicher Zähnezahl versehene Stirnräder 10 und 11 drehfest angeordnet0 Die Stirnräder
wiederum stehen mit je einem Zwischen- bzw Umkehrritzel 12 bzw. 13 in Treibverbindung,
Jedes der beiden Ritzel, von denen das Ritzel 12 auf einem ortsfesten Zapfen 14
gelagert und das Ritzel 13 auf einer Stange 15 gleitbar geführt ist, steht mit je
einem Zahnrad 16 bzw 17 in Eingriff Diese beiden Zahnräder besitzen ebenso wie die
Ritzel 12 und 13 gleiche Zähnezahl, womit die Verwirklichung eines Synchronlaufs
der beiden die Spannglocken 2 und 3 tragenden Wellen 4a und 5a beabsichtigt ist0
Die beiden Zahnräder 16 und 17 sind auf je einem Wellenteil 18a und 18b angeordnet,
die exakt fluchtend im Maschinengehäuse 1 drehbar gelagert und mit ihren einander
zugekehrten Enden mit einem Differential herkömmlicher Bauart in drehfeste Verbindung
gebracht sind0 Wie aus Fig0 1 ferner ersichtlich, weist das Gehäuse des Differentialgetriebes
20 umfangseitig einen Zahnkranz 21 auf, in den das Ritzel 22 eines dem Spindelantrieb
dienenden Elektromotors 23 eingreift
In Fig. 2 bis 5 ist eine mit
der Funktion eines herkömmlichen Differentialgetriebes 20 gemäß Fig. 1 vergleichbare,
relative Drehwinkelverschiebungen der beiden Getriebezüge 10, 12, 16 und 11, 13,
17 ausgleichende Kraftübertragungseinrichtung veranschaulicht, die zwei Mitnehmerscheiben
31 und 32 sowie ein Stirnrad 33 umfaßt, die sämtlich auf den einander zugekehrten
Enden der Wellenteile 18a und 18b sitzen, wobei die Scheiben mit den Wellenenden
drehfest verbunden sind, während das Zahnrad drehbeweglich auf diesen lagert. Die
Kupplungsverbindung zwischen Zahnrad 33 und den beiden Mitnehmerscheiben 31 und
32 erfolgt, wie insbesondere aus Fig. 2, 3 und 5 der Darstellung ersichtlich, durch
Einrichtungen zur Übertragung von Drehmomenten, die generell mit K bezeichnet sind
und auf Grund der Verwendung elastischer Elemente relative Drehwinkelverschiebungen
der beiden Mitnehmerscheiben 31 und 32, wenn auch nur in engen Grenzen, zulassen.
Beide Einrichtungen K sind,' wie Fig. 2 zeigt, achssymmetrisch einander gegenüberliegend
angeordnet und hinsichtlich ihres Aufbaus vollidentisch ausgeführt. So weist jede
der beiden flexiblen Kupplungseinrichtungen K, wie wiederum deutlich aus'Fig. 3
und 5 ersichtlich, eine vermittels Halteplatten 34 und 35 fest mit dem Zahnrad 33
verschraubte Blattfeder 36 auf, deren freies Ende 36a durch Verschraubung 37 fest
mit Winkelstücken 38 und 39 verbunden ist. Unter Verwendung von Schrauben 40 und
41 bzw. 42 und 43 sowie zusätzlichen Klemmplatten 44 und 45 bzw. 46 und 47 sind
sowohl mit den Winkelstücken als auch mit den Mitnehmerscheiben 31 und 32 weitere
Blattfedern 48 und 49 fest verspannt. Zusammen mit der Blattfeder 36 bilden die
Blattfedern 48 und 49 ein elastisches Kreuz, das geeignet ist, die Funktion einer
Kupplung mit Differentialwirkung auszuüben.
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Ähnlich wie bei dem herkömmlichen Differentialgetriebe 20
gemäß
Fig, 1 wird auch bei dem vorbeschriebenen der motorische Antrieb über die Verzahnung
33a des Zahnrads 33 in die Kraftübertragungseinrichtung eingeleitet und von den
Blattfedern 36, 48 und 49 auf die beiden mit den Antriebswellen 18a und 18b drehfest
verbundenen Mitnehmerscheiben 31 und 32 übertragen0 Sind dabei die Wellenteile 18a
und 18b gleichen Drehmomentbelastungen ausgesetzt, ist die Synchronität im Umlaufverhalten
der beiden in den Zentrierspindeln 4 und 5 drehbar gelagerten Antriebswellen 4a
und 5a gewahrt0 Theoretisch gesehen, müßten aufgrund der Identität der beiden Getriebezüge
10, 12, 16 und 11, 13, 17, die gleiche Zähnezahlen aufweisen, in beiden Antriebswellen
18a und 18b stets die gleichen Drehmomentbelastungen auftreten Da es praktisch jedoch
nicht möglich ist, Teilung und Zahnflankenabmessungen in den beiden Getriebe zügen
in absolute Übereinstimmung zu bringen, können positive Aufsummierungen von Toleranzen
bzw. Fertigmaßabweichungen in dem einen Räderzug (zO Bo 10, 12, 16) mit negativen
im anderen Räderzug (11, 13, 17) zusammentreffen0 Die Folge davon ist, daß der jeweilige
Getriebezug mit negativer Toleranz-Aufsummierung kein Drehmoment überträgt, weil
Spiel sich zwischen den Zahnflanken des jeweils treibenden und des angetriebenen
Rades gebildet hat ion Zentriermaschinen bekannter Ausführung hatten diese Vorgänge
insofern sehr nachteilige Auswirkungen als sie Scheuerstellen auf den Oberflächen
der fertig bearbeiteten Linsen hinterlienen, Bei einer Zentriermaschine hingegen,
die mit einer Differentialkupplung der vorbeschriebenen Art ausgerüstet ist, wird
der Zahnspielausgleich dadurch herbeigeführt, daß z0 Bo die Scheibe 31 der anderen
Scheibe 32 um denjenigen Winkelbetrag vorauseilen kann, welcher der Summe des sich
aus dem Toleranzunterschied ergebenden Zahnspiels im einen
Räderzug
entspricht. Aufgrund der Elastizität der Blattfeder 36 können die beiden Mitnehmerscheiben
31 und 32, wenn auch nur in Beträgen von Winkelminuten,Drehwinkelverschiebungen
zueinander ausführen. Tritt das Zahnspiel durch eine Toleranzsummierung im Räderzug
10, 12, 16 auf, kippt das aus den Blattfedern 36, 48 und 49 gebildete elastische
Kreuz nach der Seite, die die höhere Drehmomentbelastung aufweist0 Wechselnde Toleranzsummierungen
können somit ständige - wenn auch kleine -Pendelbewegungen des elastischen Kreuzes
zur Folge haben, wodurch im Endeffekt ein gewisser Ausgleich hinsichtlich Asynchronität
im Umlaufverhalten der beiden Getriebezüge herbeigeführt wird.
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Wird nach einer gewissen Drehwinkelverschiebung am Ende eines Bearbeitungsvorgangs
der Spanndruck vom-Werkstück W genommen, kehrt das elastische Kreuz in die Normallage
zurück, wobei die Blattfedern 36, 48 und 49 wieder die Gestrecktlage einnehmen.
Läßt man die Zentrierspindeln 4 und 5 ohne eingespanntes Werkstück W laufen, besteht
kein kraftschlüssiger Zwang zum Synchronlauf der Spindeln Zufallsunterschiede in
den Reibungsverhältnissen der beiden Spindeln 4 und 5 sowie, der jeweiligen ihnen
zugeordneten Getriebezüge 10, 12, 16 und 11, 13, 17 konnten dann zu einer Auslenkung
der Blattfederanordnung führen, die nicht auf Toleranzgrößenanordnungen begrenzt
wären. Um dies zu vermeiden ist ein Anschlagbolzen 60 im Zahnrad 33 befestigt, der
in Nuten 31a und 32a eingreift und somit relative Drehbewegungen der beiden Mitnehmerscheiben
31 und 32 gegenüber dem Zahnrad 33 auf den durch die Nutenweite vorgegebenen Bewegungsspielraum
begrenzt.
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In Fig, 6 und 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Einrichtung
zum Ausgleich unterschiedlicher, in den Wellenteilen 18a' und 18oV auftretender
Drehmomentbelastungen veranschaulicht0 Es stimmt hinsichtlich seines prinzipiellen
Aufbaus mit der vorbeschriebenen, in Fig, 2 bis 5 veranschaulichten Kraftübertragungseinrichtung
weitgehend überein, weshalb gleiche Teile auch mit den gleichen Bezugszeichen, zur
besseren Unter scheidung jedoch zusätzlich noch mit einem Strich versehen wurden
Dies gilt für die mit den Wellenteilen 18av und 18b' drehfest verbundenen Mitnehmerscheiben
31 und 32' ebenso wie für, das auf den Wellenstummeln drehbar gelagerte Zahnrad
33' Letzteres weist symmetrisch zur Achse der Wellenteile 18a' und 18b' yegenüberliegend
angeordnete kulissenartige Aussparungen 33b' auf, in denen jeweils ein sogo Waagebalken
50 mittels eines radial gerichteten Zapfens 51 um dessen Achse kippbeweglich gelagert
ist0 Wie insbesondere aus Fig0 7 ersichtlich, ist der beidenends mit gabelförmigen
Aussparungen 50a versehene Waagebalken 50 formschlüssig mit Zapfen 31a' und 32a'
in Eingriff gebracht, die umfangseitig in die jeweilige Mitnehmerscheibe 31' bzw0
32v eingesetzt sind, Bei der vorbeschriebenen Einrichtung handelt es sich, wie der
Aufbau zu erkennen gibt, um ein sog, Waagebalken-Differential, das sich in gleich
vorteilhafter Weise wie die Kraftübertragungseinrichtung gemäß Fig, 2 bis 5 zum
Ausgleich unterschiedlicher, in den Wellenteilen 18a' und 18b' auftretender Drehmomentbelastungen
eignet0 Eine weitere Variante des Waagebalken-Differentials könnte gemäß dem in
Fig0 8 veranschaulichten Ausführungsbeispiel auf noch einfachere Weise dadurch verwirklicht
werden, daß als Waagebalken nicht ein aus
Metall gefertigter starrer
Teil sondern ein im Spritzgußverfahren hergestellter Kunststoffteil 53 verwendet
wird, den man durch Reduzierung des Materialquerschnitts an bestimmten Stellen mit
Sollblegestellen 53a und 53b versieht. Die Verbindung des Waagebalkens 53 könnte
in gleicher Weise wie das elastische Kreuz im Ausführungsbeispiel gemäß Fig 2 bis
5 durch Verschraubungen 54 und 55 sowohl mit dem Zahnrad 33 " als auch mit den Mitnehmerscheiben
31'' und 32'' erfolgen.
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Schließlich könnte auch daran gedacht werden, den Ausgleicheffekt
zwischen den Wellenteilen 18a und 18b der Antriebswelle dadurch zu erreichen, daß
das dem Spindelantrieb dienende Zahnrad mit den beiden ihm zuge~ -kcrten Wellenenden
durch Körper, beispielsweise Ringk(;rr#Cr verbunden wird, die aus elastischem Material,
wie etwa gewebedurchzögenem Gummi odgl. hergestellt sind.
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