DE3744118A1 - Vorrichtung zum zentrieren von optischen linsen fuer die mechanische halterung insbesondere beim randschleifen und facettieren - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zentrieren von optischen Linsen für die mechanische Halte­ rung insbesondere beim Randschleifen und Facettieren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Gemäß der DE-PS 10 04 516 hat man hierzu die Linse mit hohem Druck zwischen zwei Glocken eingespannt, damit sich ihre Lage nicht mehr selbsttätig ändert. Zum Zentrieren der Linse wurde während des Spannvorganges die Spannglocken durch Ultraschall in Schwingungen versetzt, um die ruhende Reibung zwischen Glocke und Linse in eine niedrigere Gleitreibung umzuwandeln. Dieser Übergang erfolgte jedoch sprunghaft, wodurch häufig Beschädigungen der Linse mit unerwünschtem Materialabtrag auftraten.

Man hat ferner versucht, die Spannglocken beim Einspannen der Linse mit entgegengesetztem Drehsinn anzutreiben. Auch hierbei besteht ein hohes Beschädigungsrisiko, so daß sich Schleifspuren in Form von in die Linsenoberfläche einge­ schnittenen Ringen kaum vermeiden lassen.

In der DE-AS 21 48 102 wurde vorgeschlagen, auf der höhenun­ veränderlichen Spannglocke einen piezokeramischen Rohr­ schwinger anzuordnen, der elektrisch über Schwellenwert­ schalter so gesteuert wird, daß die Spannglocke bei errei­ chen eines vorgegebenen Druckes absinkt, wodurch der Schwin­ gungsgenerator abgeschaltet wird. Der Piezoschwinger dient gleichzeitig zum Prüfen des Spanndruckes, dem die Schwin­ gungsamplitude geregelt angepaßt wird. Bei dieser Anordnung sind Elektronik-Unsicherheiten nachteilig. Ferner hat der Schwinger eine nicht unbeachtliche Axialdruckempfindlich­ keit. Durch die Druckbelastung beim Einspannen entsteht eine Vorspannung; die Abstützung des Schwingers ist daher proble­ matisch.

Aus der DE-OS 31 39 873 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der Unregelmäßigkeiten eines Zahnradantriebes ausgenutzt werden, um Relativbewegungen zwischen Linse und Spannglocken zu erzeugen. Als Ausgleichseinrichtung ist ein Waagebalken- Differential in einem Kegelrad-Getriebezug zwischen den beiden Teilen einer zweiteiligen Zentrierspindel und An­ triebswelle vorgesehen. Für eine Druckplatte der oberen, axialbeweglichen Spindel ist ein hydraulischer Spannzylinder vorhanden. Infolge der hohen Reibung der Spannspindel in ihrer Gleitlagerung ist jedoch eine feine Regulierung des Einspanndruckes schwer zu realisieren, so daß auch diese Vorrichtung nur begrenzt anwendbar ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Überwindung der Nach­ teile des Standes der Technik, das Zentrieren und Aussrich­ ten von Linsen mittels Spannelementen auf einfache Weise zu verbessern, wobei Beschädigungen der Linsen durch eine fein­ fühlige Zustellung vermieden werden.

Hauptmerkmale der Erfindung sind im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegeben. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 20.

Erfindungsgemäß sind die Zentrierspindeln als steife, radial und axial direktgelagerte Wellen ausgebildet und mittels ei­ ner druckmittelbetätigten, insbesondere hydraulischen Spann­ einrichtung aufeinander zu und voneinander weg bewegbar. Es werden also die Spindelwellen selbst unmittelbar für die spielfreie Radial- und Axiallagerung verwendet. Zudem ist die Spindel über einen Membrankolben zusätzlich abgestützt, der parallel zur Spanneinrichtung arbeitet. Zunächst werden die Spannspindeln durch die Spanneinrichtung grob zuge­ stellt, wobei jedoch die Linse noch nicht zwischen den Spannglocken eingespannt wird. Anschließend erfolgt die feinfühlige Zustellung mittels des Membrankolbens, so daß die Linse sich zwischen den Spannglocken ausrichten kann, wobei Beschädigungen der Linse vermieden sind. Hierbei kann gleichzeitig mit den eingangs beschriebenen Mitteln die ruhende in eine gleitende Reibung überführt werden. Nach dem Ausrichtvorgang erfolgt dann der eigentliche Spannvorgang mittels der Spannvorrichtung.

Durch Abschalten des an den Kurzhubkolben wirkenden Druckes bewegen sich die Zylindergehäuse mit dem sie verbindenden Joch durch den an den Langhubkolben wirkenden Druck axial in Richtung der Festspindel. Da die Spannkraft zur Bearbeitung der Linse den zum Ausrichten der Linse über den Membrankol­ ben erzeugten Druck um ein Vielfaches übersteigt, setzt sich der Membrankolben auf das Joch auf und die Spannkraft der Langhubkolben wirkt voll auf die Welle der Spannspindel. Dabei wird der an den Langhubkolben wirkende Druck so hoch eingestellt, daß die über das Joch eingeleitete Kraft auf die Spindelwelle so groß ist wie die an der Linse benötigte Spannkraft plus der Federkraft, mit der die Axiallagerung der Spannspindel eingestellt ist. Die axiale Führungsge­ nauigkeit während der Bearbeitung der Linse wird von der Axiallagerung der Festspindel übernommen.

Da die neuzeitliche Schleiftechnik die Herstellung von Wel­ len mit hoher Durchmesser-, Rundheiz- und Laufgenauigkeit gewährleistet, erzielt man dank dieser überraschend ein­ fachen Maßnahme die hier erforderliche Spielfreiheit.

Die Ausbildung der Spanneinrichtung gemäß Anspruch 2 erlaubt es, mit einer sehr übersichtlichen und wenig aufwendigen Konstruktion die benötigten Spannkräfte aufzubringen. Dazu werden doppeltwirkende Druckzylinder eingesetzt, die laut Anspruch 3 mit ihrem Gehäuseteil an einer Jochplatte befe­ stigt und mit ihren Kolbenstangen am Maschinengehäuse veran­ kert sind.

Vorteilhaft weist jeder Druckzylinder gemäß Anspruch 4 einen Kurzhubkolben auf, dem ein Langhubkolben mit axialer Durch­ gangsbohrung nachgeordnet ist. Dies gestattet in einfacher Weise die Begrenzung der Grobzustellung, wobei dann zum Spannvorgang nur noch der Kurzhubkolben, der zur Hubbegren­ zung des Langhubkolbens dient, verschoben werden muß.

Nach Anspruch 5 stützt das Joch über den Membrankolben das untere Ende der Spannspindel axial ab.

Die Axialbewegung der Spanneinrichtung kann gemäß Anspruch 7 durch Druckregler, Kraftmesser und dergleichen steuerbar sein, welche auf die Druckzylinder wirken. Dadurch ist eine gute Kontrolle des Einspannvorganges gewährleistet, so daß etwaiger Ausschuß bei der Bearbeitung auf ein Minimum herab­ gedrückt wird.

Nach Anspruch 10 ist vorgesehen, daß die Getriebeelemente so ausgebildet und angeordnet sind, daß die Spanneinrichtung unabhängig vom Antriebszustand der Spannspindel betätigbar ist. Deren Axialbewegung läßt sich daher in jedem Augenblick exakt steuern.

Wichtig ist ferner die Ausgestaltung gemäß Anspruch 9, wo­ nach die Getriebeelemente über eine geteilte Antriebswelle stoßfrei antreibbar sind. Herkömmlich kaum oder nicht ver­ meidbare Schleifspuren werden infolgedessen nicht erzeugt.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Axialschnitt-Gesamtansicht einer Zen­ triervorrichtung,

Fig. 2 eine Ausschnittvergrößerung der in Fig. 1 rechts unten dargestellten Spanneinrichtung,

Fig. 3 eine vergrößerte Axialschnitt-Ansicht einer oberen Zentrierspindel-Führung und

Fig. 4 eine vergrößerte Axialschnitt-Ansicht einer unteren Zentrierspindel-Führung.

Die gezeichnete Vorrichtung hat ein Gehäuse 10 mit einer Wellenlagerung 12 für eine geteilte Antriebswelle 14, 14′. Diese steht über Getriebeelemente 16, 16′ mit Zentrierspin­ deln 18, 18′ in Antriebsverbindung. Die untere Zentrierspin­ del 18 trägt eine untere Spannglocke 20, die obere Zentrier­ spindel 18′ eine obere Spannglocke 20′. Dazwischen ist eine Linse L zur Bearbeitung einspannbar. Die Zentrierspindeln 18, 18′ werden über die Getriebeelemente 16, 16′, die An­ triebswellen 14, 14′, den Drehmomentteiler 50 und den Rie­ mentrieb R von einem Motor M synchron angetrieben.

Das allgemein C-förmig gestaltete Gehäuse 10 hat an vorra­ genden Teilen ein unteres Führungs- und Spannlager 22 für die untere Zentrierspindel 18 bzw. ein oberes Führungs- und Spannlager 22′ für die obere Zentrierspindel 18′. Diese Führungs- und Spannlager dienen zur zentrischen Festlegung der Zentrierspindeln beim Bearbeitungsvorgang. In einer Kammer 44 ist eine Spanneinrichtung 24 untergebracht, die unabhängig von den Getriebeelementen 16 betätigbar ist, um die untere Zentrierspindel 18 mit auf der unteren Spann­ glocke 20 aufliegender Linse L gegen die obere Spannglocke 20′ axial ausgerichtet anzudrücken.

Einzelheiten dieser Anordnung gehen aus Fig. 2 hervor. Die Spanneinrichtung 24 weist ein als Platte ausgebildetes Joch 26 auf, an dem beiderseits der Zentrierspindel-Achse A zwei Druckzylinder 28 mit ihren Gehäuseteilen befestigt sind. Die Kolbenstangen 30 der Druckzylinder 28 durchsetzen die Joch­ platte 26 frei; sie sind an einer Gehäuseplatte 29 verankert und haben axiale Durchgangsbohrungen 42, um eine doppeltwir­ kende Druckbeaufschlagung (wie mit Pfeildreiecken angedeu­ tet) zu ermöglichen.

Zentrisch zur unteren Zentrierspindel 18 ist im Joch 26 ein Membrankolben 32 angeordnet, der über ein Drucklager 33 axial auf das untere Ende der unteren Zentrierspindel 18 wirkt. Dieses ist in einem Antriebsrad 34 mit Radiallager 35 und Kupplungsstück 36 axial und radial exakt abgestützt. Am Umfang des Antriebsrades 34 greift eines der Getriebeele­ mente 16 an, insbesondere ein Riementrieb. Die Spindel 18 hat eine Außenhülse 19, die über ein Stützlager 84 a mit der inneren Spindelwelle 18 verbunden ist. Dadurch ist eine be­ sonders präzise axiale und radiale Abstützung der Zentrier­ spindel 18 gewährleistet.

Die Druckzylinder 28 weisen jeweils einen Kurzhubkolben 38 auf, dem ein Langhubkolben 40 mit einer Kolbenstange 30 nachgeordnet ist. Werden die Druckzylinder 28 an den Druckmittelanschlüssen I und II gleichzeitig mit demselben Druckmittel beaufschlagt, so bewegen sich die Kurzhubkolben 38 bis zum oberen Anschlag im Zylindergehäuse und die Zylin­ der 28 mit der Jochplatte 26 und der daran gehalterten Zentrierspindel 18 (Spannspindel) bewegen sich in Richtung der oberen Zentrierspindel 18′ (Festspindel). Die Aufwärts­ bewegung kommt zum Stillstand, sobald der Langhubkolben 40 auf den ebenfalls druckbeaufschlagten Kurzhubkolben 38 auf­ trifft, der eine größere wirksame Druckfläche hat. In dieser Position ist die Festspindel 18′ so eingestellt, daß zwischen ihrer Spannglocke 20′ und der auf der unteren Spannglocke 20 liegenden Linse L ein Spalt von wenigen Zehntelmillimetern vorhanden ist.

Setzt man nun im Joch 26 den Hohlraum, welcher das Druckla­ ger 33 umgibt, über den Anschluß IV unter einen feinregu­ lierbaren erhöhten Druck, so wird über den Membrankolben 32 die Spannspindel 18 weiter aufwärts bewegt. Bei dieser Axialbewegung wird die untere Zentrierspindel 18 in den Luftlagern 90 mit überaus geringer Reibung sehr genau ge­ führt. Weil der Membrankolben 32 ebenfalls eine sehr geringe innere Reibung aufweist, läßt sich die benötigte Spannkraft für das Ausrichtung der Linse L sehr feinfühlig einstellen. Bei Berührung der oberen Spannglocke 20′ mit der oberen Linsenfläche werden an der Linse L Verschiebekräfte wirksam, welche die Haftreibung der Linse L auf der unteren Spann­ glocke 20 überwinden. Die Linse L verschiebt sich daher und richtet sich nach der optischen Achse A aus.

Setzt man nun über den Anschluß 98 den Hohlraum 88 mit einem Druckmedium unter hohen Druck, so wird die dünnwandige Füh­ rungshülse 86 zum Zentrum hin zentrisch deformiert und klemmt die Führungshülse 19 mit der Spindel 18 in der einge­ stellten Lage fest, ohne die Achslage zu verändern.

Bei Abschalten des auf die Kurzhubkolben 38 wirkenden Druckes bewegen sich die Gehäuse der Druckzylinder 28 samt der sie verbindenden Jochplatte 26 infolge des an den Lang­ hubkolben 40 wirksamen Druckes axial in Richtung zur Fest­ spindel 18′.

Die zur Bearbeitung der Linse L benötigte Spannkraft über­ steigt den zum Ausrichten mittels des Membrankolbens 32 erzeugten Druck um ein Vielfaches. Daher setzt sich der Membrankolben 32 auf das Joch 26, so daß die Spannkraft der Langhubkolben 40 voll auf die Welle der Spannspindel 18 wirkt. Der an den Langhubkolben 40 wirkende Druck wird dabei so hoch eingestellt, daß die über das Joch 26 eingeleitete Kraft auf die untere Zentrierspindel so groß ist, wie die an der Linse L benötigte Spannkraft zuzüglich derjenigen Kraft der Feder 82 mit der die Axiallagerung dieser Spannspindel 18 eingestellt ist. Für die axiale Führungsgenauigkeit wäh­ rend der Linsenbearbeitung sorgt das Stützlager 74 b der oberen Zentrierspindel 18′.

Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließ­ lich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.

Claims (20)

1. Vorrichtung zum Zentrieren von optischen Linsen für die mechanische Halterung insbesondere beim Randschleifen und Facettieren, mit einem Gehäuse (10), in dem eine Antriebs­ welle (14, 14′) gelagert ist, die über Getriebeelemente (16, 16′) zwei in Achsrichtung (A) fluchtende Zentrierspindeln (18, 18′) motorisch antreibt, deren einander zugewandte Enden Spannglocken (20, 20′) tragen, zwischen denen zur Bearbeitung eine Linse (L) einspannbar ist, die auf der ersten Spannglocke (20) ruhend von einer axialverschiebbaren Spannspindel (18) gegen die zweite Spannglocke (20′) preßbar ist, die von einer axialverstellbar angeordneten Festspindel (18′) gehaltert wird, wobei die Zentrierspindeln mittels einer druckmittelbetätigten Spanneinrichtung aufeinander zu und voneinander weg bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierspindeln (18, 18′) als steife, radial und axial direktgelagerte Wellen ausgebildet sind, und daß min­ destens ein Druckzylinder (28) parallel zur Achsrichtung zur Verschiebung der Zentrierspindel (18) angeordnet ist und daß das Ende der Spannspindel (18) axial über einen Membrankol­ ben (32) gegenüber dem Druckzylinder (28) abgestützt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanneinrichtung (24) ein Joch (26) aufweist, das mit­ tels zweier beiderseits der Spannspindel (18) angeordneter, doppeltwirkender Druckzylinder (28) parallel zur Achsrich­ tung (A) verschieblich ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckzylinder (28) mit ihrem Gehäuseteil an der Platte (26) befestigt sind und daß ihre Kolbenstangen (30) am Maschinengehäuse (10, 29) verankert sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß jeder Druckzylinder (28) einen Kurzhubkolben (38) aufweist, dem ein Langhubkolben (40) mit axialer Durchgangs­ bohrung (42) nachgeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch (26) am Ende der Spannspindel (18) befestigt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende der Spannspindel ein Kupplungs­ stück (36) befestigt ist, das formschlüssig, jedoch axial verschiebbar mit einem Antriebsrad (34) verbunden ist, das über Radiallager (35) an dem Gehäuse (10, 29) angeschlossen ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialbewegung der Spanneinrichtung (24) durch auf die Druckzylinder (28) wirkende Steuermittel wie Druckregler, Kraftmesser und dergleichen steuerbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Getriebeelemente (16, 16′) derart an der Spanneinrichtung (24) angreifen, daß die Spannspindel (18) unabhängig vom Antriebszustand mittels der Spannein­ richtung (24) axial verschiebbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Getriebeelemente (16, 16′) über eine geteilte Antriebswelle (14, 14′) angetrieben sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannspindeln (18, 18′) lotrecht liegend angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zentrierspindel (18, 18′) in einer Führungshülse (19, 19′) angeordnet ist, und durch Stützlager (84 a, 84 b; 74 a, 74 b) gegenüber dieser abgestützt ist, und daß zumindest eine der beiden Führungshülsen (19) zusätzlich über ein oder mehrere Luftlager (90) im Maschinengestell (10) geführt ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß auch die obere Zentrierspindel (18′) in einem Luftlager gelagert ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das bzw. jedes Luftlager (90) eine dünne Führungshülse (76, 86) aufweist, welche die betreffende Zentrierspindel (18, 18′) bzw. deren Führungshülse (19, 19′) eng umschließt und ihrerseits von einem mit einem Druckmit­ tel beaufschlagbaren Hohlraum (78, 88) umgeben ist, und so ein Spannlager (22, 22′) bildet.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum einerseits durch die Füh­ rungshülse (76, 86) und andererseits durch vorragende Trag­ teile (100, 100′) des allgemein C-förmig gestalteten Gehäu­ ses (10) gebildet sind, welche die Spannlager (22, 22′) miteinander fluchtend haltern.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im oberen Hohlraum (78) mit­ tels einer Stelleinrichtung (80) ein- oder nachstellbar ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest das untere Spannlager (22) einen Anschluß (98) für eine Speiseleitung aufweist.

17. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die einander gegenüberlie­ genden Luftlager (90) mit unterschiedlichen Drücken beauf­ schlagbar sind.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß Frequenz und Druck der Druckbeaufschlagung pneumatisch und/oder elektrisch regel- bzw. einstellbar sind.

19. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand der bzw. jeder Führungshülse (76, 86) Kanäle und/oder Taschen (90) auf­ weist, insbesondere in Form von je vier Luftpolsterfeldern.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle bzw. Taschen (90) als achsparallele und/oder teilringförmige Nuten ausgebildet sind.