DE4101237C2 - Maschine zum gleichzeitigen Schleifen oder Polieren einer Mehrzahl von scheibenförmigen Werkstücken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Maschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art zum gleichzeitigen Schleifen oder Polieren einer Mehrzahl von scheibenförmigen Werkstücken, insbesondere von Computerspeicherplatten.

Computerspeicherplatten sind typischerweise hochpolierte Gegenstände, die höchsten Qualitätsansprüchen genügen müssen. Jeder Kratzer auf der Oberfläche einer harten Platte führt zu einem bleibenden Verlust wenigstens eines Teils der Speicherkapazität der Platte. Das Schleifen und Polieren solcher harter Platten durch Maschinen gemäß dem Stand der Technik erbrachte Platten mit radialen oder rosenblattförmigen Mustern, in denen kleine Rillen vom Zentrum der Scheibe zu dem äußeren Radius der Scheibe laufen, oder Platten mit Spiralmustern, bei denen die Spirale im Zentrum der Scheibe beginnt und sich spiralförmig ausdehnt, bis sie an der Außenseite der Platte endet. Kratzer in den radialen oder spiralförmigen Vertiefungen können sich über große laterale Teile der Scheibe erstrecken, was zu einem Verlust einer wesentlichen Menge von Speicherraum führt und die Platte unbrauchbar macht.

Durch die US-PS 4 621 458 ist eine Maschine der betreffenden Art zum gleichzeitigen Schleifen oder Polieren einer Mehrzahl von scheibenförmigen Werkstücken bekannt, bei der die scheibenförmigen Werkstücke drehbar durch Führungsrollen geführt sind. Die Polierscheiben liegen mit ihren Außenbereichen nur auf einem Teil der Werkstücke auf, so daß diese durch die beim Polieren auftretende Reibkraft rotierend angetrieben sind. Dadurch entstehen die zuvor beschriebenen rosenblattförmigen Bearbeitungsmuster in der Oberfläche der Werkstücke, da die Drehbewegung der Werkstücke immer in einem bestimmten Verhältnis zu der Rotationsbewegung der Schleif- oder Polierscheiben steht. Die Anlage der scheibenförmigen Werkstücke an den Führungsrollen wird durch die radial nach außen gerichteten Komponenten der bei der Bearbeitung auftretenden Reibkräfte bewirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art zu schaffen, bei der die Gefahr des Auftretens von Bearbeitungsmustern in der Oberfläche der scheibenförmigen Werkstücke verringert ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebene Lehre gelöst. Nach dieser Lehre sind zunächst die Schleif- oder Polierscheiben ringförmig ausgebildet, wobei ihr mittlerer Durchmesser zumindest ungefähr dem Durchmesser des Kreises entspricht, auf dem die Werkstücke angeordnet sind. Dadurch werden größere radiale Kräfte auf die Werkstücke vermieden. Auch bleiben dadurch die in Umfangsrichtung der Werkstücke wirkenden Komponenten der bei der Bearbeitung entstehenden Reibkräfte gering. Der Drehantrieb der scheibenförmigen Werkstücke erfolgt durch Reibverschluß mit einem zentralen und von einer achsparallel zu den Werkstücken angeordneten Spindel drehangetriebenen Antriebsring, an dessen Außenumfangsfläche sich die Werkstücke abstützen und der so die Werkstücke zu einer Drehbewegung um ihre eigene Achse antreibt. Die Drehgeschwindigkeit der Werkstücke ist somit von der Drehgeschwindigkeit des drehangetriebenen Antriebsringes bestimmt und nicht durch die Drehgeschwindigkeit der Schleif- oder Polierscheiben. Dadurch ist die Gefahr der Ausbildung von Bearbeitungsmustern in der Oberfläche der Werkstücke verringert. Durch den Zwangsdrehantrieb der Werkstücke ist deren Drehgeschwindigkeit frei wählbar, so daß so das bestmögliche Arbeitsergebnis erzielbar ist. Auch ist es möglich, zunächst die ringförmig ausgebildeten Schleif- oder Polierscheiben schnell zu drehen, um eine hohe Schleifgeschwindigkeit und damit verbunden eine hohe Abtrags- bzw. Zerspanungsrate zu erreichen. Die scheibenförmigen Werkstücke brauchen sich dabei, angetrieben durch den Antriebsring, nur langsam zu drehen, so daß alle Oberflächenteile der scheibenförmigen Werkstücke gleichmäßig bearbeitet werden. Merkliche Drehmomente treten dabei in bezug auf die Drehung der scheibenförmigen Werkstücke nicht auf.

Ist das gewünschte Maß der Berarbeitung der Oberfläche der Werkstücke erreicht, wobei natürlich noch Schleifriefen in jedenfalls teilweise radialer Richtung aufgetreten sein können, so läßt sich eine End- oder Feinbearbeitung durchführen, bei der die Drehgeschwindigkeiten genau umgekehrt werden. Die ringförmigen Schleif- oder Polierscheiben werden nur noch langsam gedreht, so daß sich ihre wirksamen Bearbeitungsflächen nur noch langsam diametral über die Oberflächen der Werkstücke hinwegbewegen. Dabei läßt sich aber gleichzeitig die Drehgeschwindigkeit der Werkstücke durch Erhöhung der Drehzahl des zentralen Antriebsringes beträchtlich erhöhen. Dabei erfolgt eine Feinbearbeitung. Die hierbei erforderlichen Kräfte lassen sich ohne Schwierigkeiten durch die äußere Kante des zentralen Antriebsringes auf die scheibenförmigen Werkstücke übertragen. Es ist dabei von entscheidendem Vorteil, daß die Bearbeitungsrichtung praktisch nur noch in Umfangsrichtung erfolgt, so daß nach der Feinbearbeitung eventuell noch verbleibende kleine Riefen kreisförmig sind, so daß dadurch die Speicherfähigkeit einer Computerspeicherplatte wesentlich geringer oder gar nicht beeinträchtigt wird.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden, wobei gleiche Bezugsziffern in den verschiedenen Ansichten gleiche Elemente bezeichnen.

Fig. 1 zeigt in Draufsicht verschiedene Einzelheiten einer Maschine gemäß der Erfindung,

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht verschiedener Einzelheiten der Maschine gemäß der Erfindung,

Fig. 3A, 3B und 3C zeigen verschiedene Muster, die auf ein scheibenförmiges Werkstück durch die Maschine gemäß der Erfindung und durch Maschinen gemäß dem Stand der Technik aufgebracht sind,

Fig. 4A und 4B zeigen vergrößert eine Draufsicht auf einen Rollenträger der Maschine und den Schnitt 4B-4B aus Fig. 4A.

Fig. 1 zeigt in Draufsicht die Maschine gemäß der Erfindung, die aufweist einen zentralen Antriebsring 10 mit einer Außenumfangsfläche bzw. äußeren Kante 15, eine obere ringförmige Schleif- oder Polierscheibe 22, stationäre Führungsrollen 40, Klemmführungsrollen 50, Rollenträger 45 und scheibenförmige Werkstücke 30. Die scheibenförmigen Werkstücke 30 sind so in Position gebracht, daß die Z″-Achsen der scheibenförmigen Werkstücke 30 in Form eines konzentrischen Kreises angeordnet sind. Die ringförmige obere Schleif- oder Polierscheibe 22 ist im wesentlichen über den Z″-Achsen der scheibenförmigen Werkstücke 30 zentriert. Der zentrale Antriebring 10 bildet einen zweiten konzentrischen Kreis, der in seinem Durchmesser kleiner ist als der erste konzentrische Kreis. An jedem Rollenträger 45 ist senkrecht eine stationäre Führungsrolle 40 und eine Klemmführungsrolle 50 angebracht. Die stationäre Führungsrolle 40 kann sich um eine erste Achse Z″′ drehen. Die Klemmführungsrolle 50 kann sich um eine Achse Z′ drehen. Der Rollenträger 45 kann sich außerdem von dem scheibenförmigen Werkstück weg und dazu hin um Achse Z″′ drehen. Die stationäre Führungsrolle 40 und Klemmführungsrolle 50 sind rund um die Maschine in einer solchen Weise angeordnet, daß sie einen dritten konzentrischen Kreis bilden. Der dritte konzentrische Kreis ist in seinem Durchmesser größer als der zweite konzentrische Kreis, der durch die Kombination der Werkstückachsen Z″ definiert ist.

Ist die Maschine in Betrieb, so dreht sich beispielsweise der zentrale Antriebsring 10 entgegen dem Uhrzeigersinn. Die scheibenförmigen Werkstücke 30 sind in Reibungskontakt mit dem zentralen Antriebsring 10 und einer stationären Führungsrolle 40 und einer Klemmführungsrolle 50. Die Drehung des zentralen Antriebsringes 10 entgegen dem Uhrzeigersinn bewirkt, daß sich die scheibenförmigen Werkstücke 30 alle um die Achse Z″ in einer Richtung entgegengesetzt zu dem zentralen Antriebsring 10 drehen. Die Drehung der Werkstücke 30 bewirkt wiederum eine Drehung der stationären Führungsrollen 40 und der Klemmführungsrollen 50 in einer Richtung, die identisch mit der des zentralen Antriebsringes ist.

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht der verschiedenen Teile der Schleif- und Poliermaschine gemäß der Erfindung. Die Maschine weist eine ringförmige untere Schleif- oder Polierscheibe 23 auf, die senkrecht an einer ersten Spindel 27 befestigt ist. Die untere ringförmige Schleif- oder Polierscheibe 23 ist im wesentlichen über der Z″-Achse der scheibenförmigen Werkstücke 30 zentriert. Die Maschine weist außerdem die obere ringförmige Schleif- oder Polierscheibe 22 auf, die senkrecht an einer zweiten Spindel 26 befestigt ist.

Die obere ringförmige Schleif- oder Polierscheibe 22 und die untere ringförmige Schleif- oder Polierscheibe 23 weisen beide einen Schleifstein oder ein Schleifkissen 20 oder 20′ auf, die direkt an den scheibenförmigen Werkstücken 30 anliegen. Der zentrale Antriebsring 10 ist senkrecht an einer dritten Spindel 12 angebracht. Die äußere Kante 15 des zentralen Antriebsringes 10 steht in Reibkontakt mit der Kante der scheibenförmigen Werkstücke 30. Die scheibenförmigen Werekstücke 30 sind außerdem jeweils in reibschlüssigem Kontakt mit einer stationären Führungsrolle 40 und einer Klemmführungsrolle 50 (nicht gezeigt), die beide senkrecht an einem einzigen Rollenträger 45 befestigt sind.

Die erste Spindel 27, die zweite Spindel 26 und die dritte Spindel 12 rotieren alle um die Spindelachse Z. Jede der Spindeln 12, 26, 27 kann unabhängig voneinander mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durch getrennte Motoren gedreht werden, die durch Räder und Treibriemen mit den Spindeln verbunden sind, oder durch einen einzigen Motor oder durch zwei Motoren. Die dritte Spindel 12 bewirkt ein Drehen des zentralen Antriebsringes 10.

Fig. 3a, b und c zeigen Muster, die durch die Maschine gemäß der Erfindung und durch Schleif- und Poliermaschinen gemäß dem Stand der Technik auf das scheibenförmige Werkstück aufgebracht sind. Scheibenmuster 3a ist ein radiales oder vom Zentrum wegweisendes Muster, das durch Schleif- und Poliermaschinen gemäß dem Stand der Technik erzeugt worden ist. Der Nachteil dieses Musters besteht darin, daß ein Kratzer oder Riß in einer der vom Zentrum wegweisenden Richtungen sich von dem inneren Durchmesser zu dem äußeren Scheibendurchmesser erstreckt und zu einem solchen wesentlichen Verlust an Speicherraum auf der Scheibe führt, daß die Scheibe Ausschuß ist. Scheibenmuster gemäß Fig. 3b ist ein mehr bevorzugtes Spiralmuster, das ebenfalls durch Maschinen gemäß dem Stand der Technik erzeugt worden ist. Ein Kratzer oder Riß in der Spirale führt zu einem geringeren Verlust an Speichermöglichkeiten der Scheibe. Schließlich ist das Scheibenmuster gemäß Fig. 3c ein bevorzugtes, konzentrische Kreise aufweisendes Muster, das durch eine Maschine gemäß der Erfindung erzeugt worden ist.

Ein Kratzer in einem einzigen konzentrischen Muster führt nur zu einem Verlust des Speicherinhalts, der in dem konzentrischen Muster enthalten ist. Dies deshalb, weil das konzentrische Muster die Methode nachahmt, die durch einen Computer zum Lesen der Speicherscheibe angewendet wird. Der Computer liest die Speicherscheibe im wesentlichen in einem Muster von konzentrischen Kreisen. Ein Kratzer in einem einzigen konzentrischen Kreis führt daher nicht zu einem Verlust an Speichermöglichkeiten in allen konzentrischen Kreisen.

Fig. 4a und b zeigen im einzelnen von oben und im Schnitt verschiedene Einzelheiten der Rollenträger 45 der Maschine. Jeder Rollenträger 45 weist ein Hauptgehäuse 70 auf, an dem eine stationäre Führungsrolle 40 und eine Klemmführungsrolle 50 senkrecht angebracht sind. Die stationäre Führungsrolle 40 dreht sich um die erste Achse Z″′, während die Klemmführungsrolle 50 um die zweite Achse Z′ rotiert. Der Rollenträger 45 weist eine Drehachse 71 auf. Die Drehachse 71 entspricht der ersten Achse Z″′. Der Rollenträger 45 dreht sich um die Drehachse 71 in Richtung auf die Werkstücke 30 zu und davon weg. Wenn der Rollenträger 45 sich dreht, so bewegt sich die Klemmführungsrolle 50 seitlich auf die scheibenförmigen Werkstücke 30 (nicht gezeigt) zu oder davon weg, während die stationäre Führungsrolle 40 im wesentlichen stationär bleibt.

Der Rollenträger 45 weist eine Grundplatte 72 auf, die mit dem Hauptgehäuse 70 durch eine Stiftbasis und Stift 73 verbunden ist. Der Rollenträger 45 weist außerdem einen Stiftbügel 74 und eine Trägerbasis 75 auf, mit der die stationäre Führungsrolle 40 und die Klemmführungsrolle 50 über Trägergehäuse 76 verbunden sind. Die stationäre Führungsrolle 40 und die Klemmführungsrolle 50 drehen sich um ihre Achsen Z″′ bzw. Z′ mit Hilfe von Trägerwellen 77. Ein Spritzdeckel 78 schützt die Trägerwelle 77 und Trägerlager 80 vor Verunreinigungen. Drehlager 79 gestattet eine Drehung des Rollenträgers 45 um die erste Achse Z″′. Ein pneumatischer Zylinder 81 dient dazu, den Rollenträger 45 um das Drehlager 79 auf die scheibenförmigen Werkstücke zu und davon weg zu bewegen.

Die oberen und unteren ringförmigen Schleif- und Polierscheiben 22, 23 können Öffnungen zur Zuführung entweder von Polierschlamm oder Schleifkühlmittel zu den scheibenförmigen Werkstücken 30 aufweisen. Der Polierschlamm oder das Schleifkühlmittel kann aber auch von irgendeiner Vorratsquelle neben den Schleif- und Polierscheiben 22, 23 den Werkstücken 30 durch irgendwelche anderen bekannten und zum Stand der Technik gehörenden Mittel zugeführt werden.

Durch den pneumatischen Zylinder 81 wird die Klemmführungsrolle 50 mit einer gewissen Klemmkraft gegen das Werkstück 30 angedrückt. Diese Nachgiebigkeit versetzt die Klemmführungsrolle 50 und den Rollenträger 45 in die Lage, sich Formabweichungen im Umfang des scheibenförmigen Werkstücks anzupassen. Im allgemeinen variiert die Klemmkraft von 0 bis 10 kg.

Um ein scheibenförmiges Werkstück 30 in die Bearbeitungsposition zwischen der oberen und der unteren ringförmigen Schleif- oder Polierscheiben 22, 23 zu laden, wird die Klemmführungsrolle 50 seitlich von dem zentralen Antriebsring 10 wegbewegt, indem der Rollenträger 45 auf der ersten Achse Z″′ verschwenkt wird.

Ein qualitativ hochwertiges Umfangsmuster wird auf der Ober- und Unterseite jedes Werkstücks 30 erzeugt, wenn eine sehr langsame Drehung der oberen und der unteren ringförmigen Schleif- oder Polierscheiben 22, 23 mit einer hohen Drehzahl des Antriebsrings 10 kombiniert ist. Da die Werkstücke 30 in ihrem Durchmesser kleiner sind als der zentrale Antriebsring 10, bewirkt eine Rotation des zentralen Antriebsringes 10 eine Rotation der Werkstücke 30 mit einer sehr viel größeren Drehzahl als die des zentralen Antriebsringes 10. Somit wird beim Vorbearbeiten der Werkstücke 30 der zentralen Antriebsring 10, der mit einer Drehzahl von ungefähr 10 bis 180 UPM rotieren kann, vorzugsweise mit einer Drehzahl von ungefähr 20 bis 40 UPM angetrieben. Die obere und die untere ringförmige Schleif- oder Polierscheibe 22, 23 können mit ungefähr 2 bis 90 UPM rotieren. Beim Vorbearbeiten betragen die Drehzahlen der Schleif- oder Polierscheiben 22, 23 vorzugsweise 50 bis 90 UPM. Beim Fertigbearbeiten der Werkstücke (30) wird die Drehzahl des zentralen Antriebsringes 10 auf ungefähr 75 bis 180 UPM erhöht. Dieser Drehzahlbereich bewirkt, daß die Werkstücke 30 mit ungefähr 800 bis ungefähr 1200 UPM oder mehr rotieren. Die Drehzahl der oberen und der unteren ringförmigen Schleif- oder Polierscheibe 22, 23 wird dabei auf ungefähr 2 bis 25 UPM, vorzugsweise auf ungefähr 5 bis 200 UPM verringert. Der Polierschritt, d. h. das Fertigbearbeiten bringt das Umfangsmuster auf die scheibenförmige Werkstücke 30 und erstreckt sich über eine Zeitspanne von ungefähr 30 Sekunden bis 1 Minute oder mehr.

Claims (6)

1. Maschine zum gleichzeitigen Schleifen oder Polieren einer Mehrzahl von scheibenförmigen Werkstücken, insbesondere von Computerspeicherplatten, mit einem Paar rotierend angetriebener, vertikal und koaxial angeordneter Seitenschleif- oder -polierscheiben zum beidseitigen Bearbeiten der Werkstücke und mit einer die Werkstücke in einer Kreisanordnung zwischen den Schleif- oder Polierscheiben haltenden Führungseinrichtung, welche pro Werkstück zwei achsparallel angeordnete Führungsrollen aufweist, die die Werkstücke an ihrem Umfang in den den Schleif- oder Polierscheiben radial abgewandten Bereichen abstützen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleif- oder Polierscheiben (22; 23) ringförmig ausgebildet sind, wobei ihr mittlerer Durchmesser zumindest ungefähr dem Durchmesser des Kreises entspricht, auf dem die Werkstücke (30) angeordnet sind, daß die Führungseinrichtung einen zentralen und von einer ebenfalls achsparallel zu den Werkstücken angeordneten Spindel (12) drehangetriebenen Antriebsring (10) aufweist, an dessen Außenumfangsfläche (15) sich die Werkstücke (30) ebenfalls abstützen und der die Werkstücke (30) zu einer Drehbewegung um ihre eigene Achse antreibt, und daß von den beiden, jedem Werkstück (30) zugeordneten Führungsrollen (40; 50) die eine als stationäre Führungsrolle (40) und die andere als Klemmführungsrolle (50) ausgebildet ist.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmführungsrollen (50) und die stationären Führungsrollen (40) auf einem zu den Schleif- oder Polierscheiben (22; 23) konzentrischen Kreis mit einem Durchmesser angeordnet sind, der größer ist als der des Kreises, auf dem die Werkstücke angeordnet sind.

3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine der Führungsrollen (40) und eine der Klemmführungsrollen (50) gemeinsam in einem Rollenträger (45) gelagert sind, der seinerseits um die Achse (Z″′) seiner Führungsrolle (40) schwenkbar ist.

4. Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Rollenträger (45) derart angeordnet ist, daß die Klemmführungsrolle (50) einerseits und die stationäre Führungsrolle (40) andererseits an benachbarten scheibenförmigen Werkstücken (30) anliegen.

5. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß beim Vorbearbeiten der Werkstücke (30) der Antriebsring (10) mit einer Drehzahl von ungefähr 10 bis ungefähr 50 UPM und die Schleif- oder Polierscheiben (22; 23) mit einer Drehzahl von ungefähr 50 bis ungefähr 90 UPM drehantreibbar sind.

6. Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß beim Fertigbearbeiten der Werkstücke (30) der zentrale Antriebsring (10) mit einer Drehzahl von ungefähr 75 bis ungefähr 180 UPM und die Schleif- oder Polierscheiben (22; 23) mit ungefähr 2 bis ungefähr 25 UPM drehantreibbar sind.