EP3880403B1 - Polierwerkzeug und vorrichtung zum polieren eines werkstücks - Google Patents

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EP3880403B1
EP3880403B1 EP20701034.9A EP20701034A EP3880403B1 EP 3880403 B1 EP3880403 B1 EP 3880403B1 EP 20701034 A EP20701034 A EP 20701034A EP 3880403 B1 EP3880403 B1 EP 3880403B1
Authority
EP
European Patent Office
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polishing
ball
holder
polishing tool
receptacle
Prior art date
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Active
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EP20701034.9A
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English (en)
French (fr)
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EP3880403A1 (de
EP3880403C0 (de
Inventor
Nadine Geist
Andreas Fedoseew
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schneider GmbH and Co KG
Original Assignee
Schneider GmbH and Co KG
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Publication date
Application filed by Schneider GmbH and Co KG filed Critical Schneider GmbH and Co KG
Publication of EP3880403A1 publication Critical patent/EP3880403A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3880403C0 publication Critical patent/EP3880403C0/de
Publication of EP3880403B1 publication Critical patent/EP3880403B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B13/00—Machines or devices designed for grinding or polishing optical surfaces on lenses or surfaces of similar shape on other work; Accessories therefor
    • B24B13/01—Specific tools, e.g. bowl-like; Production, dressing or fastening of these tools
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B13/00—Machines or devices designed for grinding or polishing optical surfaces on lenses or surfaces of similar shape on other work; Accessories therefor
    • B24B13/02—Machines or devices designed for grinding or polishing optical surfaces on lenses or surfaces of similar shape on other work; Accessories therefor by means of tools with abrading surfaces corresponding in shape with the lenses to be made
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D15/00—Hand tools or other devices for non-rotary grinding, polishing, or stropping
    • B24D15/02—Hand tools or other devices for non-rotary grinding, polishing, or stropping rigid; with rigidly-supported operative surface
    • B24D15/023—Hand tools or other devices for non-rotary grinding, polishing, or stropping rigid; with rigidly-supported operative surface using in exchangeable arrangement a layer of flexible material

Definitions

  • the present invention relates to a polishing tool and a device with a polishing tool.
  • a generic polishing tool is from DE 10 2016 006 741 A1 and the CN 106 863 062 A known.
  • the generic polishing tool has a curved head, which carries a flexible or elastic polishing element to form a curved or arched polishing surface.
  • Such a polishing tool is used in particular for zonal polishing of optical workpieces.
  • the polishing surface of the polishing tool is only partially applied to the workpiece to be polished in the area of a contact surface.
  • This contact surface is significantly smaller in comparison to the surface of the workpiece to be polished, in particular compared to the radial extent of the workpiece.
  • a different polishing tool is preferably selected depending on the surface to be polished, in particular the (curvature) radius of the workpiece. It is namely preferred, particularly in the case of zonal polishing, that the (curvature) radius of the workpiece is greater than the (curvature) radius of the polishing surface of the polishing tool, preferably by a factor of at least two.
  • zonal polishing also allows polishing of aspheric and/or freely formed surfaces of workpieces and is preferably used for precision optics, for example for mirrors or lenses, or to correct manufacturing errors.
  • the curved head of the generic polishing tool is usually made by turning.
  • the curved polishing surface of the polishing tool In order to achieve the desired precision in zonal polishing, it is necessary for the curved polishing surface of the polishing tool to have a defined, exact dimension/shape or a geometry with very small geometric deviations.
  • polishing tool deforms deterministically and repeatably when pressed against the workpiece in order to achieve an optimal polishing result.
  • the object of the present invention is therefore to improve a generic polishing tool or to further develop it in such a way that its production is simplified, in particular while maintaining the exact dimensions or geometry of the curved head.
  • the solution to this problem consists in a polishing tool with the features of claim 1 and in a device with such a polishing tool according to claim 11.
  • a holder which is suitable for being connected to a tool spindle—in particular with a positive and/or non-positive fit.
  • the holder preferably has an in particular concave, particularly preferably spherical, receptacle in which a preferably elastically or elastically deformable ball—in particular with defined dimensions and defined (Shore) hardness—is accommodated.
  • the free surface of the ball or the surface facing away from the holder is provided with a polishing film, preferably directly.
  • the polishing tool according to the invention is very easy to manufacture.
  • the dimensioning or geometry of the sphere can be implemented extremely precisely and reproducibly, so that the end result is a high-precision polishing tool, in particular for the zonal polishing of optical workpieces.
  • a dressing, in particular a correction of the geometric shape, of the polishing tool according to the invention is not required during use.
  • the size and properties of the polishing tool according to the invention can easily be adapted to the requirements of the workpiece to be polished.
  • a ball with the (Shore) hardness required in the individual case can be selected as often as desired and accommodated in the holder, or a suitable polishing film with the polishing properties desired in the individual case can be selected and attached to the free surface of the ball.
  • the holder can, for example, be made of a plastic, in particular (injection) molded.
  • a suitable plastic is in particular rigid PVC (PVC-U).
  • the ball is preferably elastically or elastically deformable and/or can be made of a rubber material, for example, which has a defined (Shore) hardness, for example in the range from SH 50 to SH 65.
  • the polishing film is preferably provided or cut to size in the form of a sphere and attached, in particular glued, to the free surface of the sphere without tension and/or without any creases.
  • the sphere development can be cut out of a flat polishing film and attached to the free surface of the sphere.
  • a suitable material for the polishing film is, for example, polyurethane LP-13 with a thickness of 0.5 mm.
  • the polishing tool according to the invention in particular due to the deterministic, uniform elastic properties, enables uniform removal and thus an optimal polishing result even over a longer period of time or after several polishing processes.
  • the polishing tool 10 according to the invention is based on the exemplary embodiment according to FIG Figures 1a and 1b together from a holder 11, a ball 12 and a polishing film 13, preferably in the form of a spherical winding.
  • polishing tool 10 according to the invention can also have other components or components.
  • the holder 11 is preferably designed to hold the ball 12 positively, non-positively and/or materially, in particular immovably, and/or to connect it to a tool spindle (not shown).
  • the polishing tool 10, in particular the holder 11, is preferably at least essentially cylindrical and/or designed as a (circular) cylinder.
  • the polishing tool 10 or the holder 11 is particularly preferably designed to be at least essentially rotationally symmetrical.
  • Polishing tool 10 preferably has a tool axis A1, in particular tool axis A1 forming a longitudinal, symmetrical, central and/or rotational axis of preferably elongate and/or rotationally symmetrical polishing tool 10 and/or of preferably elongate and/or rotationally symmetrical holder 11 .
  • the holder 11 has an adapter area 11a for connection to or accommodation in a tool spindle (not shown) and a recess or accommodation 11b in particular for the ball 12 .
  • the adapter area 11a preferably forms a first or workpiece-remote (axial) end and the receptacle 11b a second or workpiece-close (axial) end of the holder 11.
  • the adapter area 11a and the receptacle 11b are arranged on opposite sides or ends of the holder 11 .
  • the adapter area 11a is preferably cylindrical and/or formed by a (circular) cylinder.
  • the adapter region 11a preferably has a constant diameter--in particular along the tool axis A1--in particular of at least essentially 25 mm.
  • the length or axial extension of the adapter area 11a is preferably at least essentially 42 mm.
  • the adapter area 11a can preferably be clamped in a tool chuck of a tool spindle.
  • the holder 11 is preferably formed in one piece. However, it is also possible for the holder 11 to be designed in several parts or to be composed of several components.
  • the holder 11 is (injection) molded in a manner known per se from a suitable plastic, for example hard PVC (PVC-U).
  • a suitable plastic for example hard PVC (PVC-U).
  • the receptacle 11b is preferably designed to receive the ball 12 .
  • the receptacle 11b is designed to hold the ball 12 in a form-fitting, force-fitting and/or material-fitting manner.
  • the receptacle 11b is preferably concave, in particular spherical, very particularly preferably at least essentially hemispherical.
  • the receptacle 11b is designed as a spherical segment or spherical shell.
  • the recess or receptacle 11b is dimensioned such that it can accommodate a ball 12 preferably without play, as will be explained in more detail below.
  • the ball 12 is made of solid rubber and has a Shore hardness of SH 50 to SH 65.
  • the ball 12 can, for example, be glued in the recess 11b.
  • solutions are also possible in which the ball 12 is additionally or alternatively held in the receptacle 11b with a positive and/or non-positive fit, as will be explained in more detail below.
  • the ball 12 can therefore be divided into two parts or segments, as in Fig. 1a indicated by a dashed line.
  • the ball 12 has a first or free ball segment and a second or covered or held ball segment, the first or free ball segment of the ball 12 protruding from the holder 11, in particular the receptacle 11b, and the second or covered or held ball segment in the holder 11, in particular the receptacle 11b, embedded or held by this.
  • the sphere 12 is at least essentially divided into two hemispheres and/or the first or free sphere segment and the second or covered sphere segment are each designed as a hemisphere. In this way, on the one hand, a good connection between the ball 12 and the holder 11 is made possible and, on the other hand, a sufficient area of the ball 12 for polishing or fastening the polishing film 13 is provided.
  • the ball 12, in particular the first ball segment, preferably has a first or free surface or working surface 12a, preferably with the free surface or working surface 12a facing away from the holder 11, in particular the receptacle 11b.
  • the ball 12, in particular the second ball segment, preferably has a second or covered surface or holding surface 12b, preferably with the holding surface 12b facing the holder 11, in particular the receptacle 11b.
  • the second ball segment or the holding surface 12b is (exclusively) connected to the holder 11, in particular the receptacle 11b, in a form-fitting, non-positive and/or material-to-material manner, in particular by gluing.
  • the polishing tool 10 preferably has the polishing foil 13 and/or a polishing surface 13a, preferably with the polishing foil 13 or the polishing surface 13a forming a (first) axial or free end of the polishing tool 10 or the ball 12 at least partially, in particular on one the side facing away from the holder 11, is covered and/or is in direct contact with the workpiece when polishing a workpiece (not shown).
  • the free surface 12a of the sphere 12 or the first sphere segment is preferably provided or coated with the polishing film 13 directly or without an intermediate element.
  • the first ball segment or the free surface or working surface 12a of the ball 12 is particularly preferably completely or partially covered with the polishing film 13 .
  • the polishing film 13 is preferably at a distance from the edge of the holder 11 or the receptacle 11b. It is therefore preferred that the polishing film 13 does not completely cover the first ball segment or the free surface 12a of the ball 12 or does not extend (exactly) to the edge of the holder 11 or the receptacle 11b. This prevents creases from forming, for example as a result of a deformation of the ball 12 during polishing, which could impair the polishing result.
  • the polishing film 13, in particular the polishing surface 13a is preferably (convexly) curved, in particular spherical.
  • the curvature of the polishing film 13, in particular the polishing surface 13a particularly preferably corresponds at least essentially to the curvature of the sphere 12, in particular the free surface 12a.
  • the polishing film 13 is consequently preferably adapted to the sphere 12 or the curvature of the sphere 12 .
  • polishing film 13 rests on the ball 12, in particular the free surface or working surface 12a, without tension and/or without creases and/or flat.
  • stress-free in the sense of the present invention should preferably be understood to mean that no (local) material deformations or stresses in the material of the polishing film 13 and/or the ball 12 occur as a result of the polishing film 13 in particular being adapted to the curvature of the ball 12.
  • the polishing film 13 is preferably unrolled, in particular as a spherical segment, and/or cut to size as an unfolding, in particular as a spherical segment.
  • unfolding in the sense of the present invention is preferably to be understood as the expansion of a particularly curved or three-dimensional surface into a (two-dimensional) plane, particularly such that the lengths of the surface are retained.
  • the lateral surface of a cylinder can be (exactly) developed into a (flat) rectangle.
  • a sphere can be approximated or developed in segments.
  • the polishing film 13 is in the form of a corresponding sphere development, in particular a sphere segment development, of the free surface 12a of the sphere 12 .
  • the polishing film 13 or the polishing surface 13a is preferably segmented and/or formed by a plurality of segments S, preferably at least four or six segments S, in particular of the same size.
  • the polishing film 13 or the polishing surface 13a is formed by four segments S.
  • other solutions are also possible here, as will be explained in more detail below.
  • the segments S can abut one another laterally or in the circumferential direction of the ball 12 and/or be spaced apart from one another laterally or in the circumferential direction of the ball 12 .
  • the channels of the polishing film 13 or between the segments S preferably intersect on the end face of the polishing tool 10 or in the tool axis A1 and extend from the point of intersection to the edge of the holder 11 or the receptacle 11b.
  • the channels it is possible for the channels to widen from the point of intersection to the edge of the holder 11 or the receptacle 11b.
  • a polishing agent (not shown) can be distributed evenly over the polishing surface 13a through the channels. Furthermore, debris from the workpiece and/or the polishing film 13 can collect in the channels.
  • the polishing film 13 preferably has a thickness of at least 0.1 mm, in particular at least 0.3 mm, particularly preferably at least 0.4 mm, and/or at most 3 mm, in particular at most 2 mm, particularly preferably at most 1 mm.
  • the thickness of the polishing film 13 is very particularly preferably at least essentially 0.5 mm.
  • a polishing film 13 that is too thick does not adapt so well to the curvature of the ball 12, so that the polishing tool 10 may have to be dressed during production.
  • a polishing film 13 that is too thin can tear more quickly during polishing.
  • the polishing film 13 is preferably made of a particularly porous or structured plastic film, for example made of polyurethane, preferably with a filling material or polishing material being introduced into the polishing film 13 .
  • the polishing film 13 is cut from a 0.5 mm thick film made of polyurethane LP-13 with cerium oxide as the filling material or polishing material.
  • the polishing film 13 can be glued to the free surface 12a of the sphere 12 or the first sphere segment.
  • polishing sheet 13 according to FIG 2 makes it clear that the spherical windings can be designed differently depending on the size and the requirements of the individual case. While the polishing sheet 13 according to Figure 1a has the form of a "flower-shaped” spherical development with four "petals” or segments S, has the polishing film 13 according to FIG 2 the form of a "flower-shaped” spherical development with six “petals” or segments S.
  • the segments S are of the same size or have the same dimensions.
  • the segments S are each formed as an isosceles triangle with (slightly) convexly curved legs.
  • the polishing film or layer 13 can also be applied to the ball 12 in other ways.
  • the ball 12 is preferably formed in one piece.
  • the ball 12 is preferably elastic, in particular more elastic or flexible or softer than the holder 11.
  • the ball 12 preferably has a modulus of elasticity of at least 0.5 N/mm 2 or 1 N/mm 2 and/or at most 100 N/mm 2 , 50 N/mm 2 or 10 N/mm 2 .
  • the modulus of elasticity is preferably a material parameter for the relationship between tension or pressure and expansion or compression during the deformation of a (test) body made of the material.
  • a material with a low modulus of elasticity is consequently softer or more elastic or more easily compressible than a material with a higher modulus of elasticity.
  • the ball 12 is preferably made of a rubber material, in particular a synthetic rubber, for example acrylonitrile-butadiene rubber.
  • rubber material in the context of the present invention is preferably to be understood as meaning all materials that are rubber-elastic.
  • Elastomers such as rubber, in particular natural rubber and/or synthetic rubber, such as silicone rubber, are particularly preferred as rubber materials for the purposes of the present invention.
  • elastic or "elasticity” in the context of the present invention is preferably to be understood as meaning the property of a material to change its shape elastically, i.e. not plastically, under the action of force and to change into its shape when the acting force is removed - without permanent deformation return to original shape.
  • the Shore hardness, in particular the Shore D hardness, of the ball 12 is preferably at least SH 30 or SH 40 and/or at most SH 70 or SH 65.
  • the hardness is preferably a material property that can be used as a measure of the (mechanical) resistance of a material that the material opposes to mechanical penetration by another body.
  • the Shore hardness in particular the Shore D hardness, is preferably determined in accordance with DIN EN ISO 868:2003-10 and/or DIN ISO 7619-1:2012-02.
  • the ball 12 preferably has a diameter of at least 5 mm or 10 mm, in particular at least 20 mm or 30 mm, and/or at most 100 mm or 80 mm, in particular at most 50 mm or 40 mm.
  • the polishing tool 10 in particular the ball 12, it is necessary for the polishing tool 10, in particular the ball 12, to have a very precise geometry, ie a geometry with small geometric deviations or tolerances.
  • the ball 12 is ground and/or has a roundness accuracy of 0.01 mm or 0.02 mm, preferably with the roundness being determined according to DIN EN ISO 1101:2014.
  • Figure 3a shows the polishing tool 10 according to a further embodiment in a schematic section.
  • Figure 3b 12 is an enlarged view of the polishing tool 10 of FIG Figure 3a in the recording area 11b.
  • the ball 12 is embedded or inserted at least partially, preferably halfway, into the holder 11, in particular the receptacle 11b, in particular in such a way that the first spherical segment protrudes from the holder 11 or the receptacle 11b.
  • the receptacle 11b is preferably (concavely) curved, in particular spherical.
  • the curvature of the receptacle 11b particularly preferably corresponds to the curvature of the sphere 12 and/or the receptacle 11b or an (imaginary) sphere delimited by the receptacle 11b has an (internal) diameter which is at least essentially the (external) diameter corresponds to the ball 12 or is slightly larger, for example by no more than or exactly 0.5 mm or 1 mm, than the (outside) diameter of the ball 12 .
  • the (internal) diameter of the receptacle 11b or an (imaginary) sphere delimited by the receptacle 11b is smaller than the (external) diameter of the sphere 12, preferably by at least or exactly 0.5mm, 0.4mm, 0.3mm or 0.2mm.
  • the (largest) (internal) diameter of the receptacle 11b or of an (imaginary) sphere delimited by the receptacle 11b is preferably at least 10 mm, 20 mm or 30 mm and/or at most 100 mm, 50 mm or 40 mm.
  • the depth or axial extension of the receptacle 11b preferably corresponds at least essentially to the radius of the ball 12.
  • the ball 12 in particular the second ball segment or the second or covered surface 12b, is glued to the holder 11 or the receptacle 11b, as is the case with a glued seam or layer 14 in Figures 3a and 3b implied.
  • the polishing tool 10 in particular the holder 11, has a channel 15, preferably with the channel 15 opening axially or centrally into the receptacle 11b.
  • the channel 15 preferably connects the receptacle 11b with the environment.
  • the channel 15 preferably has a first or axial channel section 15a and a second or radial channel section 15b.
  • the channel 15, in particular the first channel section 15a, preferably extends axially through the holder 11 or from the adapter region 11a to the receptacle 11b.
  • the second channel section 15b preferably extends radially through the holder 11, in particular the adapter area 11a, and/or transversely to the first channel section 15a. In the illustrated embodiment, the second channel section 15b extends completely through the bracket 11 or from one side to the other side. This prevents imbalance from occurring.
  • the channel 15 is preferably formed by one or more bores in the holder 11 .
  • the channel 15 preferably has a diameter of more than 1 mm and/or less than 5 mm, particularly preferably at least essentially 3 mm.
  • air and/or adhesive can be pressed into the channel 15, in particular the first channel section 15a, in particular in such a way that the ball 12 is wetted with the adhesive layer 14 over its entire surface and/or without pressure is or is in contact.
  • a pressure equalization when the ball 12 is inserted into the holder 11 is consequently made possible by means of the first channel section 15a.
  • the second channel section 15b is preferably arranged in the adapter area 11a, it is prevented that the polishing agent and/or material removed during the polishing process gets into the second channel section 15b and possibly clog it.
  • the receptacle 11b preferably has a plurality of, in particular two, areas or sections, particularly preferably with the areas differing in geometry from one another.
  • the receptacle 11b preferably has a first or inner area 11c and a second or outer area 11d preferably directly adjoining the first area 11c, preferably with the second area 11d having or forming an axial end of the holder 11 or the receptacle 11b .
  • the first region 11c is preferably concave, in particular spherical.
  • the curvature or the diameter of the first region 11c or an (imaginary) sphere delimited by the first region 11c particularly preferably corresponds at least essentially to the curvature or the diameter of the sphere 12.
  • the first region 11c is consequently preferably designed as a spherical segment or spherical shell, in particular with the radius of the spherical segment or spherical shell corresponding at least essentially to the radius of the sphere 12 .
  • the second area 11d is preferably of cylindrical design.
  • the second region 11d is straight or not curved in the axial direction.
  • the diameter of the preferably cylindrical second area 11d is smaller than the diameter of the preferably spherical first area 11c and/or the ball 12, in particular by at least or exactly 0.1 mm, 0.2 mm, 0.3 mm, 0.4 mm or 0.5mm.
  • annular (slight) press fit or a centering fit for the ball 12 is preferably produced by means of the second region 11d.
  • a frictional connection is preferably generated between the ball 12 and the holder 11 or a (frictional) force is exerted on the ball 12 exclusively in the second area 11d or by the second area 11d. It is consequently preferred that the ball 12 or the second ball segment is accommodated in the first area 11c without tension or pressure.
  • the receptacle 11b in particular the second region 11d, is preferably designed in such a way that the ball 12 is pressed exclusively or at least predominantly radially or transversely to the tool axis A1. In this way, the ball 12 is held securely in the receptacle 11b and the ball 12 is prevented from being pushed out of the holder 11 .
  • the depth or axial extension of the first region 11c is preferably smaller than the radius of the sphere 12.
  • the second region 11d preferably has a depth or an axial extension of at least 1 mm or 2 mm and/or at most 5 mm.
  • the second area 11d preferably follows the first area 11c continuously or steplessly.
  • the first area 11c transitions continuously or steplessly into the second area 11d.
  • solutions are also possible in which the transition between the first area 11c and the second area 11d has a step or a bend.
  • the holder 11 can be shaped differently or have different sizes and/or diameters depending on the size of the ball 12 to be accommodated and depending on the requirements of the individual case.
  • the polishing tools 10 shown basically have a comparable structural design and differ primarily in the dimensioning of the receptacle 11b.
  • the polishing tool 10 has the adapter area 11a for connection to a tool spindle (not shown).
  • the polishing tool 10 in particular the holder 11, has a shank 16 and a head 17, the shank 16 preferably connecting the adapter region 11a to the head 17.
  • the polishing tool 10, in particular the holder 11, preferably has a stop 18 for the defined fastening or holding of the polishing tool 10 on the associated tool spindle or its tool chuck.
  • the stop 18 serves here in particular to fix a defined axial position of the polishing tool 10 relative to the tool spindle.
  • the head 17 preferably has or forms the receptacle 11b.
  • the receptacle 11b is delimited or formed by the wall of the head 17 .
  • the head 17 has the smallest (outside) diameter of the holder 11 and/or the (largest) (outside) diameter of the head 17 is smaller than the (outside) diameter of the adapter area 11a.
  • the shank 16 is preferably designed here as a cone or truncated cone and/or tapers in particular continuously in the direction of the head 17 or the receptacle 11b.
  • Brackets 11 shown are preferably for receiving a compared to the embodiment according to Figures 3a and 3b formed larger ball 12, for example with a diameter of at least substantially 20 mm, 30 mm or 40 mm.
  • the head 17 is preferably designed like a mushroom head and/or the (outside) diameter of the holder 11 increases from the shaft 16 to the head 17.
  • the (largest) (outside) diameter of the head 17 can be larger than the (largest) (outside) diameter of the shaft 16 and/or the adapter area 11a, as in particular the embodiment according to FIG. Figures 6a and 6b illustrated.
  • the shank 16 is at least essentially cylindrical and/or the shank 16 has a constant (outer) diameter along the tool axis A1.
  • the proposed device for polishing a workpiece preferably has a rotatably driven tool spindle and the proposed polishing tool 10, with the polishing tool 10 being attached to the tool spindle in an exchangeable manner.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Polierwerkzeug sowie eine Vorrichtung mit einem Polierwerkzeug.
  • Ein gattungsgemäßes Polierwerkzeug ist aus der DE 10 2016 006 741 A1 und der CN 106 863 062 A bekannt. Das gattungsgemäße Polierwerkzeug weist einen gewölbten Kopf auf, welcher ein flexibles bzw. elastisches Polierelement zur Bildung einer gekrümmten bzw. gewölbten Polierfläche trägt. Ein derartiges Polierwerkzeug dient insbesondere zum zonalen Polieren von optischen Werkstücken.
  • Beim zonalen Polieren wird die Polierfläche des Polierwerkzeugs nur partiell im Bereich einer Anlagefläche an das zu polierende Werkstück angelegt. Diese Anlagefläche ist im Vergleich zu der zu polierenden Oberfläche des Werkstücks wesentlich kleiner, insbesondere gegenüber der radialen Erstreckung des Werkstücks.
  • Vorzugsweise wird in Abhängigkeit von der zu polierenden Oberfläche, insbesondere des (Krümmungs-)Radius des Werkstücks, ein unterschiedliches Polierwerkzeug ausgewählt. Es ist nämlich insbesondere beim zonalen Polieren bevorzugt, dass der (Krümmungs-)Radius des Werkstücks größer als der (Krümmungs-)Radius der Polierfläche des Polierwerkzeugs ist, vorzugsweise um mindestens den Faktor zwei.
  • Das zonale Polieren erlaubt insbesondere auch ein Polieren von asphärischen und/oder frei geformten Oberflächen von Werkstücken und wird bevorzugt für Präzisionsoptiken, bspw. für Spiegel oder Linsen, oder zur Korrektur von Herstellungsfehlern eingesetzt.
  • Der gewölbte Kopf des gattungsgemäßen Polierwerkzeugs wird in der Regel mittels Drehen hergestellt. Um die gewünschte Präzision beim zonalen Polieren zu erreichen, ist es erforderlich, dass die gewölbte Polierfläche des Polierwerkzeugs eine definierte, exakte Bemaßung/Form bzw. eine Geometrie mit sehr geringen geometrischen Abweichungen aufweist.
  • Weiter ist es erforderlich, dass sich das Polierwerkzeug beim Andrücken an das Werkstück deterministisch und wiederholbar verformt, um ein optimales Polierergebnis zu erzielen.
  • Diese Anforderung macht die Herstellung eines derartigen Polierwerkzeugs, insbesondere des gewölbten Kopfes, sehr aufwändig und kostspielig. Ferner erfordert es der Aufbau des gattungsgemäßen Polierwerkzeugs, dass es im Gebrauch regelmäßig abgerichtet wird.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein gattungsgemäßes Polierwerkzeug zu verbessern bzw. derart weiterzubilden, dass seine Herstellung insbesondere unter Beibehaltung der exakten Bemaßung bzw. Geometrie des gewölbten Kopfes vereinfacht ist.
  • Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einem Polierwerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie in einer Vorrichtung mit einem derartigen Polierwerkzeug gemäß Anspruch 11.
  • Erfindungsgemäß ist eine Halterung vorgesehen, die geeignet ist, mit einer Werkzeugspindel - insbesondere form- und/oder kraftschlüssig - verbunden zu werden. Die Halterung weist vorzugsweise eine insbesondere konkave, besonders bevorzugt sphärische, Aufnahme auf, in der eine vorzugsweise elastisch bzw. elastisch verformbare Kugel - insbesondere mit definierten Maßen und definierter (Shore-) Härte - aufgenommen ist. Die freie bzw. der Halterung abgewandte Oberfläche der Kugel ist mit vorzugsweise unmittelbar einer Polierfolie versehen.
  • Das erfindungsgemäße Polierwerkzeug ist sehr einfach herzustellen. Insbesondere kann die Bemaßung bzw. Geometrie der Kugel äußerst präzise und reproduzierbar realisiert werden, so dass im Endergebnis ein hochpräzises Polierwerkzeug insbesondere für das zonale Polieren von optischen Werkstücken zur Verfügung steht.
  • Ein Abrichten, insbesondere eine Korrektur der geometrischen Form, des erfindungsgemäßen Polierwerkzeugs im Gebrauch ist nicht erforderlich.
  • Die Größe und die Eigenschaften des erfindungsgemäßen Polierwerkzeugs können ferner auf einfache Weise an die Anforderungen des zu polierenden Werkstücks angepasst werden. Insbesondere kann beliebig oft eine Kugel mit der im Einzelfall erforderlichen (Shore-)Härte ausgewählt und in der Halterung aufgenommen werden oder es kann eine geeignete Polierfolie mit den im Einzelfall gewünschten Poliereigenschaften ausgewählt und auf der freien Oberfläche der Kugel befestigt werden.
  • Die Halterung kann bspw. aus einem Kunststoff hergestellt, insbesondere (spritz-) gegossen sein. Ein geeigneter Kunststoff ist insbesondere Hart-PVC (PVC-U).
  • Die Kugel ist vorzugsweise elastisch bzw. elastisch verformbar und/oder kann bspw. aus einem Gummiwerkstoff hergestellt sein, der eine definierte (Shore-) Härte, bspw. im Bereich von SH 50 bis SH 65, aufweist.
  • Die Polierfolie wird vorzugsweise in Form einer Kugelabwicklung vorgehalten bzw. zugeschnitten und spannungsfrei und/oder faltenfrei auf der freien Oberfläche der Kugel befestigt, insbesondere geklebt.
  • Die Kugelabwicklung kann aus einer flächigen Polierfolie ausgeschnitten und auf der freien Oberfläche der Kugel befestigt werden.
  • Ein geeigneter Werkstoff für die Polierfolie ist bspw. Polyurethan LP-13 mit einer Dicke von 0,5 mm.
  • Im Ergebnis wird ein einfach und kostengünstig herzustellendes, hochpräzises Polierwerkzeug mit langer Standzeit erhalten, das - insbesondere aufgrund der hochpräzisen Befestigung der Polierfolie auf der Kugel - bei der Herstellung und/oder während des Gebrauchs nicht abgerichtet werden muss.
  • Das erfindungsgemäße Polierwerkzeug ermöglicht insbesondere aufgrund der deterministischen gleichmäßigen elastischen Eigenschaften auch über einen längeren Zeitraum bzw. nach mehreren Poliervorgängen einen gleichmäßigen Abtrag und somit ein optimales Polierergebnis.
  • Die vorgenannten Aspekte und Merkmale sowie die sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung ergebenden Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung können grundsätzlich unabhängig voneinander, aber auch in beliebiger Kombination realisiert werden.
  • Weitere Aspekte, Vorteile, Merkmale, Eigenschaften sowie vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen anhand der Figuren. Es zeigen in schematischer, nicht maßstabsgetreuer Darstellung:
    • Fig. 1a
    ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Polierwerkzeugs in einer perspektivischen, auseinandergezogenen Darstellung;
    Fig. 1b
    das Polierwerkzeug gemäß Figur 1a in einem zusammengebauten Zustand;
    Fig. 2
    ein weiteres Beispiel einer Kugelabwicklung für eine Polierfolie;
    Fig. 3a
    einen schematischen Schnitt des erfindungsgemäßen Polierwerkzeugs gemäß einer weiteren Ausführungsform;
    Fig. 3b
    einen schematischen Schnitt des Polierwerkzeugs gemäß Fig. 3a im Bereich einer Aufnahme für eine Kugel;
    Fig. 4a
    einen schematischen Schnitt des erfindungsgemäßen Polierwerkzeugs gemäß einer weiteren Ausführungsform;
    Fig. 4b
    einen schematischen Schnitt des Polierwerkzeugs gemäß Fig. 4a im Randbereich der Aufnahme für die nicht dargestellte Kugel;
    Fig. 5a
    einen schematischen Schnitt des erfindungsgemäßen Polierwerkzeugs gemäß einer weiteren Ausführungsform;
    Fig. 5b
    einen schematischen Schnitt des Polierwerkzeugs gemäß Fig. 5a im Randbereich der Aufnahme für die nicht dargestellte Kugel;
    Fig. 6a
    einen schematischen Schnitt des erfindungsgemäßen Polierwerkzeugs gemäß einer weiteren Ausführungsform; und
    Fig. 6b
    einen schematischen Schnitt des Polierwerkzeugs gemäß Fig. 6a im Randbereich der Aufnahme für die nicht dargestellte Kugel.
  • In den teilweise nicht maßstabsgerechten, nur schematischen Figuren werden für gleiche, gleichartige oder ähnliche Bauteile und Komponenten dieselben Bezugszeichen verwendet, wobei entsprechende oder vergleichbare Eigenschaften und Vorteile erreicht werden, auch wenn von einer wiederholten Beschreibung abgesehen wird.
  • Das erfindungsgemäße Polierwerkzeug 10 setzt sich im Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1a und 1b zusammen aus einer Halterung 11, einer Kugel 12 und einer Polierfolie 13 vorzugsweise in Form einer Kugelabwicklung.
  • Das erfindungsgemäße Polierwerkzeug 10 kann jedoch auch weitere Bauteile bzw. Bestandteile aufweisen.
  • Die Halterung 11 ist vorzugsweise dazu ausgebildet, die Kugel 12 form-, kraft- und/oder stoffschlüssig, insbesondere unbeweglich, zu halten und/oder mit einer Werkzeugspindel (nicht dargestellt) zu verbinden.
  • Das Polierwerkzeug 10, insbesondere die Halterung 11, ist vorzugsweise zumindest im Wesentlichen zylindrisch und/oder als (Kreis-)Zylinder ausgebildet.
  • Besonders bevorzugt ist das Polierwerkzeug 10 bzw. die Halterung 11 zumindest im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet.
  • Vorzugsweise weist das Polierwerkzeug 10 eine Werkzeugachse A1 auf, insbesondere wobei die Werkzeugachse A1 eine Längs-, Symmetrie-, Zentral- und/oder Rotationsachse des vorzugsweise länglichen und/oder rotationssymmetrischen Polierwerkzeugs 10 und/oder der vorzugsweise länglichen und/oder rotationssymmetrischen Halterung 11 bildet.
  • Die räumlichen Zuordnungen, Anordnungen und/oder Ausrichtungen, insbesondere die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendeten Begriffe "radial" und/oder "axial", beziehen sich - sofern nicht anders angegeben - vorzugsweise auf die Werkzeugachse A1.
  • Die Halterung 11 weist einen Adapterbereich 11a zur Verbindung mit bzw. Aufnahme in einer Werkzeugspindel (nicht dargestellt) sowie eine Ausnehmung bzw. Aufnahme 11b insbesondere für die Kugel 12 auf.
  • Der Adapterbereich 11a bildet vorzugsweise ein erstes bzw. werkstückfernes (axiales) Ende und die Aufnahme 11b ein zweites bzw. werkstücknahes (axiales) Ende der Halterung 11.
  • Insbesondere sind der Adapterbereich 11a und die Aufnahme 11b auf gegenüberliegenden Seiten bzw. Enden der Halterung 11 angeordnet.
  • Vorzugsweise ist der Adapterbereich 11a zylinderförmig und/oder durch einen (Kreis-)Zylinder gebildet.
  • Vorzugsweise weist der Adapterbereich 11a einen - insbesondere entlang der Werkzeugachse A1 - gleichbleibenden Durchmesser, besonders von zumindest im Wesentlichen 25mm, auf.
  • Vorzugsweise beträgt die Länge bzw. axiale Erstreckung des Adapterbereichs 11a zumindest im Wesentlichen 42mm.
  • Der Adapterbereich 11a kann vorzugsweise in ein Werkzeugfutter einer Werkzeugspindel eingespannt werden.
  • Die Halterung 11 ist vorzugsweise einstückig ausgebildet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Halterung 11 mehrteilig ausgebildet bzw. durch mehrere Bauteile zusammengesetzt ist.
  • Die Halterung 11 ist im Ausführungsbeispiel in an sich bekannter Weise aus einem geeigneten Kunststoff, bspw. Hart-PVC (PVC-U), (spritz-)gegossen.
  • Die Aufnahme 11b ist vorzugsweise zum Aufnehmen der Kugel 12 ausgebildet. Insbesondere ist die Aufnahme 11b dazu ausgebildet, die Kugel 12 form-, kraft- und/oder stoffschlüssig zu halten.
  • Vorzugsweise ist die Aufnahme 11b konkav, insbesondere sphärisch, ganz besonders bevorzugt zumindest im Wesentlichen halbkugelförmig, ausgebildet. Insbesondere ist die Aufnahme 11b als Kugelsegment bzw. Kugelschale ausgebildet.
  • Die Ausnehmung bzw. Aufnahme 11b ist so bemessen, dass sie eine Kugel 12 vorzugsweise spielfrei aufnehmen kann, wie im Folgenden noch näher erläutert wird.
  • Die Kugel 12 ist im Ausführungsbeispiel maßgenau aus Vollgummi gefertigt und weist vorzugsweise eine Shore-Härte von SH 50 bis SH 65 auf.
  • Die Kugel 12 kann in der Ausnehmung 11b bspw. verklebt werden. Es sind jedoch auch Lösungen möglich, bei denen die Kugel 12 zusätzlich oder alternativ form-und/oder kraftschlüssig in der Aufnahme 11b gehalten ist, wie im Folgenden noch näher erläutert wird.
  • Im vollständig montierten Zustand, wie in Fig. 1b dargestellt, ist ein (erster) Teil der Kugel 12 in die Halterung 11 eingelassen bzw. ragt ein (zweiter) Teil der Kugel 12 aus der Halterung 11 hinaus.
  • Die Kugel 12 ist folglich in zwei Teile bzw. Segmente unterteilbar, wie in Fig. 1a durch eine Strichlinie angedeutet.
  • Insbesondere weist die Kugel 12 ein erstes bzw. freies Kugelsegment und ein zweites bzw. verdecktes bzw. gehaltenes Kugelsegment auf, wobei das erste bzw. freie Kugelsegment der Kugel 12 aus der Halterung 11, insbesondere der Aufnahme 11b, hinausragt und das zweite bzw. verdeckte bzw. gehaltene Kugelsegment in die Halterung 11, insbesondere die Aufnahme 11b, eingelassen bzw. von dieser gehalten ist.
  • Ganz besonders bevorzugt ist die Kugel 12 zumindest im Wesentlichen in zwei Halbkugeln unterteilt und/oder ist das erste bzw. freie Kugelsegment und das zweite bzw. verdeckte Kugelsegment jeweils als Halbkugel ausgebildet. Auf diese Weise wird zum einen eine gute Verbindung zwischen der Kugel 12 und der Halterung 11 ermöglicht und zum anderen eine ausreichende Fläche der Kugel 12 zum Polieren bzw. Befestigen der Polierfolie 13 bereitgestellt.
  • Die Kugel 12, insbesondere das erste Kugelsegment, weist vorzugsweise eine erste bzw. freie Oberfläche bzw. Arbeitsfläche 12a auf, vorzugsweise wobei die freie Oberfläche bzw. Arbeitsfläche 12a der Halterung 11, insbesondere der Aufnahme 11b, abgewandt ist.
  • Die Kugel 12, insbesondere das zweite Kugelsegment, weist vorzugsweise eine zweite bzw. verdeckte Oberfläche bzw. Haltefläche 12b auf, vorzugsweise wobei die Haltefläche 12b der Halterung 11, insbesondere der Aufnahme 11b, zugewandt ist.
  • Insbesondere ist (ausschließlich) das zweite Kugelsegment bzw. die Haltefläche 12b form-, kraft- und/oder stoffschlüssig, insbesondere durch Verkleben, mit der Halterung 11, insbesondere der Aufnahme 11b, verbunden.
  • Das Polierwerkzeug 10 weist vorzugsweise die Polierfolie 13 und/oder eine Polierfläche 13a auf, vorzugsweise wobei die Polierfolie 13 bzw. die Polierfläche 13a ein (erstes) axiales bzw. freies Ende des Polierwerkzeugs 10 bildet bzw. die Kugel 12 zumindest teilweise, insbesondere auf einer der Halterung 11 abgewandten Seite, verdeckt und/oder beim Polieren eines Werkstücks (nicht dargestellt) unmittelbar mit dem Werkstück in Kontakt steht.
  • Die freie Oberfläche 12a der Kugel 12 bzw. das erste Kugelsegment ist vorzugsweise unmittelbar bzw. ohne ein Zwischenelement mit der Polierfolie 13 versehen bzw. beschichtet.
  • Besonders bevorzugt ist das erste Kugelsegment bzw. die freie Oberfläche bzw. Arbeitsfläche 12a der Kugel 12 ganz oder teilweise mit der Polierfolie 13 bedeckt.
  • Vorzugsweise ist die Polierfolie 13 zu dem Rand der Halterung 11 bzw. der Aufnahme 11b beabstandet. Es ist also bevorzugt, dass die Polierfolie 13 das erste Kugelsegment bzw. die freie Oberfläche 12a der Kugel 12 nicht vollständig bedeckt bzw. sich nicht (genau) bis zum Rand der Halterung 11 bzw. der Aufnahme 11b erstreckt. Auf diese Weise wird verhindert, dass sich beispielsweise durch eine Deformation der Kugel 12 beim Polieren Falten bilden, die das Polierergebnis beeinträchtigen können.
  • Die Polierfolie 13, insbesondere die Polierfläche 13a, ist vorzugsweise (konvex) gekrümmt, insbesondere sphärisch. Besonders bevorzugt entspricht die Krümmung der Polierfolie 13, insbesondere der Polierfläche 13a, zumindest im Wesentlichen der Krümmung der Kugel 12, insbesondere der freien Oberfläche 12a.
  • Die Polierfolie 13 ist folglich vorzugsweise an die Kugel 12 bzw. die Krümmung der Kugel 12 angepasst.
  • Es ist bevorzugt, dass die Polierfolie 13 spannungsfrei und/oder faltenfrei und/oder flächig auf der Kugel 12, insbesondere der freien Oberfläche bzw. Arbeitsfläche 12a, anliegt.
  • Unter dem Begriff "spannungsfrei" im Sinne der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise zu verstehen, dass keine (lokalen) Materialverformungen oder Spannungen im Material der Polierfolie 13 und/oder der Kugel 12 durch Anpassung insbesondere der Polierfolie 13 an die Krümmung der Kugel 12 auftreten.
  • Insbesondere um die Polierfolie 13 faltenfrei bzw. spannungsfrei an die Kugel 12, insbesondere die freie Oberfläche 12a der Kugel 12, anzupassen, ist die Polierfolie 13 vorzugsweise abgewickelt, insbesondere als Kugelsegment, und/oder als Abwicklung, insbesondere eines Kugelsegments, zugeschnitten.
  • Unter dem Begriff "Abwicklung" im Sinne der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise die Ausbreitung einer insbesondere gekrümmten bzw. dreidimensionalen Fläche in eine (zweidimensionale) Ebene zu verstehen, insbesondere derart, dass die Längen der Fläche erhalten bleiben. Beispielsweise kann die Mantelfläche eines Zylinders zu einem (ebenen) Rechteck (exakt) abgewickelt werden. Eine Kugel kann angenähert bzw. segmentweise abgewickelt werden.
  • Die Polierfolie 13 liegt im Ausführungsbeispiel als entsprechende Kugelabwicklung, insbesondere Kugelsegmentabwicklung, der freien Oberfläche 12a der Kugel 12 vor.
  • Die Polierfolie 13 bzw. die Polierfläche 13a ist vorzugsweise segmentiert und/oder durch mehrere, vorzugsweise mindestens vier oder sechs, insbesondere gleichgroße Segmente S gebildet.
  • Bei der in Fig. 1a und 1b dargestellten Ausführungsform ist die Polierfolie 13 bzw. die Polierfläche 13a durch vier Segmente S gebildet. Hier sind jedoch auch andere Lösungen möglich, wie im Folgenden noch näher erläutert wird.
  • Die Segmente S können seitlich bzw. in Umfangsrichtung der Kugel 12 aneinander anliegen und/oder seitlich bzw. in Umfangsrichtung der Kugel 12 zueinander beabstandet sein.
  • Insbesondere sind Ausführungsformen möglich, bei denen die Segmente S derart zueinander beabstandet sind, dass sich zwischen den Segmenten S Kanäle bilden.
  • Die Kanäle der Polierfolie 13 bzw. zwischen den Segmenten S schneiden sich vorzugsweise auf der Stirnseite des Polierwerkzeugs 10 bzw. in der Werkzeugachse A1 und erstrecken sich von dem Schnittpunkt zu dem Rand der Halterung 11 bzw. der Aufnahme 11b.
  • Insbesondere ist es möglich, dass sich die Kanäle vom Schnittpunkt zum Rand der Halterung 11 bzw. der Aufnahme 11b verbreitern.
  • Durch die Kanäle kann ein Poliermittel (nicht dargestellt) sich gleichmäßig über die Polierfläche 13a verteilen. Weiter kann sich Abrieb des Werkstücks und/oder der Polierfolie 13 in den Kanälen sammeln.
  • Die Polierfolie 13 weist vorzugsweise eine Dicke von mindestens 0,1 mm, insbesondere mindestens 0,3 mm, besonders bevorzugt mindestens 0,4 mm, und/oder höchstens 3 mm, insbesondere höchstens 2 mm, besonders bevorzugt höchstens 1mm, auf.
  • Ganz besonders bevorzugt weist die Polierfolie 13 eine Dicke von zumindest im Wesentlichen 0,5 mm auf. Eine zu dicke Polierfolie 13 passt sich nämlich nicht so gut an die Krümmung der Kugel 12 an, sodass ggf. ein Abrichten der Polierwerkzeugs 10 bei der Herstellung erforderlich ist. Eine zu dünne Polierfolie 13 kann hingegen beim Polieren schneller reißen.
  • Vorzugsweise ist die Polierfolie 13 aus einer insbesondere porigen bzw. strukturierten Kunststofffolie, beispielsweise aus Polyurethan, hergestellt, vorzugsweise wobei ein Füllmaterial bzw. Polierstoff in die Polierfolie 13 eingebracht ist.
  • Die Polierfolie 13 ist im Ausführungsbeispiel aus einer 0,5 mm dicken Folie aus Polyurethan LP-13 mit Ceriumoxid als Füllmaterial bzw. Polierstoff geschnitten.
  • Die Polierfolie 13 kann mit der freien Oberfläche 12a der Kugel 12 bzw. dem ersten Kugelsegment verklebt werden.
  • Das Ausführungsbeispiel der Polierfolie 13 gemäß Fig. 2 verdeutlicht, dass die Kugelabwicklungen je nach Größe und den Anforderungen des Einzelfalls unterschiedlich gestaltet werden können. Während die Polierfolie 13 gemäß Figur 1a die Form einer "blütenförmigen" Kugelabwicklung mit vier "Blütenblättern" bzw. Segmenten S hat, hat die Polierfolie 13 gemäß Fig. 2 die Form einer "blütenförmigen" Kugelabwicklung mit sechs "Blütenblättern" bzw. Segmenten S.
  • Wie bereits erläutert, ist bevorzugt, dass die Segmente S gleichgroß bzw. gleichdimensioniert sind. Vorzugsweise sind die Segmente S jeweils als gleichschenkliges Dreieck mit (geringfügig) konvex gekrümmten Schenkeln ausgebildet.
  • Die Polierfolie bzw. -schicht 13 kann jedoch auch auf andere Weise auf die Kugel 12 gebracht werden. Beispielsweise ist es möglich, die Polierfolie 13 durch Tauchen der Kugel 12 in einem Bad mit einer Flüssigkeit und/oder durch Einsprühen der Kugel 12 mit einer Flüssigkeit zu bilden.
  • Im Folgenden soll insbesondere die Aufnahme bzw. Befestigung der Kugel 12 in der Halterung 11 bzw. Aufnahme 11b anhand der Fig. 3 bis 6 näher erläutert werden.
  • Die Kugel 12 ist vorzugsweise einstückig ausgebildet.
  • Vorzugsweise ist die Kugel 12 elastisch, insbesondere elastischer bzw. nachgiebiger bzw. weicher als die Halterung 11.
  • Vorzugsweise weist die Kugel 12 einen Elastizitätsmodul von mindestens 0,5 N/mm2 oder 1 N/mm2 und/oder höchstens 100 N/mm2, 50 N/mm2 oder 10 N/mm2 auf.
  • Der Elastizitätsmodul ist vorzugsweise ein Materialkennwert für das Verhältnis zwischen Spannung bzw. Druck und Dehnung bzw. Stauchung bei der Verformung eines (Prüf-)Körpers aus dem Material.
  • Ein Material mit einem niedrigen Elastizitätsmodul ist folglich weicher bzw. elastischer bzw. leichter zusammendrückbar als ein Material mit einem höheren Elastizitätsmodul.
  • Vorzugsweise ist die Kugel 12 aus einem Gummiwerkstoff, insbesondere einem Synthesekautschuk, beispielsweise Acrylnitril-Butadien-Kautschuk, hergestellt.
  • Unter dem Begriff "Gummiwerkstoff" im Sinne der vorliegenden Erfindung sind vorzugsweise alle Werkstoffe zu verstehen, die gummielastisch ausgebildet sind. Besonders bevorzugt sind Elastomere, wie Kautschuk, insbesondere Naturkautschuk und/oder Synthesekautschuk, wie Silikonkautschuk, als Gummiwerkstoffe im Sinne der vorliegenden Erfindung zu verstehen.
  • Unter dem Begriff "elastisch" bzw. "Elastizität" im Sinne der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise die Eigenschaft eines Materials zu verstehen, unter Krafteinwirkung seine Form elastisch, also nicht plastisch, zu verändern und bei Wegfall der einwirkenden Kraft - ohne bleibende Deformation - in seine ursprüngliche Form zurückzukehren.
  • Vorzugsweise beträgt die Shore-Härte, insbesondere die Shore-D-Härte, der Kugel 12 mindestens SH 30 oder SH 40 und/oder höchstens SH 70 oder SH 65.
  • Die Härte ist vorzugsweise eine Materialeigenschaft, die als Maß für den (mechanischen) Widerstand eines Materials verwendet werden kann, den das Material gegen ein mechanisches Eindringen eines anderen Körpers entgegensetzt.
  • Vorzugsweise wird die Shore-Härte, insbesondere die Shore-D-Härte, gemäß DIN EN ISO 868:2003-10 und/oder DIN ISO 7619-1:2012-02 bestimmt.
  • Die Kugel 12 weist vorzugsweise einen Durchmesser von mindestens 5 mm oder 10 mm, insbesondere mindestens 20 mm oder 30 mm, und/oder höchstens 100 mm oder 80 mm, insbesondere höchstens 50 mm oder 40 mm, auf.
  • Wie eingangs bereits erläutert, ist es für den vorgesehenen Verwendungszweck des Polierwerkzeugs 10 erforderlich, dass das Polierwerkzeug 10, insbesondere die Kugel 12, eine sehr genaue Geometrie, also eine Geometrie mit geringen geometrischen Abweichungen bzw. Toleranzen, aufweist.
  • Vor diesem Hintergrund ist bevorzugt, dass die Kugel 12 geschliffen ist und/oder eine Genauigkeit der Rundheit von 0,01 mm oder 0,02 mm aufweist, vorzugsweise wobei die Rundheit gemäß den DIN EN ISO 1101:2014 bestimmt wird.
  • Fig. 3a zeigt das Polierwerkzeug 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform in einem schematischen Schnitt. Fig. 3b ist eine vergrößerte Darstellung des Polierwerkzeugs 10 gemäß Fig. 3a im Bereich der Aufnahme 11b.
  • Wie bereits erläutert, ist die Kugel 12 zumindest teilweise, vorzugsweise bis zur Hälfte in die Halterung 11, insbesondere die Aufnahme 11b, eingelassen bzw. eingesetzt, insbesondere derart, dass das erste Kugelsegment aus der Halterung 11 bzw. der Aufnahme 11b hinausragt.
  • Die Aufnahme 11b ist vorzugsweise (konkav) gekrümmt, insbesondere sphärisch. Besonders bevorzugt entspricht die Krümmung der Aufnahme 11b der Krümmung der Kugel 12 und/oder weist die Aufnahme 11b bzw. eine durch die Aufnahme 11b begrenzte (gedachte) Kugel einen (Innen-)Durchmesser auf, der zumindest im Wesentlichen dem (Außen-)Durchmesser der Kugel 12 entspricht oder geringfügig, beispielsweise um höchstens oder genau 0,5 mm oder 1 mm, größer als der (Außen-) Durchmesser der Kugel 12 ist. Hier sind jedoch auch andere Lösungen möglich, insbesondere bei denen der (Innen-)Durchmesser der Aufnahme 11b bzw. einer durch die Aufnahme 11b begrenzten (gedachten) Kugel kleiner als der (Außen-)Durchmesser der Kugel 12 ist, vorzugsweise um mindestens oder genau 0,5 mm, 0,4 mm, 0,3 mm oder 0,2 mm.
  • Vorzugsweise beträgt der (größte) (Innen-)Durchmesser der Aufnahme 11b bzw. einer durch die Aufnahme 11b begrenzten (gedachten) Kugel mindestens 10 mm, 20 mm oder 30 mm und/oder höchstens 100 mm, 50 mm oder 40 mm.
  • Vorzugsweise entspricht die Tiefe bzw. axiale Erstreckung der Aufnahme 11b zumindest im Wesentlichen dem Radius der Kugel 12.
  • Es ist bevorzugt, dass die Kugel 12, insbesondere das zweite Kugelsegment bzw. die zweite bzw. verdeckte Oberfläche 12b mit der Halterung 11 bzw. der Aufnahme 11b verklebt ist, wie durch eine Klebenaht bzw. -schicht 14 in Fig. 3a und 3b angedeutet.
  • Insbesondere um zu verhindern, dass beim Einsetzen der Kugel 12 in die Halterung 11 bzw. Aufnahme 11b zwischen der Kugel 12 und der Halterung 11 Luft eingeschlossen wird und/oder Klebstoff aus der Halterung 11 bzw. Aufnahme 11b gepresst wird, weist das Polierwerkzeug 10, insbesondere die Halterung 11, einen Kanal 15 auf, vorzugsweise wobei der Kanal 15 axial bzw. mittig in die Aufnahme 11b mündet.
  • Der Kanal 15 verbindet vorzugsweise die Aufnahme 11b mit der Umgebung.
  • Der Kanal 15 weist vorzugsweise einen ersten bzw. axialen Kanalabschnitt 15a und einen zweiten bzw. radialen Kanalabschnitt 15b auf.
  • Vorzugsweise erstreckt sich der Kanal 15, insbesondere der erste Kanalabschnitt 15a, axial durch die Halterung 11 bzw. von dem Adapterbereich 11a zur Aufnahme 11b.
  • Vorzugsweise erstreckt sich der zweite Kanalabschnitt 15b radial durch die Halterung 11, insbesondere den Adapterbereich 11a, und/oder quer zu dem ersten Kanalabschnitt 15a. Bei der dargestellten Ausführungsform erstreckt sich der zweite Kanalabschnitt 15b vollständig durch die Halterung 11 bzw. von einer Seite auf die andere Seite. Auf diese Weise wird verhindert, dass eine Unwucht entsteht.
  • Vorzugsweise ist der Kanal 15 durch eine oder mehrere Bohrungen in der Halterung 11 gebildet.
  • Vorzugsweise weist der Kanal 15 einen Durchmesser von mehr als 1 mm und/oder weniger als 5 mm, besonders bevorzugt von zumindest im Wesentlichen 3 mm, auf.
  • Beim Einsetzen der Kugel 12 in die Halterung 11 bzw. Aufnahme 11b kann Luft und/oder Klebstoff in den Kanal 15, insbesondere den ersten Kanalabschnitt 15a, gedrückt werden, insbesondere derart, dass die Kugel 12 vollflächig und/oder druckfrei mit der Klebeschicht 14 benetzt ist bzw. in Kontakt steht.
  • Mittels des ersten Kanalabschnitts 15a wird folglich ein Druckausgleich beim Einsetzen der Kugel 12 in die Halterung 11 ermöglicht.
  • Mittels des zweiten Kanalabschnitts 15b wird ein Druckausgleich beim Einspannen des Polierwerkzeugs 10 ermöglicht. Mit anderen Worten verhindert, dass beim Einspannen des Polierwerkzeugs 10 in die Werkzeugspindel Luft gegen die Kugel 12 gepresst wird und sich ggf. die Kugel 12 von der Halterung 11 löst.
  • Dadurch, dass der zweite Kanalabschnitt 15b vorzugsweise im Adapterbereich 11a angeordnet ist, wird verhindert, dass Poliermittel und/oder Abtrag beim Poliervorgang in den zweiten Kanalabschnitt 15b gelangt und diesen ggf. verstopft.
  • Zusätzlich oder alternativ zum Verkleben ist es auch möglich, die Kugel 12 kraft- bzw. reibschlüssig und/oder formschlüssig mittels der Halterung 11 bzw. der Aufnahme 11b zu halten.
  • Vorzugsweise weist die Aufnahme 11b mehrere, insbesondere zwei, Bereiche bzw. Abschnitte auf, besonders bevorzugt wobei die Bereiche sich in der Geometrie voneinander unterscheiden.
  • Vorzugsweise weist die Aufnahme 11b einen ersten bzw. inneren Bereich 11c und einen vorzugsweise unmittelbar an den ersten Bereich 11c angrenzenden zweiten bzw. äußeren Bereich 11d auf, vorzugsweise wobei der zweite Bereich 11d ein axiales Ende der Halterung 11 bzw. der Aufnahme 11b aufweist oder bildet.
  • Der erste Bereich 11c ist vorzugsweise konkav, insbesondere sphärisch, ausgebildet. Besonders bevorzugt entspricht die Krümmung bzw. der Durchmesser des ersten Bereichs 11c bzw. einer durch den ersten Bereich 11c begrenzten (gedachten) Kugel zumindest im Wesentlichen der Krümmung bzw. dem Durchmesser der Kugel 12.
  • Der erste Bereich 11c ist folglich vorzugsweise als Kugelsegment bzw. Kugelschale ausgebildet, insbesondere wobei der Radius des Kugelsegments bzw. der Kugelschale zumindest im Wesentlichen dem Radius der Kugel 12 entspricht.
  • Der zweite Bereich 11d ist vorzugsweise zylindrisch ausgebildet. Insbesondere ist der zweite Bereich 11d in axialer Richtung geradlinig bzw. nicht gekrümmt.
  • Insbesondere ist der Durchmesser des vorzugsweise zylindrischen zweiten Bereichs 11d kleiner als der Durchmesser des vorzugsweise sphärischen ersten Bereichs 11c und/oder der Kugel 12, insbesondere um mindestens oder genau 0,1 mm, 0,2 mm, 0,3 mm, 0,4 mm oder 0,5 mm.
  • Es ist folglich bevorzugt, dass im montierten Zustand der zweite Bereich 11d bzw. die Halterung 11 im zweiten Bereich 11d - insbesondere zumindest im Wesentlichen radial - auf die Kugel 12 drückt bzw. die Kugel 12 kraftschlüssig im zweiten Bereich 11d gehalten ist.
  • Mit anderen Worten wird vorzugsweise mittels des zweiten Bereichs 11d ein insbesondere ringförmiger (geringfügiger) Presssitz bzw. ein Zentriersitz für die Kugel 12 hergestellt.
  • Vorzugsweise wird ausschließlich im zweiten Bereich 11d bzw. durch den zweiten Bereich 11d ein Kraftschluss zwischen der Kugel 12 und der Halterung 11 erzeugt bzw. eine (Reib-)Kraft auf die Kugel 12 ausgeübt. Es ist folglich bevorzugt, dass die Kugel 12 bzw. das zweite Kugelsegment spannungsfrei bzw. druckfrei im ersten Bereich 11c aufgenommen ist.
  • Vorzugsweise ist die Aufnahme 11b, insbesondere der zweite Bereich 11d, derart gestaltet, dass ausschließlich oder zumindest überwiegend radial bzw. quer zur Werkzeugachse A1 auf die Kugel 12 gedrückt wird. Auf diese Weise wird die Kugel 12 sicher in der Aufnahme 11b gehalten bzw. ein Herausdrücken der Kugel 12 aus der Halterung 11 verhindert.
  • Vorzugsweise ist die Tiefe bzw. axiale Erstreckung des ersten Bereichs 11c kleiner als der Radius der Kugel 12.
  • Vorzugsweise weist der zweite Bereich 11d eine Tiefe bzw. eine axiale Erstreckung von mindestens 1mm oder 2mm und/oder höchstens 5mm auf.
  • Der zweite Bereich 11d schließt sich vorzugsweise kontinuierlich bzw. stufenlos an den ersten Bereich 11c an. Insbesondere geht der erste Bereich 11c kontinuierlich bzw. stufenlos in den zweiten Bereich 11d über. Es sind jedoch auch Lösungen möglich, bei denen der Übergang zwischen dem ersten Bereich 11c und dem zweiten Bereich 11d eine Stufe oder einen Knick aufweist.
  • Die Fig. 3 bis 6 verdeutlichen, dass die Halterung 11 je nach Größe der aufzunehmenden Kugel 12 und abhängig von den Anforderungen des Einzelfalls unterschiedlich geformt sein kann bzw. unterschiedliche Größen und/oder Durchmesser aufweist.
  • Die in den Fig. 3 bis 6 dargestellten Polierwerkzeuge 10 weisen grundsätzlich einen vergleichbaren konstruktiven Aufbau auf und unterscheiden sich primär in der Dimensionierung der Aufnahme 11b.
  • Wie bereits erläutert, weist das Polierwerkzeug 10 den Adapterbereich 11a zur Verbindung mit einer Werkzeugspindel (nicht dargestellt) auf.
  • Weiter weist das Polierwerkzeug 10, insbesondere die Halterung 11, einen Schaft 16 und einen Kopf 17 auf, vorzugsweise wobei der Schaft 16 den Adapterbereich 11a mit dem Kopf 17 verbindet.
  • Vorzugsweise weist das Polierwerkzug 10, insbesondere die Halterung 11, einen Anschlag 18 zur definierten Befestigung bzw. Halterung des Polierwerkzeugs 10 an der zugeordneten Werkzeugspindel bzw. deren Werkzeugfutter auf.
  • Der Anschlag 18 dient hierbei insbesondere zur Festlegung einer definierten Axiallage des Polierwerkzeugs 10 relativ zur Werkzeugspindel.
  • Vorzugsweise weist der Kopf 17 die Aufnahme 11b auf bzw. bildet diese. Insbesondere ist die Aufnahme 11b durch die Wandung des Kopfs 17 begrenzt bzw. gebildet.
  • Bei der in Fig. 3a und 3b dargestellten Ausführungsform weist der Kopf 17 den kleinsten (Außen-)Durchmesser der Halterung 11 auf und/oder ist der (größte) (Außen-) Durchmesser des Kopfs 17 kleiner als der (Außen-)Durchmesser des Adapterbereichs 11a.
  • Der Schaft 16 ist hier vorzugsweise als Kegel bzw. Kegelstumpf ausgebildet und/oder verjüngt sich insbesondere kontinuierlich in Richtung des Kopfs 17 bzw. der Aufnahme 11b.
  • Die in Fig. 4 bis 6 dargestellten Halterungen 11 sind vorzugsweise zur Aufnahme einer im Vergleich zur Ausführungsform gemäß Fig. 3a und 3b größeren Kugel 12 ausgebildet, beispielsweise mit einem Durchmesser von zumindest im Wesentlichen 20 mm, 30 mm oder 40 mm.
  • Vorzugsweise ist der Kopf 17 hier pilzkopfartig ausgebildet und/oder vergrößerter sich der (Außen-)Durchmesser der Halterung 11 vom Schaft 16 zum Kopf 17.
  • Insbesondere kann der (größte) (Außen-)Durchmesser des Kopfs 17 größer als der (größte) (Außen-)Durchmesser des Schafts 16 und/oder des Adapterbereichs 11a sein, wie insbesondere die Ausführungsform gem. Fig. 6a und 6b veranschaulicht. Bei der in Fig. 6a und 6b dargestellten Ausführungsform ist der Schaft 16 zumindest im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und/oder weist der Schaft 16 einen entlang der Werkzeugachse A1 gleichbleibenden (Außen-)Durchmesser auf.
  • Die vorschlagsgemäße Vorrichtung zum Polieren eines Werkstücks weist vorzugsweise eine drehbar angetriebene Werkzeugspindel und das vorschlagsgemäße Polierwerkzeug 10 auf, wobei das Polierwerkzeug 10 auswechselbar an der Werkzeugspindel befestigt ist.
  • Einzelne Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung können unabhängig voneinander, aber auch in beliebiger Kombination realisiert werden.
    • Bezugszeichenliste:
    • 10
    Polierwerkzeug
    11
    Halterung
    11a
    Adapterbereich
    11b
    Ausnehmung / Aufnahme
    11c
    erster Bereich
    11d
    zweiter Bereich
    12
    Kugel
    12a
    freie Oberfläche / Arbeitsfläche
    12b
    verdeckte Oberfläche / Haltefläche
    13
    Polierfolie
    13a
    Polierfläche
    14
    Klebeschicht
    15
    Kanal
    15a
    erster Kanalabschnitt
    15b
    zweiter Kanalabschnitt
    16
    Schaft
    17
    Kopf
    18
    Anschlag
    A1
    Werkzeugachse
    S
    Segment der Polierfolie

Claims (11)

  1. Polierwerkzeug (10), aufweisend:
    eine Halterung (11),
    eine in der Halterung (11) aufgenommene Kugel (12),
    eine die freie Oberfläche (12a) der Kugel (12) ganz oder teilweise bedeckende Polierfolie (13).
  2. Polierwerkzeug nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine Aufnahme (11b), in der die Kugel (12) - insbesondere kraft- und/oder stoffschlüssig - aufgenommen ist.
  3. Polierwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (11) aus einem Kunststoff gegossen ist.
  4. Polierwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel (12) aus einem Gummiwerkstoff besteht.
  5. Polierwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel (12) eine Shore-Härte von mindestens SH 30 und/oder höchstens SH 70, insbesondere im Bereich von SH 50 bis SH 65, aufweist.
  6. Polierwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polierfolie (13) die Form einer Kugelabwicklung aufweist und/oder durch mehrere Segmente (S) gebildet ist.
  7. Polierwerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelabwicklung bzw. die Segmente (S) aus einer flächigen Folie ausgeschnitten ist bzw. sind.
  8. Polierwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polierfolie (13) spannungsfrei und/oder faltenfrei auf der freien Oberfläche (12a) der Kugel (12) befestigt ist.
  9. Polierwerkzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (11) einen Kanal (15) aufweist, der in die Aufnahme (11b) mündet.
  10. Polierwerkzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (11), insbesondere die Aufnahme (11b), einen ersten, insbesondere sphärischen, Bereich (11c) und einen zweiten, insbesondere zylindrischen, Bereich (11d) aufweist, vorzugsweise wobei der Durchmesser des zweiten Bereichs (11d) kleiner als der Durchmesser der Kugel (12) ist.
  11. Vorrichtung zum Polieren eines Werkstücks, mit einer drehbar angetriebenen Werkzeugspindel und einem Polierwerkzeug (10),
    wobei das Polierwerkzeug (10) auswechselbar an der Werkzeugspindel befestigt ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Polierwerkzeug (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildet ist.
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