Optische
Linsen werden aus Rohlingen in mehreren Arbeitsschritten hergestellt.
Zunächst
wird die Form der Linsen mittels verschiedener Schleifvorgänge erzeugt,
an die sich das Polieren der optisch aktiven Oberflächen anschließt. Für die Schleifvorgänge kommen üblicherweise
sogenannte Topfwerkzeuge mit Ringschneiden zum Einsatz, mit denen das
Grob- und Feinschleifen durchgeführt
wird. Diese Werkzeuge haben einen Diamantbesatz an ihrer Ringschneide,
der entsprechend dem durchzuführenden
Schleifvorgang gröber
oder feiner ausgeführt ist.
Die
Ringschneide hat üblicherweise
einen halbkreisförmigen
Querschnitt, so dass sie mit der erzeugten Linsenoberfläche nur über Linienberührung in
Kontakt steht. Diese Linienberührung
ist kreisförmig
und hat den Nachteil, dass nur relativ wenig Werkzeugoberfläche mit
der Linse in Kontakt ist. Dieser Nachteil wird ausgeglichen über einen
entsprechend groben Diamantbesatz in der Ringschneide, so dass sich
trotz der Linienberührung
ein genügend großer Materialabtrag
ergibt.
Vorteilhaft
bei der Verwendung der relativ einfachen Topfwerkzeuge mit Ringschneide
ist es, dass sich die Oberflächen
sphärischer
Linsen mit den gewünschten,
verschiedenen Krümmungsradien über die
Einstellparameter der zugeordneten Schleifmaschine herstellen lassen,
ohne dass das Werkzeug gewechselt oder geändert werden muss. Bei größerer Variation
des Linsendurchmessers muss lediglich der Durchmesser der Ringschneide
angepaßt werden.
Mit diesen sehr einfachen Werkzeugen können daher die gewünschten
sphärischen
Oberflächen
(Kugelkalotten) der Linsen erzeugt werden, ohne dass Formwerkzeuge
zum Einsatz kommen oder dass die Schleifmaschine bahngesteuerte
Bewegungen ausführen
muss.
An
das Feinschleifen kann sich ein Feinstschleifen anschließen, für das vorzugsweise
sogenannte Formwerkzeuge eingesetzt werden. Diese Formwerkzeuge
haben im Arbeitsbereich eine Formgebung, die in etwa dem Negativabdruck
der zu bearbeitenden Linse entspricht. Dieser Bereich des Formwerkzeugs
wird mit sogenannten Pellets beklebt. Dies sind dünne, meist
kreisförmige
Plättchen eines
nachgiebigen Materials, in die sehr kleine Diamanten eingebettet
sind. Durch nachträgliches
Abrichten der Formwerkzeuge mittels Ringschneiden wird erreicht,
dass die Geometrie ihrer Arbeitsfläche, d. h. die Oberfläche der
Pellets, sehr genau der zu erzeugenden Linsenoberfläche entspricht.
Die
Formwerkzeuge haben den Vorteil, dass sie in flächiger Berührung mit der zu bearbeitenden Linsenoberflächen stehen,
so dass trotz der sehr feinen Diamantkörnung in den Pellets noch ein
genügend
großer
Materialabtrag entsteht. Dies hängt
zusammen mit der Vielzahl von Diamantkörnern, die infolge der flächigen Berührung von
Werkzeug und Linse gleichzeitig im Eingriff sind und Material abtragen. Da
die Feinheit des Diamantbelags für
die beim Feinstschleifen erzeugte, geringe Rauhtiefe maßgebend
ist, müsste
auch eine Ringschneide mit einem entsprechend feinen Diamantbelag
ausgerüstet
sein, falls sie zum Einsatz käme.
Da diese jedoch nur Linienberührung
mit der Linsenoberfläche
hat, wäre
der Materialabtrag nur gering und damit unvorteilhaft.
Ein
weiterer Vorteil ergibt sich bei der Benutzung von Formwerkzeugen
aus der erzeugten Bahngeometrie der Pellets auf der Linsenoberfläche, was zu
einer sehr feinen Oberfläche
führt.
Hieraus und aus der erzeugten geringen Rauhtiefe ergibt sich eine
Verkürzung
der Polierzeit um mindestens die Hälfte und ein sehr gutes Polierergebnis
bezüglich der
Oberflächengüte.
Neben
den hier genannten Vorteilen haben die Formwerkzeuge jedoch den
Nachteil, dass für
jeden Krümmungsradius
der zu erzeugenden Linsen ein gesondertes Werkzeug benötigt wird.
Dementsprechend hoch sind die Werkzeugkosten im Vergleich zu den
Topfwerkzeugen mit Ringschneide, mit denen viele Radien erzeugt
werden können.
Formwerkzeuge werden daher für
das Grob- und Feinschleifen nicht benutzt.
Das
Aufteilen des Linsenschleifens in die genannten drei Arbeitsgänge Grob-,
Fein-, und Feinstschleifen hat erhebliche Vorteile, sowohl bezüglich der
Wirtschaftlichkeit als auch bezüglich
der Linsenqualität.
Mit den Ringschneiden der Topfwerkzeuge lassen sich große Materialmengen
abtragen, wenn der Diamantbesatz entsprechend grob ist.
Naturgemäß weist
die so erzeugte Oberfläche
eine relativ große
Rauhtiefe auf, so dass sich an das Grobschleifen, mit dem die Linsenkontur
hergestellt wurde, ein Feinschleifen anschließt, mit dem die Rauhtiefe verringert
wird.
Auch
hierzu wird ein Topfwerkzeug mit Ringschneide benutzt. Die so erzeugte
Oberflächenqualität weist
noch eine, wenn auch geringere, Rauhtiefe auf.
Würde sich
an das Feinschleifen, wie früher üblich, direkt
das Polieren anschließen,
so würden sich
relativ lange Polierzeiten ergeben, da beim Polieren naturgemäß nur sehr
wenig Material abgenommen werden kann. Dies ist verfahrensbedingt,
so dass beim Polieren relativ rauher Oberflächen die Wirtschaftlichkeit
der Fertigung beeinträchtigt
würde. Der
geringe Materialabtrag beim Polieren ist erforderlich, um die gewünschte feine
Oberfläche
mit geringstmöglicher
Rauhtiefe zu erreichen.
Hierzu
werden beim Polieren zum Materialabtrag nur Poliersuspensionen eingesetzt,
die kleinste Partikel enthalten. Es ist daher sehr wichtig, dass
vor dem Polieren die Rauhtiefe der erzeugten Linsenoberflächen durch
mindestens einen weiteren Schleifvorgang verringert wird.
Dieser
weitere Schleifvorgang wird als Feinstschleifen bezeichnet. Entsprechend
dem gewünschten
Arbeitsergebnis mit geringer Rauhtiefe muss die Körnung des
benutzten Diamantbelags sehr fein sein. Würde man das Feinstschleifen
mit den Ringschneiden von Topfwerkzeugen durchführen, so wäre der Materialabtrag wegen
der Feinheit des Diamantbelags der Ringschneide und vor allem wegen
der Linienberührung
von Werkzeug und Linsenoberfläche
nur gering. Daher werden für
das Feinstschleifen vorzugsweise Formwerkzeuge eingesetzt, die eine
flächige
Berührung
ermöglichen
und damit trotz ihres feinen Diamantbelags pro Zeiteinheit genügend Material
abtragen können.
In
dem Gebrauchsmuster
DE
298 03 158 U1 wird eine „Mehrspindel-Poliermaschine
mit verschiedenen Polierwerkzeugen" beschrieben, die über eine Linsenspannvorrichtung
ohne kardanische Beweglichkeit verfügt. Alle Arbeitsgänge mit
den Topfwerkzeugen können
damit einwandfrei ausgeführt
werden. Beim dem anschließenden
Arbeiten mit dem ebenfalls vorgesehenen Formwerkzeug entstehen jedoch
die vorgenannten Ungenauigkeiten. Diese werden in einem aufwändigen Verfahren
beseitigt, bei dem die Linse interferometrisch vermessen und anschließend mit
einem Polierstift korrigierend bearbeitet wird.
Die
gewünschte
Linsenqualität
kann damit zwar erreicht werden, aber die zusätzlichen Verfahrensschritte „Linse
mit Interferometer vermessen" und „Linse
mit Polierstift korrigieren" kosten
sehr viel Bearbeitungszeit. Insbesondere das Korrigieren mit dem
Polierstift ist zeitaufwändig,
da dieser die Linsenoberfläche
nur punktförmig
berührt,
was zusammen mit seiner sehr feinkörnigen Oberflächenbeschaffenheit
zur einem äußert geringen
Materialabtrag pro Zeiteinheit führt.
Das
in dem genannten Gebrauchsmuster beschriebene Verfahren eignet sich
nicht zum Schleifen von Linsen, da das Vermessen der Ungenauigkeiten
mit dem Interferometer eine polierte Oberfläche voraussetzt.
In
der Offenlegungsschrift
DE
42 14 266 A1 wird eine „Vorrichtung zur Führung eines
Werkstücks...." beschrieben, die über einen
Kugelstift verfügt
und damit eine kardanische Beweglichkeit der Linse ermöglicht.
Diese
Vorrichtung verfügt über bewegliche Teile,
die mittels Druckluft translatorisch bewegt werden können. Damit
ist es möglich,
die eingespannte Linse an das Formwerkzeug heranzufahren und auch
den nötigen
Arbeitsdruck zu erzeugen. Das Bearbeiten der so eingespannten Linsen
mit Topfwerkzeugen ist nicht möglich,
da sich diese Linsenspannvorrichtung nicht von kardanischer Beweglichkeit
auf feste Linseneinspannung umschalten läßt. Wenn die Linse auch mit
Topfwerkzeugen bearbeitet werden soll, so muss diese Linsenspannvorrichtung
gegen eine andere mit fester Linseneinspannung ausgewechselt werden.
Daraus ergeben sich Ungenauigkeiten und Mehrkosten.
In
der
US 5,284,348 A wird
eine Linsenspannvorrichtung mit fester Einspannung der Linse beschrieben.
Auch diese Linsenspannvorrichtung verfügt über bewegliche Teile, die mittels
Druckluft translatorisch bewegt werden können.
Diese
Einrichtung dient insbesondere zum Einspannen der Linse in einer
druckluftbetätigten Spannzange
mit definiertem Antriebsdrehmoment. Diese Linsenspannvorrichtung
eignet sich wegen der festen Einspannung der Linse für die Bearbeitung
mit Topfwerkzeugen.
Das
Bearbeiten der eingespannten Linsen mit Formwerkzeugen ist nicht
möglich,
da sich diese Linsenspannvorrichtung nicht von fester Linseneinspannung
auf kardanische Beweglichkeit umschalten lässt.
Wenn
daher auch mit Formwerkzeugen gearbeitet werden soll, so muss diese
Linsenspannvorrichtung gegen eine andere mit kardanischer Beweglichkeit
ausgewechselt werden. Daraus ergeben sich wieder Ungenauigkeiten
und Mehrkosten.
Es
wäre sehr
wünschenswert,
wenn die genannten drei Schleifvorgänge in einer Aufspannung der
Linse durchgeführt
werden könnten.
Dies würde die
Wirtschaftlichkeit verbessern, da das Umspannen der Linse entfallen
könnte
und außerdem
ließe
sich die Qualität
der Linsen steigern, da alle Umspannvorgänge grundsätzlich mit Ungenauigkeiten
verbunden sind, die es zu vermeiden gilt.
Nach
dem Stand der Technik ist es jedoch nicht möglich, Linsen mit Ringschneiden
und anschließend
mit Formwerkzeugen ohne Umspannung der Linsen zu bearbeiten. Die
vorbeschriebenen Vorteile können
daher bei den Verfahren entsprechend dem Stand der Technik ohne
Linsenumspannen nicht realisiert werden.
Ziel
der Erfindung ist es, die Wirtschaftlichkeit des Fertigungsvorgangs
bei der Linsenherstellung zu steigern und gleichzeitig die Genauigkeit
der optisch aktiven Oberflächen
der erzeugten Linsen zu steigern.
Diese
Aufgabe wird gelöst
durch ein Verfahren mit den Verfahrensschritten nach Patenanspruch 1
sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit den
Merkmalen nach Patenanspruch 5. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben
sich aus den Merkmalen der weiteren Ansprüche.
Bei
dem hier vorgeschlagenen, erfindungsgemäßen Verfahren wird eine spezielle
Spannvorrichtung für
die Linsen benutzt, die sich für
die beiden grundsätzlich
verschiedenen Schleifvorgänge (Schleifen
mit Ringschneide bzw. Schleifen mit Formwerkzeug) umstellen lässt. Damit
ist es bei dem ertindungsgemäßen Verfahren
möglich,
die drei Schleifvorgänge
Grob-, Fein-, und Feinstschleifen ohne Umspannen der Linsen durchzuführen, wobei,
wie erwähnt,
nacheinander Ringschneiden und mindestens ein Formwerkzeug zum Einsatz
kommen. Das hier vorgeschlagene Schleifverfahren bietet daher die
vorgenannten Vorteile bezüglich
größerer Wirtschaftlichkeit
beim Linsenschleifen und auch bezüglich besserer Qualität der erzeugten
Linsen, ohne dass die Nachteile im Zusammenhang mit dem Linsenumspannen
in Kauf genommen werden müssten, da
dieses entfällt.
Das
Umstellen der Spannvorrichtung, welche die Linsen während der
verschiedenen Schleifvorgänge
festhält
ist erforderlich, da die Linsen beim Bearbeiten mit Ringschneiden
grundsätzlich
anders gespannt werden müssen,
als beim Schleifen mit Formwerkzeugen. Die entsprechenden Zusammenhänge werden
nachstehend erläutert:
- • Beim
Linsenschleifen mit Ringschneiden müssen die Linsen unverrückbar und
sehr präzise
von der Linsenspannvorrichtung gehalten werden. Dies ist erforderlich,
damit sich die Linse stets in genau definierter Lage befindet, da
die Genauigkeit der erzeugten Linsengeometrie hiervon und von der
Genauigkeit der benutzten Schleifmaschine abhängt. Die Linsengeometrie ergibt
sich bei der Bearbeitung mit Ringschneiden aus den Einstellungen
der Schleifmaschine, was eine genau definierte Lage der Linsen in
der Linsenspannvorrichtung voraussetzt. Die Genauigkeit der erzeugten
Geometrie hängt
ganz wesentlich von der Genauigkeit der benutzten Schleifmaschine
ab, hierzu gehört,
wie bereits erwähnt,
auch eine präzise Fixierung
der Linse in der Spannvorrichtung. Diese Fixierung der Linse in
der Spannvorrichtung muss so stabil sein, dass damit die bei der
Bearbeitung mit den Ringschneiden auftretenden großen Kräfte aufgenommen
werden können.
- • Beim
Linsenschleifen mit Formwerkzeugen wird die Genauigkeit der erzeugten
Linsengeometrie vom Werkzeug erzeugt. Die Genauigkeit der Schleifmaschine
spielt hier nur eine geringere Rolle. Wie vorbeschrieben bildet
sich das Formwerkzeug beim Feinstschleifen sozusagen auf der Linsenoberfläche ab. Die
sehr gute Genauigkeit des Formwerkzeugs wird durch Abrichten seines Diamantbelags
mit einer Ringschneide erzeugt, bevor die Bearbeitung der Linse
mit dem Formwerkzeug erfolgt. Umspannvorgänge mit dem Formwerkzeug zwischen
dem Abrichten und dem Linsenschleifen werden aus Genauigkeitsgründen nach
Möglichkeit
vermieden. Zum Abrichten des Formwerkzeugs und zum Feinstschleifen
der Linsen bleibt das Formwerkzeug daher vorzugsweise an der gleichen
Maschinenspindel eingespannt.
Damit die Berührung von Werkzeug und Linse ohne
Zwängung
erfolgen kann, ist es zwingend erforderlich, dass die Linse für sich alleine
oder mit Teilen ihrer Spannvorrichtung über eine gewisse Beweglichkeit
verfügt.
Man spricht in diesem Zusammenhang von einer kardanischen Aufhängung.
Ohne
diese, würden
alle Ungenauigkeiten in der Schleifmaschine und insbesondere auch
alle Abweichungen bei der Ausrichtung der Werkzeugspindel mit dem
Formwerkzeug einerseits und der Werkstückspindel mit der Linsenspannvorrichtung und
der Linse andererseits dazu führen,
dass es zu Zwängungen
zwischen Linse und Formwerkzeug kommt. Die erwünschte flächige Berührung zwischen Linse und Werkzeug
ohne Zwängung wäre dann
nicht möglich.
Diese ist jedoch Voraussetzung für
ein einwandfreies Arbeitsergebnis.
Da
es nach dem Stand der Technik zur Zeit keine Linsenspannvorrichtung
gibt, die sich von der festen Einspannung der Linse zur Bearbeitung
mit Ringschneiden auf die kardanische Einspannung der Linse zur
Bearbeitung mit Formwerkzeugen umstellen lässt, gibt es auch kein Verfahren,
bei dem das Grob- und Feinschleifen mit Ringschneiden und das anschließende Feinstschleifen
mit Formwerkzeugen in einer Aufspannung der Linse durchgeführt werden kann.
Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird, wie erwähnt,
eine Linsenspannvorrichtung benutzt, die sich von Festeinspannung
auf kardanische Einspannung umstellen lässt, so dass sich die genannten
Vorteile ergeben.
Das
Verfahren wird vorzugsweise unter Einsatz einer vierspindeligen
Schleifmaschine durchgeführt,
es ist jedoch grundsätzlich
auch möglich,
mit Schleifmaschinen zu arbeiten, die über mehr oder weniger Spindeln
verfügen.
Die vier Spindeln der Schleifmaschine sind dann wie folgt angeordnet:
- – Im
Oberteil der Maschine befinden sich zwei in Ruhestellung senkrechte
Spindeln, die an einem gemeinsamen Schwenkkopf befestigt sind und mit
diesem relativ zur vertikalen Achse schräggestellt werden können.
- – Im
Unterteil der Maschine sind ebenfalls zwei senkrechte Spindeln angeordnet,
die an Vorschubschlitten befestigt sind, mit denen sie gemeinsam
in vertikaler und horizontaler Richtung translatorisch verfahren
werden können.
Die
genannten vier Spindeln sind wie folgt bestückt:
- – Links
oben: Kombiwerkzeug mit zwei Ringschneiden für das Grob- und Feinschleifen,
die durch Verstellen des Werkzeuges nacheinander zum Einsatz gebracht
werden können.
Dieses Werkzeug verfügt
an seinem Umfang über
eine dritte Schneidfläche
mit Diamantbesatz zum Bearbeiten des Linsenumfangs.
- – Rechts
oben: Formwerkzeug mit diamantbestückten Pellets für das Feinstschleifen.
- – Links
unten: Erfindungsgemäße Linsenspannvorrichtung
mit den Umstellmöglichkeiten „Linse festgespannt" bzw. „Linse
kardanisch" gespannt.
- – Rechts
unten: Topfwerkzeug mit Ringschneide zum Abrichten des darüber angeordneten
Formwerkzeugs, nachstehend Abrichtwerkzeug genannt.
Das
erfindungsgemäße Verfahren
läuft wie folgt
ab:
- • Überschleifen
der Linsenauflage der Linsenspannvorrichtung (links unten) mittels
der Ringschneiden des Kombiwerkzeugs (links oben) um einen hochpräzisen Rundlauf
der später
aufgelegten Linse zu erzielen.
- • Abrichten
des Formwerkzeugs (rechts oben) mit dem Abrichtwerkzeug (rechts
unten). Ein Umspannen des Formwerkzeugs vor dem Linsenschleifen
erfolgt dann nicht mehr.
- • Auflegen
des Linsenrohlings auf die luftdurchlässige Linsenauflage der Linsenspannvorrichtung, wo
sie durch Anlegen von Unterdruck festgespannt wird. Der äußere Umfang
des Linsenrohlings bleibt dabei frei.
- • Durchführen des
Grob- und Feinschleifens, wozu die Werkzeug- und die Werkstückspindel
in Rotation versetzt werden und das Kombiwerkzeug nach Schrägstellen
des Schwenkkopfes in Kontakt mit dem Linsenrohling gebracht wird.
Zunächst
wird das Grobschleifen und anschließend nach Umstellen des Kombiwerkzeugs
das Feinschleifen mit der zweiten Ringschneide durchgeführt.
- • Zentrieren
der Linse, wozu der Schwenkkopf wieder in die Nullage zurückgedreht
wird (senkrechte Achsstellung der Werkzeugspindel), wobei mit dem
nun um die senkrechte Achse rotierenden Kombiwerkzeug die Linse
an ihrem Umfang bearbeitet wird. Hierbei ist die dritte Arbeitsfläche am Umfang
des Kombiwerkzeugs im Eingriff.
- • Umstellen
der Linsenspannvorrichtung von der Einstellung „Festeinspannung der Linse" auf die Einstellung „kardanische
Einspannung der Linse".
- • Feinstschleifen
der Linse, wozu die beiden unteren Spindeln der Maschine zunächst eine
Horizontal- und eine Vertikalbewegung ausführen, wobei das Formwerkzeug
mit der Linse in Kontakt gebracht wird. Auch in diesem Fall ist
die Werkzeugspindel mittels des genannten Schwenkkopfes schräggestellt.
Das Feinstschleifen mit dem Formwerkzeug läuft unter Zugabe von Kühlflüssigkeit
bei gleichsinniger Rotation beider beteiligter Spindeln ab. Das
Formwerkzeug legt sich infolge der kardanischen Einspannung der
Linse ohne Zwängung
an diese an, was eine sehr wesentliche Voraussetzung für ein gutes
Arbeitsergebnis ist.
Damit ist ein Arbeitszyklus beendet und
die nächste
Linse kann bearbeitet werden.
Der
Aufbau der erfindungsgemäßen Linsenspannvorrichtung
zur Durchführung
des vorgeschlagenen Verfahrens wird nachstehend erläutert, wobei auch
Spannvorrichtungen mit anderen konstruktiven Merkmalen zur Durchführung des
Verfahrens vorgesehen sind.
Zur
Aufnahme der Linse bzw. des Linsenrohlings befindet sich am oberen
Ende der Linsenspannvorrichtung eine Linsenauflage. Zur sprachlichen Vereinfachung
wird nachstehend nur noch von Linsen gesprochen unabhängig davon,
ob es sich um einen Linsenrohling oder eine in Bearbeitung befindlichen
Linse handelt.
Die
Linsenauflage besteht aus porösem
Material, das luftdurchlässig
ist und durch Abrichten mit einer Ringschneide genau der Form der
Linsenunterseite angepasst werden kann. Infolge der Luftdurchlässigkeit
der Linsenauflage ist es somit möglich,
die auf die Oberseite der Linsenauflage aufgelegte Linse mittels
Unterdruck an dieser festzuspannen, wenn der Unterdruck an die Unterseite
der Linsenauflage angelegt wird.
Das
Festspannen der Linse mittels Unterdruck ist insbesondere bei der
Bearbeitung mit den Ringschneiden wichtig, da hierbei sehr große Reaktionskräfte entstehen.
Beim Feinstschleifen mit einem Formwerkzeug kann unter Umständen auf
das Spannen mit Unterdruck verzichtet werden, da bei diesem Arbeitsschritt
die Reaktionskräfte
nicht so groß sind.
Die
Linsenauflage steht mit einem Abdichtgehäuse in Verbindung, das einerseits
für eine
Abdichtung am Umfang der Linsenauflage sorgt und andererseits der
Verteilung des Unterdrucks an der Unterseite der Linsenauflage dient.
Hierzu ist zwischen dem Abdichtgehäuse und der Linsenauflage ein
entsprechender Luftspalt vorgesehen.
Das
Abdichtgehäuse
ist seinerseits, mittels Schraubenverbindung, an einem Konus befestigt, der
axial verschieblich ist und sich in seiner unteren Endlage in einen
Gegenkonus setzt. Dieser ist im Inneren des Grundkörpers vorhanden,
der entsprechend ausgeformt ist. Zur Auslösung der genannten Axialbewegung
nach oben hin dient ein mit Druckluft beaufschlagter Kolben, der
in einen Zylinder läuft,
der ebenfalls in den Grundkörper
eingearbeitet ist und sich unterhalb des Konuses befindet. Der Kolben
und der Konus sind, mittels Schraubenverbindung, fest miteinander
verbunden. Hierzu dient ein Befestigungsflansch, der an den Kolben
angearbeitet ist. Für
die Axialbewegung in umgekehrter Richtung, d. h. nach unten, dient
eine Rückholfeder.
Wenn keine Druckluft an den Kolben angelegt wird, so zieht die Rückholfeder
den Konus in den Gegenkonus.
Zur
Bewegung des Konus in axialer Richtung sind jedoch auch andere Lösungen vorgesehen,
wie z. B. mechanische Gestänge
oder elektromagnetische sowie hydraulische Antriebe.
Wenn
der Konus von der Rückholfeder
fest in den Gegenkonus gezogen wird, so ist in diesem Bereich keine
Beweglichkeit mehr vorhanden, d. h. die Linse ist in der Linsenspannvorrichtung
relativ zur Werkstückspindel
unverrückbar
und unbeweglich fixiert. Mit dieser Einstellung der Linsenspannvorrichtung
(Konus angezogen) kann die damit verbundene Linse mit den Ringschneiden
der Topfwerkzeuge bearbeitet werden.
Wenn
der Konus durch die Axialbewegung des Kolbens jedoch von dem Gegenkonus
abgehoben hat, so entsteht in diesem Bereich eine gewisse Beweglichkeit,
die zu der gewünschten
kardanischen Aufhängung
der Linsen führt.
Mit dieser Einstellung der Linsenspannvorrichtung kann die mit ihr
verbundene Linse mittels eines Formwerkzeugs bearbeitet werden,
da die erforderliche kardanische Beweglichkeit gegeben ist.
Damit
der vorerwähnte
Unterdruck an die Unterseite der Linsenauflage angelegt werden kann, sind
die folgenden Bauteile mit einer Axialbohrung versehen: Abdichtgehäuse, Konus,
Befestigungsflansch und Kolben.
Das
gleiche gilt für
die Kolbenschraube, welche eine Abstützscheibe an dem Kolben festhält. Die Abstützscheibe
dient der Kraftübertragung
von der Rückholfeder
auf den Kolben und die damit verbundenen Bauteile, wenn die Druckluft
nicht zugeschaltet ist. Zu diesem Zweck stützt sich die Rückholfeder einerseits
gegen die Abstützscheibe
und andererseits gegen den Grundkörper ab.
Damit
die angelegte Druckluft sich nicht durch die genannten Bohrungen
bis zur Linsenauflage fortsetzen kann, was zu einem Abheben der
Linsen führen
würde,
befindet sich im unteren Teil des Kolbens ein Rückschlagventil, das beim Anlegen
von Überdruck
schließt
und beim Anlegen von Unterdruck öffnet.
Dieses Rückschlagventil
besteht aus einer Kugel mit Schraubenfeder, die sich in der erweiterten
Axialbohrung im unteren Kolbenbereich befinden. Die Kugel wird von
der Feder gegen einen Ventilsitz gepresst. Dieser wird gebildet
von der erweiterten Axialbohrung und der weiter nach oben führenden
kleineren Axialbohrung. Die Schraubenfeder stützt sich gegen die genannte
Kolbenschraube mit Axialbohrung ab.
Bei
dieser Ausführung
der erfindungsgemäßen Linsenspannvorrichtung
kann entweder die Linse mittels Unterdruck an der Linsenauflage
festgesaugt werden oder der Kolben wird durch Beaufschlagen mit
Druckluft in axialer Richtung bewegt, wobei das Rückschlagventil
verhindert, dass die Druckluft bis zur Linsenauflage gelangt. In
diesem Fall, d. h. bei Beaufschlagung der Linsenspannvorrichtung
mit Druckluft, ist die Linse nicht angesaugt, sondern wird mittels
der Reibungskräfte
zwischen der Linsenauflage und der Linse während der Bearbeitung mit dem
Formwerkzeug festgehalten.
Zur
Befestigung an der Werkstückspindel trägt der Grundkörper an
seinem unteren Ende einen Spannzapfen, in dessen hohlgebohrten Innenraum sich
das untere Ende des Kolbens ebenso befindet, wie die Rückholfeder
und die Abstützscheibe
mit Kolbenschraube.
Der
Spannzapfen wird fest und luftdicht mit der Werkstückspindel
verbunden, so dass über
die hohlgebohrte Spindel sowohl Unterdruck als auch Überdruck
mittels Druckluft angelegt werden können.
Damit
die Rotationsbewegung der von der Spindel angetriebenen Linsenspannvorrichtung
von deren Grundkörper
auf den Kolben und die damit verbundenen Bauteile (insbesondere
die Linsenauflage) übertragen
werden kann, ist ein Mitnehmerstift vorgesehen. Dieser sitzt in
einer Durchgangsbohrung des Spannzapfens und durchdringt den Kolben,
der zu diesem Zweck über
eine länglich
ovale Ausnehmung verfügt.
Dadurch bleibt die axiale Beweglichkeit des Kolbens erhalten, während Rotationsbewegungen
relativ zum Grundkörper
verhindert werden. Damit die axiale Bohrung in dem Kolben von dem Mitnehmerstift
nicht verschlossen wird, ist dieser in seinem mittleren Bereich
mit einer Ringnut kleineren Durchmesser versehen.
Zur
Abdichtung zwischen dem Grundkörper und
dem axial verschieblichen Konus dient ein Gummibalg, der über ringförmige Ausformungen
verfügt, die
in Ringnuten des Grundkörpers
bzw. des Konus eingreifen. An den beiden genannten Bauteilen ist der
Gummibalg jeweils mittels einer Schlauchschelle befestigt.
Der
Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens
und die Funktion der Linsenspannvorrichtung sind dann wie folgt:
Nachdem
die Linse auf die Linsenauflage aufgelegt wurde, wird die Werkstückspindel
mit Unterdruck beaufschlagt. Dieser setzt sich über die Bohrung in der Kolbenschraube
bis zu dem Rückschlagventil
fort, das infolge des Unterdrucks öffnet, wobei die Schraubenfeder
etwas zusammengedrückt
wird.
Der
Unterdruck pflanzt sich dann weiter fort über die axialen Bohrungen im
Kolben mit seinem Befestigungsflansch sowie in dem Abdichtgehäuse bis
zur Rückseite
der Linsenauflage.
Da
diese porös
ist, wirkt der Unterdruck auch an der Linsenrückseite, wodurch diese durch
Ansaugen unverrückbar
festgespannt wird.
Gleichzeitig
wird ebenfalls unter der Wirkung des Unterdrucks der Konus in den
Gegenkonus hineingezogen, so dass beide eine axial genau ausgerichtete
Einheit bilden. Damit ist die Linse in eindeutiger Lage und unverrückbar mit
der Linsenspannvorrichtung und damit auch mit der Werkstückspindel verbunden.
Dies ist, wie erwähnt,
eine Grundvoraussetzung für
das Linsenschleifen mit Ringschneiden, das anschließend durchgeführt wird.
Auf
das Grob- und Feinschleifen mit den Ringschneiden sowie auf das
Zentrieren der Linse folgt das Feinstschleifen mit einem Formwerkzeug. Hierzu
muss die Linse über
eine kardanische Beweglichkeit verfügen. Dies wird erreicht durch
Beaufschlagen der Werkstückspindel
mit Druckluft. Diese gelangt über
die hohlgebohrte Werkstückspindel
in den ebenfalls hohlgebohrten Spannzapfen der Linsenspannvorrichtung.
Dort ist das Rückschlagventil geschlossen,
da die Kugel von der Schraubenfeder wieder gegen den Ventilsitz
gedrückt
wird, so dass die Druckluft nicht in die weiter oben liegende axiale Bohrung
des Kolbens und diejenigen der anderen Bauteile eindringen kann.
Die
Druckluft übt
jedoch eine Kraft auf den Kolben aus und schiebt diesen nach oben,
wobei die Rückholfeder
gespannt wird. Durch diese axiale Bewegung des Kolbens wird der
Konus vom Gegenkonus abgehoben und erhält dadurch die gewünschte kardanische
Beweglichkeit infolge des Spiels zwischen Kolben und Zylinder. Diese
Beweglichkeit des Kolbens in seiner Führung kann noch unterstützt werden
durch das Anordnen einer Führungsbüchse zwischen
Kolben und Zylinder, die aus einem weichen, elastischen Material
hergestellt sein kann.
Der
erwähnte
Gummibalg zum Abdichten der Linsenspannvorrichtung ist so ausgelegt,
dass er der axialen Bewegung des Konus mit dem Abdichtgehäuse sowie
der Linsenauflage und der Linse folgen kann.
Das
Feinstschleifen der Linse mit dem Formwerkzeug kann jetzt ohne Zwängung durchgeführt werden,
da nach dem Abheben des Konus von seinem Gegenkonus keine starre
Verbindung mehr vorhanden ist zwischen dem Grundkörper mit
seinem Spannzapfen und der Linsenauflage mit der Linse. Die benötige kardanische
Beweglichkeit für
das Feinstschleifen mit dem Formwerkzeug ist gegeben. Auf ein Festsaugen
der Linse mittels Unterdruck an der Linsenauflage kann in diesem
Fall verzichtet werden, da die Reaktionskräfte beim Feinstschleifen mit einem
Formwerkzeug nur klein sind. Es genügen daher die Reibungskräfte zwischen
Linse und Linsenauflage, um die Linse festzuhalten.
Bei
einer zweiten Variante der Linsenspannvorrichtung entfällt das
Rückschlagventil
und wird durch eine Drehdurchführung
ersetzt, in die ein Unterdruckrohr hineinragt. Damit ist es möglich, die
axialen Bohrungen bis hin zur Linsenauflage mit Unterdruck zu beaufschlagen,
während
der Kolben gleichzeitig mit Druckluft beaufschlagt wird. Daraus
ergibt sich der Vorteil, dass die Linse auch beim Feinstschleifen
mit Formwerkzeug mittels Unterdruck an der Linsenauflage festgesaugt
werden kann. Die Anpresskraft zwischen Formwerkzeug und Linse kann dann
etwas größer gewählt werden,
da die entstehenden größeren Reaktionskräfte von
der mit Unterdruck an der Linsenauflage festgesaugten Linse aufgenommen
werden können.
Hieraus ergibt sich eine weitere Verbesserung der Wirtschaftlichkeit,
da der Materialabtrag infolge der größeren Anpresskraft entsprechend
größer ausfällt.
Das
genannte Unterdruckrohr kann zum Beispiel durch die hohlgebohrte
Werkstückspindel
geführt
werden, ohne das es rotiert, da in der Linsenspannvorrichtung eine
Drehdurchführung
angeordnet ist.
Der
Ringspalt, der von der Axialbohrung der Werkstückspindel und dem Unterdruckrohr
gebildet wird, kann dann mit Druckluft beaufschlagt werden, während in
dem Unterdruckrohr ein Unterdruck herrscht. Es sind grundsätzlich jedoch
auch andere Möglichkeiten
vorgesehen, die Linsenspannvorrichtung mit Unterdruck und gleichzeitig
mit Druckluft zu beaufschlagen.
Die
Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens
lassen sich wie folgt zusammenfassen:
- • Da sich
an das Feinschleifen das Feinstschleifen mit Formwerkzeug anschließt, kann
die Polierzeit mindestens halbiert werden. Das Polieren ist sehr kostenaufwändig, so
dass sich durch die Einsparung von Polierzeit eine erhebliche Steigerung
der Wirtschaftlichkeit ergibt.
- • Da
das Formwerkzeug eine Flächenberührung mit
der Linse hat, ergibt sich beim Feinstschleifen damit eine deutliche
Leistungssteigerung und dementsprechend eine Verbesserung der Wirtschaftlichkeit,
im Vergleich zu dem Schleifen mit einer Ringschneide, die einen ähnlich feinen
Diamantbelag hätte.
- • Eine
Steigerung der Linsenqualität
ergibt sich aus dem Einsatz eines Formwerkzeugs für das Feinstschleifen,
da dieses im Vergleich mit Ringschneiden eine gleichmäßigere Oberfläche an der Linse
erzeugt.
- • Die
genannten Vorteile ergeben sich bei dem vorgeschlagenen Verfahren
ohne dass die Linse umgespannt werden muss. Denn durch die Verwendung
der erfindungsgemäßen Linsenspannvorrichtung
kann das Umspannen der Linse zwischen dem Feinschleifen mit Ringschneiden
und dem Feinstschleifen mit Formwerkzeugen entfallen, so dass auch
diese sonst erforderliche Umspannzeit eingespart werden kann, was
zu einer weiteren Steigerung der Wirtschaftlichkeit führt.