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1Vlaschine zum Schleifen und Polieren sphärischer- oder annähernd
sphärischer Flächen an Linsen o. dgl. Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung
zum Schleifen oder Polieren von gekrümmten Flächen, wie die Oberfläche von Linsen,
Reflektoren oder ähnlich sphärisch gekrümmten Flächen, bei denen zwei Teile, ein
konvexer und ein konkaver; als Werkzeug und Werkstück zusammen arbeiten; diese sind
mit Einrichtungen zum Gegeneinanderpressen - und zur Druckänderung versehen, um
bei der übereinandergleitenden Bewegung der Teile eine gleichmäßige Polierwirkung
zu erzielen.
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Bei Maschinen dieser Art sitzt der konvexe Teil als Werkstück auf
dem oberen Ende einer senkrechten Spindel und dreht sich mit dieser; während der
konkave Teil als Werkzeug -sich exzentrisch auf der. Oberfläche .des untenlzegenden
konvexen Teils bewegt. Bei dieser Bewegung hebt und senkt sich der obere Teil -jenach
seiner Exzentrizität zur. Spindelachse und je nach Kugelradius. Die Ausführung.
dieser exzentrischen Bewegung wird durch einen senkrechten Halter mit Kugelspitze
bewerkstelligt, der mit dieser Kugelspitze auf der oberen konvexen Seite des Werkzeuges
angreift. Die Bewegung und die Art der Führung dieses Halters mit Kugelspitze ist
bekannt.
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Es hat sich gezeigt, daß'infolge der Trägheit der das obere Werkzeug
antreibenden Teile beim Heben @ und Senken derselben Druckschwankungen zwischen
Werkstück und Werkzeug auftreten. Weitere Druckschwankungen entstehen dadurch; daß
der Halter das Werkzeug nicht in Richtung des Kugelradius, sondern mehr oder weniger
tangential zur Kugelfläche gegen das Werkstück andrückt.
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Bei einer Bewegung gemäß der Erfindung, mit dem Druck immer nach dem
Kugelmittelpunkt hin, wird das Heben und Senken des Werkzeughalters keinen ungünstigen
Einfluß mehr- ausüben, wie bisher, wo der obere Teil infolge seines Hebens und Senkens
eine mehr oder weniger elliptische Bahn auf der Oberfläche des Werkstücks beschreibt,
so daß sich an verschiedenen Stellen der Ellipse verschiedene Geschwindigkeiten,
verschiedene Drucke und damit verschiedene Schleifwirkungen ergeben, worunter die
Genauigkeit der Schleifarbeiten leiden muß.
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Gemäß der Erfindung dienen zum Antrieb der zusammenarbeitenden Teile
zwei umlaufende Treibspindeln, deren in- eine Ebene fallenden Drehachsen in einem
bestimmten Winkel gegeneinander geneigt sind, wobei sie sich ungefähr im gemeinsamen
Mittelpunkt der Wölbungsflächen der zusammenwirkenden Teile schneiden.. Dieser Schnittpunkt
ist weiter unten als Hauptmittelpunkt der Vorrichtung bezeichnet. Der eine Körper,
das Werkstück, ist konzentrisch auf seiner Spindel angeordnet, d. h. die Spindeldrchachse
geht durch die Kugelmitte und nahezu
durch die Mitte der Oberfläche
des Werkstückes. Der andere Körper, das Werkzeug, ist exzen= trisch mit seiner Spindel
verbunden und kreist daher mit seinem Flächenmittelpunkt auf der Oberfläche des
Werkstücks, im wesentlichen mit konstanter Geschwindigkeit.
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Werden mehrere auswechselbare Körper mit verschiedenen Radien benutzt
mit der Bedingung, daß deren Wölbungsmitten sämtlich im Hauptmittelpunkt der. Vorrichtung
liegen, so müssen diese Körper, die konzentrisch auf ihrer Spindel angeordnet sind,
eine solche achsiale Länge haben, daß sie nach Aufbringen auf ihre Spindel mit ihrem
Wölbungsmittelpunkt in jenem Hauptmittelpunkt liegen, oder es kann die Spindel in
der Achsrichtung verstellbar sein; gegebenenfalls lassen sich auch beide Möglichkeiten
verbinden. -Erfindungsgemäß können' solche auswechselbare Körper mit Zylinderzapfen
versehen sein, die in entsprechende, zur Spindel- konzentrische Muffen passen und
darin unter Sicherung gegen eine Relativbewegung zur Spindel mittels einer Keil-
o. dgl. Vorrichtung gehalten werden.
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Der exzentrische Körper (Werkzeug) wird durch seine Spindel so angetrieben,
daß er sich auf kreisförmiger Bahn mit konstanter Geschwindigkeit über die Oberfläche
des konzentrischen Körpers (Werkstück) bewegt. Zu dem Zweck trägt die .Spindel eine
Kurbel und einen Kurbelstift mit Kugelspitze, die als Kugelgelenk am exzentrischen
Werkzeugkörper angreift. Bei dieser Anordnung der Teile beschreibt die Mitte der
Kugelspitze eine Bahn, bei der jeder Punkt vom Hauptmittelpunkt gleichen Abstand
hat. Es tritt somit eine Verschiebung während des Umlaufs in Richtung der Spindelachse
trotz des erwähnten Hebens und Senkens der Schale nicht ein, ebensowenig eine Verschiebung
der Spindel selbst. Es bedarf daher keiner Änderung der Lage des Stiftes. zur Kurbel
und ihrer Spindel. Zur Erzeugung eines Druckes- zwischen Werkzeug und Werkstück
kann an den Spindehz ein Gewicht oder eine Feder und zu diesem Zweck der Kugelspitzfinger
oder die Kurbel beweglich angeordnet sein. Bei Verwendung einer Feder kann durch
Änderung des Wirkungsgrades eine Druckveränderung erzielt werden. Durch Verstellung
des Kugelspitzfingers am Kurbelarm gegenüber dem Hauptmittelpunkt tann man den Radius
seiner Kreisbahn verändern. Um die Abnahme des Kurbelarms, des Spitzfingers oder
einer der Spindeln .zu er-Leichtern, kann man diese seitlich oder längs wegziehen
oder ausschwenken. Zur Wiedereinstellung in die gewünschte Lage ist dann ;in Index
oder Anschlag angeordnet. Z. B. kann . der Kurbelarm. um eine. zur Spindelachse
parallele Achse zur Seite schwenken,- wenn man :u den arbeitenden Teilen heran will.
Gegebenenfalls kann der Kurbelarm in jeder Drehlage durch einen einstellbaren Anschlag
gehalten werden, mit. dem sich der radiale Abstand des Fingers von der Spindelachse
und damit der. Radius seiner Bahn ändern läßt. In solchem Fäll ' empfiehlt es sich,
den Anschlag so anzuordnen, daß der Kurbelarm für gewöhnlich durch die Spindeldrehung
gehalten wird.
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Der gegenseitige Neigungswinkel. der Spindel kann veränderlich gemacht
sein. Zu diesem Zweck kann die Winkelstellung einer der Spindeln an Aner Achse eingestellt
werden, die im wesentlichen durch den Hauptmittelpunkt der Vorrichtung geht, zweckmäßig
rechtwinklig zur Ebene, in der beide Spindelachsen liegen. Mehrere solche Einheiten,
wie beschrieben, können in einem gemeinsamen- Rahmen angeordnet sein. Zum Antrieb
der Spindeln dienen beliebige Mittel, vorteilhaft insbesondere bei mehreren Einheiten
in einem Gestell ist die Anordnung von Schnecken- oder Spiralrädern o. dgl. auf
den Spindeln, wobei beide Spindelgruppen durch je eine Schneckenwelle angetrieben
werden, die mit Riemenantrieb versehen ist. Die eine, zum Antrieb einer Spindelgruppe
dienende Schneckenwelle, kann von der Schnekkenwelle der anderen Spindelgruppe getrieben
werden. Diese . Schneckenwelle erhält dann ihren Antrieb durch eine beliebige Kraftquelle,
z. B. durch eine wagerecht unterhalb der Maschine durchlaufende Welle, und ist mit
Ein= und Abstellvorrichtung versehen.
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Jede Spindelgruppe kann in Lagern eines gemeinsamen Gestells gelagert
sein, wobei geeignete Kanäle oder Leitungen Schmiermittel zu den Lagern und Rädern
von einem einzigen Schmierapparat zuführen.. Eine Pfanne zur Aufnahme der Flüssigkeit
ud des Abschliffs von den Werkzeugen und Werkstücken kann mit dem Rahmengestell
ein Stück bilden. Infolge der gegenseitigen Neigung der beiden Spindeln einer Einheit
und ihres gegenseitigen Schneidens am Mittelpunkt der zu erzeugenden Kugeloberfläche
können alle Teile dieser Oberfläche genau geschliffen oder poliert werden, selbst
wenn die Oberfläche im wesentlichen halbkugelig ist.
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Aus vorstehendem ergibt sich schon, daß die Wirkungsweise der Vorrichtung
nach der Erfindung wesentlich von bekannten Formen abweicht, bei denen Werkstück
und Werkzeug konzentrisch auf umlaufenden Treibspindeln sitzen, deren Achsen in
einer Ebene gegeneinander geneigt sind und -einander im Kurvenmittelpunkt .des Werkstückes
schneiden, wobei das letztere zwangläufig, d. h. mit unnachgiebigem Druck, in Richtung
seiner eigenen Achse gegen die Kante einer Werkzeugscheibe geführt wird, bei der
jeder Punkt der Schleifkante einer Kreisbahn folgt, deren Lage zum Werkstück konstant
bleibt, so daß das Werkzeug selbst Leine Bewegung auf oder an der Werkstückoberfläche
ausführt.
Auf der Zeichnung ist die Erfindung in einer vier Einheiten
nebeneinander umfassenden Ausführungsform beispielsweise dargestellt.
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Fig. i ist ein senkrechter Schnitt durch die Maschine von der Vorder-
nach der Rückseite in der Ebene der beiden Spindeln einer Einheit.
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Fig. 2 .zeigt die Maschine mit den vier Einheiten von vorn gesehen
in kleinerem Maßstabe als Fig. i, wobei beide Spindelgruppen in einer Ebene dargestellt
sind. -Fig. 3 stellt die Maschine von rechts gesehen in Ansicht dar. Der rascheren
Unterscheidung halber sei die Spindel, die bei jeder Einheit der dargestellten Ausführungsform
den sogenannten konzentrischen Körper treibt, als untere- Spindel, und die den sogenannten
exzentrischen Körper antreibende Spindel als obere Spindel bezeichnet.
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Fig. q. zeigt die Einstellvorrichtung für den Abstand des Kugelspitzfingers
von der Spindel. Bei'jedem Treibspindelpaar ist x-x die Achse der unteren Spindel
A und y-y die Achse der oberen Spindel B. Die Spindel A steht senkrecht,
während die höher liegende Spindel B etwas schräg verläuft derart, daß ihre Achse
y-y die Spindelachse x-x im Punkt z, dem Kugelflächenzentrum, schneidet.
Die Achsen der unteren Spindeln Ader verschiedenen Einheiten liegen in einer Ebene;
desgleichen auch die Achsen der oberen Spindeln B. In Fg. 2 ist der Rahmen C der
Maschine abgebrochen und die Spindelachsen B sind so dargestellt, als ob sie statt
geneigt zur senkrechten in einer senkrechten Ebene liegen würden: Bei jeder Einheit
der Fig. 2 ist der konzentrische Schleifkörper der unteren Spindel A weggelassen,
ebenso der exzentrische Körper und seine Verbindung mit der oberen Spindel B. '
Bei jeder Einheit ist nach Fig. i der konzentrisch auf der Spindel A sitzende Körper
D als konvex und halbkugelig und als Träger mehrerer -Konvexlinsen d angenommen,
die in einen Kitt- oder Zementbelag der konvexen Oberfläche des Körpers D eingebettet
sind. Der Mittelpunkt von der Halbkugel D liegt bei z, dem sogenannteri Hauptmittelpunkt,
wo sich die Achsen x-x und y-y schneiden. Der Körper D
ist auswechselbar rnit
der Spindel A durch eine Hilfsspindel E verbünden,, die mit D ein Ganzes bilden
kann und in der achsialen Verlängerung von A. liegt. Die Verlängerung E steckt in
einer Muffe oder einem Futter e, das auf der Spindel A befestigt ist. Die aneinanderstoßenden
Spindelenden sind bei e1- schräg abgeschnitten, damit sie sich fest aneinander pressen,
wenn Spindel E in das Futter gesenkt wird. Von den Körpern D ist ein austauschbarer
Satz mit verschiedenen Kugelradien vorhanden. In jedem Fall sind die Spindeln E
stets so lang, daß der Kugelmittelpunkt von D mit dem Hauptmittelpunkt, d. h. dem
Schnittpunkt der Achsen x-x, y-y, z-z zu°sammenfälit. Um gegebenenfalls diesen Zustand
herstellen.'zu können, kann die Spindel A -ächsial -verschiebbar sein. Zu diesem
Zweck ruht bei dein dargestellten Beispiel die Spindel A, die in den Lagern f 1,
f 2 des Rahmens C gleiten kann, auf dem Fußläger feines Bügels F, der an der Kurbelkröpfung
g hängt. Die Kurbelkröpfung bildet das innere Ende einer im Lagergl des Rahmens
C drehbaren Welle G, deren Vorderende eine Kurbel g2 trägt, mittels der das Spindellager
f gehoben oder gesenkt werden kann. Der Antrieb. der Spindel A erfolgt durch ein
zwischen den Lagern f 1, f 2 sitzendes 'Schneckenrad H1, das mit einer Schnecke
H2 der für alle Einheiten gemeinsamen wagerechten Antriebswelle H im Eingriff ist.
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Der Schleif- oder Polierkörper I, der beim dargestellten Beispiel
den sogenannten exzentrischen Körper, das Werkzeug, darstellt und konkav und annähernd
halbkugelig ist, ist mit der oberen Spindel B so verbunden, daß er bei der Drehung
der Spindel mit konstanter Geschwindigkeit um deren Achse kreist, wobei seine Achse
einen Kegelmantel beschreibt, dessen Spitze im Kugelzentrum z sitzt als notwendige
Folge seiner Führung auf der Kugelfläche D. Die Verbindung der Teile B und
J besteht, wie bekannt, aus einem Kugelgelenk, dessen Kugelzapfen j exzentrisch
zur Achse y-y der Spindel B liegt und naturgemäß um diese Achse in einer Bahn kreist,
die mit allen ihren Punkten vom. Hauptmittelpunkt z gleichen Abstand hat. Der Kugelzapfen
j- sitzt -am unteren Ende einer Stange j l, die -in radialer Stellung zum
Hauptmittelpunkt z in einem Lager am freien Ende eines Schwingarmes h,' achsial
verschiebbar und mittels der Schraube j 2 festklemmbar ist. Man kann also den Abstand
des Mittelpunktes des Zapfens y vom Hauptmittelpunkt z jederzeit j e nach dem Kugelradius
der Körper J bzw. D
regeln und dementsprechend verschiedene Exzentrizitäten-
des Zapfens j zur Achse y-v erzielen. Der Arm K ist um den Bolzen k an einem Lager
L drehbar, das seinerseits an dem Kurbelarm M der Spindel B sitzt. Die Drehachse
k liegt senkrecht zur Spindelachse, so daß die Stange j1 mit dem Kugelzapfen j in
einer Ebene durch die Spindelachse y-y schwingen kann, wobei der Zapfen y mit dem
Körper J sich mit seiner Auflagefläche auf der Werkstückoberfläche entsprechend
einstellen kann.
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Damit der Körper J den nötigen. Druck auf das. Werkstück ausübt, ist
zwischen IL und L eine Feder 11T eingeschaltet. Diese, in einem bei ia' am Hebel
K angelenkten rohrförmigen Gehäuse n untergebracht, wirkt gegen einen Kolben n2,
der gegen ein konkav-kreisbogenförmiges, zur. Achse n1 konzentrisches Segment L
am Lagerarm L abgestützt ist. Durch Schwenken des Federgehäuses n um die Achse n1
kann man also den Abstand des auf den Hebel J wirkenden nrebmornentes um die Achse
-k und den durch
den Körper j ausgeübten Arbeitsdruck ohnE Veränderung
der Federkraft selbst einstellen, Der Lagerarm L kann am Kurbelarm M festsitzen.
Bei dem dargestellten Beispiel ist er niif dem Zapfen min Kurbelarm M drehbar. Dei
Zapfen na verläuft parallel zur Achse y-y, schneidet also die Drehachse k senkrecht.
Infolge dieser Anordnung kann man den Arm K bei stillstehender Maschine beiseite
schwingen und- damit das Abnehmen der Körper j oderD nötigenfalls erleichtern. Man
kann ferner die Exzentrizität des Kugelzapfens j zur Achse y-y ohne wesentliche
Änderung des Abstandes des Kugelzapfens vom Hauptmittelpunkt z verändern. Zn diesem
-Zweck ist in eine auf der dem Zapfen in gegenüberliegenden Seite des Kurbelarmes
M angebrachte Gewindebohrung eine Stellschraube 0 (Fig. i) geschraubt, gegen welche
sich beim Drehen der Welle B ein Vorsprung a des Armes K stützt. Durch die Einstellung
der Stellschraube 0 läßt sich der -Arm K um die Achse des Zgpfens in verschwenken
und dadurch die Exzentrizität des Kugelzapfens j zur Achse y-y in engen Grenzen
verändern und bestimmen.
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Die Spindel B ist im Rahmen C in oberen und unteren Lagern b1, b2
gelagert, zwischen denen sie ein Schneckenrad P1 trägt. Dieses steht mit der Schnecke
p2 einer wagerechten, zur Antriebswelle H der Spindel A parallelen Welle P im Eingriff.
Die Welle .P dient zum gemeinsamen Antrieb der oberen Spindeln B aller Einheiten
der Maschine. Bei dem dargestellten Beispiel ist der Winkel der oberen Spindel B
zur unteren Spindel A unveränderlich, doch kann er auch veränderlich gemacht sein,
indem z. B. der Gestellrahmen C in zwei Teile geteilt wird, die um eine wagerechte,
durch den Hauptmittelpunkt z aller Einheiten gehende Achse aneinander gelenkt sind
und nach gegenseitiger Einstellung um diese Achse miteinander verklemmt werden.
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Die Schleifvorrichtung dient zur Herstellung genauer, etwa einer Halbkugel
entsprechenden Flächen und arbeitet höchst wirtschaftlich für den Schliff von Linsen
oder Linsenblocks von im wesentlichen halbkugeliger Form. Für diesen Zweck hat es
sich gezeigt, daß gute Ergebnisse dann erzielt werden, wenn der Winkel w zwischen
den Spindelachsen x-x und y-y in der gemeinsamen Ebene gemessen ungefähr 2o° beträgt,
desgleichen der Winkel zwischen der Achse des Gestänges il und der Achse
y-y.
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Die das Werkstück tragende Spindel, bei dem dargestellten Beispiel
die untere Spindel A, dreht sich vorteilhaft langsamer als die Werkzeugspindel,
im vorliegenden Fall die obere Spindel B. Nach der Zeichnung wird die Welle
II, durch die alle unteren Spindeln A angetrieben werden, von der Welle .P der oberen
Spindeln B aus bewegt. Die Welle .P hat eine verhältnismäßig kleine Riemenscheibe
p, während die Riemenscheibe 4 der Welle H größeren Durchmesser hat. Die - Welle
P selbst erhält ihren Antrieb von einer beliebigen Kraftquelle aus (z.- B. einer
nicht dargestellten .parallel zur Welle P unterhalb der Maschine sich erstrekkenden
Welle) mittels eines Riemens Q z. B., der über eine Scheibe q auf der Welle .P läuft.
Zum Anlassen und Stillsetzen dient eine Spannrolle v an dem zweiarmigen Hebel R,
der um Achse r1 am Rahmen C drehbar ist. Der andere Hebelarm ist durch ein Zwischenglieds
mit dem Hebel S gekuppelt, der bei s1 am Rahmen C angelenkt ist und am Handhebel
T angreift.
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Zwischen den Stirnseiten des- Rahmengestells C liegt die Auffangschale
U zur Aufnahme des Abfalles u. dgl. von -Werkstück und Werkzeug jeder Einheit. Alle
unteren Spindeln A erstrecken sich durch den Trogböden u, der die Lager f 1 trägt
und von den Stirnseiten aus nach der mittleren Auslaßöffnung u1 zu schräg verläuft.
Vorsorge ist getroffen um Staub oder Abschliff von den verschiedenen Lagern fernzuhalten
und die verschiedenen arbeitenden Teile zu schmieren.