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Die Erfindung betrifft Unterstützungen, speziell für
Werkstücke oder Bearbeitungsteile, die eine begrenzte Bewegung um
einen zentralen Punkt oder eine zentrale Achse gestatten,
speziell in der Form einer reibenden oder schaukelnden
Bewegung. Solch eine Unterstützung wird beim Glätten oder
Polieren von Linsen verwendet, wobei ein Schaft, der ein
Läppwerkzeug unterstützt, benötigt wird, um begrenzte Bewegungen von
einer Ruheposition weg auszuführen, um eine Linse, die auf
dem Werkzeug ruht, mittels eines Glätt- oder Polierpulvers
bis zur gewünschten Oberf lächengüte zu glätten oder zu
polieren.
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In einem früheren Vorschlag ist eine Kardanaufhängung zum
Bereitstellen eines Unterstützungsschafts mit der geeigneten
Bewegungsfreiheit verwendet worden. Diese wurde jedoch als
nicht zufriedenstellend angesehen, da die Lager sehr schnell
verschlissen, und der Apparat hatte, selbst bei wiederholtem
Austauschen der Lager in Zeitabständen von wenigen Wochen,
eine durchschnittliche Lebensdauer von ungefähr 6 Monaten.
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Der Verschleiß der Lager war zwei Hauptgründen zuzuschreiben,
wobei der erste Grund war, daß die Bewegung des Apparates
eine Rotation der Lager um Winkel erforderte, die selten 15
überschritten, was sehr ungleichmäßigen Verschleiß bewirkte,
und der zweite Grund war, daß Schmirgelpulver, das von der
Schleiffläche heruntergewaschen wurde, in die Lager gelangen
konnte, was diese schnell unbrauchbar machte.
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Obwohl die Lager bis zu einem gewissen Grad durch
Gummischichten und -scheiben vor dem Schmirgelpulver geschützt
werden können, ist ein derartiger Schutz nie vollständig
wirksam und erschwert in jedem Fall das Austauschen der
Lager.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum
Unterstützen eines Gegenstands bereitgestellt, um eine
begrenzte Bewegung des Gegenstands zu gestatten, wobei die
Vorrichtung umfaßt: eine Basis; eine Halterung; ein Lager in der
Form eines kugelpfannenartigen Gelenks zwischen der Basis und
der Halterung, das die besagte Bewegung des Gegenstands
erlaubt, wenn er sich auf der Halterung befindet, wobei die
Halterung ein Teil hat, durch das die besagte Bewegung
übertragen werden kann; und ein Hemmungsmittel, das zwischen der
Halterung und der Basis auf eine solche Weise vorgesehen ist,
daß die besagte begrenzte Bewegung gestattet wird, während
gleichzeitig verhindert wird, daß die Halterung um ihre
eigene Achse rotiert;
dadurch gekennzeichnet, daß das Hemmungsmittel ein
Federmittel aufweist, das relativ steif bezüglich Verdrehen um die
Achse der Halterung, jedoch relativ biegsam um Achsen
senkrecht zur Achse der Halterung ist.
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Mit "begrenzter Bewegung" ist im speziellen eine Bewegung mit
nur zwei Freiheitsgraden gemeint, wie z.B. über die
Oberfläche eines Sphäroids oder Zylinders. Der Apparat der Erfindung
ist speziell geeignet zum Unterstützen von Werkzeugen oder
Werkstücken zum Glätten oder Polieren von Linsen, wobei die
erforderliche gewährbare Bewegung für gewöhnlich über eine
sphärische Oberfläche geht, die einem kleinen Winkel, wie
beispielsweise ungefähr 15º, im Zentrum der Sphäre (d.h. am
Lager) gegenüberliegt
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Kugelpfannengelenke sind für Anwendungen beim Schmirgeln
bekannt, wie der DE-B-24 54 961 und der US-A-1 260 872
entnommen werden kann, wobei die letztgenannte die Basis für den
Oberbegriff von Anspruch 1 bildet.
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Da mit erfindungsgemäßen Unterstützungsvorrichtungen die
Anzahl der Teile mit Oberflächen, die sich relativ zueinander
bewegen, auf zwei verringert wird, kann der notwendige
Instandhaltungsaufwand zu einem großen Teil verringert werden.
Kugelpfannenartige Gelenke sind in jedem Fall weniger
anfällig für Funktionsstörungen aufgrund von begrenzten
Lagerbewegungen, wie sie in Apparaten zum Schmirgeln von Linsen
auftreten, da beträchtlich mehr Verschleiß toleriert werden
kann, bevor das Lager nicht mehr länger verwendbar ist, als
es beispielsweise bei einem Lager der Fall wäre, das einen
Kugellagerring beinhaltet.
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Vorzugsweise ist das Kugelteil im allgemeinen sphärisch, und
die Schale oder Pfanne ist ebenso sphärisch, wenngleich
vorteilhafterweise mit einem geringfügig größeren Radius als dem
der Kugel, um ein Sperren an ihren jeweiligen Lagerflächen zu
verhindern. Dies gestattet eine Schaukelbewegung in alle
Richtungen.
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In einer vorteilhaften Konfiguration ist das Kugelteil am
oberen Ende eines sich senkrecht erstreckenden Fußes der
Basis angebracht, und die Pfanne ist nach unten zeigend in der
Halterung angeordnet. In diesem Fall besteht für das Lager
beträchtlicher eingebauter Schutz vor Schleifpulver, da die
Orientierung des Pfannenteils als Schutz gegen Verunreinigung
wirkt, wodurch Gummischeiben und ähnliche Maßnahmen
weitgehend unnötig gemacht werden.
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Die Kugel- und Pfannenteile sind vorzugsweise austauschbar in
der Basis angebracht, und Werkstücke sitzen so auf, daß, wenn
sie letztendlich ausgetauscht werden müssen, dies das Minimum
an Anstrengung und Aufwand erfordert. Dies kann dadurch
verwirklicht werden, daß das Kugelteil, wie oben erwähnt, mit
einem Fuß versehen wird, der beispielsweise durch eine
Schraube an der Basis befestigt werden kann, und daß die
Pfanne in einen stabformigen Einsatz eingegliedert wird, der
in die Werkstückhalterung verschoben und an ihr befestigt
werden kann.
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Zum Glätten oder Polieren einer asphärischen Linse ist es
notwendig, daß die Halterung für das Läpp- oder
Polierwerkzeug nicht um ihre eigene Achse rotiert. In der Erfindung ist
deshalb eine Hemmung vorgesehen, die so geformt und
angeordnet ist, daß sie im wesentlichen verhindert, daß die
Halterung, und folglich das Werkstück, um die eigene Achse
rotiert, während sie ihr gleichzeitig genügend Freiheit
gewährt, um in der/n vom Lager gestatteten Richtung oder
Richtungen zu rotieren, nämlich um jede beliebige Achse, die
senkrecht auf der Lagerachse steht, die im allgemeinen
senkrecht ist. Das Ausmaß an gewährter Rotation sollte ungefähr
betragen, um eine reibende oder schaukelnde Bewegung
vorzusehen.
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Das Hemmungsmittel sollte deshalb relativ leicht bewegbar
oder deformierbar bezüglich horizontaler Achsen sein, d.h.
Achsen, die senkrecht auf der Achse der Halterung in ihrer
Ruheposition stehen, während es relativ steif bezüglich
Verdrehen um die senkrechte Achse sein sollte. Zu diesem Zweck
kann das Hemmungsmittel aus einer oder mehreren Flachfedern
bestehen, deren Ebene senkrecht zur Achse des Lagers ist,
verbunden zwischen der Basis und der Halterung. In einer
bevorzugten Ausführungsform gibt es zwei Federn, die sich
jeweils von einer Klammer an der Basis bis zu einem
Befestigungspunkt in der Halterung erstrecken, wobei jeweils eine
der Klammern an jeder Seite der Halterung angeordnet ist;
vorzugsweise weisen die Federn eine Hakenform auf, so daß sie
sich jeweils von ihren Klammern um jede Seite der Halterung
bis zu Befestigungspunkten auf der anderen Seite der
Halterung erstrecken. Dies gestattet die Verwendung einer längeren
Feder für einen gegebenen Klammerzwischenraum und erleichtert
das Biegen und Verdrehen, das nötig ist, um der Bewegung der
Halterung zu folgen. Die Verwendung von Federn hat den
weiteren Vorteil, daß die Federn auch eine Rückstellfunktion
haben, was die Vorrichtung leicht handhabbar macht.
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Die Basis weist vorteilhafterweise, wie oben erwähnt, zwei
Seitenklammern zum Befestigen der Rückstellmittel und einen
zentralen Arm, der im allgemeinen parallel zu den Klammern
ist, zum Unterstützen des Kugel- oder Pfannenteils auf; in
der besonders einfachen Anordnung, bei der die Kugel, wie
oben erörtert, einen einstückigen Fuß aufweist, kann dieser
Fuß in den Arm eingeführt und an ihm befestigt werden, so daß
leichtes Austauschen gestattet ist, wenn dies nötig ist.
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Die Halterung ist vorzugsweise als ein Schaft ausgebildet, an
dessen einem Ende das Werkstück oder Werkzeug angeordnet
werden kann, wobei der Schaft einen vergrößerten, hohlen,
zentralen Abschnitt aufweist, der eine Ausnehmung zur Aufnahme
des Endes des Arms mit dem Kugel- oder Pfannenteil bildet.
Das Pfannen- oder Kugelteil, was auch immer der Fall sein
mag, ist entsprechend in der Ausnehmung angeordnet.
Vorteilhafterweise ist der Schaft mindestens teilweise röhrenförmig,
so daß ein Pfanneneinsatz im Schaft zwischen einem Ende und
der zentralen Ausnehmung, wie oben erwähnt, so eingepaßt
werden kann, daß wieder auf einfache Weise das Austauschen der
Pfanne gewährt wird.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nun anhand eines
Beispiels auf die beiliegenden Zeichnungen hingewiesen, in
denen:
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Fig. 1 eine Explosionsansicht eines erfindungsgemäßen
Apparates zum Glätten oder Polieren von Linsen zeigt;
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Fig. 2 eine Explosionsansicht der Läppwerkzeugunterstützung
des obigen Apparates zeigt; und
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Fig. 3 den Unterstützungsschaft im Aufriß zeigt.
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Figur 1 ist eine Explosionsansicht einer
Unterstützungseinheit für eine Maschine zum Glätten oder Polieren von Linsen.
Die Hauptkomponente der Unterstützungseinheit, nämlich die
Unterstützungs- oder "Schaukeleinheit" 20, weist zwei relativ
bewegliche Teile 1 und 2 auf und ist unten detailliert
beschrieben. Der feststehende Teil oder die Basis 1 ist am
Maschinenrahmen angeschraubt, und die bewegliche Halterung in
der Form eines Schafts 2 wird von einem (nicht gezeigten)
Motor angetrieben. Der Motor dreht eine Antriebsplatte 21 mit
einem versetzten Stift 22, der in ein Pendellager eingreift,
das in der Unterseite des Schaftadapters 23 eingepaßt ist, um
das untere Ende des Schafts 2 um die zentrale senkrechte
Achse zu drehen. In Figur 1 ist der Schaft in seiner
Ruheposition, gemäß der zentralen Achse ausgerichtet, gezeigt; bei der
Verwendung jedoch wird der Stift 22 in den Adapter 23
eingreifen, um ihn zur zentralen Achse geneigt zu halten.
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Der Schaft 2 ist an der Basis 1 auf eine Art angebracht, die
vollständiger in Verbindung mit Figur 2 beschrieben wird, so
daß der Achse des Schafts gestattet wird, bezüglich jeder
horizontalen Achse zu schwanken. Auf diese Weise bewirkt die
Rotation des unteren Endes des Schafts um die zentrale
senkrechte Achse eine entsprechende Rotation ("ein Schaukeln")
des oberen Endes. Das am oberen Ende des Schafts 2 mittels
einer Klemme 26 angebrachte Läppwerkzeug 27 führt deshalb
eine allgemeine Rotationsbewegung aus, wobei die Neigung der
Achse des Schafts zur zentralen Achse, um die er präzediert
oder schaukelt, ungefähr 15º beträgt.
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Die erfindungsgemäße Unterstützungsvorrichtung 20 ist in
einer Explosionsansicht in Figur 2 gezeigt. Es ist zu sehen,
daß die Basis 1 aus zwei Klammern 1a, 1b und einem Arm 1c
besteht, der an einer Rückplatte 1d befestigt ist. Die Basis 1
unterstützt den Schaft 2, der am Arm 1c der Basis mittels
eines einzelnen Lagers angebracht ist, das innerhalb eines
vergrößerten zentralen Abschnitts 16 des Schafts 2, wie unten
beschrieben, angeordnet ist.
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Die Unterstützungsvorrichtung 20 umfaßt zwei flache,
hakenförmige Federn 3, die in der Horizontalebene liegen und dazu
verwendet werden, um den Schaft elastisch an den Klammern 1a
und 1b der Basis zu befestigen. Die Federn sind an den
Klammern
mittels Schrauben 12 und ähnlich am vergrößerten
zentralen Abschnitt 16 des Schafts 2 befestigt.
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Die Federn sind als Hemmungsmittel ausgelegt, um im wesentli
chen zu verhindern, daß der Schaft um seine eigene Achse
rotiert, während sie eine schwankende oder Rotationsbewegung um
Achsen, die auf dieser Achse senkrecht stehen, d.h.
horizontale Achsen, gestatten. Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft,
die Länge der Federn relativ groß zu machen, was zu der in
Figur 2 deutlich gezeigten Hakenform führt. Dies verringert
die Belastung der Federn und hilft, die Lebensdauer des
Gegenstands zu erhöhen.
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Das Lager zwischen dem Schaft 2 und der Basis 1 ist von
besonders einfacher Bauweise und besteht im wesentlichen aus
einem Kugelteil 9, das an der Basis befestigt ist, und einem
Pfannenteil 14, das am Schaft befestigt ist. Die Kugel 9 ist
an einem Fuß 10 befestigt, der wiederum am Ende des Arms 1c
mittels einer Sicherungsschraube 11 befestigt ist. Die
Anordnung gestattet ein leichtes Austauschen der Kugel, wenn sie
verschlissen ist. Ebenso paßt das schalenförmige Pfannenteil
14, das eine im allgemeinen sphärische Ausnehmung aufweist,
in einen Einsatz 13, der seinerseits, wie am besten in Figur
3 zu sehen ist, durch einen Achsenabgleichstift 15 in einer
zylindrischen Ausnehmung im oberen Teil des Schaf ts 2
befestigt ist. Der verdickte zentrale Abschnitt 16 weist eine
zentrale Ausnehmung 17 auf, welche groß genug ist, um zu
gestatten, daß das Ende des Arms lc mit der Kugel in die
Ausnehmung 17 des Schafts eingeführt wird, so daß der Schaft auf
den Arm heruntergelassen werden kann, bis sich die Kugel in
das Pfannenteil 14 innerhalb des Schafts 2 legt und es so
ermöglicht, daß der Schaft frei rotierbar um das Zentrum der
Kugel am Arm angebracht ist. Die Ausnehmung 17 muß von
geeigneter Größe und Form sein, um die gewünschte begrenzte
Bewegung des Schafts zu gewähren.
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Bei der Verwendung wird eine vorgeschliffene Linse 30 (Figur
1) unbeweglich auf einer Halterung 31 mittels eines
geeigneten Haftmittels festgehalten. Durch Ausüben des gewünschten
Drucks nach unten auf die Linsenhalterung 31 wird die Linse
fest gegen das Läppwerkzeug 27 gehalten, und Glätt- oder
Polierpulver kann dann in einer Suspension der Grenzfläche
zwischen der Linse und dem Läppwerkzeug zugeführt werden, so daß
das Glätten oder Polieren der Linse ausgeführt werden kann.
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Der Druck nach unten auf die Linsenhalterung 31 wird durch
eine geneigte, nicht gezeigte Anordnung ausgeübt, wobei zwei
nach unten vorstehende Stifte in die beiden außeraxialen
Vertiefungen, die in der Halterung gezeigt sind, eingreifen.
Somit kann die Halterung um die horizontale Achse, die durch
die Vertiefungen definiert wird, schwanken, und zusätzlich
kann die Stiftanordnung ihrerseits um die andere horizontale
Achse schwanken. So kann die Linse konform in das
Läppwerkzeug 27 gedrückt werden, wenn sich letzteres bewegt, während
gleichzeitig eine Rotation um die Vertikale mittels der Zwei-
Stift-Anordnung verhindert wird. Dies ist für asphärische
Linsen entscheidend, d.h. für Linsen, bei denen die
Krümmungsradien in den zwei orthogonalen Richtungen verschieden
sind, wie in Figur 1 angedeutet.
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Während des Betriebes wird der Boden des Schaf ts 2 in einer
horizontalen Ebene über den Stift 22 mit einer relativ hohen
Geschwindigkeit gedreht. Gleichzeitig wird die Rotationsachse
der Antriebsplatte 21 ihrerseits mit einer beständig
niedrigeren
Geschwindigkeit gedreht, so daß der Schaft tatsächlich
einem gewundenen Pfad folgt. Dies stellt einen einheitlichen
Reibeffekt über der Linsenoberfläche sicher.
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Das Lager des Schafts an der Basis weist nur ein Paar
Verschiebungs- oder Rollflächen auf, nämlich die Oberflächen des
Kugelteils und des Pfannenteils. Dies verringert seinerseits
den nötigen Instandhaltungsaufwand. Zusätzlich ist das Lager
seinerseits, wie besonders in Figur 3 zu sehen ist, in einem
Hohlraum, nämlich der Ausnehmung 17, verborgen, so daß es
weiter vor den Schleifpulvern geschutzt ist, die
notwendigerweise beim Prozeß des Glättens oder Polierens der Linse
abgegeben werden und die besonders für bewegliche Teile bei
dieser Art von Apparat schädlich sind.
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Darüber hinaus ist ein Kugelpfannengelenk weniger anfällig
für verschleißbedingte Ausfälle als es eine Kardanaufhängung
ist, da konstante Bewegung dazu tendiert, die Kugel und die
Pfanne in jedem Fall gleichmäßig zu verschleißen. Es kann
erwartet werden, daß das Lager mit Lagerteilen aus Karbidstahl
viele Monate, wenn nicht Jahre Bestand hat - weit länger als
die traditionellen Lager -, und es ist ein einfacher Vorgang,
die Kugel- und Pfannenteile auszutauschen.
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Obwohl die vorliegende Erfindung ihre Verwendung für das
Glätten und Polieren von Linsen betreffend beschrieben wurde,
besonders in augenheilkundlichen Anwendungen, ist sie in
keiner Weise auf diese Verwendungen beschränkt, und
Anwendungsmöglichkeiten können in vielen Bereichen gefunden werden, in
denen eine begrenzte Bewegung um eine Vielzahl von Achsen,
speziell eine Bewegung über eine teilweise sphärische
Oberfläche, erforderlich ist.