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Dokumentenidentifikation DE19715064A1 15.10.1998
Titel Polierspindel mit aktiver Magnetlagerung
Anmelder Elektrische Automatisierungs- und Antriebstechnik EAAT GmbH Chemnitz, 09120 Chemnitz, DE
Erfinder Budig, Peter-Klaus, Prof.Dr.sc.techn. Dr.hc., 09122 Chemnitz, DE;
Werner, Ralf, Dr.-Ing., 09117 Chemnitz, DE;
Herold, Volker, Dr.-Ing.habil., 07749 Jena, DE;
Bergner, Dieter, Dr.-Ing., 07743 Jena, DE
DE-Anmeldedatum 11.04.1997
DE-Aktenzeichen 19715064
Offenlegungstag 15.10.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.10.1998
IPC-Hauptklasse B24B 41/04
IPC-Nebenklasse B24B 47/12   B24B 13/00   B24B 29/02   
Zusammenfassung Magnetisch gelagerte Polierspindel, die es gestattet, die das Polierwerkzeug tragende Welle gegenüber den geometrischen Mittelpunkten der radialen und/oder axialen Lager periodische oder stochastische Bewegungen ausführen zu lassen. Das ist geeignet, geforderte Oberflächengenauigkeiten in bezug auf Ebenheit und Rauhigkeit zu realisieren.

Beschreibung[de]
Gegenstand der Erfindung

Gegenstand der Erfindung ist eine spezielle Polierspindel, bei der durch eine entsprechende Ausführung der Lagerung (aktive Magnetlagerung) verschiedene Teilfunktionen einer Polierspindel (Antrieb, Lagerung, Überlagerung mehrerer Bewegungskomponenten sowie Aufbringung der Axialkraft) in einem System integriert sind. Vorzugsweise wird die derartige Spindel zum Polieren eingesetzt. Denkbar sind aber auch Anwendungen z. B. beim Entgraten.

Polierverfahren werden zur Erzeugung bzw. Glättung verschiedener Funktions-flächen eingesetzt.

Diese erzeugten Flächen können folgende Funktionen erfüllen:

  • - Sichtflächen (möglichst strukturlos oder mit gezielt anisotroper Oberflächenstruktur), z. B. Lackoberflächen, bei denen ein möglichst absatzfreier Übergang zwischen bearbeiten und angrenzender Fläche angestrebt wird
  • - Kontaktflächen d. h. Flächen, die mit festen, flüssigen oder gasförmigen Stoffen statisch oder dynamisch in Kontakt kommen und dabei ein bestimmtes Verhalten zeigen; z. B. Gleitflächen, Dichtflächen, Strömungsflächen an oder in hydraulischen oder pneumatischen Komponenten, Abformflächen (z. B. in Spritzgießwerkzeugen oder Umformwerkzeugen),
  • - optisch wirksame Oberflächen (optische Funktionsflächen) Bei der hochgenauen Bearbeitung von optischen Funktionsflächen, die eine Wirkung im Zusammenhang mit der Lichtausbreitung (Reflexion, Brechung) ausüben sollen, wird neben der guten Glättung (geringe Rauheit) auch eine gezielte Beeinflussung der Makrogeometrie (Formgenauigkeit) bezweckt. Ein typisches Anwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Polierspindel wird beim sogenannten rechnergesteuerten lokalen Korrekturpolieren gesehen.

Bekannte Lösungen/Stand der Technik

Die Realisierung eines Spindelsystems für das Polieren erfordert die Schaffung folgender Teilfunktionen:

  • - Antrieb und Lagerung
    • bekannte Lösungen für Antriebe:
    • - elektrisch
    • - pneumatisch
    • - hydraulisch
    • bekannte Lösungen für Spindellagerungen:
    • - Gleitlager
    • - Wälzlager
    • - hydrostatisch und -dynamische Lager
    • - aerostatische und -dynamische Lager
    • - aktive und passive Magnetlager (bisher für andere Bearbeitungsspindeln)
  • - Erzeugung einer Axialkraft zum Aufbau eines definierten Polierdruckes
    • bekannte Lösungen:
    • - durch Gewicht
    • - durch Federkraft
    • - hydraulisch
    • - pneumatisch
  • - Überlagerung mehrerer Bewegungen (Polierkinematik), um die gewünschten Bearbeitungsergebnisse (Oberflächenstruktur) zu erreichen
    • bekannte Lösungen:
    • - translatorisch schwingende Bewegung mit frei beweglichem oder angetriebenem Polierwerkzeug
    • - exzentrische Rotation mit frei beweglichem oder angetriebenem Polierwerkzeug (Zweifachrotation) (Siehe Bild)

Wesen der Erfindung

Im Grundaufbau wird auf bekannte Ausführungen magnetisch gelagerter Spindeln mit integriertem Antrieb zurückgegriffen.

Diese bestehen überlicherweise aus mindestens zwei Radiallagern und einem Axiallager.

Diesen Komponenten sind jeweils entsprechende Positionsmeßsysteme, Spulesysteme und Regelungssysteme zur Beeinflussung der Lage des Rotors zugeordnet.

Im Gegensatz zu bekannten Lösungen (z. B. Fräs- oder Schleifspindeln) wird jedoch nicht das Hauptaugenmerk auf eine hohe Steife in axialer und radialer Richtung gelegt, sondern ein möglichst großer Bewegungsbereich (entsprechend dem Lagerluftspalt in axialer bzw. radialer Richtung) angestrebt.

Die Realisierung einer Polierspindel mit aktiver Magnetlagerung ermöglicht folgende vorteilhaft Merkmale:

  • - freiwählbare/frei programmierebare planare Bewegung, die z. B. auch während eines Bearbeitungsprozesses einfach verändert werden kann

    z. B. Zweifach-Rotation mit wählbarem Exzenter

    radiale Oszillation mit feststehender oder rotierender Bewegungsrichtung

    Überlagerung mehrerer Oszillation mit unterschiedlicher Amplituden und Frequenzen rotierende Ellipse

    Zufallsbewegung (günstig für isotrope Oberflächenstruktur)

Dabei können alle Bewegungen mit frei beweglichem oder angetriebenem Polierwerkzeug kombiniert werden.

  • - feinfühlige, freiprogrammierbare Axialkraft

    Die Axialkraft kann auf bestimmt Werte entsprechend dem angestrebten Bearbeitungsergebnis fest eingestellt werden. Denkbar ist auch eine Veränderung der Axialkraft während der Bearbeitung im Sinne einer Regelung.
  • - gegebenenfalls kann die Spindel, sofern es eine Bearbeitungsaufgabe erfordert in begrenzten Bereichen definiert geneigt (schräggestellt) werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Polierspindel zur Bearbeitung von vorzugsweise optischen Oberflächen aber auch anderen durch Polieren zu bearbeitenden Oberflächen dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor in magnetischen Lagern zur Aufnahme radialer und axialer Kräfte gelagert ist und daß die Lage und die Anpreßkraft der das Polierwerkzeug tragenden Wellen des Antriebsmotors in radialer und axialer Richtung beeinflußt werden kann.
  2. 2. Polierspindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen und axialen magnetischen Lager elektrisch erregt sind, so daß die Lage der Welle gegenüber den geometrischen Lagermitten mit der Abweichung nahezu Null eingestellt werden kann.
  3. 3. Polierspindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen und axialen magnetischen Lager es gestatten, durch Veränderung der Erregung die Lage der Wellenmitte gegenüber der geometrischen Lagermitte zu verändern.
  4. 4. Polierspindel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß radiale periodische Bewegungen der Welle mit vorgebbarer Frequenz, Amplitude und Bewegungsbahn realisiert werden können.
  5. 5. Polierspindel nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß stochastische radiale Bewegungen der Welle realisiert werden können wobei Frequenz, Amplitude und Bewegungsbahn einzeln, paarweise oder insgesamt stochastisch geregelt sind.
  6. 6. Polierspindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß axiale Bewegungen der Welle realisiert werden.
  7. 7. Polierspindel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Bewegungen der Welle periodisch verlaufen und in der Frequenz und Amplitude einstellbar sind
  8. 8. Polierspindel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß axialen Bewegungen der Welle in der Frequenz und/oder Amplitude stochastisch verlaufen.
  9. 9. Polierspindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß neben elektrisch erregten Lagern auch permanentmagnetisch erregte Lager vorhanden sind. In der Form, daß ein oder beide radialen Lager und/oder das axiale Lager permanentmagnetisch erregt sind.
  10. 10. Polierspindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung geforderter Oberflächenqualität der rotierenden Bewegung der das Polierwerkzeug tragenden Welle Bewegungen in radialer und/oder axialer Richtung überlagert werden können, so daß das Polierwerkzeug räumliche Bewegungen ausführt und dabei gleichzeitig der Anpreßdruck des Polierwerkzeuges auf die zu polierende Oberfläche eingestellt werden kann.
  11. 11. Polierspindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anpreßdruck mit den Magnetlagerkomponenten gemessen werden kann.






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