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Dokumentenidentifikation DE19708540C2 05.01.2000
Titel Schleif- und Poliervorrichtung insbesondere für Kristalle
Anmelder Forschungszentrum Jülich GmbH, 52428 Jülich, DE
Erfinder Linke, Udo, 52372 Kreuzau, DE;
Strobl, Dieter, 52477 Alsdorf, DE
DE-Anmeldedatum 04.03.1997
DE-Aktenzeichen 19708540
Offenlegungstag 10.09.1998
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 05.01.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.01.2000
IPC-Hauptklasse B24B 27/00
IPC-Nebenklasse B24B 29/02   G01N 1/32   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schleif- und Poliervorrichtung insbesondere für Kristalle.

Es sind Vorrichtungen zum Polieren oder Schleifen von Kristallen bekannt, die eine während des Betriebes rotierende Fläche in Form einer Scheibe aufweisen. Auf der Scheibe ist ein Tuch aufgelegt und befestigt. Die Vorrichtung weist ferner eine schwenkbare Probenhalterung auf. In diese wird der zu polierende Kristall eingespannt. Die zu polierende oder zu schleifende Fläche des eingespannten Kristalls kontaktiert während seiner Bearbeitung das auf der Scheibe befestigte rotierende Tuch. Das Tuch fungiert also als Polier- oder Schleifmittel.

Es ist bekannt, daß zur Erzielung guter Polier- oder Schleifergebnisse die Polier- oder Schleifrichtung sowie -position des Kristalls auf dem Tuch gewechselt werden muß. Auf diese Weise werden Abweichungen von einer ebenen Kristallfläche minimiert. Des weiteren werden durch den Schleif- oder Poliervorgang verursachte Defekte im Kristall gering gehalten.

Die Probenhalterung ist daher bei bekannten Polier- und Schleifvorrichtungen drehbar gelagert und mit einer elektrischen Antriebseinheit gekoppelt. Rotiert die Probenhalterung ebenfalls, so wird zwischen dem rotierenden Tuch und der zu polierenden Oberfläche eine exzentrische Relativbewegung bewirkt. Aufgrund der Relativbewegungen kann die Erzeugung von Defekten im Kristall während des Schleif- oder Poliervorgangs vermindert werden.

Nachteilhaft ist die bekannte Vorrichtung relativ voluminös gebaut. Die Antriebseinheit muß zusammen mit der Probenhalterung zur Seite oder nach oben weggeschwenkt werden, um die zu polierende Probe ein- und ausbauen zu können. Die Zugänglichkeit und Handhabbarkeit der einzelnen Elemente sind verhältnismäßig aufwendig.

Aus DE-GM 19 76 116 ist eine Vorrichtung zum Schleifen und Polieren von Proben bekannt, bei der ein Halter das zu schleifende Werkstück über einen rotierenden Tisch führt, wobei der Mittelpunkt des rotierenden Tisches ausgenommen ist.

Ferner ist aus US 3 077 706 eine automatische Poliereinrichtung bekannt, bei der die Werkstücke in oszillierenden Bewegungen über die rotierende Schleifscheibe geführt werden, wobei der Mittelpunkt der rotierenden Schleifscheibe ebenfalls nicht zum Polieren der entsprechenden Werkstücke herangezogen wird.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer einfachen, bedienungsfreundlichen, leistungsfähigen Schleif- und Poliervorrichtung der eingangs genannten Art.

Die Aufgabe wird durch eine Schleif- und Poliervorrichtung insbesondere für Kristalle mit den Merkmalen des Patentanspruchs gelöst.

Die anspruchsgemäße Poliervorrichtung weist eine rotierbar gelagerte Fläche mit einem auf der Fläche befindlichen Schleif- oder Poliermittel auf. Die Rotation der Fläche erfolgt z. B. mittels einer elektrisch betriebenen Antriebseinheit.

Oberhalb der rotierbaren Fläche befindet sich eine Einrichtung, die eine - vorzugsweise kreisförmige - Öffnung aufweist. Diese Öffnung ist parallel zur rotierenden Fläche angeordnet. Eine parallele Anordnung im Sinne des Anspruchs liegt vor, wenn ein länglicher Gegenstand durch die Öffnung hindurch senkrecht auf die rotierbar gelagerte Fläche gestellt werden kann.

Es sind Mittel zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen der Öffnung der Einrichtung und der rotierenden Fläche vorgesehen. Die (Relativ-)Bewegung der Öffnung erfolgt parallel zur rotierenden Fläche.

Es ist ferner eine Probenhalterung mit einer vorzugsweise zylinderförmigen Mantelfläche vorgesehen. Diese Probenhalterung ist frei beweglich, das heißt, sie ist im Unterschied zum vorgenannten Stand der Technik nicht mit der Vorrichtung mechanisch verbunden. Der maximale Durchmesser der Mantelfläche der Probenhalterung ist kleiner als der minimale Durchmesser der Öffnung der Einrichtung.

Wesentlich bei der Dimensionierung der Durchmesser und bei den gewählten Formen (Kreis, Rechteck, Quadrat usw.) von Öffnung und Mantelfläche ist, daß die Probenhalterung während des Polierens oder Schleifens innerhalb der Öffnung um ihre Mittelachse rotieren kann. Die anspruchsgemäße Mittelachse verläuft senkrecht zur rotierenden Fläche. Weitergehende Beschreibungen zur Rotation der Probenhalterung während des Polierens oder Schleifens werden in den folgenden Absätzen beschrieben.

Die Probe kann in die frei bewegliche Probenhalterung so eingespannt werden, daß die zu polierende Fläche des Kristalls auf die rotierende Fläche gestellt werden kann.

Um eine Kristalloberfläche zu polieren, wird der Kristall bestimmungsgemäß in die frei bewegliche Probenhalterung eingespannt. Die frei bewegliche Probenhalterung wird derart in die Öffnung der Einrichtung eingesetzt, daß die zu polierende Kristalloberfläche das auf der rotierenden Fläche befindliche Schleif- oder Poliermittel kontaktiert. Darüber hinaus muß sich dann die vorzugsweise zylinderförmige Mantelfläche in Höhe der vorzugsweise kreisförmigen Öffnung befinden, so daß der Rand der Öffnung die Mantelfläche zu berühren vermag.

Rotiert die Fläche und wird die Relativbewegung zwischen der Öffnung und rotierender Fläche erzeugt, so wird einerseits die Oberfläche des Kristalls geschliffen oder poliert und andererseits eine nicht steuerbare, unregelmäßige, periodisch auftretende Rotationsbewegung der Probenhalterung relativ zur kreisförmigen Öffnung bewirkt.

Die Probenhalterung kann einfacher und schneller gehandhabt werden im Vergleich zum vorgenannten Stand der Technik, da diese frei beweglich ist.

Die nicht steuerbaren, periodisch auftretenden Rotationsbewegungen der Probenhalterung führen zu ständigen Änderungen der Polierrichtung. Diese Richtungsänderungen sind zufälliger Natur, da die periodisch auftretenden Rotationsbewegungen der Probenhalterung unregelmäßig erfolgen.

Es hat sich gezeigt, daß die durch Schleifen oder Polieren erzeugten Defekte im Kristall mittels der erzeugten zufälligen Richtungsänderungen weiter verringert werden konnten im Vergleich zum eingangs genannten Stand der Technik.

In einer vorteilhaft einfachen Ausgestaltung der Erfindung sind Mittel zur Erzeugung einer pendelförmigen Relativbewegung zwischen der vorzugsweise kreisförmigen Öffnung und der rotierenden Fläche vorgesehen.

Als einfaches und kostengünstiges Mittel zur Erzeugung der pendelförmigen Relativbewegung wird eine Exzenterscheibe eingesetzt, die mit einem Ausleger/einem freitragenden Arm zusammenwirkt. Der Arm weist die vorzugsweise kreisförmige Öffnung auf. Das Zusammenwirken zwischen der Exzenterscheibe und dem Arm ist derart, daß hierdurch der Arm und damit die Öffnung pendelförmig bewegt werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Relativbewegung zwischen der Öffnung und der rotierenden Fläche aufgrund entsprechender Mittel derart, daß die frei bewegliche Probenhalterung wiederkehrend durch den oder zumindest nahe an den Mittelpunkt des Kreises geführt wird. Diese Führung bewirkt und bezweckt zunehmende Rotationsbewegungen der Probenhalterung relativ zur Öffnung, je näher die Probenhalterung zum Mittelpunkt geführt wird. Es lassen sich dann besonders gute Polier- oder Schleifergebnisse erzielen.

Das Mittel zur Erzeugung einer Relativbewegung kann mit der Antriebseinheit z. B. einen gemeinsam genutzten Elektromotor aufweisen, um Komponenten und damit Kosten einzusparen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die außermittige Befestigung der Exzenterscheibe an ihrer Welle variabel veränderbar. Durch Veränderung der außermittigen Befestigung läßt sich die Größe der Pendelbewegung und damit die für den Schleif- oder Poliervorgang genutzte rotierende Fläche schnell und einfach verändern. Eine einfache und schnelle Anpassung an die zur Verfügung stehende Fläche ist so möglich. Auch können so optimale Einstellungen zur Erzielung optimaler Ergebnisse leicht und schnell ermittelt und eingestellt werden.

Die Öffnung kann vieleckig ausgestaltet sein. Gleiches gilt für die Mantelfläche der Probenhalterung. Wesentlich ist lediglich, daß die in die Öffnung hineingestellte Probenhalterung während des Poliervorgangs wiederkehrend um die eigene Achse gedreht wird bzw. gedreht werden kann. Diese Drehbewegung wird am einfachsten und sichersten durch eine Kreisform von Öffnung und Mantelfläche der Probenhalterung sichergestellt.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der anspruchsgemäßen Schleif- und Poliervorrichtung in Aufsicht. Eine Schleif- oder Polierscheibe 1 stellt die rotierende Fläche dar. Sie ist mit einem Poliermittel in Form eines Poliertuchs bespannt. Die Schleif- oder Polierscheibe 1 rotiert in Richtung des Pfeils 2. Oberhalb der Schleif- oder Polierscheibe 1 befindet sich ein Arm (Ausleger) 3, der an einem Ende eine kreisförmige Öffnung 4 aufweist. Die kreisförmige Öffnung 4 ist parallel zur sowie über der rotierenden Schleif- oder Polierscheibe 1 angeordnet. Der Arm 3 ist im Befestigungspunkt 5 drehbar gelagert. Der Arm 3 ist in die beiden Richtungen des Doppelpfeils 6 drehbar. Im anderen Ende des Arms 3 befindet sich ein Langloch 7. Eine Exzenterscheibe 8 wird vom Langloch 7 umgeben. Die Exzenterscheibe 8 rotiert um ihren außermittigen Befestigungspunkt 9 z. B. in Richtung des Pfeils 10. Dreht sich die Exzenterscheibe 8, so pendelt das gegenüberliegende Ende des Arms 3 in Richtung der beiden Pfeile 11 hin und her und überstreicht dabei die rotierende Schleif- oder Polierscheibe 1. Der Mittelpunkt der rotierenden Schleif- oder Polierscheibe 1 wird während der Pendelbewegung durchlaufen. Die Exzenterscheibe 8 weist ein Langloch 12 auf. Der außermittige Befestigungspunkt 9 der Exzenterscheibe 8 kann entlang des weiteren Langloches 12 verändert werden. Je näher der außermittige Befestigungspunkt 9 zur Mitte (zum Mittelpunkt) der Exzenterscheibe 8 rückt, desto kleiner ist die Pendelbewegung des Arms 3.

In die ringförmige Öffnung 4 ist eine Probenhalterung 13 mit zylinderförmiger Mantelfläche hineingestellt worden. In der Probenhalterung 13 ist ein Kristall eingespannt. Der eingespannte Kristall konnte in der Figur nicht dargestellt werden, da dieser von der Probenhalterung 13 verdeckt wird. Der Kristall steht mit seiner zu polierenden Fläche auf der rotierenden Schleif- oder Polierscheibe 1 auf.

Die Probenhalterung 13 wird aufgrund der Pendelbewegung des Arms 3 über die Fläche der rotierenden Schleif- oder Polierscheibe 1 geführt. Insbesondere nahe beim Mittelpunkt der rotierenden Schleif- oder Polierscheibe 1 wird die Probenhalterung 13 um die eigene Mittelachse gedreht. Diese Drehung wird durch den auf der Probenhalterung 13 dargestellten Doppelpfeil verdeutlicht. Eine solche Drehung verändert die Polier- oder Schleifrichtung. Im Moment der Drehung der Probenhalterung 13 wird nicht oder kaum geschliffen oder poliert. Befindet sich die Probenhalterung 13 infolge der Pendelbewegung des Arms 3 nahe am Rand der rotierenden Schleif- oder Polierscheibe 1, so wird die Probenhalterung 13 praktisch nicht mehr um die eigene Mittelachse gedreht. Hier wird dann ausschließlich geschliffen oder poliert.

Erweist sich die Ausnutzung einer verkleinerten oder vergrößerten Polierfläche als vorteilhaft, so ist dies durch Verlagerung des außermittigen Befestigungspunktes 9 der Exzenterscheibe 8 auf einfache Weise möglich.

In einer nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann die Lage (Position) des Befestigungspunktes 5 des Arms oder die Lage (Position) der Welle, an der die Exzenterscheibe 8 befestigt ist, ebenfalls geändert werden, um so andere Bereiche der rotierenden Schleif- oder Polierscheibe 1 zur Polierung ausnutzen zu können.

Mittels der Schleif- und Poliervorrichtung konnte eine Genauigkeit von 4/100 Grad von der verlangten Ebene erzeugt werden. Dieser Wert war deutlich besser im Vergleich zu Werten, die bei der Anmelderin mit eingangs genannten Vorrichtungen erzielt wurden.


Anspruch[de]
  1. Schleif- und Poliervorrichtung insbesondere für Kristalle
    1. a) mit einer rotierbar gelagerten Schleif- oder Polierscheibe (1), wobei eine Stirnfläche im wesentlichen horizontal ausgebildet ist,
    2. b) mit einer oberhalb der rotierbar gelagerten Schleif- oder Polierscheibe (1) befindlichen Einrichtung, die eine Öffnung (4) für die Aufnahme einer Probenhalterung (13) aufweist,
    3. c) wobei die Öffnung (4) parallel zur rotierenden Schleif- oder Polierscheibe (1) angeordnet ist,
    4. d) mit Mitteln (3, 5, 8) zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen der Öffnung (4) der Einrichtung und der rotierenden Scheibe (1),
    5. e) mit einem Querschnitt der Öffnung (4), der grösser ist, als der Querschnitt der Probenhalterung (13), so daß die in die Öffnung (4) hineingestellte Probenhalterung (13) um ihre Mittelachse rotieren kann, und
    6. f) die Relativbewegung zwischen der Öffnung (4) und der rotierenden Schleif- oder Polierscheibe (1) derart erfolgt, daß die Probenhalterung (13) wiederkehrend durch den Mittelpunkt der rotierenden Schleif- oder Polierscheibe (1) geführt wird und sich dabei die Probenhalterung (13) um ihre Mittelachse dreht.






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