DE2523501A1 - Verfahren zur herstellung eines schleifwerkzeugs zum schleifen und polieren - Google Patents

Description

Patentanwälte

Dr. Dietar F. ivlorf
Dr. Hans-Α..Brauns

8 München 86, fr-^nzenauefstr. 28

27. Mai 1975 7>101/101-a

ENGELHARD MINERALS & CHEMICALS CORPORATION 430 Mountain Avenue, Murray Hill, New Jersey 0797**, V.St.A,

Verfahren zur Herstellung eines Schleifwerkzeugs zum Schleifen und Polieren

Die vorliegende Erfindung betrifft Schleifwerkzeuge zum Schleifen und Polieren der gekrümmten Oberfläche von optischen Linsen und Brillengläsern einschliesslich torischer Flächen sowie ein neues Verfahren zur Herstellung des Schleifwerkzeugs. Die Erfindung betrifft insbesondere ein neues Schleif- und Polierwerkzeug und ein Verfahren zur Herstellung desselben, durch welches die Fertigung erhöht, die Kosten verringert und ein verbessertes Produkt erhalten wird.

- 1 S09850/0738

Die Erfindung wird zwar in Verbindung mit mehreren Ausftihrungsformen des neuen Schleifwerkzeugs und mit dem Herstellungsverfahren für dasselbe beschrieben und insbesondere in ihrer Anwendung zur Herstellung einer torischen Form, jedoch ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. Die in Verbindung mit der Erfindung beschriebenen Verfahren können ohne weiteres in Verbindung mit anderen Schleif-, Polier- und Feinschleifvorgängen und dergleichen verwendet werden, wie dies fiir den Fachmann offensichtlich ist.

Der Ausdruck "Schleifmittel hoher Härte" wird im vorliegenden Zusammenhang für Schleifmittel zum Schleifen und Polieren eines üblichen optischen Glases für Linsen und Brillengläser gebraucht, welches eine Khoop-Härte von über 3000 kg/mm aufweist. Ein Vergleich der Knoop- und Mohs-Härtewerte zwecks Umrechnung ist in einschlägigen Handbüchern angegeben. Übliche Schleifmittel hoher Härte umfassen Naturdiamanten, synthetische Diamanten sowie kubisches Bornitrit, obgleich die vorliegende Erfindung nicht notwendigerweise hierauf beschränkt ist.

Wie dem Fachmann bekannt ist, besitzen viele optische Gläser bzw« Brillengläser eine bestimmte Krümmung bezüglich einer Achse, weisen jedoch eine unterschiedliche Krümmung bezüglich einer im rechten Winkel zur erstgenannten Achse liegenden Achse auf, was beispielsweise für torische Linsen zutrifft. Bei einem bekannten Linsenschleifverfahren werden derartige torische Flächen mittels eines Dreistufenverfahrens hergestellt, d. h. durch einen Grobschleifvorgang, einen FeinschleifVorgang und einen Poliervorgang.

509850/0738

Während des zuerst erfolgenden ßrobschleifens erhalten die Glasrohlinge die allgemeine Form des gewünschten fertigen Enderzeugnisses, beispielsweise eine ellipsenähnliche Formgebung als erste Annäherung und zwar unter Verwendung von mit Diamanten besetzten, mittels der Umfangsflache oder einer Ringfläche arbeitenden Schleifrädern bekannter Bauweise. Beim anschliessenden FeinschleifVorgang wird ein Hartmetallwerkzeug mit der gewünschten torischen Fläche über die grobgeschliffene konkave oder konvexe ellipsenähnliche Linsenfläche in einer Richtung hin- und herbewegt, um die gewünschte Krümmung in dieser Richtung zu erzeugen und anschliessend im rechten Winkel hierzu zwecks Erzielung der weiteren Krümmung. Bei diesem Vorgang wird die Schleifwirkung mittels einer flüssigen Aufschlemmung erhalten, welche lose Schleifteilchen in feinverteilter Form enthält, beispielsweise Granat, Siliziumkarbid, Schmirgel, Aluminiumoxid oder dergleichen, wobei die Aufschlemmung kontinuierlich über das hin- und herbewegte Werkzeug und den Linsenrohling gegossen wird, während die Bearbeitung erfolgt. Beim anschliessenden Poliervorgang wird ein Polieraufsatz am Hartmetallwerkzeug angebracht und die Hin- und Herbewegung wiederholt. Der Poliervorgang wird mittels einer flüssigen Aufschlemmung erhalten, welche lose Schleifteilchen mit den gewünschten Pdiereigenschaften enthält, beispielsweise Zirkonoxid, Zeroxid oder dergleichen.

Wie dem Fachmann bekannt ist, ist der zweite Bearbeitungsvorgang, d. h. der FeinschleifVorgang, kritisch. Jede hierin erreichte Verbesserung, insbesondere bezüglich der Qualität, hat den zusätzlichen Vorteil, den anschliessenden Poliervorgang zu vereinfachen und seine Kosten zu verringern.

- 3 -509850/0738

Auf diesen kritischen zweiten Bearbeitungsvorgang ist die vorliegende Erfindung in erster Linie abgestellt. Ferner wurde der Poliervorgang ebenfalls verbessert, indem gewisse Aspekte der Erfindung in einem neuen Polierwerkzeug zur Anwendung kommen.

Beim zweiten Bearbeitungsvorgang wäre es besonders vorteilhaft, ein konkaves oder konvexes Schleifmittel hoher Härte, welches die gewünschte torische Formgebung besitzt, anstelle einer losen Schleifmittelaufschlemmung zum Schleifen der gewünschten Oberfläche zu verwenden. Dadurch würden die Bearbeitungszeit verkürzt, die Kosten verkleinert und potentiell eine verbesserte Qualität erhalten. Ferner wurden auf diese Weise die vielen Nachteile des Arbeitens mit einer losen Schleifmittelaufschlemmung vermieden. Schliesslich würden ferner die Schwierigkeiten erheblich verringert, die sich insbesondere in ökologischer Hinsicht durch die Beseitigung der Aufschlemmung ergeben. Dabei wurden ferner die beträchtlichen Kosten vermieden, welche dadurch entstehen, dass die Krümmung des Hartmetallwerkzeugs, welches gleichzeitig der Sohleifwirkung der Aufschlemmung unterliegt, periodisch ersetzt oder erneuert werden muss.

Ein Hartmetallwerkzeug, welches beispielsweise aus Stahl besteht, kann natürlich ohne weiteres mit der gewünschten torischen Formgebung versehen werden, indem beispielsweise ein Werkzeug mit einer einzigen Oberfläche, wie etwa ein zugespitztes, mit Diamanten besetztes Werkzeug, verwendet wird. Es war jedoch bisher nicht zweckmässig, den Einsatz einer torischen, diamantenbesetzten Fläche mit grosser Oberfläche in Betracht zu ziehen, und zwar wegen der schnellen

509850/0738

Abnützung als Folge der Anwesenheit der Diamantteilchen. Die Verwendung von mit Diamanten besetzten Werkzeugen zum Peinschleifen war bei der Herstellung sphärischer Linsen möglich, welche nur eine einzige Krümmung besitzen, und welche mittels eines Werkzeugs geschliffen werden können, welches lediglich um eine einzige Achse umläuft, die senkrecht zur Linsenoberfläche liegt. Die zwangsläufig komplexer aufgebauten torischen Linsen erfordern kompliziertere Bewegungen sowohl des Werkzeugs als auch der Linse und haben eine Einführung der diamantbesetzten Werkzeuge verhindert. Daher verwendet ein grosser Teil der Industrie nach wie vor die zeitlich aufwendige, kostspielige und umständliche Bearbeitung mittels eines losen Schleifmittels.

Ein bekannter Versuch, die Schwierigkeiten zu überwinden, welche bei Schleif- und Polierverfahren mit losen Aufschlemmungen auftreten, besteht darin, an den Hartmetallwerkzeugen der gewünschten torischen Formgebung Schutzlagen vorzusehen. Der grösste Teil der von der Sohleifmittelaufschlemmung erzeugten, unerwünschten Abnützung entfällt auf die Schutzlage, welche periodisch erneuert wird, bevor eine merkliche Abnützung der torischen Fläche des Hartmetallwerkzeugs erfolgt. Ein derartiges Verfahren wird in einer Anzahl von Patentschriften angegeben.

Beispielsweise zeigt die US-PS 5 5SH 963 die Verwendung einer austauschbaren Schleifauflage für ein Linsenschleifwerkzeug. Die Auflage kann aus einem gepressten Stahlblech bestehen, welches eine Dicke zwischen 0,125 mm und 0,25 mm (0,005 und 0,010 Zoll) aufweist und welches mit dem Schleifwerkzeug mittels eines Zements ausreichender Haftfestigkeit verbunden ist.

509850/0738

73-lOl/lOl-a . fc .

Die US-PSen 3 144 737 und 3 522 680 zeigen in ähnlicher Weise Sohleifauflagen oder -aufsätze, welche auf die Form des Werkzeugs abgestellt sind und dieses gegenüber der Schleifwirkung der Schleifmittelaufschlemmung schützen. Derartige Verfahren sind zwar vorteilhaft, stellen jedoch nur eine Teillösung bei einem im übrigen kostspieligen, langsamen und umständlichen Herstellungsverfahren dar.

Die vorausgehend aufgeführten Schwierigkeiten werden noch durch die sehr grosse Anzahl sphärischer und torischer Formen vertieft, welche bei den üblichen Schleif- und Poliervorgängen in Betracht kommen. Dies spiegelt sich wieder in hohen Anforderungen, die an das Inventar zu stellen sind und/oder in beträchtlichen Verzögerungen bei der Ausführung von Auftragen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die vorausgehend genannten Schwierigkeiten zu überwinden und eine verbesserte Vorrichtung zum Schleifen, Polieren und Feinschleifen von optischen Linsen und Brillengläsern zu schaffen sowie ein neues Verfahren zur Herstellung der verbesserten Vorrichtung. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Werkzeug zu schaffen, welches das Schleifen von Linsenrohlingen zwecks Erhalt einer krummlinigen Formgebung einschliesslich torischer Flächen unter Verwendung massiver Schleifmittel hoher Härte gestattet. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zum Schleifen und Polieren von Glas zu schaffen, welche in bereits vorhandenen Schleif- und Poliermaschinen bekannter Bauweise verwendet werden kann und eine Erhöhung der Produktion, geringere Kosten und/oder ein ver-

509850/0738

bessertes Erzeugnis ermöglicht.

Schliesslich liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung von Schleifwerkzeugen hoher Härte zum Schleifen und Polieren von optischem Glas einschliesslich Brillengläsern zu schaffen. Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung, Schleif- und Polierwerkzeuge hoher Härte zur Verfügung zu stellen, bei welchen die Schleif- und Polierflächen nach ihrer Abnützung mühelos und kostengünstig bei verringerten Abschaltzeiten ausgetauscht werden können. Schliesslich liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Schleif- und Polierwerkzeug hoher Härte zu schaffen, bei welchem der Bedarf an Aufschlemmungen loser Schleifteilchen während des Schleifens und Polierens von Glaslinsen verringert ist und somit die damit verbundenen Probleme der Bereitstellung und Abfallbeseitigung auf ein Mindestmass verringert werden.

Es ist ferner eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Schleifwerkzeugen hoher Härte zum Schleifen und Polieren von Glas und dergleichen zu schaffen, dessen Schleifelement hoher Härte in einem flachen Zustand auf Lager gehalten werden kann, sich jedoch zur schnellen Herstellung eines Schleifwerkzeugs hoher Härte mit der gewünschten gekrümmten Oberfläche entsprechend der Krümmung des Trägerelements eignet.

Weiter liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Schleifwerkzeug hoher Härte zu schaffen, dessen Schleifelement hoher Härte im wesentlichen beim Schleifen oder Polieren vollständig aufgebraucht werden kann, ohne eine uner-

509SBÖ/0738

wünschte Abnützung oder Abänderung an der Krümmung des wiederverwendbaren Trägerelements mit genau vorgegebenem Umfang zu verursachen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung massiver Schleifwerkzeuge hoher Härte zu schaffen, welche während einer verlängerten Lebensdauer eine beträchtliche Dicke aufweisen. Schliesslich ist es eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Schleifwerkzeugs hoher Härte zu schaffen, gemäss welchem das Schleifelement hoher Härte mühelos eine gewünschte Form erhalten kann, obwohl es äusserst harte, nicht ziehfähige Teilchen aufweist.

Gemäss einer Ausführungsform liegt der Erfindung ferner die Aufgabe zugrunde, ein Schleif- und Polierwerkzeug zu schaffen, welches höhere Schleif- und Polierdrücke gestattet, damit ein verbessertes Produkt mit höherer Fertigungsgeschwindigkeit und geringeren Kosten erhalten werden kann. Schliesslich ist es eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Schleif- und Polierwerkzeug zu schaffen, welches sogenannte "tote" Bereiche an der bearbeiteten Linsenfläche vermeidet, welche wegen des Fehlens eines ausreichenden Kühl- oder Schmiermittels benachteiligt sind. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Schleif- und Polierwerkzeug zu schaffen, bei welchem Fluide, wie beispielsweise Kühl- und Schmierflüssigkeiten, an der Grenzfläche zwischen der bearbeiteten Oberfläche und der Werkzeugoberfläche vorzugsweise am oder neben dem Bereich für eine optimale Kühl- und Schmierwirkung zugeführt werden können.

5Ö9SS0/Ö738

Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, den abschliessenden Poliervorgang anschliessend an das Feinschleifen durch Verwendung eines Polierelements zu verbessern, welches auf das Feinschleif- und Polierwerkzeug abgestellt und mit diesem verwendbar ist.

Die vorausgehend genannten und weitere Aufgaben sind für den Fachmann aus der anschliessenden Beschreibung ersichtlich.

Diese Aufgaben werden mittels des neuen, massiven Schleifund Polierwerkzeugs hoher Härte und mittels des Verfahrens zur Herstellung desselben gemäss der vorliegenden Erfindung gelöst. Das Schleifwerkzeug, welches eine gekrümmte Arbeitsfläche vorgegebener Gestalt besitzt, besteht aus einem im wesentlichen starren Trägerelement, einem im wesentlichen verformbaren, vorgeformten, auf das Trägerelement abgestimmten Schleifplättchen sowie einer Einrichtung, um das Schleifplättchen lösbar am Trägerelement zu befestigen. ■

Das Trägerelement besitzt eine gekrümmte Trägerfläche, welche die Krümmung der gekrümmten Arbeitsfläche bestimmt. Das vorgeformte Schleifplättchen weist eine vorgegebene Dicke auf, die zur Erzielung einer erhöhten Lebensdauer des Schleifplättchens und -Werkzeugs grosser als etwa 0,8 mm und üblicherweise 1,6 mm oder darüber ist. Eine Oberfläche steht in Berührung mit dem Trägerelement und ist an die gekrümmte Oberfläche desselben angepasst, wodurch eine gewünschte vorgegebene Form der freiliegenden Fläche des Schleifplattchens mitgeteilt wird. Während die Krümmung durch die Gestalt der gewünschten torischen Linsenfläche bestimmt ist, werden die Grosse und die Form des Trägerelements und des Schleifplätt-

S098B0/0738

chens durch die Fläche bestimmt, welche von der Linse überstrichen wird, wenn sie sich während des SohleifVorgangs bewegt. Das Schleifwerkzeug bewegt sich im allgemeinen in einer gegenüber der Linse unterschiedlichen Bewegung, und das Schleifwerkzeug ist derart ausgebildet, dass es auf den Rand des von der Linse bestrichenen Bereiches abgestellt ist und diesen Rand nicht überschreitet.

Das vorgeformte Schleifplättchen weist Schleifteilchen hoher Härte auf, welche gleichförmig in einer pulverförmigen Metallmatrix verteilt sind, in welcher die Teilehen hoher Härte unter Ausbildung des Schleifplättchens gebunden sind. Wie bereits ausgeführt wurde, können die Schleifteilchen hoher Härte im Handel erhalten werden, beispielsweise von Herstellern von echten oder synthetischen Industriediamanten oder von kubischem Bornitrit. Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform ist das vorgeformte Schleifplättchen vielschichtig und üblicherweise zweischichtig aufgebaut und enthält eine benachbart dem Trägerelement angeordnete Schicht, welche im wesentlichen frei von Schleifteilchen hoher Härte ist. Gemäss einer bevorzugten AusfUhrungsform wird der Wirkungsgrad des Schleif- und Poliervorgangs durch Eingeben von Teilchen in die Matrix verbessert, welche sich in der verwendeten Kühlflüssigkeit lösen und dabei eine poröse Oberfläche erzeugen, durch welche die Kühlung der Linsenoberfläche und die Abführung von Spänen verbessert wird.

Die Einrichtung, mittels welcher die anliegende Fläche des Schleifplattchens am Trägerelement befestigt wird, kann auf bekannte Massnahmen zurückgreifen, durch welche die gewünschte lösbare Haftung erhalten wird, welche den Schleif-

- 10 -

S098S0/0738

und Polierkräften ohne Zerstörung der Verbindung standhält. Jedoch sollte das gebrauchte und abgenutzte Schleifplättchen leicht abnehmbar sein, wenn ein Austausch gewünscht wird. Gemäss einer bevorzugten AusfUhrungsform erfolgt die Verbindung mittels einer üblichen elektrischen Lötvorrichtung, obwohl auch Klebstoffe, beispielsweise Epoxidklebstoffe, verwendet werden können.

Gemäss einer weiteren bevorzugten AusfUhrungsform weist das Schleifplättchen mindestens eine benachbart der Plättchenmitte liegende öffnung auf sowie einen oder mehrere freiliegende Kanäle, welche von dieser öffnung radial gegen den Plattchenumfang gerichtet sind. Ferner besitzt das Trägerelement eine öffnung, welche in Strömungsverbindung mit der Plättchenöffnung steht, so dass Fluide, wie beispielsweise Kühlmittel, Schmiermittel oder dergleichen, durch die Trägeröffnung in die Plättchenöffnung und in die freiliegende Kanäle fliessen können. Dadurch werden "tote" Punkte und Bereiche vermieden, und eine verbesserte Kühlung sowie die gewünschte Schmierung an der Grenzfläche des Schleif- und Poliervorgangs gewährleistet, sowie eine wirksame Abführung der durch den Schleif- und Poliervorgang entstehenden Späne. Gemäss einer bevorzugten AusfUhrungsform sind die Kanäle eng ausgebildet, um ein unter Druck stehendes Kühlsystem zu bilden.

Gemäss einer bevorzugten Verfahrensweise wird das aus zwei Schichten bestehende Schleifplattchen hergestellt, indem eine aus einem Schleifmaterial ohne hohe Härte bestehende Schicht und eine Metallpulvermatrix, welche Schleifteilchen hoher Härte und im Kühlmittel lösliche, porenerzeugende Teilchen zwecks Herstellung einer einstückigen Anordnung gesintert werden. Das erhaltene, im wesentlichen flache, zweischichtige,

- 11 -

509850/0738

verformbare Schleifplättchen wird anschliessend neben dem Trägerelemeht angeordnet, wobei die von Schleifteilchen hoher Härte freie Schicht der gekrümmten Trägerfläche zugewandt ist. Diese anliegende Fläche wird anschliessend, beispielsweise mittels Druck, der Trägerfläche angepasst, wodurch die freiliegende Fläche des Schleifplättchens die gewünschte Gestalt erhält. Das verformte Schleifplättchen wird anschliessend am Trägerelement befestigt, was vorzugsweise durch Verlöten erfolgt, worauf das erhaltene Werkzeug beim Schleifen von Linsen mit verbesserten Ergebnissen verwendet wird. Andererseits kann das Schleifplättchen auch vorgeformt und mit einer bestimmten Form auf Lager genommen werden, um die Erneuerung eines abgenützten Werkzeugs zu vereinfachen. Dieses einfache Verfahren der Werkzeugherstellung macht die Verwendung massiver Schleifelemente für den Schleifvorgang wirtschaftlich durchführbar und ferner mehr als konkurrenzfähig mit dem bekannten Verfahren, gemäss welchem lose Schleifteilchen verwendet werden.

Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung wird ein Polierplättchen verwendet, welches in Grosse und Form dem Schleifwerkzeug hoher Härte entspricht, welches jedoch aus einem weieheien Material besteht und keine Schleifteilchen hoher Härte enthält, und welches zum Feinpolieren einer geschliffenen Linse das Schleifwerkzeug hoher Härte unter Verwendung üblicher Schleifmittelaufschlemmungen ersetzt.

Die Erfindung wird anschliessend an Hand von besonderen in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen näher beschrieben. Es zeigen:

- 12 -

509850/0739

Figur 1 eine Draufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform eines einteilig ausgebildeten, aus zwei Schichten aufgebauten, massiven, erfindungsgemässen Schleifplättchen hoher Härte, dessen Schleifseite dem Betrachter zugewandt ist, vor Verformung und lösbarer Befestigung des Plättchens an einem im wesentlichen kreisförmigen Trägerelement,

Figur 2 eine weitere Ansicht einer anderen AusfUhrungsform, welche ähnlich wie die Anordnung nach Figur 1 aufgebaut ist, wobei jedoch das Schleifplättchen rechteckförmig ausgebildet ist, um mit einem ähnlich geformten Trägerelement verbunden zu werden,

Figur 3 eine vergrösserte Schnittansicht längs der Linien 3-3 der Figuren 1 und 2,

Figur 4 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemässen massiven Schleifplättchens hoher Härte, wobei massive Zapfen hoher Härte einstückig mit einer kreisförmigen, im wesentlichen verformbaren Metallunterlage verbunden sind,

Figur 5 eine weitere, der Figur 4 ähnliche Ausführungsform, bei welcher die verformbare Metallunterlage rechteckförmig ausgebildet ist, um einem ähnlich ausgebildeten Träger zu entsprechen,

Figur 6 einen vergrösserten Teilschnitt längs der Linien 6-6 der Figuren 4 und 5*

- 13 -

S098S0/0738

./Ik.

Pigur 7 eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Schleifplattchens, welche ähnlich wie jenes der Figur 1 ausgebildet ist, wobei jedoch die Schleifschicht hoher Härte in Segmente oder Abschnitte unterteilt ist, damit parallele Kanäle zwischen den Schleifabschnitten hoher Härte gebildet werden,

Pigur 8 eine Ansicht einer der Figur 7 ähnlichen Ausführungsform, bei welcher jedoch das Schleifplättchen rechteckförmig ausgebildet ist, um einem ähnlich ausgebildeten Träger zu entsprechen,

Pigur 9 einen vergrösserten Teilschnitt längs der Linien 9-9 der Figuren 7 und 8,

Figuren 10 bis 13 schematische Schnitte, welche gewisse aufeinanderfolgende Schritte eines bevorzugten Herstellungsverfahrens für das erfindungsgemässe Schleifwerkzeug hoher Härte darstellen,

Pigur 14 eine Aufsicht, aus welcher ein besonderer Anwendungsfall ersichtlich ist, bei welchem eine Anzahl von massiven erfindungsgemässen Schleifwerkzeugen hoher Härte an einer Nabe befestigt sind, um ein ringförmiges Schleifwerkzeug zu bilden,

Pigur 15 einen Schnitt längs der Linien 15-15 der Figur 14,

Figur 16 einen Schnitt einer Ausführungsform, welche ähnlich wie jene der Figuren 14 und 15 aufgebaut ist, mit der Ausnahme, dass die Schleiffläche konkav statt konvex ausgebildet ist,

- 14 -

509850/0738

Figur 17 eine weitere Ausführungsform eines massiven Schleifwerkzeugs hoher Härte, gesehen von der Schleifseite, in welchem das Schleifplättehen eine Mittelöffnung und radiale Kanäle aufweist, um die Strömung eines Kühl- oder Schmiermittels von der Mitte der Schleiffläche zum Umfang derselben zu gestatten, und

Figur 18 einen Schnitt durch eine Ausführungsform gemäss Figur 17 in verkleinerter Darstellung, wobei das Schleifplättchen in Berührung mit einem Linsenrohling steht.

Es wird darauf hingewiesen, dass die Zeichnungen nicht notwendig massstabsgetreu sind, und dass die Ausführungsformen durch graphische Symbole, schematische Darstellungen und Teilansichten erläutert werden können. In bestimmten Fällen wurden Einzelheiten, welche zum Verständnis der Erfindung nicht notwendig sind oder welche die Erkennung anderer Einzelheiten schwierig machen, weggelassen. Offensichtlich ist die Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt.

Gemäss den Figuren 1, 2 und j5 weist die bevorzugte, aus zwei Schichten aufgebaute Ausführungsform des massiven Schleifplättchens hoher Härte eine erste Schicht 10 auf, welche aus einem verformbaren Pufferelement im wesentlichen ohne Schleifwirkung besteht, sowie eine zweite Schicht 12, welche Schleifteilchen hoher Härte in homogener Verteilung in einer Metallpulvermatrix aufweist. Die beiden Schichten sind einstückig ausgebildet in dem Sinne, dass sie miteinander verschmolzen oder an ihrer Grenzfläche in anderer

- 15 -

509850/0738

Welse zur Ausbildung einer einstückigen Anordnung aneinander gebunden sind.

Zur Erzielung einer längen Lebensdauer besitzt die Schleifschicht 12 eine Dicke von mindestens etwa 0,8 mm (1/32 Zoll), wobei ein grösserer Wert bevorzugt wird. Da die keine Schleifwirkung aufweisende Pufferschicht 10 normalerweise nicht der Abnützung unterliegt, ist sie üblicherweise nicht dicker als 0,8 mm, obwohl dies möglich ist, falls es aus anderen Gründen gewünscht wird.

Da das Sohleifplättchen eine beträchtliche vorgegebene Dicke aufweist, welche gewöhnlich grosser als 0,8 mm und beispielsweise etwa 1,6 mm ist, und das Sohleifplättchen genau an ein gekrümmtes Trägerelement mit einer beträchtlichen Krümmung, beispielsweise mit einem Krümmungsradius von kleiner als etwa 92 cm, angepasst werden muss, müssen beide Schichten 10 und 12 eine beträchtliche Verformbarkeit ungeachtet der Anwesenheit von nicht verformbaren Schleifmaterialien hoher Härte aufweisen. Gemäss den bevorzugten AusfUhrungsformen besteht die Schicht 10 aus einem Kupferblech mit handelsüblicher Reinheit, d. h. mit mehr als etwa 99$ Kupfer; die Schicht 12 enthält Schleifteilchen hoher Härte in einer Metallpulvermatrix, welche etwa 85 bis 98 Gew.-^ Kupfer und etwa 15 bis 2 Gew.-^ Zinn enthält. In einer alternativen Ausführung können beide Schichten 10 und 12 eine Metallpulverbindung aufweisen, wobei die Schicht 12 ebenfalls Schleifteilchen hoher Härte enthält.

Handelsübliches Kupfer und Zinnpulver, welche eine geeignete Teilchengrössenverteilung zur Ausbildung einer festen Bindung für die Schleifteilchen aufweisen, können verwendet werden.

- 16 -

509850/0738

-ft·

Bevorzugte Ausführungsformen umfassen Kupfer- und Zinnpulver, wie sie als Bindemittel fUr Schleifräder verwendet werden, beispielsweise Alcan MD 201 oder MD 301 Kupferpulver, welche jeweils eine Durchsehnittsteilchengrösse von etwa 9 und 8 Mikron aufweisen sowie Alcan MD 201 oder MD 301 Zinnpulver, welche eine Durchschnittsteilchengrösse von etwa 12 Mikron aufweisen. Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf eine Bindung mittels eines Kupfer-Zinn-Metallpulvers beschränkt, wie für den Fachmann offensichtlich ist.

Das Schleifmittel hoher Härte kann jedes beliebige Schleifoder Poliermittel enthalten, welches eine ausreichende Härte besitzt, um in wirksamer und wirtschaftlicher Weise die Glasarten zu schleifen oder zu polieren, welche normalerweise ftir optisches bzw. Brillenglas verwendet werden. Wie bereits ausgeführt wurde, ist eine Knoop-Härte oberhalb etwa 3000 kg/mm erforderlich. Während dieses Erfordernis übliche Schleifmittel, wie etwa Quarz, Aluminiumoxid und Siliziumkarbid, ausscheiden lässt, gestattet es die Verwendung von kubischem Bornitrit sowie von natürlichen oder synthetischen Diamanten. In einer von General Electric Company vertriebenen Handelsform, die unter dem Warenzeichen BORAZON bekannt ist, weist kubisches Bornitrit eine Härte

von etwa 4700 kg/mm auf. Im Vergleich dazu beträgt die

ο Härte von Diamanten etwa 7000 kg/mm .

Die Grosse und Konzentration der Schleifteiichen hoher Härte in der Metallpulverbindung hängt teilweise von dem durchgeführten Bearbeitungsvorgang und dem jeweiligen bearbeiteten Material ab. Weitere Faktoren umfassen die Oberflächenqualität, die Schleifgeschwindigkeit und verwandte Kostenüber-

- 17 -

5098SÖ/0738

■/lg.

legungen. Die Erfordernisse für ein Grobschleifen unterscheiden sich von jenen für das Feinpolieren oder Läppen. Bei den bevorzugten Ausführungsformen können Diamantpulver, welche den Nummern 9» 15 oder J>0 des US-Bureau of Standards (CS. 261/63) entsprechen, was einem Grössenbereich zwischen etwa 8 bis 36 Mikron gleichkommt, verwendet werden.

Die Diamantenkonzentration im Bindemittel kann zwischen etwa 2 bis 25 Vol.-# der gesamten Matrix schwanken. Beispielsweise kann eine Matrix etwa 10 Vol.-# Schleifmittel hoher Härte und etwa 90 Vol.-# Bindemittel enthalten, wobei das letztere etwa 95 Gew.-^ Kupfer und etwa 5 Gew.-^ Zinn enthält. Weitere Zuschlagstoffe für das Bindemittel können verwendet werden, wie dies für den Fachmann der Pulvermetallurgie offensichtlich ist.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform wird die Kühlung und Spanentfernung während des SchleifVorganges durch Einführen von Teilchen erreicht, die in dem verwendeten Kühlmittel löslich sind und deshalb in der Matrix benachbart den Schleifteilchen hoher Härte eine poröse Oberfläche erzeugen. Kochsalz mit einer Teilchengrösse zwischen 0,175 mm bis 0,110 mm (80 - 120 mesh) und einem Volumenanteil zwischen 10 - 50^ hat sich als besonders geeignet zur Erzielung von Porosität erwiesen.

In den dargestellten Ausführungsbeispielen besteht die Pufferschicht 10 aus einem billigen, handelsüblichen Kupferblech, beispielsweise mit einer Dicke von 0,8 mm, jedoch kann diese Schicht auch andere verträgliche Metalle enthalten, sofern die erhaltene Verbindung die erforderliche Verformbarkeit aufweist, um eine genaue Verformung an das Trägerelement

- 18 -

609850/0738

/?9

zu gestatten, wie anschliessend beschrieben wird. Die Pufferschicht 10 enthält zwar normalerweise keine Schleifmittel hoher Härte, kann jedoch, falls dies gewünscht wird, billige übliche Schleifmittel, wie Aluminiumoxid, Siliziumkarbid und dergleichen, aufweisen. Da die Hauptfunktion dieser Schicht darin besteht, als Puffer zwischen der Schleifmittelschicht hoher Härte und dem Trägerelement zu wirken, sollte jedoch der Schleif- oder Poliervorgang beendet werden, sobald die Schleifmittelschicht hoher Härte verbraucht ist.

Falls nur eine einzige Schicht verwendet wird, so wird diese Schicht, die das Schleifmittel hoher Härte enthält, mit dem Trägerelement durch Löten, Zement oder in anderer Weise lösbar verbunden. Es können auch mehr als zwei Schichten zur Erzeugung besonderer Wirkungen verwendet werden, beispielsweise eine äussere Schleifmittelschicht hoher Härte, eine Zwischenschicht mit gewöhnlichem Schleifmittel und eine von Schleifmittel freie innere Schicht, welche mit dem Trägerelement verlötet oder lösbar mittels eines Bindemittels verbunden ist.

Die in den Figuren 1-3 dargestellten Sohle if plättchen hoher Härte besitzen eine konstante Dicke, jedoch ist die Erfindung nicht notwendigerweise hierauf beschränkt. Die Dicke kann variieren, beispielsweise von der Mitte zu den äusseren Rändern hin, um bei der Anpassung an die Oberfläche des Trägerelements eine gewünschte Formgebung zu erreichen. Trägerelemente, welche die gleiche Gestalt besitzen, können zur Herstellung von Schleifwerkzeugen verwendet werden, welche an der Schleiffläche unterschiedliche Krümmungen aufweisen. In

- 19 -

509850/0738

Ausführungsformen mit vielen Schichten können Änderungen in der Plattchendichte durch unterschiedliche Dicke aller Schichten oder nur eines Teils derselben erreicht werden. Beispielsweise kann bei der bevorzugten, mit zwei Schichten hergestellten AusfUhrungsform die Schleifmittelschicht hoher Härte eine konstante Dicke besitzen, damit bei der Anpassung an das Trägerelement die gewünschte Krümmung erreicht wird. Weitere mögliche Variationen sind für den Fachmann Offensichtlieh·

Die Ausführungsformen gemäss den Figuren 4 bis 6 unterscheiden sich von jenen der Figuren 1 bis 3 darin, dass die Schleifmittelschichten hoher Härte diskontinuierlich sind und eine Anzahl von Zapfen 14 aufweisen, welche einstückig auf der verformbaren Unterlage 16 ausgebildet sind. Diese Ausführungsformen stellen eine Anordnung dar, welche als pelletiertes Plättchen bezeichnet werden könnte. Die Zapfen sind als Zylinder dargestellt, müssen jedoch nicht so ausgebildet sein. Ovalförmige, rechteckförmige oder andere Formen können nach Wunsch ebenfalls verwendet werden.

Die Zusammensetzung der einzelnen Zapfen 14 kann im wesentlichen jener der Schleifmittelschicht hoher Härte 12 entsprechen. Die Erzielung einer Porosität durch Zugabe löslicher Teilchen in die Matrix in der vorausgehend beschriebenen Weise ist auch bei dieser Ausführungsform möglich. Da eine Vielzahl von im Abstand angeordneten Zapfen 14, die einteilig mit einer Unterlage 16 ausgebildet sind, sich leichter an ein gekrümmtes Trägerelement anpassen lassen, braucht das Metallpulverbindemittel für das Schleifmittel hoher Härte nicht im gleichen Masse verformbar zu sein. Daher können bei Verwendung eines aus Kupfer-Zinn bestehenden Bindemittels

- 20 -

509850/0738

höhere Zinnanteile verwendet werden, was die Verformbarkeit erniedrigt; dabei hat jedoch die Kombination immer noch die erforderliche Verformbarkeit. Beispielsweise kann in den Ausführungsformen gemäss den Figuren 4 und 5 der Anteil des Zinns in dem aus Kupfer und Zinn bestehenden Bindemittel für die Schleifmittelzapfen hoher Härte 14 25 Gew.-# des Bindemittels betragen im Vergleich zu einem Maximum von etwa 15 Gew.-# des Bindemittels in den Ausführungsformen nach den Figuren 1-3·

Die Ausführungsformen der Schleifplättchen hoher Härte gemäss den Figuren 7 bis 9 weisen eine nicht aus Schleifmittel bestehende Unterlage 18 und eine Anzahl von im Abstand angeordneten Stäben oder Segmenten aus Schleifmaterial hoher Härte 20 auf. Die Zusammensetzung der Schleifschicht hoher Härte und der Unterlage kann im wesentlichen jener entsprechen, welche in Verbindung mit den A usf uhr ungsf orraen gemäss den Figuren 1 bis 3 oder den Figuren 4 bis 6 angegeben wurde.

Die Kanäle oder Abstände zwischen den Segmenten aus Schleifmaterial hoher Härte können eingeschnitten oder eingeformt sein, wobei die letztere Möglichkeit bevorzugt wird. Die Kanäle weisen gewöhnlich eine Tiefe auf, welche der vollen Stärke der Schleifschicht entspricht, so dass die Unterlage l8 frei liegt. Die Tiefe der Kanäle kann jedoch auch grosser oder kleiner sein. Im letzteren Falle steht ein grösserer Kanalraum für die Strömung des Kühl- und Schmiermittels zur Verfügung, selbst wenn die Sohleifschicht erheblich verbraucht ist. Diese Kanäle ermöglichen die Strömung des von aussen zugeführten Kühlmittels zur geschliffenen Oberfläche. Wie In den Ausführungsformen der Figuren 4 bis 6 werden durch die

- 21 -

509850/0738

KUhI- und Sohmierraittelströmung Wärme abgeführt, eine verbesserte Schmierfähigkeit geschaffen und beim Schleifen und Polieren anfallende Materialteilchen weggeführt.

Einer der Vorteile des erfindungsgemässen Werkzeugs und des Verfahrens zu seiner Herstellung liegt darin, dass das Schleifplättchen hoher Härte flach vorgeformt und auf Lager genommen werden kann. Bei Bedarf wird es dann vom Lager angefordert und in die gewünschte gekrümmte Arbeitsfläche entsprechend dem Trägerelement verformt. Dadurch werden im erheblichen Umfang Kosten verringert, und es wird eine schnelle Erneuerung abgenützter Schleifwerkzeuge ermöglicht. Die Einfachheit dieses Verfahrens zur Herstellung eines massiven Schleifwerkzeugs hoher Härte mit einer vorgegebenen Krümmung macht das Peinschleifen von komplizierten Krümmungen, beispielsweise torischen Oberflächen, unter Verwendung derartiger massiver Schleifelemente hoher Härte wirtschaftlich und technisch durchführbar sowie konkurrenzfähig gegenüber der Verwendung von losem Schleifmittel. Gemäss einer Alternative können die Schleifplättchen vorgeformt und mit einer gewünschten Form auf Lager genommen werden, wodurch die Erneuerung abgenützter Werkzeuge vereinfacht wird. Ungeachtet der Anpassung der Werkzeugform und -grösse an die Maschine kann eine ungleiche Abnützung noch auftreten, so dass es notwendig wird, die Schleiffläche hoher Härte periodisch während ihrer Lebensdauer zu erneuern. Schliesslich ist das Werkzeug in einer solchen Umfang abgenützt, dass seine Schleifschicht im wesentlichen verbraucht ist und durch ein neues, vom Lager kommendes Schleifplättchen ersetzt werden muss.

- 22 -

5098B0/0738

73-lOl/lOl-a

Der erste Schritt in der Herstellung des flachen Schleifplättchens ist am besten aus Figur 10 ersichtlich. Ein Kupferblech 30, welches üblicherweise eine Dicke von etwa 0,8 mm (1/52 Zoll) aufweist und eine Formgebung entsprechend der Kreisform nach den Figuren 1, 4 oder 7* oder die rechteckform nach den Figuren 2, 5 oder 8 oder eine beliebige andere Formgebung, wird auf den Halter 32 Innerhalb einer Sinterform 34 aufgebracht. Eine homogene Mischung von Schleifteilchen hoher Härte sowie von Bindemittelteilchen, die beispielsweise aus Kupfer und Zinn bestehen können, wird dann in der Form einer Schicht 36 aufgebracht. Anschliessend wird die Fonnabdeckung 38 eingesetzt und die Sinterung vorgenommen.

Derartige Bearbeitungen sind dem Fachmann bekannt und hängen teilweise von den verwendeten Pulvermetallen ab. Bei den hier beschriebenen Beispielen können Drücke im Bereich zwischen

2 2

etwa 35 kg/cm bis 70 kg/cm (500 - 1000 p.s.i.) und Temperaturen im Bereich zwischen etwa 500⁰C bis 75O°C verwendet werden. Die richtige Auswahl dieser Bedingungen führt zur Bindung der Schleifteilchen hoher Härte und Herstellung einss einstückig ausgebildeten, aus zwei Schichten bestehenden, warmgepressten Plättchens.

Die Anordnung nach Figur 10 führt zur Herstellung der in den Figuren 1 und 2 dargestellten, kontinuierlichen Schleifschicht. Um die mit Zapfen versehene Ausführung gemäss den Figuren 4 und 5 oder die im Abstand liegende Segmente aufweisenden Ausführungen der Figuren 7 und 8 zu erhalten oder andere gewünschte Ausführungsformen, wird eine geeignete

- 23 -

509850/0738

Schablone, beispielsweise eine Platte, welche öffnungen entsprechend den Zapfen aufweist, auf die Oberseite des Kupferblechs JO gelegt, bevor die homogene Mischung der Schleifteilchen und des Bindemittels zugegeben wird, wie dies für den Fachmann offensichtlich ist. Nach der Herstellung kann das Sohleifplättchen in seiner flachen Form auf Lager genommen werden. Die Form kann eine bestimmte Umfangsform aufweisen, um dem Schleifplättchen eine Anfangskrümmung zu erteilen. Obgleich dies die Lagerprobleme erschweren kann, vereinfacht es die Erneuerung abgenützter Werkzeuge durch Austausch des Schleifplättchens hoher Härte.

Falls das erfindungsgemässe Werkzeug unter Verwendung des gemäss Figur 10 hergestellten Schleifplättchens erhalten werden soll, so kann das Schleifplättchen zunächst einer einleitenden Biegung gemäss Figur 11 unterworfen werden. Dabei wird beispielsweise das vorgeformte Schleifplättchen 40 zwischen die obere und untere Form 42 bzwi 44 einer Presse eingelegt und einem ausreichenden Druck unterworfen, um dem Plättchen eine erste Krümmung zu erteilen. Die einander gegenüberliegenden konvex bzw. konkav ausgebildeten Flächen der Formen 42 und 44 können beispielsweise eine halbkugelförmige oder ellipsenähnliche Krümmung aufweisen, welche sich der gewünschten endgültigen Krümmung annähert. Die einleitende Formgebung des Plättchens gewährleistet, dass dieses in einem nachfolgenden Verformungsschritt leichter und genauer auf die Krümmung des Trägerelements verformt werden kann, mit welchem das Plättchen lösbar verbunden wird.

Geraäss Figur 12 ist ein Plättchen 40 zwischen einer Unterlage 48 und einer gegenüberliegenden nachgiebigen bzw. hydraulisch betätigten Anordnung 50 angeordnet. Dabei wird ein ausreichen-

- 24 -509850/0738

der Druck ausgeübt, um das Plättchen 40 genau an die Krümmung der freiliegenden Fläche der Unterlage 48 anzupassen, um dadurch die gewünschte Verformung der äusseren Schleiffläche des Schleifplättchens 40 zu erzielen. Jegliches urafangsseitiges, vorstehendes Material kann dann vom Schleifplättchen 40 abgenommen werden, so dass die Ränder des Schleifplättchens genau dem Umfang der Unterlage 48 entsprechen, wie dies aus dem bearbeiteten Schleifplättchen 40' in Figur 13 ersichtlich ist.

Die Unterlage 48 kann in üblicher Weise aufgebaut sein, d. h. wie bei aus hartem Stahl bestehenden Werkzeugen, die in Verbindung mit Schleifmittelaufschlemmungen als Schleifmittel verwendet werden. Wie für den Fachmann offensichtlich ist, weist die Unterlage 48 eine derartige Formgebung auf, dass sie in Üblichen Schleif- und Poliermaschinen eingesetzt werden kann.

Das bearbeitete Schleifplättchen 40' wird lösbar mittels bekannter Verfahren an der Unterlage bzw. dem Trägerelement 48 befestigt. Gemäss einer bevorzugten AusfUhrungsform wird ein handelsübliches Silberlot, wie es beispielsweise beim Elektrolöten verwendet wird, für diesen Zweck eingesetzt. Gemäss einer anderen Arbeitsweise kann das Schleifplättchen mit dem Trägerelement mittels eines Klebstoffs, beispielsweise eines Epoxidklebstoffs, verbunden werden. Die lösbare Befestigung des Plättchens mit dem Trägerelement 48 kann gleichzeitig mit der Formanpassung des Plättchens an das Trägerelement erfolgen, wie dies in Figur 12 dargestellt ist. In jedem Falle soll das Befestigungsmittel derart ausgewählt sein, dass das abgenützte Plättchen leicht vom Trägerelement ohne Beschädigung desselben gelöst werden kann, so dass das Trägerelement ohne Schwierigkeit durch Befestigung

- 25 -509850/0738

73-lOl/lOl-a w

eines neuen Schleifplättchens erneuert werden kann·

Ein Hauptvorteil der Verwendung eines aus zwei Schichten bestehenden Schleifplättchens liegt darin, dass die Schleifschicht hoher Härte verwendet werden kann, bis ein Durchbruch zur von Schleifmittel freien Unterlage eintritt. Dabei besteht keine Gefahr einer Beschädigung oder unerwünschten Verformung der Oberflächenkrümmung des Trägerelementes. Daher kann das Trägerelement immer von neuem verwendet werden, indem die vorausgehend erläuterten Schritte wiederholt werden, wobei ein neues Plättchen nach Bedarf am Trägerelement befestigt wird. Auf diese Weise werden die SchleifZykluszeiten und die Gesamtkosten verringert, und es wird gewährleistet, dass die gleiche Krümmung in ständiger Wiederholung reproduziert werden kann. Darüberhinaus ergibt die kein Schleifmittel aufweisende Unterlage eine Stossdämpfungswirkung, durch welche die Lebensdauer des Werkzeugs erhöht und die Gefahr eines Materialbruchs durch Stoss oder Ermüdung der Schleifschicht hoher Härte oder vorzeitiges Lösen des Schleifplättchens vom Trägerelement unter Stosseinwirkung verringert wird.

Wie bereits erwähnt wurde, können das Trägerelement und das zugeordnete Schleifplättchen hoher Härte nahezu jede gewünschte Formgebung erhalten. Das aus Stahl bestehende Trägerelement lässt sich leicht derart bearbeiten, dass es die gewünschte Formgebung aufweist; anschliessend wird das verformbare Schleifplättchen hoher Härte an das Trägerelement angepasst, damit das Schleifplättchen die gewünschte Krümmung erhält.

Das erfindungsgemässe Verfahren kann ebenfalls zur Herstellung

- 26 509850/0738

75-lOl/lOl-a

einer Anzahl einzelner Werkzeugteile verwendet werden, welche in fluchtender Anordnung unter Ausbildung einer kontinuierlichen Schleif- oder Polierfläche zusammengesetzt werden. Ein Beispiel hierfür ist in Figur 14 dargestellt, gemäss welcher eine Anzahl einzelner Werkzeuge auf einer Nabe angeordnet sind, um ein ringförmiges Schleif- oder Polierwerkzeug zu ergeben. Dabei sind die Trägerelemente 60 und die zugehörigen Sohle if plättchen 62 am Umfang der Nabe 64 mittels Bolzen 66 befestigt. Auf diese Weise wird ein massives Schleif- oder Polierwerkzeug hoher Härte erhalten, welches, wie die bekannten Werkzeuge, eine ringförmige Formgebung aufweist, die Jedoch im Gegensatz zur vorliegenden AusfUhrungsform den Zusatz von Schleifmittelaufschlemmuhgen benötigen, damit der Schleif- oder Poliervorgang durchgeführt werden kann. Die Nabe wird mittels einer Welle in Drehung versetzt, die in die öffnung 68 der Nabe 64 eingesetzt wird.

Ein konkaves, ringförmig ausgebildetes Werkzeug kann gemäss Figur 16 in ähnlicher Weise zusammengesetzt sein. Dabei weist das Trägerelement JO eine konkave A us senf lache auf, an welcher ein zweischichtiges Schleifplättchen hoher Härte 72 angepasst wird. Eine Anzahl der auf diese Weise erhaltenen Werkzeuge werden fluchtend zueinander angeordnet und mittels Bolzen am Umfang einer Nabe befestigt, welche der Nabe 64 der Figuren 14 und 15 entsprechen oder in ähnlicher Weise ausgebildet sein kann.

Eine vorteilhafte erfindungsgemässe AusfUhrungsform ist in den Figuren 17 und 18 dargestellt. Das Trägerelement 80 weist eine Leitung 82 auf, die fluchtend zu einer mittigen öffnung 84 im Schleifplättchen 86 angeordnet ist. Ein flüssiges KUhI-

- 27 -

509850/0738

73-lOl/lOl-a

mittel und Schleifmittel werden aus einem nicht dargestellten Vorrat über eine Zuführung 88 der Leitung 82 und der öffnung 84 zugeführt, wodurch sogenannte "tote" Stellen oder Bereiche an der Grenzschicht zwischen dem Sohleifplättchen 86 und dem Werkstück, beispielsweise der Linse 90, vermieden werden· Vorzugsweise sind ferner Kanäle 92 und 94 vorgesehen, so dass sich eine Kühlmittelleitung von der Mitte zur Aussenflache des Werkzeugs erstreckt. Die Kanäle können verengt oder geschlossen sein, um ein unter Druck stehendes KUhlraittelsystem zu schaffen.

Diese Lösung zur Beseitigung der sogenannten "toten" Bereiche kann auch bei üblichen Verfahren, welche mit Schleifmittelaufschlemmungen als Schleifmittel arbeiten, verwendet werden. Die Bedeutung dieses Problems geht aus den vorausgehend genannten Patentschriften hervor, gemäss welchen die verschiedenen Schleifaufsätze in Segmente unterteilt sind, Kanäle oder öffnungen aufweisen, um die Verteilung der Schleifmittelauf schlemmung zu ermöglichen.

Offensichtlich kann mehr als ein Kanal im Trägerelement und desgleichen mehr als eine zugehörige öffnung im Schleifplättchen hoher Härte vorgesehen werden. Die Anzahl und die Anordnung wird am besten empirisch abhängig von der durchzuführenden Schleifarbeit ermittelt. Die öffnung oder die öffnungen können ohne Schwierigkeit in das Schleifplättchen hoher Härte während des Warmpressens desselben zwecks Erhalt einer einteiligen Anordnung gemäss Figur 10 eingepresst werden.

Wie vorausgehend aufgeführt wurde, ist es erwünscht, die

- 28 -

509850/0738

73-lOl/lOl-a . ^

Grosse und die umfangsseitige Form eines Schleifwerkzeugs hoher Härte derart auszuwählen, damit im Zusammenwirken mit der jeweiligen Linsenschleifmaschine, mit welcher das Plättchen verwendet wird, die günstigste Arbeitsweise erzielt wird. Bei derartigen Maschinen wird das Schleifwerkzeug hoher Härte üblicherweise in einer Spindel aufgenommen, durch welche das Werkzeug längs einer vorgegebenen Bahn bewegt wird. Die Linse, welche auf einer gegenüberliegenden Spindel befestigt ist, wird längs einer zweiten vorgegebenen Bahn bewegt, während sie gegen das Schleifwerkzeug hoher Härte gehalten wird. Während dieser Bewegung folgt die Linse einer geometrischen Form, wie einer Ellipse, einem Kreis oder sogar einer Geraden. Das Werkzeug ist derart eingestellt, dass seine äussere Kante an dem von der Linse während ihrer Bewegung bestrichenen Bereich angrenzt, aber diesen nicht tiberschreitet. Durch diese Einstellung wird eine ungleichmassige Abnützung der Werkzeugoberfläche so gering wie möglich gehalten, durch welche eine schlechte Kühlung und Spanabführung verursacht und die brauchbare Lebensdauer des Werkzeugs verkürzt werden kann. In diesem Zusammenhang wird daran erinnert, dass die erfindungsgemässen Schleifwerkzeuge hoher Härte lose Schleifmittelaufschlemmungen, welche gegen eine leicht abnützbare Stahlform zur Wirkung kommen, ersetzen können, die bisher zum Feinpolieren torischer Linsen eingesetzt wurden. Derartige, zwei Krümmungen aufweisende Linsen sind weitaus schwieriger richtig zu schleifen als sphärische Linsen, die nur eine einzige Krümmung besitzen.

Wie vorausgehend ausgeführt wurde, erfolgte das Feinpolieren von bereits geschliffenen Linsen bisher mittels einer losen

- 29 509850/0738

Schleifmittelaufschlemmung, welche einem weichen Plättchen zugeführt wurde, das über eine Stahlform aufgesetzt worden war. Durch die Verwendung gewisser Merkmale des Schleifwerkzeugs hoher Härte wurde es möglich, ein Werkzeug zum Feinpolieren als einen dem Werkzeug hoher Härte zum Feinschleifen entsprechenden Werkzeugsatz herzustellen. Dabei werden keine Schleifmittel hoher Härte verwendet, sondern nur eine übliche Schleifmittelaufschlemmung. Es wird eine elastische Unterlage verwendet, welche der gewünschten torischen Form entspricht, und welche die Stahlform und das weiche Plättchen ersetzt, die bisher verwendet wurden. Gemäss der bevorzugten Ausführungsform werden lösliche Teilchen in die elastische Unterlage vor deren Formgebung zugegeben, so dass ständig eine poröse Oberfläche erzeugt wird, wenn die Teilchen durch das Fluid gelöst werden, welches die Schleifteilchen trägt. Dabei werden eine verbesserte Kühlung und verbesserte Spanabführung als Folge der porösen Oberfläche des Polierwerkzeugs erhalten. Wie im vorhergehenden Fall, hat sich Kochsalz mit einer Teilchengrösse von 0,175 mm bis 0,110 mm als geeignet zur Herstellung der porösen Oberfläche erwiesen. Das Kochsalz wird in Mengen bis zu etwa 50 Vol.-$ des Werkzeugs eingesetzt.

Wie die vorausgehende Beschreibung gezeigt hat, werden durch die Erfindung die genannten Aufgaben gelöst. Weitere Abänderungen der Erfindung sind möglich und werden von dieser im Rahmen der Ansprüche mitumfasst.

- 30 509850/0738

Claims (12)

1. Patentansprüche

   Verfahren zur Herstellung eines Schleifwerkzeugs hoher Härte zum Schleifen und Polieren, welches eine gekrümmte Arbeitsfläche vorgegebener gewünschter Formgebung aufweist, gekennzeichnet durch

   (a) Anordnung eines im wesentlichen starren, kein Schleifmittel aufweisenden Trägerelements, welches eine gekrümmte Trägerfläche besitzt, die die Krümmung der Arbeitsfläche bestimmt,

   (b) Anordnung eines im wesentlichen verformbaren, aus Lagen aufgebauten, einstückig ausgebildeten Schleifplättchens vorgegebener Umfangsdicke, wobei das Schleifplättchen eine im wesentlichen glatte Oberfläche und eine Schleifmittel enthaltende Fläche mit einer Dicke von über etwa 0,8 mm (1/32 Zoll) aufweist, und das Schleifplättchen aus

   (i) einer Schicht (12) aus Schleifmittelteilchen hoher Härte besteht, die gleichförmige Oberflächen besitzt und eine Knoop-Härte von über etwa 3000 kg/mm aufweist und aus der Gruppe ausgewählt ist, welche Diamanten, kubisches Bornitrit und Mischungen hiervon umfasst, wobei die Schleifmittelteilchen in einer Pulvermetallmatrix eingebettet und gebunden sind, welche verformbar ist und einen grösseren An-

   - 31 509850/0738

   teil an Kupfer sowie einen kleineren Anteil an Zinn aufweist, sowie aus

   (ii) einer Schicht (10), welche aus einem verformbaren Metall besteht und im wesentlichen glatte Oberflächen aufweist sowie ferner im wesentlichen frei von den genannten Schleifteilchen hoher Härte ist,

   wobei das Schleifplättchen hergestellt wird, indem die genannte Schicht aus verformbaren Metall und die Schicht aus den in einem Pulvermetallbindemittel verteilten Schleifteilchen hoher Härte einer Sinterung der Metalle unterworfen werden, wodurch das einstückig ausgebildete, aus mehreren Lagen bestehende Schleifplättchen entsteht, und wobei ferner

   (c) die im wesentlichen glatte Oberfläche des Schleifplättchens an die Trägerfläche angepasst wird, damit die gewünschte Oberflächengestalt der freiliegenden, Schleifteilchen aufweisenden Oberfläche des Schleifplättchens erhalten wird, wozu das Plättchen zwischen die Trägerfläche und einer gegenüberliegenden Fläche angeordnet wird, die der gewünschten vorgegebenen Gestalt entspricht, worauf die Trägerfläche und die gegenüberliegende Fläche gegeneinander mit ausreichender Kraft gedrückt werden, um die Anpassung durchzuführen, und wobei

   (d) das gemäss (c) verformte Schleifplättchen lösbar mit dem Trägerelement verbunden wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gekrümmte Trägerfläche eine torische Form

   - 32 -

   509850/0738

   besitzt, welche der genannten Arbeitsfläche erteilt wird.
3. 3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus Schleifmittelteilchen in Segmente unterteilt ist und Leitungen aufweist, um Fluid der Schleiffläche zuzuführen.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen eng ausgebildet sind, um ein unter Druck stehendes Fluidsystem zu ergeben.
5. 5· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifmittel hoher Härte enthaltende Schicht zusätzlich Poren erzeugende Teilchen aufweist, die in der Schicht verteilt sind, wobei diese Teilchen in einem Fluid lösbar sind, welches während des Einsatzes des Werkzeugs zugeführt wird, so dass die Teilchen sich in dem genannten Fluid auflösen und dabei eine poröse Oberfläche an der Schleifmittel hoher Härte enthaltenden Schicht erzeugt wird.
6. 6. Verfahren zum Schleifen und Polieren toriseher und anderer gekrümmter Linsen, gekennzeichnet durch

   (a) Herstellung eines Schleifwerkzeugs hoher Härte mit

   (i) einem im wesentlichen starren, kein Schleifmittel aufweisenden Trägerelement, welches eine gekrümmte Trägerfläche besitzt, die die Krümmung der torischen und gekrümmten Linsen bestimmt,

   (ii) ein im wesentlichen verformbares, aus mehreren

   - 33 -

   509850/0738

   Schichten einstückig aufgebautes Schleifplättchen vorgegebener Dicke, welches an die Krüm-^ raung des Trägerelements gemäss (i) angepasst und damit lösbar verbunden ist, wobei das Schleifplättchen folgende Teile aufweist:

   (1) eine Schleifmittel hoher Härte enthaltende Schicht, welche Schleifmittelteilchen mit einer Knoop-Härte von über etwa 3000 kg/mm aufweist und aus einer Gruppe ausgewählt ist, welche Diamanten, kubisches Bornitrit und Mischungen hiervon umfasst, die in einer PuI-vermetallmatrix verteilt und gebunden sind sowie

   (2) eine von Schleifmittel hoher Härte im wesentlichen freie Schicht, welche mit der Schleifmittel hoher Härte aufweisenden Schicht gemäss (1) verbunden ist, wobei die Schleifmittel hoher Härte aufweisende Schicht in Segmente unterteilt 1st und zwischen diesen Kanäle aufweist,

   (b) Anpassung der umfangsseitigen Abmessungen des Werkzeugs gemäss (a) an die Bewegung der Schleifvorrichtung für optische Gläser, mit welcher das Werkzeug verwendet wird, indem

   (i) die von einer bewegten Linse überstrichene Fläche ermittelt wird sowie die vom bewegten Werkzeug während des Schleifens der Linsen überstrichene Fläche und

   (ii) die Trägerelementfläche in solcher Weise geformt wird, dass die vom Werkzeug während des Schleifens der Linsen überstrichene Fläche an die von den Linsen

   - 34 509850/0738

   überstrichene Fläche angeglichen ist, aber diese nicht Überschreitet,

   (c) Befestigung des Schleifwerkzeugs gemäss (a) in einer Schleifmaschine für optische Gläser und Verwendung des Schleifwerkzeuges zum Schleifen einer optischen Linse während gleichzeitig ein Fluid durch die Kanäle des Schleifplättchens gepumpt wird, um die Linse während des SohleifVorgangs zu kühlen, zu schmieren und zu spülen,

   (d) periodische Wiederherstellung der Krümmung der das Schleifmittel hoher Härte aufweisende Schicht gemäss (a) (ii) (1) während der Lebensdauer derselben an die Krümmung des Trägerelements gemäss (a) (i), bis die das Schleifmittel hoher Härte aufweisende Schicht im wesentlichen aufgebraucht ist,

   (e) Lösen der eine im wesentlichen aufgebrauchte Schleifmittel hoher Härte enthaltende Schicht vom Trägerelement und anschliessende Befestigung eines Ersatzplättchens am Trägerelement und

   (f) Wiederholung der Schritte (c), (d) und (e) unter Verwendung des Trägerelements gemäss (a) (i).
7. 7. Schleifwerkzeug mit einem Schleifmittel hoher Härte und einer gekrümmten Oberfläche vorgegebener Gestalt, gekennzeichnet durch

   (a) ein im wesentlichen starres, kein Schleifmittel enthaltendes Trägerelement (48, 6o, 70, 80), welches eine gekrümmte Trägerfläche aufweist, das die Krümmung der gekrümmten Arbeitsfläche bestimmt,

   . - 55 -

   509850/0738

   (b) ein im wesentlichen verformbares, aus mehreren Schichten bestehendes, einteiliges Schleifmittelplättchen vorgegebener Dicke, welches mindestens einen Abschnitt mit einer Dicke von über 0,8 mm (1/32 Zoll) aufweist, wobei das Plättchen mindestens eine von Schleifmittel hoher Härte freie, verformbare Schicht (10) mit im wesentlichen glatten Oberflächen besitzt sowie eine Schleifmittel hoher Härte aufweisende Schicht (11), welche gleichförmige Flächen besitzt, wobei ferner eine Fläche der von Schleifmittel hoher Härte freien Schicht in Anlage an der gekrümmten Trägerfläche des im wesentlichen starren, kein Schleifmittel aufweisenden Trägerelements steht und an dieses angepasst ist, so dass die vorgegebene gewünschte Gestalt der freiliegenden Fläche der das Schleifmittel hoher Härte aufweisenden Schicht mitgeteilt wird, wobei die das Schleifmittel hoher Härte aufweisende Schicht

   (i) Schleifmittelteilchen hoher Härte mit einer Knoop-Härte von über etwa 3000 kg/mm aufweist, die aus der Gruppe ausgewählt sind, welche Diamanten, kubisches Bornitrit und Mischungen hiervon umfasst sowie

   (ii) eine Pulvermetallmatrix zur Bindung der Schleifmittelteilchen hoher Härte unter Ausbildung der die Schleifmittelteilchen hoher Härte aufweisenden Schicht, welche einen grösseren Anteil an Kupfer und einen kleineren Anteil an Zinn aufweist, sowie

   (c) Mittel zur lösbaren Befestigung der Berührungsfläche des Schleifmittelplättchens an dem im wesentlichen starren, kein Schleifmittel enthaltenden Trägerelement.

   - 36 509850/0738

   73-lOl/lOl-a
8. 8. Schleifwerkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gestalt der gekrümmten Trägerfläche und die Gestalt der gekrümmten Arbeitsfläche torisch sind.
9. 9. Schleifwerkzeug nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass die das Schleifmittel hoher Härte enthaltende Schicht in Segmente unterteiltest, und Kanäle zwischen den Segmenten aufweist, welche Fluid der Schleiffläche zuführen,
10. 10. Schleifwerkzeug nach Anspruch 9* dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle eng ausgebildet sind, um ein Fluiddrucksystem zu ergeben.
11. 11. Schleifwerkzeug und Polierwerkzeug nach Anspruch 7* gekennzeichnet durch die Kombination und Fluchtung einer Anzahl ähnlicher Schleifwerkzeuge, die lösbar am Umfang einer Nabe unter Ausbildung eines ringförmigen Schleif- und PolierWerkzeugs befestigt sind.
12. 12. Werkzeug zum Polieren optischer Linsen mit einer Schleifmittelaufschlemmung, gekennzeichnet durch

    (a) ein elastisches Basismaterial, welches die Krümmung der zu polierenden Linse aufweist, und

    (b) eine Anzahl von porenerzeugenden Teilchen, die

    im Basismaterial verteilt sind, und die in der Fluidkomponente der Schleifmittelaufschlemmung löslich sind, so dass dabei die Teilchen in diesem Fluid aufgelöst werden und am Basismaterial eine poröse Oberfläche erzeugt wird.

    - 57 50 9 8 50/0738

    13· Werkzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die porenerzeugenden Teilchen aus Natriumchlorid mit einer Teilchengrösse zwischen 0,175 im und 0,110 mm bestehen und ein Volumen besitzen, welches näherungsweise jenem des Basismaterials gleichkommt.

    - !58 509850/0738

    e e rs e i te