DE4412010C2 - Vorrichtung zum sphärischen Hochglanzschleifen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum sphärischen Hochglanzschleifen eines Endes von mindestens einem länglichen Werkstück z. B. aus Glas, Keramik oder Kunststoff und mit einem runden oder eckigen Querschnitt, insbesondere eines Lichtfaser-Verbindungselements.

Ein typisches Werkstück, für das Hochglanzschleifen nötig wird, ist eine Lichtleitfaser. Wenn zwei Lichtleitfasern miteinander verbunden werden, um hier­ über optische Signale zu übermitteln, ist es notwendig, die sich gegenüberstehen­ den Enden der Fasern in eine konvexe Form hochglanzzuschleifen; andernfalls würde ein Spalt zwischen den sich gegenüberstehenden Faserenden optische Verluste bewirken. Die hochglanzgeschliffenen Enden der Fasern werden aneinander­ gebracht, um ein Faserverbindungselement mit einem sogenannten physischen Kontakt (PC) zu bilden. Bei einem PC-Faserverbindungselement tritt deshalb ein minimaler optischer Verlust auf.

Eine Vorrichtung für eine Hochglanz-Oberflächenbearbeitung der Enden der Fasern, um ein PC-Verbindungselement zu bilden, ist z. B. in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 63-102863, die der japanischen Patentschrift Nr. 4-2388 entspricht, offenbart. Es ist bei einer solchen Hochglanz- Schleifvorrichtung üblich gewesen, das Ende eines Werkstücks mit einem rotierenden Schleifstein zu schleifen oder es mit freien abrasiven Teilchen zu läppen, um ihm eine sphärische Form zu geben, und dann das sphärische Ende zu polieren, indem man es gegen eine Kunststoffolie drückt, auf der sich feine abrasive Teilchen befinden. Als Folge hiervon wird wegen der lokalen Verformung der Plastikfolie und der Wirkung der feinen abrasiven Teilchen ein Werkstück mit einer glatten konvexen Spitze versehen. Diese Art des Polierens wird oft in mehreren aufeinanderfolgenden Schritten durchgeführt, während der Reihe nach der Durchmesser der abrasiven Teilchen verkleinert wird. Dies gibt dem Ende des Werkstücks die gewünschte konvexe Form, während die Oberflächenrauhigkeit der Spitze verkleinert wird.

Das oben beschriebene herkömmliche Verfahren jedoch ließ einige Probleme un­ gelöst, wie im folgenden gezeigt. Zu allererst ist eine Anzahl von Schritten und da­ her eine lange Bearbeitungszeit erforderlich, um ein Werkstück mit einer konvexen Spitze zu versehen. Insbesondere in dem Polierschritt, im Unterschied zu dem vorangegangenen Schleifschritt, kann das Schleifvermögen der Plastikfolie und der feinen abrasiven Teilchen nicht konstant aufrechterhalten werden, wenn sie nicht häufig ausgetauscht werden, was zu einer geringen Produktivität führt. Da das Verfahren außerdem von der Verformung der Kunststoffolie abhängt, ist es schwierig, dem Werkstück eine konvexe Spitze mit einem genau runden oder ovalen Querschnitt zu geben.

Aus der US 2,352,146 ist eine Schleif- und Poliermaschine zum Bearbeiten von Linsen bekannt, die folgendes umfaßt: einen ersten scheibenförmig rotierbaren Schleifstein mit einer Arbeitsfläche zum sphärischen Schleifen der Linse, wobei die Arbeitsfläche eine bogenförmige konkave Wölbung besitzt; einen zweiten ringförmigen Schleifstein mit einer Arbeitsfläche zum Korrigieren der bogenförmigen konkaven Wölbung, wenn diese verformt ist; eine erste Bewegungseinrichtung, um die Linse und den ersten Schleifstein relativ zueinander zu bewegen, um die Linse und die Arbeisfläche des ersten Schleifsteins miteinander in Kontakt zu bringen; und eine zweite Bewegungseinrichtung, um den ersten und zweiten Schleifstein relativ zueinander zu bewegen, um die Arbeitsfläche des ersten und zweiten Schleifsteins miteinander in Kontakt zu bringen.

Weiterhin ist aus der DE 40 23 975 A1 ein Verfahren zur Formung optischer Glaskomponenten bekannt. Hierbei wird eine Anodenspannung an ein elektrisch leitendes Schleifwerkzeug gelegt, das eine Bearbeitungsoberfläche aufweist, welche dieselbe Form hat wie die gewünschte Oberfläche der optischen Komponente. Eine Kathodenspannung wird einer Kathodenelektrode zugeführt, die der bearbeitenden Oberfläche des Schleifwerkzeugs gegenüberliegt. Zwischen der Kathodenelektrode und der Oberfläche des Schleifwerkzeugs besteht ein Spalt, in dem eine elektrisch schwach leitende Kühlflüssigkeit hineingesprüht wird, wodurch die bearbeitende Oberfläche des Schleifwerkzeugs einem elektrolytischen Läpp- Effekt ausgesetzt wird. Die Oberfläche der optischen Komponente wird durch Schleifen ihrer Endform angenähert und geglättet. Sodann wird die optische Komponente so weit erhitzt, daß sie formbar ist, zwischen zwei Formstempel gelegt und durch diese Formstempel, welche die verformbare optische Komponente zusammendrücken, in ihre endgültige Form gebracht und abgekühlt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zum sphärischen Hochglanzschleifen zu schaffen, die schnell und mit hoher Genauigkeit arbeitet.

Diese Aufgabe wird im wesentlichen durch die Merkmalskombination gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen definiert.

Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht, die ein Lichtleitfaser-Verbindungselement zeigt, auf das die vorliegende Erfindung anwendbar ist;

Fig. 2A und 2B Ansichten, die typisch für ein herkömmliches Verfahren zum Hochglanzpolieren der Enden eines zylindrischen Werkstücks sind;

Fig. 3 eine perspektivische Teilansicht einer Hochglanz-Schleifvorrichtung, die die vorliegende Erfindung umfaßt;

Fig. 4 eine Seitenansicht, die den gesamten Aufbau der Ausführungsform zeigt;

Fig. 5 und 6 perspektivische Teilansichten einer Modifikation der Ausfüh­ rungsform;

Fig. 7 eine Draufsicht, die eine alternative Anordnung zwischen zwei Schleifsteinen zeigt, die in der Modifikation enthalten sind; und

Fig. 8 eine Seitenansicht, die den gesamten Aufbau der Modifikation zeigt.

Um die vorliegende Erfindung besser zu verstehen, wird ein kurzer Verweis auf eine herkömmlichen Hochglanz-Poliervorrichtung gemacht. Zuallererst zeigt Fig. 1 ein PC-Verbindungselement, das vorher erwähnt wurde. Wie gezeigt, besitzt das PC-Verbindungselement Monomode-Lichtleitfasern 10, die jeweils aus Quarz aus­ gebildet sind und die in einer Glaskapselung 12 aufgenommen sind. Jede Faser 10 ist durch Hochglanzpolieren mit einer konvexen hemisphärischen Spitze versehen.

Die Fig. 2A und 2B zeigen eine Hochglanz-Poliervorrichtung zum Versehen der Fasern 10 mit konvexen Spitzen, die in der vorher erwähnten offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 63-102863 offenbart ist. Wie gezeigt, wird ein Schleifstein oder Schleifer 16 rotiert, um das Ende 14 eines Werkstücks, d. h. eines Verbindungselements zu schleifen, wodurch eine konische Spitze ausgebildet wird. Danach wird die konische Spitze 14 gegen eine Plastikfolie oder Polierer 16 ge­ drückt, die an einer Drehscheibe befestigt ist und mit feinen abrasiven Teilchen 16a versehen ist. Als Folge wird die konische Spitze 14 poliert, um eine glatte konvexe Spitze aufgrund der lokalen Verformung der Folie 16 und der Wirkung des Schleifmittels 16a zu entwickeln. Üblicherweise wird eine solche Art des Polierens in mehreren aufeinanderfolgenden Schritten durchgeführt, während der Reihe nach der Durchmesser der feinen abrasiven Teilchen 16a abnimmt. Hierdurch wird erfolgreich ein Verbindungselement mit einer konvexen Spitze erzeugt, während dessen Oberflächenrauhigkeit abnimmt.

Das Problem bei der herkömmlichen Vorrichtung ist jedoch, daß eine große Zahl von Schritten notwendig ist, damit das Ende 14 des Verbindungselements voll­ ständig in eine konvexe Form poliert werden kann. Insbesondere das Schleifvermö­ gen der Folie 16 und des Schleifmittels 16a kann nicht die ganze Zeit ausreichend aufrechterhalten werden, wenn sie nicht häufig ausgewechselt werden.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine Vorrichtung zum sphärischen Hochglanzschleifen, die die vorliegende Erfindung enthält und allgemein mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnet ist. Wie gezeigt, besitzt die Vorrichtung 20 einen scheibenförmigen Schleifstein 24 zum Polieren einer Lichtleitfaser oder eines ähnlichen Werkstücks 22 sowie einen scheibenförmigen Schleifstein 26 zum Korrigieren der Form des Schleifsteins 24. Der Schleifstein oder die Schleifscheibe 24 hat auf ihrem Umfang eine Arbeitsfläche 24a, die das Ende 22a des Werkstücks 22 bearbeitet. Der andere Schleifstein oder die Korrekturscheibe 26 hat auf ihrem Umfang eine Arbeitsfläche 26a, die die Arbeitsfläche 24a der Schleifscheibe 24 mit einer konkaven Wölbung versieht, die einen bogenförmigen Querschnitt aufweist. Eine negative Elektrode 28 erstreckt sich entlang eines Teils der Arbeitsfläche 24a der Schleifscheibe 24 und besitzt, wie gezeigt, einen bogenförmigen Aufbau. Eine Gleichspannungsquelle 30 liefert eine Spannung zwischen der Elektrode 28 und der Schleifscheibe 24. Diese Spannung bewirkt zusammen mit einer leicht leitenden Schleifflüssigkeit 32, die der Arbeitsflä­ che 24a auf der Scheibe 24 zugeführt wird, daß eine elektrolytische Oberflächenbearbeitung auf die Scheibe 24 wirkt. Durch die elektrolytische Oberflächenbearbeitung wird erfolgreich ein ausreichendes Schleifvermögen der Arbeitsfläche 24a aufrechterhalten und die Lebensdauer der Scheibe 24 verlängert, wodurch ein häufiges Auswechseln der Scheibe 24 vermieden wird. Das Werkstück 22 und die Schleifsteine 24 und 26 rotieren jeweils in bestimmte Richtungen, wie durch Pfeile in den Figuren gezeigt.

Insbesondere ist die Arbeitsfläche 24a der Schleifscheibe 24 durch die Korrekturscheibe 26 mit einer bogenförmigen konkaven Wölbung ausgebildet. Daher kann die Schleifscheibe 24 wiederholt eingesetzt werden, bis ihr (in Fig. 3 gepunktet markiertes) Schleifscheibenteil 24b verschlissen ist. Dies schließt aus, daß das Schleifmittel 16a und die Kunststoffolie 16 der herkömmlichen Vorrichtung, die in den Fig. 2A und 2B gezeigt sind, häufig ersetzt werden müssen und läßt es deshalb zu, daß eine größere Zahl von Bearbeitungsstücken dauernd bearbeitet wird. Die Rotationsachsen der zwei Scheiben 24 und 26 stehen senkrecht aufeinander, so daß sich die Arbeitsflächen 24a und 26a senkrecht zueinander bewegen. Wenn die Korrekturscheibe 26 mit der Schleifscheibe 24 in diesem Aufbau in Kontakt gebracht wird, versieht die Arbeitsfläche 26 der ersteren die Arbeitsfläche der letzteren mit einer konkaven Wölbung, die einen bogenförmigen Querschnitt besitzt. Es muß bemerkt werden, daß der Krümmungsradius der konkaven Wölbung der Arbeitsfläche 24a dadurch veränderbar ist, daß der Radius der Korrekturscheibe 26 verändert wird.

Nachdem die Arbeitsfläche 24a der Schleifscheibe 24 während des Betriebs durch die Korrekturscheibe 26 mit einer bogenförmigen konkaven Wölbung versehen worden ist, werden die Arbeitsfläche 24a und das Werkstück 22 miteinander in Kontakt gebracht, wobei die radiale Richtung der konkaven Wölbung und die Drehachse des Werkstücks 22 aufeinander ausgerichtet sind. Solange das Schleifvermögen der Arbeitsfläche 24a ausreichend aufrechterhalten wird, wird als Folge eine konvexe Spitze 22a am Ende des Werkstücks 22 mit einem Krümmungsradius gleich dem Radius der Krümmung der konkaven Wölbung der Arbeitsfläche 24a, d. h. gleich dem Radius der Schleifscheibe 26 ausgeformt. Da die Schleifscheibe 24 wiederholt eingesetzt wird, um die Enden des Werkstücks zu bearbeiten, verformt sich regelmäßig die Arbeitsfläche 24a und formt letztendlich die konvexe Spitze 22a nicht genau. Dann wird die Korrekturscheibe 26 wieder in Kontakt mit der Schleifscheibe 24 gebracht, um somit die verformte konkave Wölbung der Arbeitsfläche 24 zu korrigieren.

In der veranschaulichenden Ausführungsform wird die Schleifscheibe 24 und die Korrekturscheibe 26 jeweils aus einem metallgebundenen Material und einem kunstharzgebundenen Material, das einen geringen Bindungsgrad besitzt, gebildet. Solche Materialien erhalten das Bearbeitungsvermögen der Arbeitsfläche 24a ausreichend aufrecht und verlängern die Lebensdauer der Einrichtungen, wodurch die Häufigkeit des Auswechselns der Scheibe 24 verringert wird. Eine Spannung wird von der Gleichspannungsquelle 30 zwischen der Arbeitsfläche 24a der Schleifscheibe 24 und der negativen Elektrode 28 angelegt. Dies, verbunden mit der leicht leitenden Schleifflüssigkeit, die der Arbeitsfläche 24a zugeführt wird, übt eine elektrolytische Oberflächenbearbeitung auf die Scheibe 24 aus. Die elektrolytische Oberflächenbearbeitung wird bewirkt, wenn das Ende 22a des Werkstücks 22 bearbeitet werden sollte, aber nicht, wenn die konkave Arbeitsfläche 24a korrigiert werden sollte. Dies ist so, weil eine übermäßige elektrolytische Oberflächenbearbeitung bewirken würde, daß die Bindung der Scheibe 24 schmilzt und schnell verschwindet, und deshalb die konkave Arbeitsfläche 24a verformt würde, während sich der Verschleiß der Scheibe 24 verschlimmert. Die Vorrichtung 20 poliert der Reihe nach Werkstücke 22 durch Wiederholen solch eines Zyklus. Die entstehende konvexe Spitze eines jeden Werkstücks 22 ist genau konvex und hat eine minimale Oberflächenrau­ higkeit.

Wie in Fig. 4 gezeigt, umfaßt die Ausführungsform weiterhin einen Zuführmechanismus 34, um dafür zu sorgen, daß das Ende 22a des Werkstücks 22 die Arbeitsfläche 24a berührt, indem das Werkstück 22 mit einer konstanten Rate zugeführt wird, und einen Andruckme­ chanismus 36, der das Werkstück 22 mit einem konstanten Druck gegen die Arbeitsfläche 24a drückt. In Fig. 4 wird außerdem ein Gehäuse gezeigt, das den Bearbeitungsbereich 20, einen Umkehrmotor 40, eine Spannvorrichtung 42, eine Plattform 44 und einen Motor 46 umfaßt.

Da die Schleifscheibe 24 und das Werkstück 22 während der gesamten Bearbeitung hindurch schütteln oder vibrieren, treten bei der konvexen Spitze 22a des Werkstücks 22 leicht Verformungen und Welligkeiten der Werkstück-Spitze 22a auf. Kurz gesagt überträgt die Vorrichtung 20 die bogenförmige konkave Wölbung der Scheiben-Arbeitsfläche 24a auf das Ende 22a des Werkstücks 22, wodurch das Ende 22a mit einer konvexen Form versehen wird. Insbesondere ist es eine allgemeine Vorgehensweise, mit einer derartigen Bearbeitungsvorrichtung das Werkstück 22 zu polieren, während es mit einer konstanten Rate in radialer Richtung der Schleifscheibe 24 zugeführt wird. Sollte die Scheibe 24 und das Werkstück 22 schütteln oder vibrieren, würde unter diesen Umständen das Werkstück 22 periodisch bearbeitet werden und an dessen Spitze würden Verformungen und Welligkeiten auftreten. In der Ausführungsform führt der Zuführmechanismus 34 zuerst das Werkstück 22 mit einer vorbestimmten Rate zu, um sein Ende 22a grob zu bearbeiten, und dann drückt der Andruckmechanismus 36 das Werkstück 22 mit einem vorbestimmten Druck gegen die Arbeitsfläche 24a der Scheibe, um das Ende 22a in eine konvexe Form zu bringen. Dadurch wird Schütteln und Vibrieren unter Druck absorbiert, was dazu führt, daß das Ende des Werkstücks sicher mit einer glatten konvexen Form versehen wird.

Ein Beispiel der Ausführungsform wird zusammen mit bestimm­ ten Bearbeitungsbedingungen beschrieben. In dem Beispiel wurde die Schleif­ scheibe 24b mit bronzegebundenen 4.000-mash Diamantkörnern ausgestattet und wurde mit einem Außendurchmesser von 75 mm und einer Dicke von 5 mm versehen. Die Korrekturscheibe 26 wurde mit kunstharzgebundenen 3.000-mash Diamantkörnern ausgestattet und mit einem Außendurchmesser von 40 nm und einer Dicke von 5 mm versehen. Das Lichtleitfaser-Verbindungselement mit der Monomode-Faser 10, die in der Glaskapselung 12 aufgenommen wurde, wie in Fig. 1 gezeigt, wurde als ein zylindrisches Werkstück benutzt.

Die Schleifscheibe 24 wurde mit einer Geschwindigkeit von 2.000 U/min gedreht. Während der Motor 46 zum Antreiben der Korrekturscheibe 26 mit einer Geschwindigkeit von 100 U/min rotiert wurde, wurde die Plattform 44, die die Scheibe 26 trug, auf die Schleifscheibe 24 hin bewegt, wie durch einen Pfeil in Fig. 4 gezeigt. Als Folge davon wurde die Scheibe 26 mit der Scheibe 24 über die zugeführte Schleifflüssigkeit 32 in Kontakt gebracht. In diesem Zustand versah die Scheibe 26 die Arbeitsfläche 24a der Scheibe 24 mit einer bogenförmigen konkaven Wölbung, deren Krümmungsradius 20 mm war. Die konkave Wölbung der Arbeitsfläche 24a war nicht gegen das Bindungsmaterial oder für das Schleifmittel der Scheibe 26 empfindlich und hatte einen Krümmungsradius gleich dem Radius der Scheibe 26.

Während die Schleifflüssigkeit 32 gleichmäßig zwischen die negativen Elektrode 28 und die Schleifscheibe 24 eingebracht wurde, wurde eine Gleichspannung von der Spannungsversorgung 30 zwischen der Elektrode 28 und der Scheibe 24 angelegt, um eine elektrolytische Oberflächenbearbeitung zu erreichen. Insbesondere kurz vor der Bearbeitung des Endes 22a des Werkstücks 22 wurde eine elektrolytische Oberflächenbearbeitung 14 Sekunden lang mit einem elektrischen Strom von 2A durchgeführt. Als Folge ragten abrasive Teilchen, die auf der Arbeitsfläche 24a verteilt waren, aus dieser heraus, wodurch sich das Schleifvermögen der Oberfläche 24a verbesserte.

Der Zuführmechanismus 34, der eine Puls-Plattform verwendete, bewegte das Werkstück 22 mit einer konstanten Rate auf die Schleifscheibe 24 zu, während es sich um die eigene Achse drehte. Nachdem das Werkstück 22 die Scheibe 24 berührt hatte, wurde es durch die Scheibe 24 grob bearbeitet. An­ schließend wurde das Werkstück 22 5 Sekunden lang in Kontakt mit der Scheibe 24 gehalten, während es durch den Andruckmechanismus 36 unter einer konstanten Belastung von 500 Gramm angedrückt wurde. Der Andruckmechanis­ mus war mit einem Luftzylinder ausgestattet. Die konstante Belastung führte dazu, daß die hervortretenden abrasiven Teilchen von der Arbeitsfläche 24a abgingen und deshalb Kratzer vermieden wurden, die ansonsten auf dem Ende 22a des Werkstücks 22 aufgetreten wären. Insbesondere der Umkehrmotor 40 ließ das Werkstück 22 mit einer Geschwindigkeit von 50 U/min drehen, während die Drehrichtung alle 1½ Umdrehungen umkehrte. Während der Andruckmechanismus 36 danach eine geringere Belastung von 100 Gramm auf das Werkstück 22 ausübte, wurde das Werkstück 22 gleichmäßig für 10 Sekunden in Kontakt gehalten, damit sein Ende 22a endbearbeitet wurde.

Es hat sich herausgestellt, daß die entstandene konvexe Spitze 22a des Werkstücks 22 eine glatte konvexe Form besaß, deren Krümmungsradius gleich dem Radius der konkaven Wölbung der Schleifscheibe 24 war, d. h., 20 mm und die Oberflächenrauhigkeit kleiner als 0,08 µm R_max war. Während in dem Beispiel ein Lichtleitfaser-Verbindungselement aus Glas benutzt wurde, wurde eine erwünschte konvexe Spitze auch mit einem Verbindungselement erreicht, dessen Kapselung 12, die in Fig. 1 gezeigt ist, mit einer Zirkonkeramik ausgestattet war.

Wenn das Ende 22a des Werkstücks 22 ohne elektrolytische Oberflächenbearbeitung bearbeitet wurde, wurde das Schleifvermögen der Arbeitsfläche 24a nicht ausreichend aufrechterhalten, was dazu führte, daß die Spitze 22a eine Aventurin-Oberfläche besaß, deren Rauhigkeit größer als 0,2 µm R_max war. Wenn weiterhin das Werkstück 22 während der elektrolytischen Oberflächenbearbeitung nur in Kontakt mit der Arbeitsfläche 24a zugeführt wurde, wurde sein Ende 22a periodisch poliert, wegen des Schüttelns der Scheibe 24 genauso wie wegen anderer Faktoren. Als Ergebnis traten an der Spitze 22a des Werkstücks Verformungen und Welligkeiten auf.

Wenn die konkave Arbeitsfläche 24a der Schleifscheibe 24 wegen der wiederholten Bearbeitung verformt war, wurde die elektrolytische Oberflächenbearbeitung eingestellt und dann die Plattform 44 bewegt, um die Korrekturscheibe 26 in Kontakt mit der Scheibe 24 zu bringen. Jedesmal dann, wenn die Korrektur durch die Scheibe 26 bewirkt wird, verringert sich der Außendurchmesser der Scheibe 24 um 3 µm. Wenn jedoch die Scheibe 24 das Ende 22a des Werkstücks 22 ohne elektrolytische Oberflächenbearbeitung polierte, trat übermäßiger Widerstand auf die Arbeitsfläche 24a auf und verformte die konkave Wölbung der Arbeitsfläche 24a beträchtlich. Wenn die konkave Wölbung der Arbeitsfläche 24a während der elektrolytischen Oberflächenbearbeitung korrigiert wurde, wurde weiterhin das metallgebundene Material der Scheibe 24 übermäßig entfernt; der Außendurchmesser der Scheibe 24 nahm jedesmal um 5 bis 8 µm ab.

Nach der Korrektur der konkaven Arbeitsfläche 24a der Scheibe 24 wurde die Spitze 22a eines anderen Werkstücks 22 in gleicher Art und Weise wie die Spitze 22a des ersten Werkstücks 22 bearbeitet. Solch ein Bearbeitungszyklus wurde so lange wiederholt, bis der Schleifstein 24b der Schleifscheibe 24 verschlissen war. Als Folge wurde eine stark reproduzierbare konvexe Spitze erreicht, deren Krümmungsradius 20 mm und deren Oberflächenrauhigkeit 0,08 µm R_max betrug, mit 1.000 Werkstücken.

Es wurde herausgefunden, daß das beschriebene Ausführungsbeispiel die Polierzeit pro Werkstück auf weniger als die Hälfte der herkömmlichen Polierzeit verkürzte. Zusätzlich wurde der Zeitverlust, der dem Austauschen der Arbeitsgeräte zuuzuschreiben war, auf weniger als 1/50 verkürzt.

In Fig. 5 ist eine Modifikation der oben beschriebenen Ausführungsform gezeigt. Wie gezeigt, unterscheidet sich eine allgemein mit 20A bezeichnete Hochglanz- Schleifvorrichtung von der Vorrichtung 20 dadurch, daß die Schleifscheibe 24 eine Arbeitsfläche 24a auf einem seiner entgegengesetzten Seitenflächen besitzt. Deshalb wird die Korrekturscheibe 26 zum Korrigieren der konkaven Wölbung der Arbeitsfläche 24a in der gezeigten Position relativ zu der Scheibe 24 gehalten.

Wie in Fig. 6 gezeigt, ist die Vorrichtung 20A geeignet, die Enden 20a einer Mehrzahl von Werkstücken 22 zu gleicher Zeit zu bearbeiten. Wenn die Vorrichtung 20a eine Mehrzahl von Werkstücken zur gleichen Zeit behandelt, verringert sich der Effekt der elektrolytischen Oberflächenbearbeitung, der auf der Schleifscheibe 24 auftritt, gleich nach dem Polieren und bewirkt, daß die Arbeitsfläche 24a verstopft wird. Um dieses Problem auszuschließen, wird in der gezeigten Ausführungsform eine Mehrzahl von negativen Elektroden 28 mit gleicher oder geringerer Zahl als die Zahl der Werkstücke 22 benutzt und abwechselnd mit den Werkstücken 22 in einer gut ausgeglichenen Lage angeordnet. In diesem Aufbau wird die elektrolytische Oberflächenbearbeitung aufs Neue bewirkt, ehe die Scheibe 24 das nächste Werkstück 20 bearbeitet, so daß die Scheibe 24 zu jeder Zeit das Schleifvermögen stabil aufrechterhalten kann.

Die Arbeitsflächen 24a und 26a der Scheiben 24 bzw. 26 verlaufen senkrecht zueinander, wenn die letztere in Kontakt mit der ersteren gebracht wird. Nachdem die Scheibe 24 mit einer konkaven Wölbung durch die Scheibe 26 ausgebildet worden ist, wird jedes Werkstück 22 in Kontakt mit der Scheibe 24 in eine senkrechte Position geführt und zwar derart, daß die Krümmungsmittelpunkte der konkaven Wölbung des Schleifsteins 24 und die Drehachse des Werkstücks 22 konzentrisch mit der Rotationsachse der Scheibe 24 sind. Als Folge davon erhält das Werkstück 22 eine hemisphärische konvexe Spitze 22a.

Fig. 7 zeigt eine andere spezielle Anordnung zwischen den zwei Scheiben 24 und 26, die in der modifizierten Ausführungsform enthalten sind. Wie gezeigt, stehen die Arbeitsflächen der Schleifsteine relativ zueinander in einem Winkel von θ von 10° geneigt. Insbesondere stehen die Richtung, in der die Arbeitsfläche 24a der Scheibe verläuft, und die Rotationsachse der Scheibe 26 zueinander in einem Winkel θ zwischen 0 und 45°. Solch eine relative Lage versieht die Arbeitsfläche 24a mit einer konkaven Wölbung, die einen ovalen Querschnitt aufweist, der eine Exzentrizität entsprechend dem Winkel θ besitzt. Wenn das Werkstück 22 in Kontakt mit solch einer Arbeitsfläche 24a gebracht wurde, erhielt es eine konvexe Spitze 22a mit einem ovalen Querschnitt. Eine Mehrzahl von Werkstücken 22 könnte, wenn erwünscht, zur gleichen Zeit in Kontakt mit der Arbeitsfläche 24a gebracht werden.

Wie in Fig. 8 gezeigt, besitzt die Schleifvorrichtung 20A, zusätzlich zu den einzelnen Teilen der Schleifvorrichtung 20, die in Fig. 4 gezeigt sind, ein Vibrationsdämpfungsglied 48 zwischen dem Andruckmechanismus 36 und dem Werkstück 22. Das Vibrationsdämpfungsglied 48 schwächt das Schütteln und Vibrieren der Schleifscheibe 24 und des Werkstücks 22 ab. Das Schütteln und Vibrieren könnte dazu führen, daß das Werkstück 22 periodisch bearbeitet wird, was bei einer konvexen Spitze 22a zu Verformungen und Welligkeiten führt, wie vorher beschrieben. In Fig. 8 bezeichnet die Bezugsziffer 50 einen Motor zum Antreiben der Scheibe 24.

Ein Beispiel für die modifizierte Ausführungsform wird zusammen mit speziellen Verfahrensbedingungen unter Bezugnahme auf Fig. 5 und 8 beschrieben. Fig. 8 zeigt einen Zustand, in dem die Schleifvorrichtung 20 ein einzelnes Werkstück 22 poliert. Die Schleifscheibe 24 wurde durch bronzegebundene 4.000-mash Diamantkörner ausgebildet. Die Scheibe 24 hatte einen schalenförmigen Aufbau, dessen Außendurchmesser 100 mm betrug. Die Korrekturscheibe 26 wurde durch kunstharzgebundene 3.000-mash Diamantkörner gebildet und hatte einen Außendurchmesser von 40 mm und eine Dicke von 5 mm. Wie in Fig. 1 gezeigt, wurde das Werkstück 22 als das in Fig. 1 gezeigte Lichtleitfaser-Verbindungselement ausgeführt, das eine Monomode-Quarz-Faser 10 besaß, die in die Kapselung 12 eingesetzt war.

Im Betrieb rotierte der Motor 50, der die Schleifscheibe 24 antrieb, mit einer Geschwindigkeit vcon 1.800 U/min, während der Motor 46, der die Korrekturscheibe 26 antrieb, mit einer Geschwindigkeit von 100 U/min rotierte. Während die Arbeitsflächen 24a und 26b der Scheiben 24 bzw. 26 zueinander senkrecht gehalten wurden, wie in Fig. 5 gezeigt, wurde die Plattform 44, die die Scheibe 26 trug, so weit bewegt, bis die Scheibe 26 die Scheibe 24 berührte. Während die Schleifflüssigkeit 32 gleichmäßig aufgebracht wurde, formte die Scheibe 26 auf der Arbeitsfläche 24a der Scheibe 26 eine bogenförmige konkave Wölbung mit einem tatsächlichen runden Querschnitt, dessen Krümmungsradius 20 mm betrug. Der Krümmungsradius der konkaven Wölbung ist gleich dem Radius der Korrekturscheibe 26, unabhängig von der Art des Bindungsmaterials und des Schleifmittels der Schleifscheibe 24 oder der Korrekturscheibe 26.

Insbesondere wurde eine Gleichspannung von der Spannungsquelle 30 zwischen der negativen Elektrode 28 und der Scheibe 24 mittels der Schleifflüssigkeit angelegt, die zwischen sie eingebracht wurde. In der veranschaulichenden Ausführungsform wurde, ehe das Ende des Werkstücks 22a bearbeitet wurde, eine elektrolytische Oberflächenbearbeitung 15 Sekunden lang mit einem elektrolytischen Strom von 2 A durchgeführt, um dafür zu sorgen, daß die abrasiven Teilchen auf der Arbeitsfläche 24a hervorstehen. Solch eine elektrolytische Oberflächenbearbeitung brachte die Arbeitsfläche 24a in einen wünschenswerten Bearbeitungszustand.

Wie in Fig. 8 gezeigt, wurde das Werkstück 22 der Arbeitsfläche 24a durch den Zuführmechanismus 34 mit einer konstanten Rate zugeführt, während es durch den Umkehrmotor 40 gedreht wurde. Beim Berühren der Arbeitsfläche 24a wurde das Werkstück 22 grob geschliffen. Danach wurde das Werkstück 22 5 Sekunden lang unter einer konstanten Belastung von 500 Gramm, die durch den Anpreßmechanismus 36 ausgeübt wurde, gegen die Arbeitsfläche 24a gedrückt. Die konstante Belastung führt dazu, daß die abrasiven Teilchen, die von der Arbeitsfläche 24a hervorstehen, abgehen, wobei sie die Arbeitsfläche 24a eben machen. Hierdurch wird das Ende des Werkstücks 22a erfolgreich von Kratzern befreit. Der Umkehrmotor 40 wurde mit einer Geschwindigkeit von 50 U/min angetrieben und nach 1½ Umdrehungen wurde die Drehrichtung umgekehrt. Schließlich wurde das Werkstück 22 10 Sekunden lang unter einer leichten, konstanten Belastung von 100 Gramm, wie sie auch von dem Anpreßmechanismus 36 ausgeübt wurde, in Kontakt mit der Arbeitsfläche 24a gehalten. Folglich wurde das Ende 22a des Werkstücks 22 endbearbeitet. Als der Poliervorgang wiederholt wurde, war die Arbeitsfläche 24a der Scheibe 24 verformt. Dann wurde die Plattform 44 wieder gegen die Scheibe 24 bewegt, um dafür zu sorgen, daß die Scheibe 26 die konkave Wölbung der Arbeitsfläche 24a korrigiert. Die konvexe Spitze 22a des Werkstücks 22 hatte einen Krümmungsradius gleich dem Radius der Krümmung der konkaven Wölbung der Arbeitsfläche 24a, d. h. 20 mm und eine Oberflächenrauhigkeit von weniger als 0,08 µm R_max, d. h. die Spitze 22a hatte einen glatten, tatsächlich runden Querschnitt.

Der oben beschriebene Vorteil wurde auch erreicht, wenn die in Fig. 1 gezeigte zylindrische Glaskapselung 12 durch eine Zirkonkeramikkapselung oder Kunststoffkapselung oder auch durch ein Werkstück mit einem rechteckigen Querschnitt ersetzt wurde. Weiterhin formte die Scheibe 26 eine konkave Wölbung mit einem ovalen Querschnitt in der Arbeitsfläche 24a in dem Aufbau nach Fig. 7, bei dem die Arbeitsflächen 24a und 26a, d. h., die Bewegungsrichtung der Arbeitsfläche 24a und die Rotationsachse der Scheibe 26 in einem Winkel von θ von 10° zueinander stehen. Wenn das Werkstück 22a derart poliert wurde, daß die Arbeitsfläche 24a eine ovale konkave Wölbung besaß, erhielt sie eine konvexe Spitze 22 mit einem ovalen Querschnitt. Wenn der oben erwähnte Winkel nach und nach vergrößert wurde, vergrößerte sich auch die Exzentrizität des ovalen Querschnitts nach und nach.

Diese Ausführungsform, wie auch die vorherige Ausführungsform, verkürzte die Bearbeitungszeit auf weniger als die Hälfte der herkömmlichen Bearbeitungszeit. Weiterhin wurde, wenn eine Mehrzahl von Werkstücken 22 durch die Arbeitsfläche 24a zur gleichen Zeit poliert wurde, die Bearbeitungszeit pro Werkstück noch weiter verkürzt als in dem Fall, in dem nur ein einzelnes Werkstück 22 bearbeitet wurde. Zusätzlich wurde der Zeitverlust durch das Austauschen der Einrichtungen auf weniger als 1/50 verkürzt, verglichen mit dem herkömmlichen Verfahren, das eine Kunststoffolie 16 und feine abrasive Teilchen 16a verwendete.

Zusammengefaßt erkennt man, daß die vorliegende Erfindung eine Hochglanz- Schleifvorrichtung schafft, die geeignet ist, das Ende eines Lichtleitfaser- Verbindungselementes oder das Ende irgendeines anderen Werkstücks, das z. B. aus Glas, Keramik, Kunststoff oder einer Kombination daraus hergestellt ist, in einem genau konvexen Aufbau und in einem viel kürzeren Zeitraum zu bearbeiten als herkömmlich. Zusätzlich verringert die erfindungsgemäße Vorrichtung erkennbar die Häufigkeit, mit der die Vorrichtungen ausgetauscht werden müssen, wodurch die Produktivität bedeutend verbessert wird.

Claims (11)

1. Vorrichtung zum sphärischen Hochglanzschleifen eines Endes von mindestens einem länglichen Werkstück (22), die folgendes umfaßt:

• a) einen ersten scheibenförmigen, rotierbaren Schleifstein (24) mit einer Arbeitsfläche (24a) zum sphärischen Schleifen des Endes (22a) des Werkstücks (22), wobei die Arbeitsfläche eine bogenförmige konkave Wölbung besitzt;
• b) einen zweiten scheibenförmigen, rotierbaren Schleifstein (26) mit einer Arbeitsfläche (26a) zum Korrigieren der bogenförmigen konkaven Wölbung, wenn die bogenförmige konkave Wölbung verformt ist, wobei der erste und zweite Schleifstein (24 und 26) so angeordnet sind, daß die Richtung, in der die Arbeitsfläche (24a) des ersten Schleifsteins verläuft, und die Rotationsachse des zweiten Schleifsteins (26) relativ zueinander in einem vorbestimmten Winkel stehen:
• c) eine elektrolytische Oberflächenbearbeitungseinrichtung (28, 30, 32), um eine elektrolytische Oberflächenbearbeitung auf der Arbeitsfläche (24a) des ersten Schleifsteins (24) durchzuführen;
• d) eine erste Bewegungseinrichtung (34), um das Werkstück (22) und den ersten Schleifstein (24) relativ zueinander zu bewegen, um das Ende (22a) des Werkstücks (22) und die Arbeitsfläche (24a) des ersten Schleifsteins miteinander in Kontakt zu bringen;
• e) eine zweite Bewegungseinrichtung (44), um den ersten und zweiten Schleifstein (24 und 26) relativ zueinander zu bewegen, um die Arbeitsflächen (24a und 26a) des ersten und zweiten Schleifsteins miteinander in Kontakt zu bringen; und
• f) eine Vibrationsdämpfungseinrichtung (48), die zwischen der ersten Bewegungseinrichtung und dem Werkstück (22) liegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin eine Mehrzahl von Antriebseinrichtungen (40, 46, 50) umfaßt, die jeweils ein Werkstück (22) und den ersten und zweiten Schleifstein (24, 26) drehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin eine Zuführeinrichtung (35) umfaßt, die dafür sorgt, daß das Werkstück (22) die Arbeitsfläche (24a) des ersten Schleifsteins berührt, indem das Werkstück (22) mit einer konstanten Rate zugeführt wird, und die außerdem eine Andruckeinrichtung (36) umfaßt, die dafür sorgt, daß das Werkstück (22) mit der Arbeitsfläche (24a) des ersten Schleifsteins (24) unter konstantem Druck in Kontakt bleibt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Arbeitsflächen (24a und 26a) des ersten und zweiten Schleifsteins auf dem Umfang des ersten bzw. zweiten Schleifsteins (24 bzw. 26) vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der erste und zweite Schleifstein (24 und 26) ein metallgebundenes Material bzw. ein kunstharzgebundenes Material umfassen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die elektrolytische Oberflächenbearbeitungseinrichtung eine negative Elektrode (28), die an die Arbeitsfläche (24a) des ersten Schleifsteins angrenzt, eine Gleichspannungsquelle (30) zwischen der negativen Elektrode (28) und dem ersten Schleifstein (24) und eine Einrichtung zum Zuführen einer elektrolytischen Polierflüssigkeit (32) auf die Arbeitsfläche (24a) des ersten Schleifsteins umfaßt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der vorbestimmte Winkel zwischen der Richtung, in der die Arbeitsfläche (24a) des ersten Schleifsteins (24) verläuft, und der Rotationsachse des zweiten Schleifsteins (26) in einem Bereich zwischen 0° und 45° liegt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Arbeitsfläche (24a) des ersten Schleifsteins auf einer der gegenüberliegenden Seitenflächen des ersten Schleifsteins (24) vorgesehen ist, während die Arbeitsfläche (26a) des zweiten Schleifsteins auf einem Umfang des zweiten Schleifsteins (26) vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der das Werkstück (22) und der erste Schleifstein (24) so angeordnet sind, daß der Krümmungsmittelpunkt der bogenförmigen konkaven Wölbung des ersten Schleifsteins und eine Drehachse des Werkstücks (22) zur Rotationsachse des ersten Schleifsteins (24) konzentrisch sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der eine Mehrzahl von Werkstücken (22) der Arbeitsfläche (24a) des ersten Schleifsteins so gegenüberstehen, daß der Krümmungsmittelpunkt der bogenförmigen konkaven Wölbung des ersten Schleifsteins (24) und die Rotationsachsen der Mehrzahl von Werkstücken (22) zur Rotationsachse des ersten Schleifsteins (24) konzentrisch sind, wobei die Enden (22a) der Mehrzahl von Werkstücken (22) die Arbeitsfläche (24a) des ersten Schleifsteins gleichzeitig berühren.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der die elektrolytische Oberflächenbearbeitungseinrichtung eine Mehrzahl von negativen Elektroden (28) umfaßt, die abwechselnd mit einer Mehrzahl von Werkstücken (22) in im wesentlichen gleichen Abständen angeordnet sind, wobei zwischen dem ersten Schleifstein (24) und jeder Elektrode (28) aus der Mehrzahl der negativen Elektroden eine Gleichspannung angelegt wird, wenn eine elektrolytische Flüssigkeit (32) zwischen das Werkstück (22) des ersten Schleifsteins (24a) und die negative Elektrode (28) eingebracht wird.