[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Justier-Zwischenscheibe nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Eine solche Justier-Zwischenscheibe ist insbesondere nützlich verwendbar
zur Montage und Justierung eines Polygonspiegels oder auch eines Polygonprismas beispielsweise
in optisch-mechanischen Abtasteinrichtungen, wie sie in elektronischen Druckvorrichtungen
verwendet werden. Auch andere Instrumente, insbesondere optische Instrumente, können
mit . solchen Justier-Zwischenscheiben winkelmäßig justiert werden, und auch zum Tragen
von Werkzeugen wie Schleifwerkzeugen für hohe Präzision, beispielsweise zum Schleifen
von Polygonspiegeln, erweisen sie sich als nützlich.
[0002] Polygonspiegel rotieren auf einer angetriebenen, radial unbeweglichen Achse, die
mit Präzisionslagern, beispielsweise Luftlagern, gelagert ist und mit hoher Drehzahl
rotiert. Der Polygonspiegel sitzt auf einem das Wellenende darstellenden Wellenteller,
der mit hoher Präzision plangeschliffen sein muß, damit der Polygonspiegel bei seiner
Umdrehung keinen Taumelschlag ausführt. Zum Hochleistungsdrucken muß die Planlage
des Polygonspiegels bis auf Bruchteile von Bogensekunden genau justiert sein, um jegliches
unerwünschtes Springen des Abtastpunkts zu vermeiden. Entsprechend mit Präzision geschliffene
Wellenteller sind jedoch verhältnismäßig teuer.
[0003] Zur Vermeidung einer diesbezüglichen übermäßigen Präzision ist es bekannt (DE-OS
27 17 299), zwischen das Wellenende und den Polygonspiegel eine aus zwei Teilscheiben
bestehende Zwischenscheibe einzufügen, von denen die an der Welle befestigte Teilscheibe
mit drei achsparallelen Einstellschrauben versehen ist, die auf die Unterseite der
der Auflage des Polygonspiegels dienenden Teilscheibe drücken, welche andererseits
durch federnde Mittel auf die erste Teilscheibe niedergedrückt wird. Die zweite Teilscheibe
ist relativ zu einem Mittelbolzen leicht kippbar. Bei entsprechend feinem Gewinde
läßt sich also die relative Lage der beiden Teilscheiben zueinander justieren und
somit eine eventuelle Parallelitätsabweichung kompensieren. Die bekannte Konstruktion
ist indessen nicht genau genug, da allein innerhalb der Justier-Zwischenscheibe Spiel
vorhanden ist und sich die Schrauben leicht lockern. Eine Feinsteinstellung mit der
bekannten Zwischenscheibe ist kaum möglich.
[0004] Zum Justieren von Topometrieinstrumenten ist es auch bekannt (DE-AS 25 15 828), die
Teilscheiben der ebenso zweiteilig ausgeführten Justier-Zwischenscheibe gegenseitig
über drei Kugeln abzustützen, von denen zwei in Bahnen mit keilförmigem Verlauf angeordnet
sind und durch Schraubspindeln vorschiebbar sind. Gleichzeitig sind die beiden Teilscheiben
durch Federkraft aneinandergedrückt. Die Schraubspindeln gestatten somit eine Justierung
der gegenseitigen Winkellage der Teilscheiben, jedoch ebenfalls mit unzureichender
Genauigkeit, da wiederum die getrennten Teilscheiben ein gegenseitiges Spiel aufweisen
und trotz der komplizierten Konstruktion für eine feinste Winkeljustierung keine ausreichende
Beständigkeit bieten. Die Konstruktion ist auch nicht zur Rotation mit hoher Drehzahl
geeignet.
[0005] Es sind auch zur Lageeinstellung beispielsweise von zu vermessenden oder zu prüfenden
Werkstücken aus einer oberen Platte und einer unteren Platte sowie gegebenenfalls
noch einer mittleren Platte bestehende Einstellvorrichtungen bekannt (DE-AS 21 61
271, DE-AS 22 48 535), deren Platten durch in gewissem Rahmen verstellbare Kugeln,
nämlich entweder durch achsparallele Stell schrauben oder durch radiale Schraubspindeln,
in ihrer gegenseitigen Winkellage justiert werden können und durch eine zwischen ihnen
gespannte Zugfeder zusammengedrückt werden. Bei der Verwendung radialer Schraubspindeln
ist es hierbei auch bekannt, daß zwischen beiderseitigen Kugeln federnde Hebel angeordnet
sind, die an der Grundplatte angeschraubt sind und durch das Vortreiben einer der
Kugeln in einen keilförmigen Spalt zwischen dem Hebel und der Grundplatte elastisch
aufgebogen werden, wodurch die Winkeljustierung bewirkt wird. Weiterhin ist es bekannt
(DE-AS 1 008 966), einen Maschinentisch parallel zu seiner Platte dadurch genau in
seine Endlage zu bringen, daß der Tisch aus einer Grundplatte und einer oberen Platte
besteht, von denen die obere von der unteren Platte über Federn getragen wird und
nach Festlegung der Grundplatte noch im Federbereich weiter in ihrer Ebene verschoben
werden kann, bis sie nach Erreichen der Sollstellung z.B. durch Speisen von Elektromagneten
in der Grundplatte gegen diese fixiert wird. Ersichtlich läßt sich auch durch diese
bekannten Konstruktionenen keine Erhöhung der Präzision, die auch bei hohen Drehzahlen
nicht verloren gehen darf, erreichen.
[0006] Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, mit einfachsten Mitteln eine
Justier-Zwischenscheibe zum Justieren mit höchster Genauigkeit zu schaffen. Dies wird
durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung erreicht. Die spielfrei, weil einstückig
aus zwei Teilscheiben aufgebaute Justier-Zwischenscheibe kann aufgrund ihrer Elastizität,
besonders der Nabe, mit Hilfe der Schraubspindeln so lang verstellt werden, bis das
darauf sitzende Instrument oder Werkzeug, insbesondere ein Polygonspiegel, bei Überprüfung
seiner Strahlablenkung praktisch keinen Taumelschlag mehr aufweist. Die eigene Biegesteifigkeit
der JustierZwischenscheibe, die durch Materialauswahl und Dimensionierung nach fachmännischen
Gesichtspunkten gewählt werden kann, sorgt für ein ausreichendes Rückstellmoment,
um eine stramme, spielfreie Anlage der Bahnen an den Spreizkörpern sicherzustellen.
Günstigerweise kann die auf die Spreizkörper wirkende Rückstellkraft, die bei einer
Spreizung der entsprechenden Teilscheibensektoren über die Ruhelage hinaus auftritt,
in einer Größenordnung liegen, daß Selbsthemmung der Spreizkörper auftritt. Die erzielte
Konstruktion ist denkbar einfach und kompakt und kann zur schlagfreien Rotation mit
hoher Drehzahl montiert werden.
[0007] Die Maßnahme nach Anspruch 2 sichert eine allseits gleichmäßige Verstellmöglichkeit.
Als Spreizkörper sind an sich in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik Kugeln
geeignet, die in Rillen abnehmender Tiefe laufen, jedoch bereitet aufgrund des einstückigen
Aufbaus der Justier-Zwischenscheibe in diesem Fall das Fräsen der Rillen und das Einbringen
der Kugeln unter Umständen konstruktive Schwierigkeiten. Die Maßnahmen nach den Ansprüchen
3 und 4 sehen demgegenüber einfach aufbaubare Keilkonstruktionen vor, bei deren Verwirklichjung
insbesondere zu bedenken ist, daß die Einschraubweiten für die durchzuführende Feinjustierung
nur sehr gering sind. Die Maßnahme nach Anspruch 3 ermöglicht eine leichtere Zurückstellung,
also Verschiebung nach außen, die Maßnahme nach Anspruch 4 ermöglicht die Schaffung
günstigerer Reibungsbedingungen, da der Spreizkörper selbst nicht relativ zu seinen
Bahnen verdreht werden muß. Eine zweckmäßige Materialpaarung ist im Anspruch 6 angegeben,
während Anspruch 5 ein Hilfsmittel zur gezielteren Justierung und zur Reproduzierbarkeit
einer erfolgten Einstellung angibt.
[0008] Gemäß einer besonders günstigen Konstruktion ist die obere Teilscheibe verhältnismäßig
leicht biegbar, während die untere Teilscheibe zweckmäßigerweise eher steifer ist.
Hierzu gibt Anspruch 7 eine Anweisung, wonach zumindest die obere Teilscheibe flach
becherförmig ist, also von der Nabe bis zu einem äußeren Rand eine nicht allzu steife
Becherbodenwand aufweist. Auch die untere Teilscheibe kann diese Form aufweisen, wodurch
die Federkonstante noch etwas verkleinert wird. Umgekehrt kann auch die obere, das
Instrument oder Werkzeug tragende Teilscheibe rein scheibenförmig mit konstanter Dicke
ausgeführt sein, die Dicke muß jedoch dann zur Erzielung des geforderten Federkraftbereichs
und einer ausreichenden Festigkeit, die die Verteilung der von den Spreizkörpern aufgewandten
Kraft ermöglicht, gewählt werden.
[0009] Die Maßnahmen nach Anspruch 8 geben eine zweckmäßige Befestigungsmöglichkeit einerseits
an der Welle bzw. am Wellenteller und andererseits am Instrument oder Werkzeug an,
wobei das geforderte Spiel in der Nabenbohrung dazu dient, eine Biegung des durch
die Nabe dargestellten Rohrs zu ermöglichen.
[0010] Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die
Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung der Montageanordnung eines
Polygonspiegels mit Hilfe einer erfindungsgemäßen JustierZwischenscheibe;
Fig. 2 eine teilweise in einer Axialebene geschnittene Seitenansicht der Montageanordnung
nach Fig. 1;
Fig. 3 und 4 jeweils eine halbseitig in einer Axialebene geschnittene Seitenansicht
abgewandelter Ausführungsformen der Justier-Zwischenscheibe.
[0011] Ein Polygonspiegel 1, der zur Verwendung in einer Lichtpunkt-Abtasteinrichtung beim
elektronisch gesteuerten Drucken bestimmt ist, ist auf einer schlagfrei rotierenden
Welle 2 zu montieren, die an ihrem oberen Ende in einen Wellenteller 3 ausläuft. Zur
Befestigung des Polygonspiegels 1 am Wellenteller 3 dient zunächst ein Schraubbolzen
4, der in eine Gewindebohrung 5 in der Welle 2 eingeschraubt oder sonstwie mit ihr
verbunden ist, zusammen mit einer Beilagscheibe 6 und einer Schraubenmutter 7. Der
Schraubbolzen 4 ist von einer Schraubenhülse 8 umgeben, die in eine auf den Wellenteller
3 auflegbare Platte ausläuft.
[0012] Bei unmittelbarem Zusammenschrauben der bisher beschriebenen Teile besteht die Gefahr,
daß der aus einer dicken Metallplatte bestehende Polygonspiegel 1 durch auch nur kleinste
Unregelmäßigkeiten in den Berührungsflächen zwischen dieser Platte und dem Wellenteller
3 etwas schräg aufliegt, also einen Taumelschlag aufweist, der dazu führt, daß die
von den verschiedenen Spiegelflächen reflektierten Lichtpunkte in ihrer Höhe springen.
Dieser Taumelschlag läßt sich nur durch höchst präzise Bearbeitung der aufeinanderliegenden
Flächen bei sauberster Montage vermeiden.
[0013] Diese höchst präzise Flächenbearbeitung und sauberste Montage werden überflüssig
durch eine zwischen den Wellenteller 3 und den Polygonspiegel 1 einzulegende Justier-Zwischenscheibe
13.
[0014] Diese Justier-Zwischenscheibe 13 besteht in integraler Ausführung aus einer oberen
Teilscheibe 14, einer unteren Teilscheibe 15 und einer Nabe 16, wobei sich die Angaben
"oben" und "unten" auf die Zeichnung beziehen, während die tatsächliche Betriebslage
vollständig offen ist und von den Anforderungen der umgebenden Apparatur abhängt.
Die obere Teilscheibe 14 besteht aus einem an die Nabe anschließenden Scheibenblatt
17 und einem äußeren, ringförmigen Scheibenrand 18 von größerer axialer Ausdehnung
und größerer Verwindungssteifigkeit. In gleicher Weise besteht die untere Teilscheibe
15 aus einem Scheibenblatt 19 und einem dickeren, ringförmigen Scheibenrand 20, in
den noch eine kleine Nut 21 zur Aufnahme der Platte 9 eingedreht ist. Durch die Nabe
16 verläuft eine axiale Bohrung 22, deren Durchmesser soviel größer ist als der Durchmesser
der Schraubenhülse 8, daß eine leichte Schrägstellung oder Biegung der Nabe 16 durch
die Schraubenhülse 8 nicht behindert wird.
[0015] Eine praktische Ausführung der Justier-Zwischenscheibe aus Duraluminium besitzt beispielsweise
einen Gesamtdurchmesser in der Größenordnung von 73 mm, einen Durchmesser der Bohrung
22 von 24 mm, einen Außendurchmesser der Nabe 16 von 32 mm und einen Innendurchmesser
der Scheibenränder 18 und 20 von 57 mm. Die Gesamthöhe der Justier-Zwischenscheibe
beträgt hierbei 28 mm, die der einzelnen Scheibenränder 18, 20 und der Nabe 16 10
mm und des Zwischenraums zwischen den Teilscheiben 14 und 15 8 mm. Mit dieser Bemessung
wird eine geeignet bemessene Biegesteifigkeit erzielt, die ein Auseinanderspreizen
der Teilscheiben 14 und 15 in ausgewählten Sektorenbereichen vollkommen spielfrei
ermöglicht, wobei auch beim etwaigen Auftreten von Unwucht- oder Schleuderkräften
keine kurzzeitigen Veränderungen eintreten.
[0016] Bei der Spreizung ausgewählter Sektorenbereiche der Teilscheiben 14 und 15 wird im
allgemeinen die gesamte Justier-Zwischenscheibe in Axialrichtung etwas gedehnt, es
ist jedoch auch möglich, daß die den gespreizten Sektorenbereichen gegenüberliegenden
Sektorenbereiche zusammengedrückt werden. Welche dieser Erscheinungen auftritt, hängt
vom gewählten Spreizmechanismus ab.
[0017] Bei der dargestellten Ausführung dienen dem Spreizen drei Schraubspindeln 26, die
hinsichtlich der gemeinsamen Achse des Polygonspiegels 1, der Welle 2 und der Justier-Zwischenscheibe
13 radial unter gleichmäßigen Winkelabständen von 120 angeordnet sind. Jede Schraubspindel
26 ist in eine durchgehende radiale Bohrung 27 in der Nabe 16 eingeschraubt und weist
einen Schraubenkopf 28 auf, der versenkt in einem Konusring 29 läuft. Bei einer Drehung
der Schraubspindel 26 reibt die Unterseite des Schraubenkopfs 28 am Konusring 29 und
drückt diesen, wenn die Schraubspindel 26 radial einwärts geschraubt wird, tiefer
in den Zwischenraum zwischen den Teilscheiben 14 und 15 hinein.
[0018] Der Führung des Konusrings 29 im Zwischenraum zwischen den Teilscheiben 14 und 15
dient jeweils eine halbkonische Bahn 30 bzw. 31, die also in Form eines Konussegments
jeweils in eine der einander zugewandten Flächen der Teilscheiben 14 bzw. 15 gefräst
ist. Die Bahnen 30 und 31 liegen im Bereich des verhältnismäßig steifen Scheibenrands
18 bzw. 20, so daß die Spreizkomponenten der um 120 auseinanderliegenden Konusringe
29 einander überlagern und die gegenseitige Schrägstellung der Teilscheiben 14 und
15 in jeder beliebigen Richtung einjustiert werden kann. Der Schraubenkopf 28 weist
eine Marke 32 auf und der Konusring 29 eine ringförmige Skala 33. Da sich der Konusring
29 zwischen den Bahnen 30 und 31 nicht dreht, läßt sich durch die Stellung der Marke
32 zur Skala 33 die eventuell durchgeführte Spreizveränderung ablesen. Die Marke 32
kann beispielsweise ein Eingriffsschlitz für einen Schraubenzieher sein, zur größeren
Präzision ist sie jedoch feiner gestaltet, während zum Angriff für ein Drehwerkzeug
zwei Löcher 34 im Schraubenkopf 28 dienen.
[0019] Zur Durchführung der Justierung wird ein vom Polygonspiegel auf eine Entfernung von
beispielsweise 8 m reflektierter Lichtpunkt in den verschiedenen Stellungen des Polygonspiegels
beobachtet und wird mit Hilfe der Schraubspindeln 26 so lange justiert, bis sich -
bei vertikaler Rotationsachse - .die Höhe des reflektierten Lichtpunkts nicht mehr
ändert.
[0020] Die Fig. 3 und 4 zeigen Justier-Zwischenscheiben, die gegenüber der bei den Aufbauten
nach den Fig. 1 und 2 verwendeten Justier-Zwischenscheibe hinsichtlich der Konstruktion
der Teilscheiben unterscheiden. Nach Fig. 3 ist die obere Teilscheibe 14 unverändert,
während die untere Teilscheibe 15' nicht becherförmig, sondern bis zur Bohrung 22
massiv ausgeführt ist. Die Formänderung zur Justierung findet hierbei hauptsächlich
in der Nabe 16 und der oberen Teilscheibe 14 statt.
[0021] Gemäß Fig. 4 ist die untere Teilscheibe 15' gegenüber Fig. 3 unverändert, die obere
Teilscheibe 14' ist indessen massiv, jedoch insgesamt etwas dünner ausgeführt. Diese
etwas verminderte Dicke ist erforderlich, damit die Justier-Zwischenscheibe nicht
schließlich allzu biegesteif wird oder bei größeren Korrekturen die schließlich allein
die Formänderung aufnehmende Nabe 16 überlastet wird. Als weitere Abwandlungen seien
genannt, daß insbesondere bei verhältnismäßig dünnen Scheibenrändern 18 und 20 mehr
als drei Schraubspindeln vorhanden sind.
[0022] Die Justier-Zwischenscheibe 13 ist durch Schrauben, die durch Schraublöcher 35 verlaufen,
an den Wellenteller 3 anschraubbar.
[0023] Hinsichtlich der Konusringe 29 ist zu bemerken, daß deren Konussteigung so ist, daß
sie bei der Kraft der Zusammenpressung zwischen den Bahnen 30 und 31 der Selbsthemmung
gegenüber Verstellkräften unterliegen. Beim dargestellten bevorzugten Beispiel beträgt
die Steigung über die gesamte Länge von 7 mm des Konusrings 0,5 mm, was etwa 2° entspricht.
Eine Umdrehung der Schraubspindel 26 bewirkt in Abhängigkeit von der Gewindesteilheit
eine Spreizung von 0,036 mm, so daß bei entsprechender Skalenteilung Spreizweiten
von 1 um ohne weiteres reproduzierbar eingestellt werden können.
[0024] Bei der dargestellten Ausführungsform, bei der der Polygonspiegel 1 auf die Justier-Zwischenscheibe
13 niedergepreßt wird, kommt es auf die durch die JustierZwischenscheibe selbst aufgebrachte
elastische Kraft für die Erzielung der Selbsthemmung nicht mehr so wesentlich an.
Jedenfalls kommen als Material für die Justier-Zwischenscheibe härtbare und nicht
härtbare Metalle, aber auch Kunststoff in Frage.
[0025] Ersichtlich ist die erfindungsgemäße Justier-Zwischenscheibe nicht nur höchst effizient,
sondern auch konstruktiv sehr einfach und damit billig herstellbar.
1. Justier-Zwischenscheibe (13) als Unterbau für ein Instrument (1) oder ein Werkzeug,
das im rechten Winkel zur Längsachse einer Welle (2) auszurichten ist, auf der es
sitzt, bestehend aus zwei Teilscheiben (14, 15), von denen eine auf der Welle oder
einem Wellenteller (3) und die andere am Instrument oder Werkzeug befestigbar ist
und die durch einander in den Teilscheiben gegenüberliegende, zueinander ein Keilprofil
bildende Bahnen (30, 31), in denen Spreizkörper (28, 29) laufen, welche durch Schraubspindeln
(26) entlang den Bahnen bewegbar sind, hinsichtlich des gegenseitigen Neigungswinkels
feinjustierbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teilscheiben (14, 15)
einstückig auf einer gemeinsamen Nabe (16) sitzend ausgebildet sind und die Justier-Zwischenscheibe
(13) zur Justierung in sich elastisch verformbar ist.
2. Justier-Zwischenscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei Schraubspindeln
(26) mit die Achse der Justier-Zwischenscheibe (13) schneidenden Achsen in gleichen
gegenseitigen Winkelabständen zwischen die beiden Teilscheiben (14, 15) der Justier-Zwischenscheibe
eingreifen.
3. Justier-Zwischenscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schraubspindeln (26) in radiale Gewindebohrungen (27) in der Nabe (16) eingeschraubt
sind und als Spreizkörper konische Schraubenköpfe haben, die in den beiderseitigen,
halbkonischen Bahnen (30, 31) in den einander zugewandten Flächen der Teilscheiben
(14, 15) um ihre eigene Achse verdrehbar und dadurch in Radialrichtung der Justier-
Zwischenscheibe verstellbar gleiten und an ihrer Rückenfläche Angriffspunkte (34)
für ein Drehwerkzeug aufweisen.
4. Justier-Zwischenscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schraubspindeln (26) in radiale Gewindebohrungen (27) in der Nabe (16) eingeschraubt
sind und mit ihren Schraubenköpfen (28), die an ihrer Rückenfläche Angriffspunkte
(34) für ein Drehwerkzeug aufweisen, an konischen Spreizkörpern (29) angreifen, die
in den beiderseitigen, halbkonischen Bahnen (30, 31) in den einander zugewandten Flächen
der Teilscheiben (14, 15) in Radialrichtung der Justier-Zwischenscheibe (13) verstellbar
gleiten.
5. Justier-Zwischenscheibe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schraubenköpfe und/ oder gegebenenfalls die konischen Spreizkörper (29) an ihrer Rückenfläche
weiterhin eine Winkelskala (32, 33) tragen.
6. Justier-Zwischenscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Teilscheiben (14, 15) und die Nabe (16) aus Duraluminum und die Köpfe (28)
der Schraubspindeln (26) sowie gegebenenfalls die konischen Spreizkörper (29) aus
Messing bestehen.
7. Justier-Zwischenscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest die zum Aufsetzen des Instruments oder Werkzeugs bestimmte Teilscheibe
(14) die Form eines flachen Bechers hat, auf dessen Rand-Stirnfläche das Instrument
oder Werkzeug aufsetzbar ist.
8. Justier-Zwischenscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die auf der Welle (2) oder dem Wellenteller (3) zu befestigende Teilscheibe (15)
für diese Befestigung Schraublöcher (35) aufweist und daß die Nabe (16) eine Axialbohrung
(22) aufweist, deren Durchmesser den Durchtritt eines Befestigungsbolzens (4, 8) mit
Spiel zur Befestigung des Instruments oder Werkzeugs an der Welle oder am Wellenteller
erlaubt.