Bei der Oberflächenbearbeitung ebener Werkstücke, die beispielsweise aus Holz, Metall, Stein, Keramik oder auch Halbleitermaterial bestehen können und bei denen hohe Anforderungen an die Oberflächenqua- lität gestellt werden, kann die Technik des Schlei- fens, insbesondere des Flachschleifens, vorteilhaft eingesetzt werden. Dazu wird ein rotierendes, viel- schneidiges Schneidwerkzeug, zum Beispiel eine auf einer rotierenden Schleifspindel montierte Schleif- scheibe, auf die ein Schleifbelag aus gebundenem Korn aufgebracht ist, beispielsweise eine Topf- schleifscheibe mit ringförmiger Schleiffläche ver- wendet. Ein axialer Vorschub des rotierenden Schleifwerkzeuges, i. a. der gesamten Schleifspin- del, bringt die Körner des Schleifbelages in Ein- griff mit der Werkstücksoberfläche, wodurch es zu einem Materialabtrag kommt. Auch der Einsatz einer vollgesinterten Schleifscheibe ist möglich. Ein zu- sätzlicher linearer oder kreisförmiger Vorschub des

Werkstückes stellt dabei die gleichmäßige Bearbei- tung der gesamten Werkstücksoberfläche sicher.

Zur Erzielung einer hohen Oberflächenqualität des Werkstückes ist im allgemeinen Fall ein mehrstufi- ger, oftmals zweistufiger Bearbeitungsprozeß ange- bracht, bei dem zunächst eine grobkörnige Schleif- scheibe mit hoher Zerspanungsleistung (Grob-bzw.

Schruppschleifscheibe) den größten Teil des Materi- alabtrages ausführt und die so gewonnene noch rela- tiv grobe Oberfläche in einem anschließenden weite- ren Arbeitsgang mit einer feinkörnigen Schleif- scheibe (Fein-bzw. Schlichtschleifscheibe) nachbe- arbeitet wird, die zwar nur einen geringen Materi- alabtrag bewerkstelligt, aber dafür eine gute Ober- flache erzeugt. Sollen beide Arbeitsgänge mit der selben Schleifspindel durchgeführt werden, so ist es sinnvoll eine Schleifspindel zu verwenden, die mit zwei Schleifscheiben unterschiedlicher Körnung ausgestattet ist, die wahlweise zum Eingriff mit der Werkstücksoberfläche gebracht werden können.

Auf diese Weise lassen sich die sonst mit einem Wechseln des Schleifwerkzeuges einhergehenden Nach- teile, wie der erforderliche Umrüstzeitaufwand und die aufgrund von nicht auszuschließenden Montageun- genauigkeiten notwendige neue Profilierung der Schleifscheibe, die Zeit kostet und zu einem hohen Verbrauch an Schleifmaterial führt, vermeiden. Vom Stand der Technik her ist beispielsweise eine gat- tungsgemäße Schleifspindel bekannt (DE-PS 846 663), bei der zwei konzentrische Topfschleifscheiben auf zwei koaxial in einer einzigen Spindel angeordneten Wellen gelagert sind, wobei die äußere Welle von

einem Motor gedreht, die innere Welle über eine Mitnahmevorrichtung mitbewegt wird. Dabei ist die innere Topfschleifscheibe in der Schleifspindel axial verschiebbar angeordnet, so daß wahlweise die innere oder aber die äußere Topfschleifscheibe in Eingriff gebracht werden kann, ohne daß zusätzli- cher Aufwand zum Umrüsten oder Profilieren notwen- dig wird. Bei einer weiteren Schleifspindel gemäß der Eingangs erwähnten Gattung (DE-PS 42 08 615) werden zwei Topfschleifscheiben verwendet, deren Schleifbeläge aus unterbrochenen Kreisringsegmenten gleichen Durchmessers bestehen, die so ineinander eingreifen, daß sie sich im wesentlichen zu einem Kreisring ergänzen und wahlweise zum Eingriff mit der Werkstückoberfläche gebracht werden können. Bei dieser Anordnung arbeiten beide Schleifscheiben auf identischem Wirkradius, was insbesondere bei der Technik des Rotationsschleifens von Vorteil ist, bei der die Vorschubbewegung des Werkstückes aus einer Rotation um eine zur Schleifspindel im we- sentlichen parallele und durch den Schleifscheiben- belag verlaufende Achse besteht. Daher haben unter- schiedliche Wirkradien beider Schleifscheiben die nachteilige Folge, daß für eine Grob-und Feinbear- beitung identischer Teile der Werkstückoberfläche eine Neupositionierung des Werkstückes zwischen den beiden Arbeitsgängen notwendig wäre.

Bei Präzisionsarbeiten, wie beispielsweise dem Schleifen und Polieren von Siliziumwafern, deren Bruchfestigkeit durch ihre Oberflächenqualität be- stimmt wird, ist eine hinreichende Steifigkeit der verwendeten Spindel in radialer Richtung von ent-

scheidender Bedeutung, da bei mangelnder Steifig- keit axiale Belastungen der Spindel radiale Schwin- gungen auslösen, die die resultierende Oberflächen- qualität des Wafers beeinträchtigen und womöglich Rillen bilden, die als Sollbruchstelle für den Ein- kristall wirken können. Zur Erhöhung der radialen Steifigkeit wird beim Stand der Technik der Durch- messer der Spindel vergrößert, was aber nur in be- grenztem Umfang möglich ist. Insbesondere bei Spin- deln mit integrierten Elektromotoren, bei denen der Stator im Spindelgehäuse montiert und der mitbe- wegte Rotor außenseitig auf die Außenwelle aufge- bracht ist, wird der Durchmesser von Innen-und Au- ßenwelle durch den im Inneren des Elektromotors zur Verfügung stehenden Raum limitiert. Gerade bei kleinen Schleifspindeln läßt sich daher die für Präzisionsarbeiten erforderliche radiale Steifig- keit nicht erreichen.

Vor diesem Hintergrund hat sich die vorliegende Er- findung die Aufgabe gestellt, eine Schleifspindel zu schaffen, die zwei unterschiedliche Schleif- scheiben wahlweise mit dem Werkstück in Eingriff bringen kann und die auch bei kompaktem Aufbau eine ausreichende radiale Steifigkeit besitzt, um alle bei Präzisionsarbeiten, wie beispielsweise dem Schleifen von Siliziumwafern bestehenden Anforde- rungen zu erfüllen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die innere Welle als Hauptwelle mit dem An- triebsmotor verbunden ist, die Außenwelle durch eine Mitnahmevorrichtung an die Hauptwelle gekop-

pelt ist, eine Buchse koaxial auf das Spindelge- häuse aufgesattelt ist, die Außenwelle an der Buchse mittels eines Drehlagers drehbar gelagert ist, die Buchse mit einem Stellglied versehen ist, das die Hub-bzw. Senkbewegung ausführt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Idee zugrunde, die innere Welle als Hauptwelle mit dem Antriebsmo- tor zu verbinden und die Außenwelle, die durch eine geeignete Mitnahmevorrichtung, beispielsweise einen Mitnahmestift, an die Hauptwelle gekoppelt ist, so daß sie sich mit der Hauptwelle mitdreht, an der Außenseite des Spindelgehäuses zu befestigen. Dazu wird eine Buchse koaxial auf das Spindelgehäuse aufgesattelt, an der die Außenwelle mittels eines Drehlagers drehbar befestigt wird. Für den wahlwei- sen Eingriff der an Innen-und Außenwelle montier- ten Schleifscheiben mit dem Werkstück wird die Buchse mit einem Stellglied versehen, das die er- forderliche axiale Hub-bzw. Senkbewegung ausführt.

Dabei läßt sich die Schleifscheibe der Außenwelle vermittels einer Senkbewegung unter das Niveau der Schleifscheibe der innen gelegenen Hauptwelle und damit in Eingriff mit der Werkstückoberfläche brin- gen, während die in entgegengesetzter Richtung ver- laufende Hubbewegung der Außenwelle die Schleif- scheibe der Hauptwelle wieder unter ihrem Gegen- stück hervortreten läßt, so daß sie in Eingriff mit der Werkstückoberfläche gebracht werden kann. Der Vorzug dieses Aufbaus einer Schleifspindel liegt insbesondere in der starken Vergrößerung des Durch- messers der Außenwelle und der dadurch bedingten wesentlich höheren radialen Steifigkeit. Gleichzei-

tig wird im Inneren der Schleifspindel Platz für eine Durchmesservergrößerung der inneren Welle ge- wonnen, wodurch diese ebenfalls an radialer Stei- figkeit gewinnt. Insgesamt ergibt sich also eine Schleifspindel, die die sukzessive Bearbeitung der Werkstückoberfläche mit zwei verschiedenen Schleif- scheiben, beispielsweise eine Grob-und einer Fein- schleifscheibe, ermöglicht und die gleichzeitig auch bei kompaktem Aufbau aufgrund der großen Durchmesser der die Schleifscheiben tragenden Wel- len gegen radiale Schwingungen stabil ist und sich somit insbesondere für Präzisionsarbeiten vorteil- haft einsetzen läßt.

Der Antrieb der erfindungsgemäßen Schleifspindel kann beispielsweise über eine koaxial an der Haupt- welle befestigte Riemenscheibe erfolgen, die der Antriebsmotor über einen geeigneten Riemen an- treibt.

In bevorzugter Ausbildung der Erfindung wird zum Antrieb der Schleifspindel aber ein in das Spindel- gehäuse integrierter Elektromotor verwendet, der die Hauptwelle durchgreift. Dabei kann beispiels- weise der sich drehende Rotor des Elektromotors auf die Innenwelle außenseitig aufgebracht und der feststehende Stator in das Spindelgehäuse eingebaut werden. Auf diese Weise erhält man eine sehr kom- pakte Schleifspindel, die für ihren Drehantrieb ohne äußere Antriebsteile auskommt. Auch hydrau- lisch oder mit Druckluft betriebene Motoren kommen für den Antrieb der Schleifspindel in Frage.

Als Stellglied für die axiale Hub-und Senkbewegung der Außenwelle wird vorzugsweise ein pneumatisch betriebener Zylinder in Verbindung mit einer Rück- stellfeder eingesetzt. Es kommen aber beispiels- weise auch hydrostatische, elektromagnetische, elektromotorische oder mechanische Stellglieder in Frage.

Zur Bearbeitung eines Werkstückes muß die Schleif- spindel so weit abgesenkt oder das Werkstück ange- hoben werden, bis die Schleifscheibe mit der Werk- stückoberfläche in Eingriff steht. Dabei tritt das Problem auf, daß der Abstand zwischen Schleif- scheibe und Werkstückoberfläche in vielen Fällen nicht mit hinreichender Genauigkeit bekannt ist.

Daher wird die Schleifscheibe in einer Fortbildung der Erfindung mit einem Sensor ausgestattet, der die Berührung der Schleifscheibe mit dem Werkstück beispielsweise über dabei entstehende Vibrationen oder Verschiebungen der Welle registriert und ein Signal abgibt, das die Bewegung der Schleifspindel stoppt und den vorgegebenen Schleifzyklus startet.

Bestehen besonders hohe Anforderungen an die Ober- flächenqualität des Werkstückes, wie dies bei- spielsweise bei Siliziumwafern für den Einsatz in Chipkarten der Fall sein kann, so ist eine zweistu- fige Oberflächenbearbeitung mit einer gröberen und einer feineren Schleifscheibe oftmals unzureichend, so daß zumindest noch ein weiterer Bearbeitungs- schritt mit einer extrafeinen Schleifscheibe oder einem Poliertuch erforderlich ist. Um auch in einem solchen Fall mit einer einzigen Schleifspindel ohne

zeitraubenden und kostspieligen Werkzeugwechsel auskommen zu können, wird in einer Fortbildung der Erfindung vorgeschlagen, die Schleifspindel mit ei- ner weiteren koaxial innerhalb der Hauptwelle ange- ordneten Innenwelle auszustatten, die mit einer weiteren Schleifscheibe oder einem Poliertuch als Werkzeug ausgestattet werden kann und sich eben- falls zum Eingriff mit der Werkstückoberfläche bringen läßt. Diese Innenwelle weist aufgrund ihres vergleichsweise niedrigen Durchmessers eine gerin- gere radiale Steifigkeit auf und eignet sich somit besonders für Poliervorgänge, bei denen keine hohe Steifigkeit erforderlich ist. Diese besondere Aus- führungsform der erfindungsgemäßen Schleifspindel läßt sich somit vorteilhaft dazu einsetzen, eine Werkstückoberfläche in einer einzelnen Maschine zunächst vorzuschleifen, dann fertig zu schleifen und schließlich noch zu polieren.

Bei Bedarf können bei der erfindungsgemäßen Schleifspindel natürlich auch mehrere Buchsen ko- axial auf das Spindelgehäuse aufgsattelt werden, an denen jeweils eine mit einer Schleifscheibe verse- hene, zur Hauptwelle koaxiale Welle drehbar gela- gert und mit der Hauptwelle über eine Mitnahmevor- richtung drehfest verbunden ist, wobei auch die zu- sätzlichen Schleifscheiben mittels an den Buchsen angeordneter Stellglieder für Hub-und Senkbewegun- gen wahlweise einzeln in Eingriff mit der Werk- stückoberfläche gebracht werden können. Auf diese Weise läßt sich die Anzahl der mit der erfindungs- gemäßen Schleifspindel ausführbaren mechanischen

Bearbeitungs-und Abtragsvorgänge nahezu beliebig erhöhen und variieren.

In besonders einfacher Ausführungsform der Erfin- dung werden die verwendeten zwei oder auch mehr Schleifscheiben aus konzentrisch angeordneten Topf- schleifscheiben gebildet, so daß die verwendeten Schleifbeläge konzentrische Kreisringe bilden. Da- bei kann der Schleifbelag der inneren Schleif- scheibe auch in Form einer Kreisscheibe gebildet sein, die je nach Ausführungsform der Schleifspin- del vom anderen Schleifbelag als konzentrischer Kreisring oder den anderen Schleifbelägen als kon- zentrische Kreisringe mit eventuell unterschiedli- chen Wirkradien umgeben ist. Bei ungleichen Wirkra- dien können auch unterschiedliche Nutringdurchmes- ser und Nuttiefen geschliffen werden.

Soll die erfindungsgemäße Schleifspindel für die Technik des Rotationsschleifens eingesetzt werden, so sind identische Wirkradien der verwendeten Schleifscheiben von großem Vorteil. Dazu empfiehlt die Erfindung, die verwendeten Schleifscheiben als Topfschleifscheiben mit identischem Wirkradius aus- zubilden, deren Schleifbelage die Gestalt unterbro- chener Kreisringe besitzen, deren Segmente mitein- ander in Eingriff stehen und sich zu einem Kreis- ring ergänzen. Mit dieser besonderen Ausbildung der Schleifscheiben läßt sich die erfindungsgemäße Schleifspindel auch zum Rotationsschleifen vorteil- haft einsetzen. Selbstverständlich sind auch belie- bige Kombinationen aus Schleifscheiben mit gleichen und unterschiedlichen Wirkradien denkbar.

Während des Schleifvorganges ist normalerweise eine Kühlung des Werkstückes erforderlich. Hierzu emp- fiehlt die Erfindung, die Außenwelle bzw. die zu- sätzliche Innenwelle der Schleifspindel mit einer durchgängigen axialen Bohrung zu versehen, durch die ein geeignetes Kühlmittel dem Bearbeitungspro- zess zugeführt werden kann.

Besteht die Notwendigkeit, zur Erzielung der gefor- derten Qualität einer Werkstückoberfläche mehr Schleifscheiben zu verwenden als an einer einzigen Schleifscheibe zweckmäßigerweise unterzubringen sind, so empfiehlt die Erfindung, eine Schleifan- lage mit zumindest zwei erfindungsgemäßen Schleif- spindeln auszustatten. Damit lassen sich auch sol- che vielstufigen Bearbeitungsvorgänge ohne die mit einem Werkzeugwechsel verbundenen Nachteile wie ho- hem Rüstzeitaufwand und der Erfordernis der Neupro- filierung der Schleifscheibe vorteilhaft ausführen, wobei die hohe radiale Steifigkeit der verwendeten Schleifspindeln das Erzielen hochpräziser Werk- stückoberflächen ermöglicht.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Er- findung sind dem nachfolgenden Beschreibungsteil zu entnehmen, in dem anhand einer Zeichnung ein Aus- führungsbeispiel der Erfindung näher erläutert ist.

Sie zeigt einen Vertikalschnitt durch eine erfin- dungsgemäße Schleifspindel in schematischer Dar- stellung.

Die Hauptwelle (1) der erfindungsgemäßen Schleif- spindel ist in diesem Beispiel vermittels zweier Paare von Rillenkugellagern (2) im Spindelgehäuse (3) drehbar gelagert. Hier können auch andere Arten von Wälzlagerungen oder auch hydrodynamische sowie hydrostatische Lagerungen, Luftlager oder Magnetla- ger Verwendung finden. Der Drehantrieb der erfin- dungsgemäßen Schleifspindel erfolgt über eine hier nicht dargestellte koaxial an der Hauptwelle befe- stigte Riemenscheibe, die vom Antriebsmotor über einen entsprechenden Riemen angetrieben wird. Auf das Spindelgehäuse (3) ist eine Buchse (4) koaxial aufgesattelt, deren Oberteil (5) fest am Spindelge- häuse befestigt ist, während das zugehörige Unter- teil (6) in begrenztem Umfange axial beweglich ist.

Die Relativbewegung von Unterteil (6) und Spindel- gehäuse (3) wird im Beispiel über die Gleitlager- buchse (7) geführt, wobei diese Führung natürlich auch auf anderem Wege etwa über eine Kugelbüchse realisiert werden kann. Die Außenwelle (8) der er- findungsgemäßen Schleifspindel ist in einem aus zwei Kugellagern gebildeten Drehlager (9) im Unter- teil (6) der Buchse (4) drehbar gelagert und über eine Mitnahmevorrichtung (10) mit der Hauptwelle (1) verbunden. An der Unterseite von Hauptwelle (1) und Außenwelle (8) ist jeweils eine Schleifscheibe (11,12) mit mehreren Schrauben angeflanscht, wobei der Schleifbelag der inneren Schleifscheibe (11) die Form einer Kreisfläche aufweist, die der Schleifbelag der äußeren Schleifscheibe (12) als konzentrischer Kreisring umgibt. In der Abbildung befindet sich die Außenwelle (8) mit samt ihrer

Schleifscheibe (12) in einer axial zurückgezogenen Position, sodaß die innere Schleifscheibe (11) mit der Werkstückoberfläche in Eingriff gebracht werden und diese bearbeiten kann. Um die äußere Schleif- scheibe (12) in Eingriff zu bringen, wird der pneu- matische Zylinder (13) beaufschlagt, der das Unter- teil der Buchse (8) samt Außenwelle und Schleif- scheibe in einer Senkbewegung axial abwärts bewegt, bis der Schleifbelag der Schleifscheibe (12) über die Schleifscheibe (11) übersteht. Wird die Kraft- wirkung des Pneumatikzylinders (13) ausgeschaltet, schiebt die Rückstellfeder (14) Buchsenunterteil (6), Außenwelle (10) und Schleifscheibe (12) wieder in ihre Ausgangsposition zurück. Die endgültige axiale Schleifposition wird jedoch durch die axiale Lage der gesamten Schleifspindel festgelegt. Zu diesem Zweck ist das Spindelgehäuse (3) mit einer hier nicht dargestellten Schlittenkonstruktion ver- bunden, die es erlaubt, die gesamte in der Abbil- dung dargestellte Konstruktion in weiten Grenzen axial zu verfahren. Diese Bewegung wird auch für den eigentlichen Vorschub des Schleifprozesses aus- genutzt. Eine axiale durch die Hauptwelle (1) ver- laufende, durchgängige Bohrung (15) ermöglicht es, der Werkstücksoberfläche und der Schleifscheibe (11,12) während des Schleifvorganges ein geeigne- tes flüssiges Kühlmittel zuzuführen.

Im Ergebnis erhält man eine Schleifspindel, mit zwei wahlweise in Eingriff bringbaren Schleifschei- ben, die eine hohe radiale Steifheit aufweist und daher auch für Präzisionsarbeiten gut geeignet ist.