Verfahren und 31aschine zur Herstellung synthetiseher Edelsteine. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung synthetischer Edelsteine.
Die bis heute verwendeten Verfahren zur Herstellung synthetischer Edelsteine bestehen darin, dass das Schmelzgut vermittelst einer Knallgasflamme geschmolzen wird. Da die Knallgasflamme nur eine Temperatur von zirka 2200 C besitzt, ist es notwendig, die zu verwendenden Oxyde in Alaune umzu wandeln, damit dieselben geschmolzen werden können. Durch dieses Verfahren gehen den betreffenden Materialien bedeutende Stoffe verloren, welche für die Qualität der Steine von Wert sind. Die Steine werden äusserst spröde und zerfallen bei den geringsten Temperaturschwankungen. Auch entstehen bei diesem Verfahren häufig Einschlüsse von Gasblasen, welche die technische Verwend barkeit der Steine bedeutend beeinträchtigen.
Diese Nachteile können dadurch ver mieden werden, dass man die betreffenden Oxyde direkt schmilzt, ohne dass solche in Alaune umgewandelt werden müssen. Die Temperaturen, um diese Oxyde zu schmelzen, betragen zirka 3000-3500 C und können dieselben mit dem elektrischen Lichtbogen erzeugt werden.
Bei dem Verfahren nach vorliegender Erfindung werden synthetische Edelsteine auf elektrischem Wege dadurch hergestellt, dass das pulverige Schmelzgut durch eine bestimmte Zone eines elektrischen Licht bogens geführt wird und hierbei auf das von diesem Lichtbogen umspülte obere Ende eines Tragkegels fällt, auf dem sich der Stein bildet.
In der beiliegenden Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform einer Ma schine zur Durchfübrung des Verfahrens dargestellt.
Fig. 1 zeigt einen Vertikalschnitt durch die Maschine gemäss Linie A-B der Fig. 2; Fig. 2 zeigt einen Horizontalschnitt durch die Maschine gemäss Linie C-D der Fig. 1; Fig. 3 zeigt einen Vertikalschnitt gemäss Linie E-F der Fig. 2 ; Fig. 4-5 zeigen eine magnetische Kupp lungsvorrichtung; Fig. 6-12 zeigen Einzelheiten der Ma schine.
Die im Beispiel gezeigte Maschine ruht auf einem Sockel 1, auf welchem zwei Wände 2 und 2a montiert sind. Auf diese zwei Wände aufgeschraubt ist die Zwischenplatte 3. Diese Zwischenplatte 3 trägt das Gehäuse 4, auf welchem der Support 5 aufgebaut ist. In den Support 5 ist das Pochwerk 6 eingebaut.
Das Pochwerk 6 besitzt einen Behälter 7, in welchem sich das Schmelzgut befindet. Der Behälter 7 ist durch ein Sieb 8 unten abgeschlossen. Durch Drehen der Welle 9 wird vermittelst eines Schraubenrades das Zahnrad 10 betätigt. Die Zähne des Zahn rades 10 schlagen beim Drehen derselben auf den Hebel 11, welcher um den Zapfen 12 eine schwingende Bewegung ausführt und in regelmässigen Intervallen an den Behälter 7 anschlägt. Dadurch wird das Schmelzgut im Innern des Behälters 7 locker und fällt durch das Fallrohr 13 in das Mundstück 14 und von dort in den Lichtbogen 15 des Brenn raumes 16 auf den Tragkegel 17, um dort den Stein zu bilden.
Der Brennraum 16 ist mit Chamotte- Steinen 17" ausgekleidet. Zwischen dem Ge häuse 5 und den Chamotte-Steinen ist ein Luftzwischenraum vorgesehen. Das Gehäuse 4 kann mit Wasserkühlung versehen sein.
An dem Gehäuse 4 sind zwei Führungen 18 und 19 angebracht, in welchen die Fas sungen 20 und 21 für die Elektroden 22 und 23 laufen. Die Fassungen 20 und 21 besitzen eine Zähnung. Die Elektroden sind unter einem stumpfen Winkel eingebaut, damit sich der Lichtbogen auf der vordern Seite bildet. Üeber den beiden Elektroden 22 und 23 ist ein Magnet 24 eingebaut; welcher derart auf den Lichtbogen einwirkt, dass derselbe eine Sichelform bekommt und die Flammenzone des Lichtbogens das Ober teil des Tragkegels 17, auf dem sich der Stein bildet, umspült.
Der Vorschub der Elektroden 22 und 23, entsprechend ihrem Abbrand, geschieht me chanisch, vermittelst der Zahnkolben 25 und 26, die durch je ein Kegelräderpaar 27, 28 angetrieben werden. Jedes Rad 28 des Kegel räderpaares ist starr verbunden mit den Stirn rädern 29 und 29a, welche wieder durch die Zwischenräder 30 und<B>30"</B> von den Zahnrädern 31 und 31a. die mit der Welle 32 verbunden sind, angetrieben werden. Auf der Welle 32 ist lose das Zahnrad 33 gelagert. Dasselbe steht durch das Zwischenrad 34 mit dem Zahnrad 35 in Antriebverbindung, das fest auf der Welle 36 sitzt, die an ihrem äussern Ende das Zahnrad 37 trägt.
Das Rad 37 wird durch die Zahnräder 38, 39 und 40 von der Welle 41 eines Motors 93 aus ange trieben (Fig. 8). Auf der Welle 32 ist ein Kupplungsstück 42 verschiebbar angeordnet, welches durch das Gegenstück 43 und die Feder 44 mit dein Zahnrad 33 gekuppelt werden kann. Das Kupplungsstück 42 weist eine Nut 45 auf, in welche die Zapfen 46 des Hebels 47 eingreifen (Fig. 3, 11 und 12). Der Hebel 47 ist auf der Achse 48 drehbar gelagert und wird entgegen der Feder 49, die stärker als die Feder 44 ist, von dem Eisenkern 50 des Elektrömagnetes 51 ange zogen. Dreht sich nun die Motorwelle 41, so wird durch die Zahnradübertragung das Zahnrad 33 gedreht. Der Magnet 51 ist mit dem Stromkreis der Elektroden 22 und 23 in Verbindung.
Sobald Strom in die Elektroden gelassen wird, wird der Eisenkern 50 magne tisch und zieht das Eisenstück 52 an. Da durch wird die Feder 44 für die Kupplung 42 freigegeben und das Rad 33 wird mit der Welle 32 fest gekuppelt. Dadurch werden die Elektroden 22 und 23 vermittelst der Zahnräder 31, 30 und 29, bezw. 31a, 30a und 29a, der Kegelräderpaare 27 und 28, sowie der Zahnkolben 25 und 26 und der Zahnstangen an den Fassungen 20 und 21 vorgeschoben.
Durch das Handrad 53 kann vermittelst der Kegelradübertragung 54, 55, 56 und 57 die Zündung der Elektroden eingeleitet wer den. Ebenso ist es möglich, damit den Nach schub der Elektroden von Hand zu betätigen. Die Kegelräder 28 sitzen lose auf den Achsen 58, werden aber durch das als Reibungs kupplung ausgebildete Stück 59 vermittelst der Feder 60 mitgenommen.
Dadurch ist es möglich, vermittelst der Scheibe 61 bezw. <B>61.</B> jede Elektrode für sich zu verstellen, damit bei verschiedenen Elektrodenlängen oder bei eventuell ungleichmässigem Abbrand der Be rührungspunkt der Elektrodenachsen immer auf das Zentrum des Tragkegels gerichtet werden kann.
Um einen ruhigen Lichtbogen zu be kommen ist es vorteilhaft, Gleichstrom zu verwenden. Die Stromquelle zur Bildung des Flammenbogens kann von derjenigen zum Antrieb des Motors verschieden sein.
Der Stein, der sich sukzessive auf dem Tragkegel bildet, wird immer länger und man ist erfahrungsgemäss genötigt, den Trag kegel 17, je nach dem Tempo des Aufbaues des Steines, zurückzuschieben, um das Ende des Steines immer in einer bestimmten Flammenzone zu haben. Der Rückschub des Tragkegels geschieht selbsttätig.
Der Tragkegel 17 ist vermittelst einer Klemmvorrichtung 62 mit der Achse 63 verbunden. Zwischen zwei Tragringen 69, die fest mit der Achse 63 verbunden sind, ist das Zwischenstück 64 lose auf der Achse 63 montiert. Dieses Zwischenstück 64 besitzt zwei Nuten 64a, in welche die Zapfen 66 des Hebels 67 eingreifen. Der Hebel 67 ist mit der Welle 68 fest verbunden. Die Achse 68 kann vermittelst des Hebels 70 verdreht werden, (Fig. 1. und 4), um damit die An fangsstellung des Tragkegels 17 genau fest zulegen. Der Hebel 70 ist vermittelst einer Reibkupplung und der Feder<B>70.</B> mit der Welle 68 verbunden in der Weise, dass, wenn der Hebel 70 durch die Regulierstange 71 bewegt wird, derselbe die Welle 68 dreht. Die Stange 71 wird durch den Hebel 72 bewegt und ist mit der Achse 73 fest ver bunden.
Mit der Achse 73 fest verbunden sind ebenfalls die Rollenhebel 74 und 75, welche an dem Nocken 76 und Gegennocken 77 anliegen. Beim Verstellen der Achse 68 durch den Hebel 65 schleift die Kupplung auf Hebel 70, da sich der Hebel 71 nur durch die Nocken 76 und 77 bewegen lässt. Um die Verstellung des Tragkegels 17 während einer Nockenumdrehung verändern zu können, ist in dem Hebel 70 ein Schlitz 78 vorgesehen, in welchem ein Zapfen am obern Ende der Stange 71 verschoben werden kann. Die Verschiebung der Stange 71 ge schieht beispielsweise von Hand durch die Hebelverbindung 79, 80, 81, 82, 83 und 84. Diese Verschiebung kann auch zwangläufig im Verhältnis zur Umdrehung der Nocken geschehen.
Die Nocken 76 und 77 sind auf der Welle 85 befestigt. Auf der Welle 85 ist auch ein Reibrad 86 befestigt, das vermittelst des Reibrades 87 angetrieben wird. Die Ge schwindigkeitsänderung der Nockenwelle 85 geschieht dadurch, dass das Reibrad 87 ver schoben wird, wodurch sich ein anderes Übersetzungsverhältnis ergibt. Die Verschie bung des Reibrades 87 geschieht durch Drehen des Handrades 88 und durch das Hebelwerk 89, 90, 91 und 92.
Um der Schmelzperle eine bestimmte Form geben zu können und um dieselbe nach ihrer Fertigstellung von dem Tragkörper 17 ab springen zu lassen, kann der Tragkegel mit der Welle 63 in eine rotierende Bewegung versetzt werden. Die Welle 63 ist in den Supports 94 und 95 gelagert. Im Lager 94 ist eine Büchse 96 eingelegt, welche mit der Seilscheibe 97 durch die Saite 98 gedreht werden kann. Damit die Achse 63 von der Büchse 96 mitgenommen wird, ist ein geil 99 vorgesehen. Die Saite 98 wird durch die Scheibe 100 bewegt, welche wiederum ver mittelst zweier Friktionsräder 101 und 102 angetrieben wird. Das Reibrad 102 ist ver schiebbar auf der Welle 103 angeordnet.
Auf der Welle 103 sitzt die Seilscheibe 104, welche durch die Saite<B>105</B> von der Seil scheibe 106 des Motors 93 angetrieben wird (Fig. 7).
Die Regulierung der Umdrehungszahl der Welle 63 geschieht durch Verschieben des Reibrades 102 auf dem Reibrad 101. Die Verschiebung kann mit dem Handgriff 127 durch das Hebelwerk 107, 108, 109, 128, 129 (Fig. 7 und 9) bewerkstelligt werden. Auch ist es möglich, durch Verschieben des Reib rades 102 bis in das Zentrum des Reibrades 101 die Umdrehung der Welle 63 anzuhalten.
.Auf der Welle 9, die im Support 5 und im Support 112 gelagert ist, ist das Reibrad 111 befestigt (Fig. 1 und 6), das durch das Reibrad 110 angetrieben wird. Dieses ist verschiebbar auf der Welle 113 angeordnet, welche die Seilscheibe 114 trägt. Die Seil scheibe 114 wird durch die Saite 115 vom Rad<B>116</B> angetrieben.
Damit mehr oder weniger Material in den Lichtbogen fallen kann, ist die Anzahl der Umdrehungen der Welle 9 ebenfalls regulier bar und zwar durch Verschieben des Reib rades<B>110</B> auf der Welle 113. Die Ver schiebung kann vermittelst des Handgriffes 117 und durch das Hebelwerk 118, 119, 120 121 und 122 vorgenommen werden (Fig. 5 und 6). Auch kann durch Verschieben des Reibrades 110 bis in das Zentrum der Scheibe 111 das Pochwerk 6 zum Stillstand gebracht werden.
Das Handrad 123 hat den Zweck, ver mittelst der Kettenräder 124 und 125 und der Kette 126 die Nocken 76 und 77 von Hand in die richtige Anfangslage bringen zu können.
Das Verfahren zur Herstellung syntbeti- scher Edelsteine auf elektrischem Wege ge mäss der Erfindung wird nun mit Hilfe der beschriebenen Maschine wie folgt durchge führt Der Behälter 7 wird mit dem Schmelz pulver gefüllt, dessen Zusammensetzung je nach dem herzustellenden Edelstein nach bekannten Formeln gewählt wird.
Nach Einstellen der Elektroden 22, 23 wird der elektrische Lichtbogen entzündet und durch Einschalten des elektromagnetischen Gebläses zu einer nahezu ebenen Fläche ausgebreitet. Gleichzeitig werden die Wan dungen der Schmelzkammer durch eine Kühl flüssigkeit gekühlt.
Nun wird der Motor 93 eingeschaltet, welcher die Seilscheiben 106, 104, die Welle 103 und das Reibrad 102, das Reibrad 101, die Scheibe 100 und schliesslich die Seil- scheibe 97 bewegt, so dass der Kegel 17 in der Schmelzkammer rotiert. Die Umdrehungs zahl der Welle 63 und des Kegels 17 wird wie beschrieben, durch den Handgriff 127 reguliert. Ferner wird vom Motor aus durch Seilscheibe 114, Reibrad 111 und Welle 9 das Pochwerk in Tätigkeit gesetzt und wie beschrieben, durch Handgriff 117 reguliert.
Unter dem Einfluss des Pochwerkes fällt nun das Schmelzpulver durch die Düse 14 senkrecht durch die von den Elektrodenachsen bestimmte Ebene in den auseinandergezogenen elektrischen Lichtbogen hinein auf die Spitze des von diesem umspülten, rotierenden Trag kegels. Es wird dort geschmolzen und setzt sich auf dem Tragkegel zu einer Schmelzperle von kristallinischem Gefüge ab.
Das obere Ende des Tragkegels, auf welchem sich die Schmelzperle bildet, wird nun in eine bestimmte Zone des Lichtbogens durch Verstellung des Hebels 65 eingestellt das heisst nach Massgabe des Wachsens der Schmelzperle allmählich gesenkt. Nötigenfalls wird auch die Krümmung des Lichtbogens nach Massgabe des Wachsens der Schmelz perle durch das magnetische Gebläse ver ändert.
Statt den Tragkegel zu senken, könnten auch die Elektroden entsprechend gehoben werden, und ebenso könnte durch Verschiebung der Düse 14 relativ zur Tragkegelspitze 15 der Pulverstrahl nach Massgabe des seitlichen Wachsens der Schmelzperle nach deren Rän dern zu abgelenkt werden. In der Regel erfolgt jedoch eine geringe Ablenkung bereits durch die dem elektrischen Lichtbogen inne wohnende Kraft.