DE4229781A1

DE4229781A1 - Verfahren zum bohren eines loches in ein hartes, jedoch bruechiges material und vorrichtung hierfuer

Info

Publication number: DE4229781A1
Application number: DE4229781A
Authority: DE
Inventors: Tomoo Arita; Seizo Hirabayashi
Original assignee: Asahi Diamond Industrial Co Ltd; Kyokuei Kenmakako KK
Current assignee: Asahi Diamond Industrial Co Ltd; Kyokuei Kenmakako KK
Priority date: 1991-09-06
Filing date: 1992-09-05
Publication date: 1993-03-11
Also published as: JPH0794125B2; KR930005705A; TW201724B; FR2680994B1; IT1261659B; ITMI922068A1; ITMI922068A0; GB2259264B; KR950010254B1; GB9218934D0; FR2680994A1; GB2259264A; JPH07108523A; US5285598A

Description

Hintergrund der Erfindung Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bohren eines Loches bzw. von Löchern in ein hartes, jedoch brüchiges Material und auch auf eine Vorrichtung, um ein solches Verfahren durchzuführen. Ein Diamantkernbohrer (1) ist, wie in Fig. 3 dargestellt, eine Vorrichtung, die ein Diamantschleifteil (2) (Diamantschleifstein) hat, welcher am vorderen Ende eines Stahlschaftes (3) montiert ist, um ein Loch in ein zu behandelndes Material zu bohren. Im allgemeinen ist der Diamantkernbohrer mit einem Eindringteil (4) (Kernloch) im zentralen Abschnitt des Bohrers versehen.

Der Diamantkernbohrer hat sowohl eine ausgezeichnete Bearbeitungseffizienz als auch eine ausgezeichnete Bearbeitungsgenauigkeit beim Bohren eines Loches in ein hartes und brüchiges Material. Es tritt jedoch häufig der Fehler auf, daß Ausbrüche an der Kante der Öffnung des gebohrten Loches erzeugt werden.

Die Ausbrüche verschlechtern nicht nur die Genauigkeit und das schöne Erscheinungsbild, sondern können auch Risse hervorrufen, so daß Materialien, wie z. B. Glasplatten etc., brechen.

Ausbrüche werden auf der Seite eines zu bohrenden Materials erzeugt, auf welcher der Diamantkernbohrer herauskommt, wenn der Bohrer das Material durchdringt, wie z. B. bei einer zu bohrenden bzw. zu durchbohrenden Glasplatte. Deshalb wird zur Vermeidung von Ausbrüchen in konventioneller Weise nach einem der Verfahren zum Bohren von hartem aber brüchigem Material, vor allem wie z. B. Glasplatten oder dergleichen, der Bohrvorgang von beiden Seiten aus durchgeführt, wobei zunächst der Bohrvorgang von einer Seite der Glasplatte begonnen wird und solange fortgesetzt wird, bis die Tiefe des hineingebohrten Loches etwa die Hälfte der Dicke der Glasplatte erreicht hat, und dann wird der Bohrvorgang von der gegenüberliegenden ent sprechenden Position aus von der anderen Seite der Glasplatte her durchgeführt, so daß das von der anderen Seite gebohrte Loch mit dem zuerst gebohrten Loch in Verbindung tritt, um in dem Teil, wo sie sich treffen, d. h. etwa in der Mitte der Glasplattendicke, ein Durchgangsloch zu vollenden.

Bei der zuvor beschriebenen konventionellen Methode des Bohrens von Material, wie z. B. einer Glasplatte oder dergleichen von beiden Seiten derselben, müssen jedoch zwei Spindeln so angeordnet werden, daß sie einander exakt gegenüberliegen und relativ zueinander koaxial bleiben. Die genaue koaxiale Beziehung zwischen den beiden Spindeln wird jedoch nicht immer erreicht, was dazu führt, daß am Treffpunkt der beiden Löcher ein Unterschied, bzw. eine Relativverschiebung auftritt.

Weiterhin werden bei diesem konventionellen Verfahren, obwohl ein Ausbrechen an dem Öffnungsteil des Loches nicht hervorgerufen wird, mehrere Ursachen bzw. Auslöser erzeugt, welche zu Rissen an dem durchdrungenen Teil führen, und zwar an dem Treffpunkt der beiden Löcher. Um den zuvor erwähnten Nachteil zu beseitigen, ist bereits ein Verfahren vorgeschlagen worden, bei welchem die Bohrer, die jeweils auf den beiden Seiten verwendet werden, jeweils etwas unterschiedliche Durchmesser haben. Bei diesem Verfahren tritt allerdings der Nachteil auf, daß man in dem Loch einen gestuften Abschnitt bzw. eine Abstufung hat.

Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die vorerwähnten Nachteile der konventionellen Verfahren zu beseitigen. Gemäß der Erfindung kann ein Durchgangsloch in ein hartes aber brüchiges Material, wie z. B. eine Glasplatte oder dergleichen, gebohrt werden, lediglich unter Verwendung eines einzelnen Diamantkernbohrers von einer Seite des zu (durch-) bohrenden Materials.

Zusammenfassung der Erfindung

Um die zuvor beschriebenen Ziele zu erreichen, ist ein Verfahren zur Herstellung einer Bohrung gemäß der vorliegenden Erfindung, bei welchem ein Loch in ein hartes aber brüchiges Material, wie z. B. eine Glasplatte oder dergleichen, mit Hilfe eines Diamantkernbohrers gebohrt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Diamantkernbohrer gedreht und mit dem harten aber brüchigen Material in Berührung gebracht wird, und dadurch, daß dieser Berührungszusammenhang aufrechterhalten wird, wobei dem rotierenden Diamantkernbohrer und/oder dem zu bohrenden Material eine exzentrische Bewegung mitgegeben wird, so daß der sich drehende Diamantkern bohrer mit dem Material in Berührung treten kann, und, wenn ein Loch gebohrt ist, über die ganze innere Umfangsoberfläche des Loches in Berührung mit dem Material treten kann, und weiter dadurch, daß die Bohrgeschwindigkeit des Diamantkernbohrers in der Nähe der Durchgangsseite reduziert wird, d. h. in der Nähe der Seite des Materials, aus welcher der Diamantkernbohrer herauskommt.

Weiterhin ist eine Vorrichtung zum Bohren eines Loches in ein hartes aber brüchiges Material gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß sie eine sich drehende Einrichtung aufweist, die einen Diamantkernbohrer um eine Welle des Diamantkernbohrers dreht, welcher mit Diamantschleifteilen an seinem oberen Ende versehen ist, eine Einrichtung aufweist, um zwischen dem Diamantkernbohrer und dem harten, aber brüchigen Material eine exzentrische Bewegung zu erzeugen, und eine Einrichtung aufweist zum Regeln der Bohrgeschwindigkeit des Diamantkernbohrers.

Betriebsweise

Gemäß dem Herstellungsverfahren für das Loch bzw. die Bohrung entsprechend der vorliegenden Erfindung wird, um einen sich drehenden Diamantkernbohrer in Kontakt mit einem harten, aber brüchigen Material zu halten, welches bearbeitet wird, so daß die gesamte innere Umfangsober fläche des Materials in Berührung mit dem sich drehenden Diamantkernbohrer gehalten werden kann, zwischen dem sich drehenden Diamantkernbohrer und dem harten, aber brüchigen Material eine relative exzentrische Bewegung erzeugt. Und die Bohrgeschwindigkeit des Diamantkernboh rers wird in der Nähe der Öffnung auf der Durchgangsseite des Loches reduziert, auf welcher der Diamantkernbohrer herauskommt, so daß der Bohr- und Schleifdruck, der auf den Öffnungsteil des Materials aufgebracht wird, welches immer dünner wird, abgeschwächt wird, was bewirkt, daß keine Ausbrüche vom Inneren des Loches zur Öffnung hin erzeugt werden, aus welcher der Diamantkernbohrer heraustritt.

Zusätzlich kann mit der Einrichtung zum Bohren eines zu bearbeitenden Loches gemäß der vorliegenden Erfindung der Bohrvorgang eines zu bearbeitenden bzw. herzustellenden Loches durch ein hartes, aber brüchiges Material von einer Seite des zu bearbeitenden Materials her durch einen einzelnen Diamantkernbohrer durchgeführt werden.

Kurze Beschreibung der Figuren

Fig. 1 ist eine Darstellung zum Erläutern eines Verfahrens zum Bohren eines zu bearbeitenden Loches gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 ist eine Schnittansicht auf einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 1 und zeigt die exzentrische Bewegung zwischen einem Diamantkernbohrer und einer Glasplatte, entsprechend der vorliegenden Erfindung.

Fig. 3 ist eine Seitenansicht eines üblicherweise verwendeten Diamantkernbohrers, teilweise im Schnitt.

Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung auf der Grundlage einer Ausführungsform unter Bezug auf die zugehörigen Figuren beschrieben. Fig. 1 ist eine Ansicht, welche eine Ausführungsform des Verfahrens zum Bohren eines Loches in ein hartes, aber brüchiges Material zeigt, sowie eine Vorrichtung, die für die Durchführung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.

Der Diamantkernbohrer 1 besteht, ebenso wie der in Fig. 3 dargestellte Bohrer, aus einem Diamantschleifsteinteil bzw. Diamantschleifteil 2, welches an der vorderen Endfläche und sowohl an der inneren als auch an der äußeren Umfangsfläche mit Diamanten bestückt ist, einem Schaft 3 aus Stahl und einem axialen, zentralen Eindringteil bzw. Kernloch 4. Der Diamantschleifteil 2 ist hergestellt aus einem metallgebundenen Schleifstein oder einem durch galvanische Abscheidung (electro deposition) hergestellten Schleifstein. Der metallgebundene Schleifstein hat eine lange Standzeit (mehrere Haltbarkeitsjahre), ist jedoch sehr teuer in der Herstellung wegen seines komplizierten Aufbaues. Ein durch galvanische Abscheidung hergestellter Schleifstein kann jedoch leicht in irgendeiner gewünschten Ausgestaltung mit hoher Genauigkeit hergestellt werden.

Wenn in ein hartes, aber brüchiges Material ein Loch gebohrt wird, d. h. z. B. in eine Glasplatte 5, wird der Diamantschleifteil 2 des Diamantkernbohrers 1 mit der Glasplatte 5 in Berührung gebracht, um ein Loch 6 zu bohren, und, während die Berührung des Schleifteiles mit der inneren Umfangsoberfläche des Loches 6 aufrechterhalten wird, wird eine relative exzentrische Bohrung zwischen dem Bohrer 1, der um eine Drehachse 7 des Diamantkernbohrers 1 gedreht wird (die Drehachse 7 ist in einer Position angeordnet, die einen Abstand von a/2 von der zentralen Achse 10 des Loches 6 hat), und der Glasplatte 5 erzeugt, so daß der berührende Teil über die gesamte Umfangsoberfläche des Loches herum- bzw. hinweglaufen kann. Im vorliegenden Fall ist "a" der größte Abstand zwischen der äußeren Umfangsoberfläche des Diamantkernbohrers 1 und der inneren Umfangsoberfläche des Loches 6.

Unter den Verfahren, um dem Diamantkernbohrer 1 und der Glasplatte 5 relativ zueinander eine exzentrische Bewegung mitzugeben, befindet sich auch das folgende, bei welchem die Glasplatte 5 stillsteht, die Drehachse 9 eines Motors 8 mit der zentralen Achse 10 des Loches 6 zusammenfällt und ein (nicht dargestelltes) Gliederteil bzw. Verbindungsteil auf der Drehachse 7 mit einer Kupplungseinrichtung, wie z. B. einem Kurbelzapfen (nicht dargestellt) gekoppelt wird, wobei die Achse 7 des Diamantkernbohrers 1 um die zentrale Achse 10 des Loches 6 von dem Motor 8 gedreht wird.

Die vorstehend beschriebene Bewegung wird im folgenden unter Bezug auf Fig. 2 beschrieben.

Die Umfangsoberfläche des Diamantschleifteiles 2 wird mit der inneren Umfangsoberfläche des Loches 6 in Berührung gebracht und in Richtung c gedreht, wobei der Diamantkernbohrer 1 planetenartig gedreht wird, so daß sich der Diamantschleifteil 2 in Richtung d dreht, um den Berührungsbereich bzw. -teil über die gesamte Umfangsoberfläche des Loches 6 zu erstrecken.

Weiterhin gibt es auch andere Verfahren, wie z. B. ein Verfahren, bei welchem die Glasplatte 5 gedreht wird, während der Diamantkernbohrer 1 in Horizontalrichtung bewegt wird, oder ein anderes Verfahren, bei welchem der Diamantkernbohrer 1 stillsteht und die Glasplatte horizontal bewegt wird und sich selbst konzentrisch zu dem Loch 6 dreht.

Anstelle der Drehung der Glasplatte 5 kann man auch eine nicht drehende aber kreisförmige Bewegung ausführen bzw. anwenden. Zusätzlich gibt es ein weiteres einzigartiges bzw. besonderes Verfahren, bei welchem die Glasplatte auf einem XY-Schlitten befestigt ist und eine kreisförmige, aber nicht drehende Bewegung durch die numerische Steuerung der beiden XY- Koordinaten ausgeführt werden kann und weiterhin durch die Steuerung der drei Koordinaten einschließlich der zusätzlichen Z-Koordinate für den Diamantkernbohrer 1, wobei alle diese Verfahren automatisch durchgeführt werden können. Der wesentliche Punkt ist die Ausführung einer relativ exzentrischen Bewegung zwischen dem Diamantkernbohrer 1 und der Glasplatte 5.

Die Bohrgeschwindigkeit des Diamantkernbohrers wird so geregelt, daß sie in der Nähe einer Öffnung 11 auf der Seite der Glasplatte 5, aus welcher der Diamantkernbohrer 1 heraustritt, reduziert wird. Beispielsweise kann beim Bohren eines Durchgangsloches in eine Glasplatte mit einer Dicke von 3,5 mm in etwa 6 Sekunden 3/4 der Dicke (2,625 mm) innerhalb von 3 Sekunden gebohrt werden und dann wird die Bohrgeschwindigkeit allmählich herabgesetzt, so daß das verbleibende Viertel der Dicke (0,875 mm) in 3 Sekunden gebohrt wird, um das Durchgangsloch zu vollenden.

Als Einrichtung zum Regeln der Bohrgeschwindigkeit des Diamantkernbohrers 1 gibt es einige Einrichtungen und eine davon besteht darin, einen Vorschubmechanismus bereitzustellen, der sich sowohl nach oben als auch nach unten (Richtung b in Fig. 1) entlang der Drehachse 9 des Motors 8 bewegen kann, um die Bohrgeschwindigkeit zu regeln. In diesem Fall kann die Geschwindigkeitsregelung manuell durchgeführt werden oder kann auch automatisch durchgeführt werden unter Verwendung einer Nockeneinrichtung oder einer Koordinatensteuerung einer numerisch gesteuerten Vorrichtung (NC-Maschine).

Dementsprechend werden Risse, welche üblicherweise in der Nähe der Öffnung des Loches 6 erzeugt werden, wenn die vordere Endfläche des Diamantschleifteiles 2 des Diamantbohrers 1 mit der Glasplatte 5 in Berührung kommt, sofort an dem (durch das) Umfangsoberflächenteil des Diamantschleifteiles 2 weggeschnitten durch die Planetenbewegung des Diamantkernbohrers 1 und damit wird der Bohrvorgang fortgesetzt.

Wie oben beschrieben wird, wegen der mehrfachen Wirkung, die aus der mehrfachen relativen exzentrischen Bewegung zwischen dem Diamantkernbohrer 1 und der Glasplatte 5 unter der Geschwindigkeitsabnahme des Bohrvorganges in der Nähe des Öffnungsteiles 11 auf der Seite des Loches 6, aus welchem der Diamantkernbohrer 1 herauskommt, resultiert, der Schneid- und Schleifdruck, der auf die Umgebung (in welcher die (Dicke der) Glasplatte dünner wird) des Öffnungsteiles 11 der Glasplatte 5 aufgebracht wird, vermindert. Deshalb wird von der Einlaßöffnung von der einen Seite zum Öffnungsteil 11 auf der anderen Seite der Glasplatte die Erzeugung von Ausbrüchen beträchtlich vermindert.

Im Falle des Bohrens eines Loches in die Glasplatte 5 fließt, wenn Wasser 12 in den axialen zentralen Durchgangsteil bzw. das Kernloch 4 des Diamantkernbohrers 1 zugeführt wird, das Wasser 12 indem es durch die vordere Endfläche des Diamantschleifteiles 2 und einen Spalt hindurchtritt, der zwischen der äußeren Umfangsoberfläche des Diamantkernbohrers 1 und der inneren Umfangsoberfläche des Loches 6 gebildet wird.

Da das Wasser 12 in wirkungsvoller Weise herausfließt, kann man eine hohe Kühlwirkung erwarten und der ausgeschnittene bzw. abgeschliffene Glasstaub und der herausgefallene Staub aus dem Diamantschleifteil werden schnell entfernt, was dazu führt, daß die Standzeit des Diamantkernbohrers 1 verlängert wird.

Nachdem das Loch 6 durchdrungen ist, wird der Diamantkernbohrer 1 nochmals mit der inneren Umfangsoberfläche des Loches 6 in Berührung gebracht und wird mit dieser in Berührung gehalten, wobei der Diamantkernbohrer 1 so bewegt wird, daß er eine Planetenbewegung mit großem Durchmesser um die zentrale Achse 10 des Loches 6 ausführt. Damit kann das Loch 6 größer gemacht werden und es kann ein abschließender Oberflächenbearbeitungsvorgang (Oberflächen-Finish) erreicht werden. Im allgemeinen sind, je stärker schräg zulaufend das vordere Ende bzw. Spitzenende des Diamantkernbohrers ist, die Ausbrüche in der Nähe des Öffnungsteiles 11 des Loches 6 umso kleiner, wenn es durchdrungen wird, da die Fläche in Bohrrichtung in einer Position, wo die Glasplatte mit dem vorderen Ende bzw. Spitzenende des Bohrers in Berührung tritt, klein ist. Bei der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung hat das Vorderende bzw. die Spitze des Bohrers, wenn der Bohrer in Gebrauch ist, die Tendenz, schräg zulaufend zu werden, da die Drehung des Bohrers von der exzentrischen Bewegung begleitet wird, was die sekundäre Wirkung hervorrufen kann, daß Ausbrüche am Rand des Öffnungsteiles 11 kleiner werden.

Die Wirkung der Erfindung

Wie zuvor bereits beschrieben, sind die Wirkungen der Erfindung die folgenden. Gemäß der in Anspruch 1 beanspruchten Erfindung gilt:

a) Da ein Vervielfachungseffekt bzw. eine kombinatorische Wirkung erzielt wird durch die relative exzentrische Bewegung zwischen dem Diamantkernbohrer und dem harten, aber brüchigen Material und durch die verringerte Bohrgeschwindigkeit in der Nähe des Öffnungsteiles auf der Seite des Loches, aus welcher der Diamantkernbohrer heraustritt, wird der auf den verdünnten Öffnungsteil des Loches aufgebrachte Bohr- und Schneid druck abgeschwächt, so daß keine Ausbrüche, insbesondere am Öffnungsteil, hervor gerufen werden.
b) In dem durchdrungenen Teil auf der Innenseite des Loches treten keine Risse, keine Unterschiede oder Abstufungen auf.

Bei dem in Anspruch 2 beanspruchten Aspekt fließt Wasser, welches durch das axiale Kernloch des Diamantkernbohrers zugeführt wird, nach außen durch einen Spalt zwischen der äußeren Umfangsoberfläche des Diamantkernbohrers und der inneren Umfangsoberfläche des (Loches des) harten, aber brüchigen Materials, welcher durch die relative exzentrische Bewegung zwischen dem Diamantkernbohrer und dem Material gebildet wird, so daß man eine große Kühlwirkung erhalten kann und Staub aus geschnittenem oder abgeschliffenem Glas und abgefallene Staub- bzw. Pulverteile des Diamantschleifteiles schnell entfernt werden, und außerdem kann die Bohrgeschwindigkeit des Diamantkernbohrers gesteigert werden und auch die Standzeit des Diamantkernbohrers kann verlängert werden.

Gemäß dem in Anspruch 3 beanspruchten Aspekt wird der Diamantkernbohrer mit der inneren Umfangsoberfläche des Durchgangsloches in Berührung gebracht und es wird zwischen dem Diamantkernbohrer und dem Material eine relative exzentrische Bewegung hervorgerufen, so daß das Loch vergrößert werden kann und man ein gutes Finish (eine gute Endbearbeitung) erwarten kann.

Gemäß dem in Anspruch 4 beanspruchten Aspekt kann der Bohrvorgang von einer Seite des Materials aus durch nur ein einziges Werkzeug ausgeführt werden mit Hilfe eines Diamantkern bohrers, so daß man eine hohe Bearbeitungseffizienz erhalten kann.

Claims

1. Verfahren zum Bohren eines Loches in ein hartes, aber brüchiges Material, wie z. B. eine Glasplatte etc., unter Verwendung eines Diamantkernbohrers, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
In Kontaktbringen des sich drehenden Diamantkernbohrers mit einer Seite eines harten, aber brüchigen Materials,
Hervorrufen einer exzentrischen Bewegung zwischen dem sich drehenden Diamantkern bohrer und dem harten, aber brüchigen Material unter Beibehaltung der Drehbewegung, so daß der berührende Teil sich über die gesamte innere Umfangsoberfläche eines Loches hinweger streckt bzw. -bewegt, und
Vermindern der Bohrgeschwindigkeit des Diamantkernbohrers in der Nähe eines Öffnungsabschnittes auf der anderen Seite des Loches, durch welchen der Diamantkernbohrer austritt.

2. Verfahren zum Bohren eines Loches in ein hartes, aber brüchiges Material gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Wasser durch ein axiales zentrales Kernloch des Diamantkernbohrers zugeführt wird.

3. Verfahren zum Bohren eines Loches in ein hartes, aber brüchiges Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Diamantkernbohrer in Berührung mit der inneren Umfangsoberfläche eines Durchgangsloches gehalten wird und daß man eine relative exzentrische Bewegung zwischen dem Diamantkernbohrer und dem Material hervorruft.

4. Vorrichtung zum Bohren eines Loches in ein hartes, aber brüchiges Material, gekennzeichnet durch:
eine Einrichtung zum Drehen eines Diamantkernbohrers um eine Achse desselben, an dessen vorderem Ende ein Diamantschleifteil vorgesehen ist,
eine Einrichtung, um eine relative exzentrische Bewegung zwischen dem Diamantkernboh rer und einem harten, aber brüchigen Material hervorzurufen, und
eine Einrichtung zum Regeln der Bohrgeschwindigkeit des Diamantkernbohrers.

5. Verfahren zum Bohren eines Loches in ein hartes, aber brüchiges Material, gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrvorgang mit dem Diamantkernbohrer so durchgeführt wird, daß 3/4 der Dicke des Materials während in etwa der Hälfte der Zeit gebohrt wird, die für ein vollständiges Durchgangsloch erforderlich ist, und daß dann die Bohrgeschwindigkeit des Diamantkernbohrers allmählich vermindert wird, so daß das verbleibende 1/4 der Dicke des Materials während der verbleibenden Hälfte der Zeit vollständig durchdrungen werden kann.

6. Verfahren zum Bohren eines Loches in ein hartes, aber brüchiges Material, gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Material eine Glasplatte der Dicke von 3,5 mm ist und daß die erforderliche Gesamtzeit für die Vervollständigung eines Durchgangsloches 6 Sekunden beträgt.