-
Verfahren und Apparat zur Herstellung von Diamant-Drahtziehwerkzeugen
Diese l:rftidung 1>.etrifft im allgemeinen Verfahren undApparate zur Herstellung
von Diamant-Drahtziehwerkzeugen, genauer ausgedrückt, Verfahren und Apparate zum
Durchbohren des Diamanten vermittels eines elektrischen Lichtbogens.
-
Zweck dieser Erfindung ist, ein verbessertes \ erfahren zur Herstellung
von Diamant-Draht-::iehwet:kzeugeti zu schatten.
-
Ein weiterer Zweck dieser Erfindung besteht darin, ein verbessertesVerfahren
zumDurch'bohren von Diamanten mittels eines Lichtbogens herauszubringen. Die Erfindung
bezweckt weiterhin, ein verbessertes \-erfahren aufzuzeigen, um Diamanten für den
elektrischen Bohrvorgang vorzubereiten. Elfenfalls ist es Zweck der Erfindung, einen
verbesserten Apparat zur Anwendung des verbesserten Verfahrens dieser Erfindung
vorzusehen. Andere Zwecke und Vorteile dieser Erfindung werden nachfolgend ersichtlich
werden.
-
Eine bevorzugte Apparatausführung zur Anwendung des Verfahrens dieser
Erfindung wurde zum Zwedk der Erklärung und Beschreibung herangezogen und in der
Zeichnung dargestellt.
-
Fig. i ist eine Seitenansicht des Apparates zum elektrischen Bohren
eines Loches durch einen Diainanten, wobei zur besseren Veranschaulichung gewisse
Teile im Schnitt dargestellt sind; Fig. z ist eine vergrößerte Ansicht auf Linie
2-2 der Fig. i, eine Vorrichtung darstellend, mittels der Gasströme direkt auf die
Bohrstelle am Diamanten gerichtet werden; Fig. 3 ist ein Schnitt auf Linie 3-3 der
Fig. 2;
Fig. 4 ist ein Ablaufdiagramm der verschiedenen Arbeitsgänge
zur Herstellung von Diamant-Ziehwerkzeugen nach dem Verfahren d ieser Erfindung;
Fig.5 stellt ein elektrisches Stromlaufschema zum Bohren dar.
-
Vorstehend wurde schon darauf hingewiesen, einen elektrischen Lichtbogen,
zum Durchbohren von Diamanten für Drahtziehwerkzeuge zu benutzen. Einige der bekannten.
Verfahren besagen, daß ein Teil des elektrischen Bobrens in der .Atmosphäre ausgeführt
werden kann, aber in allen den Antragstellern bekannten Fällen ist es beabsichtigt,
wenigstens während eines Teiles des Bohrvorganges den. Diamanten in einen Elektrolyt
zu tauchen.
-
Nach Ansicht einiger bekannter Verfahren sollen Ströme hoher Voltzahlen
zum Bohren verwendet werden, während andere wiederum besagen, daß niedrige Voltzahlen
gebraucht werden sollen. Die Ansichten bezüglich der günstigsten Frequenz scheinen
geteilt zu sein; während einige Veröffentlichungen besagen, daß Ströme mit Radiofrequenz
entscheidend für befriedigenden Erfolg sind, befürworten andere die Frequenz der
üblichen Kraftstromnetze. Nur die einzige Übereinstimmung, außer der Ansicht, daß
wenigstens ein Teildes Borvorganfies elektrolytisch ausgeführt werden sollte, besteht
darin, daß das Bohrendes Diamanten, bevor er in dem Metallgehäuse, das zum Halten
desselben während des Drahtziehvorganges dient, gefaßt wird, geschehen muß. Dies
wurde als notwendig erachtet, um ein ständiges Überwachen und i)berprüfen des Loches
und des Lichtbogens zu ermöglichen, sowie um das Überhitzen des Diamanten zu verhindern.
-
Nach Überprüfung der erreichbaren bestehenden Patente und Veröffentlichungen
scheint es den Erfindern, daß der Vorgang beim Bohren von Diamanten mit elektrischen
Lichtbogen entweder nicht ganz verstanden oder mindestens nicht 'klarerklärt worden
ist.
-
Es liegt auf der Hand, daß alle bekannten Verfahren Arbeitsgänge erfordern,
die nach dem verbesserten Verfahren der Erfinder überflüssig werden; hierdurch werden
nicht nur Zeit und Herstellungskosten erspart, sondern der ganze Herstellungsgang
wird so einfach und sicher, daß er von Leuten mit wenig oder gar keiner Erfahrung
im Diamantbohren ausgeführt werden kann, wobei trotz geringster Überwachung Werkzeuge
mit gleichmäßig hoher Güte erzeugt werden.
-
Die Notwendigkeit, den Diamanten während eines Teiles oder des ganzen
Bohrvorganges in einen Elektrolyt einzutauchen, birgt eine Anzahl Probleme und ernste
Einwände in sich. Die Wärme der elektrischen. Entladung auf der Oberfläche des Diamanten
bringt den Elektrolyt an diesem Punkt zu rascher Verdampfung; das dabei auftretende
Spritzen und Explodieren ist der Überwachung, die nach Ansicht der bekannten Verfahren,
notwendig ist, nicht förderlich; auch dem Bohren einer gleichmäßig geformten öffnung
sowie dem Bohren in gerader Linie oder auf einer vorher bestimmten Achse ist es
nicht dienlich. Durch das Verdampfen schwankt die Dichte des Elektrolyts, je weiter
der Bohrvorgang fortschreitet, wodurch dauerndes Überprüfen und Nachstellen notwendig
wird, wenn man gleichmäßiges Bohren erzielen will. Beim Verwenden eines Eldktrolyts
ist es natürlich notwendig, den Diamanten in ein Gefäß zu legen. Der Vorgang wird
bedeutent einfacher, wenn man das ganze Bohren in der Atmosphäre ausführen kann.
Beim Verfahren der Erfinder scheidet das elektrolytische Bohren der früheren Verfahren
aus.
-
Gemäß den Berichten einer vierjährigen Untersuchung des National Bureaus
of Standards zur Verbesserung der Herstellungsverfahren und der Güte von Diamant-Drahtziehwerkzeugen
ist es schwderig, die Richtung undForm der öffnungen in den elektrisch gebohrten
Diamanten. einzuhalten. Von Forschern des Bureaus of Standards wurde es als notwendig
erachtet, daß der Diamant zuerst in Form einer flachen Platte mit zwei parallen,
polierten Flächen geschliffen wird und zum Beobachten des Bobrens und Polierens
mit einer dritten Fläche versehen wird, die senkrecht zu den beiden anderen steht;
anderenfalls war keine Sicherheit zu erlangen, daß die Werkzeugöffnung die gewünschte
Lage oder Form hat. Diese vorherige Formgebung sowie das Polieren erhöhen die Kosten
und die erforderliche Herstellungszeit des Werkzeuges erheblich. Weiterhin kann
durch die Notwendigkeit der polierten Flächen nicht immer die Werkzeugachse
gewählt werden, die für das stärkste und wirtschaftlichste Ziehwerkzeug erwünscht
wäre, oder die ein öfteres Nacharbeiten der Werkzeugöffnung zur möglichst vollständigen
Ausnutzung des Diamanten zum Drahtziehen ermöglicht. Dadurch, daß die bekannten
Verfahren daran gebunden sind, den Diamanten zu bohren, bevor er in seiner Metallbettung
endgültig gefaßt ist, wird die Schwierigkeit des ruhigen Haltens während des Bohrvorgangs
erhöht. Dies erfordert, daß der Bohrvorgang durch erfahrene und geübte Leute dauernd
beobachtet wird, um von Zeit zu Zeit erforderlich werdende Einstellungen zur Erzielung
der Richtung und Form der zu bohrenden Werkzeugöffnung zu machen.
-
,Die Bruchgefahr für den Diamanten ist bedeutend geringer, wenn derselbe
um den größten Teil seiner Oberfläche festgehalten wird. Die Metallbettung hält
nicht nur den Diamanten, sondern verteilt und gibt die Wärme ab, die durch die elektrischen
Entladungen entsteht. Ebenfalls besteht viel mehr Bruchgefahr für einen gebohrten
als einen ungebohrten Diamanten. Alle diese Tatsachen machen es wünschenswert, den
Diamanten vor dem Bohren endgültig zu fassen.
-
Es ist nicht möglich, über den genauen Vorgang beim elektrischen Bohren
eine Erklärung zu geben; e'bensowenig wird versucht. Widersprüche beizulegen oder
aufzuklären, die bei den früheren Verfahren auftauchen. Die Erfinder haben mit dieser
Erfindung ein verbessertes Verfahren nebst einem verbesserten Apparat geschaffen,
wobei der Diamant vorher in Metall gefaßt und 'kein Elektrolyt benötigt wird. Nach
diesem Verfahren können bei geringster Überwachung des Bohrvorganges
verhältnismäßig
ungeübte und unerfahrene Kräfte Diamant-Ziehwerkzeuge gleichmäßig hohen Gütegrades
wirtschaftlich und in einem Bruchteil der Zeit herstellen, die sonst zur Erzielung
gleicher Güte erforderlich war. Das Verfahren dieser Erfindung ist besonders für
das Bohren von Diamant-Ziehwerkzeugen in der Größe von o,o5 bis o,8 mm 0 geeignet.
-
,Auf die Zeichnung bezugnehmend bedeuten die Bezugsziffern entsprechende
Teile. Fig. i stellt eine Vorrichtung zum Halten und Drehen eines in \tetall eingefaßten
Diamanten während des eIektrischen Bohrvorganges dar, wobei die Vorkehrung zum Halten
der Nadelelektrode über dem Diamanten sowie das Gerät gezeigt wird, durch das während
des Bohrvorganges ein Luft- oder Gasstrom gleichmäßig von allen Seiten gegen die
Nadelspitze gerichtet wird.
-
Ein Diamant i i, der in einer Metallfassung 12 vollständig, mit Ausnahme
kleiner freier Flächen, an den gegenüberliegenden Enden der vorgesehenen Achse gefaßt
ist, wird in einem Futter 13 durch die Schrauben 1.4 festgehalten und zentriert;
vorzugsweise werden drei bis vier solcher Schrauben angebracht, um ein: genaues
Zentrieren und Halten des Diamanten im Futter zu gewährleisten. Das Futter 13 ist
am oberen Ende der Wellet 15 angebracht, die nach unten. durch das Motorgehäuse
16 ragt, in welchem sie drehbar gelagert ist. Das Motorgehäuse 16 ruht auf einer
Tischplatte oder einer anderen Unterstützung 17. Dieses Motorgehäuse besteht vorzugsweise
aus elektrischem Isoliermaterial und '-kann, falls erwünscht, auf der Unterstützung
befestigt werden. Für gewöhnlich ist es bequem, das Gehäuse 16 zur besseren Standfähigkeit
mit einem Fußflansch zu versehen und nicht auf der Unterstützung zu befestigen.
-
Das untere Ende der Welle 15 ist durch eine Kupplung 18 mit der Welle
eines kleinen Elektromotors i9, z, B. einer Motorenart, wie sie gewöhnlich für elektrische
Haushaltuhren verwendet werden, verbunden. Die Stromzuführungen 20 ZUM Motor i9
sowie das Erdungskabel der Welle 15 und des Futters 13 gehen durch eine Öffnung
in der Wand des Gehäuses 16.
-
Am Gehäuse 16 ist eine Halterung 21 für ein -kleines Rohr 22
angebracht, das aus Metall oder anderem festen Material besteht. Dieses Röhr wird
zweckdienlich als Winkel ausgebildet, wobei ein Schenkel in der Halterung 21 in
senkrechter Lage parallel zur Welle 15 gehalten wird. Vorzugsweise ist das Rohr
22 senkrecht in der Halterung 21 verstellbar, wobei es in der eingestellten Lage
durch eine Stellschraube 23 oder eine andere Vorkehrung gehalten wird.
-
Der untere, waagerecht stehende Schenkel des Winkelrohres 22 ist durch
einen Gummi- oder anderen biegsamen Schlauch 24 mit dem Windkessel, der Pumpe oder
einer anderen Vorkehrung, die nicht dargestellt ist, verbunden, um Luft oder Gas
unter Druck dem Rohr 22 für später zu erläuternde Zwecke zuzuführen. Ein U-förmig
gebogenes Rohr 26 aus Metall oder anderem festen Material wird durch ein Drehgelenk
25 mit dem oberen Teil des Rohres 22 verbunden.
-
Am anderen Ende des U-förmigen Rohres 26 ist ein geschlitzter Luftring
27 befestigt, der aus irgendeinem passenden Metall besteht. Durch Einschwenken des
Rohres 26, indem es sich in dem Drehgelenk 25 dreht, (kann der geschlitzte Luftring
27 genau über das Futter 13 gebracht werden, so da,ß die Achse des Ringes 27 und
des Futters 13 zusammenfallen, oder der Luftring 27 kann vom Futter 13 fortbewegt
-wenden, wodurch ein metallgefaßter Diamant zum Bohren eingelegt oder ein fertig
gebohrtes Ziehwerkzeug aus dem Futter 13 entfernt werden kann.
-
Einzelheiten des geschlitzten Luftringes 27 sind in Fig. 2 und 3 besser
ersichtlich. Die Enden des geschlitzten Ringes sind natürlich verschlossen. Die
Unterkante des Ringes 27 weist eine Anzahl kleiner Öffnungen 28 auf, durch welche
Luft oder Gas, das unter Druck durch .das U-förmige ,Rohr 26 dem Ring zugeführt
wird, nach einwärts und unten gerichtet wird. Wenn -der Ring beim Beginn des elektrischen
Bohrvorganges ,genau zentriert und in der Höhe eingestellt über dem Futter 13 und,dem
Diamanten i i steht, werden die Öffnungen 28 das Gas gleichförmig von allen Seiten
zur Spitze der Nadelelektrode leiten. Durch Lösen der -Stellschraube 23 kann das
Rohr 22 in der Halterung 21 auf und ab bewegt und eine genaue Höheneinstellung des
Luftringes 27 über dem Diamanten i i für verschiedene `'Werkzeuggrößen erzielt werden.
-
Die Nadelelektrode 29 wird in dem Bohrfutter 30 eingespannt, das an
einer verhältnismäßig langen Zugfeder 31 aufgehan.gen .ist. Die Feder 31 dient sowohl
beim Beginn als auch während des ganzen trischen Verbindung der NadeleIdktrode 29.
Um sowohl beim Beginn als auch während des ganzen Bohrvorganges einen gl-eichmäßigen
Druck der Nadelelektrode auf den Diamanten ohne weitere Nachstellung zu erzielen,
ist es wünschenswert, eine Feder aus weichem, dünnem Draht mit großer Windungszahl,
z. B. Nr. 24 A. W. G., lackiertem, weichem Kupferdraht, 300 Windungen und
io mm Außendurchmesser, zu verwenden.
-
Die Feder 31 wird mit ihrem oberen Ende am unteren Ende der senkrecht
aufgehangenen Stange 32 befestigt. Die Stange 32 hat einen gleitenden Sitz in einer
entsprechenden Buchse, die in einem Ende eines aus Isoliermaterial hergestellten
Armes 33 angebracht ist. Das andere Ende des aus Isoliermaterial bestehenden Armes
33 ist verstellbar am oberen Teil einer Säule 34 angebracht, die auf der Unterstützung
17 steht, wobei man zum Feststellen. des Armes 33 eine Stellschraube oder andere
passende Vorkehrungen verwenden kann.
-
Das obere Ende der Stange 32 ist mit einem Ende einer nichtleitenden
Schnur 35, z. B. Seide oder Leinen, verbunden, die über Führungsrollen einer Spulvorrichtung
36, die auf der UnterstÜtzung 17 befestigt ist, zugeführt ist. Durch Einstellen
der Spulvorrichtung 36 kann durch Auf- oder Abwickeln der Schnur 35 die Stange 32
mit der daran befestigten Feder 31 und dem Bohrfutter 30
auf und
ab bewegt werden, wodurch der Druck der Nadelelektrode 29 auf den Diamanten verändert
wird.
-
Die Spülvorrichtung 36 muß so konstruiert sein, daß man damit den
Druck der Nadelelektrode auf den Diamanten genau einstellen kann. Man kann z. B.
das Ende der Schnur 35 an der Spulvorrichtungsachse befestigen und mit einigen Windungen
aufwickeln. Die Spulvorrichtungsachse ragt durch eine Skala 38 hindurch, wobei auf
ihrem vorderen Ende ein Zeigerknopf 39 'befestigt ist. Wenn z. B. der Achsdurchmesser
etwa 6 mm und der Skalendurchmesser 75 bis Zoo mm beträgt, kann der Druck der Nadelelektrode
29 auf den Diamanten i i genauestens geregelt werden.
-
Zweckmäßig wird die Einteilung der Skala 38 so gewählt, daß sie den
Nadeldruck auf den Diamanten anzeigt, so daß man, nachdem die Nadelelektrode den
Diamanten i i gerade berührt, ablesen kann, um wieviel die Stange 32 tiefer gelassen
\%-erden muß, um den gewünschten genauen Druck auf den Diamanten auszuüben. Ein
Druck von o,5 g leim Beginn des elektrischen Bohrvorganges hat sich als zweckmäßig
erwiesen. Der anfänglich eingestellte Druck bleibt auf Grund der langen empfindlichen
Federaufhängung des Futters 30 während des Bobrens ohne Nachstellung fast
gleich.
-
Das obere Ende der Feder 31 ist mit dem Hochspannungskabe137 elektrisch
verbunden, wodurch der Nadelelektrode 29 und dem geerdeten "Futter 13 eine Spannung
zum Bohren des Diamanten zugeführt wird, wie es nachfolgend noch näher beschrieben
werden soll.
-
Wie ersichtlich, wird zum elektrischen Bohren des Diamanten ein Strom
hoher Spannung verwendet. Aus diesem Grunde wind' der ganze Apparat (Feg. i), mit
Ausnahme der Spülvorrichtung 36, zweckmäßig mit ei'nem.Gehäuse umgeben, so daß der
Apparat nur durch eine Tür erreichbar bleibt. Durch Verwendung eines geerdeten Metallgehäuses
und eines Schalters, der den Stromkreis automatisch öffnet, sobald die Tür geöffnet
wird, ist die Bedienung gegen die Gefahr elektrischer Schläge gesichert. Die Spülvorrichtung
wird zweckmäßig außerhalb des Gehäuses angeordnet, um eine Möglichkeit zum Nachregeln
zu 'haben, falls dies notwendig werden sollte, was jedoch kaum anzunehmen ist.
-
Bei denVorbereitungen, um denApparat (Feg. i) zum elektrischen Bohren
eines Diamant-Ziehwerkzeuges herzurichten, wird der geschlitzte Luftring 27 von
dem Futter 13 fort-geschwungen und die Nadelelektrode 29 samt Bohrfutter
30 mit der Spülvorrichtung 36 angehoben. Ein in Metall gefaßter Diamant,
dessen Vorbereitung zum elektrischen Bohren hierin später beschrieben werden soll,
wird in das Futter 13 so eingelegt und mit den Schraulren 14 befestigt, daß die
Achse des zu bohrenden Werkzeuges mit der des Futters 13 und der Welle 15 zusammenfällt.
-
Nun wird mit der Spülvorrichtung 36,die Nadelelektrode 29 so weit
herabgelassen, bis ihre Spitze in der spitzen Ansenkung am oberen Ende der gewünschten
Achse im Diamanten aufsitzt. Die Stange 32 wird dann noch zusätzlich um das Stück
herabgelassen, um den gewünschten Druck, z. B. o,; g, der Nadelelektrode auf den
Diamanten zu erhalten. Falls das -Nlotoreiigehäuse 16 nicht auf der Unterstützung
17 befestigt ist, muß darauf geachtet werden, daß sich die Ansenkung in deroberen
Fläche des Diamanten direkt unter der Nadelelektrode befindet, bevor die Elektrode
den Diamanten berührt.
-
Nachdem die Nadelelektrode auf den Diamanten leerabgelassen ist, wird
der geschlitzte Luftring 27 mittig über dem Diamanten in Stellung gebracht. Die
Höhe des geschlitzten Luftringes 27 wird zur freilegenden oberen Fläche des Diamanten
ii so eingestellt, daß die aus den Öffnungen 28 tretenden Gasströme die N adelclektrode
29 an dem Punkt treffen, "-o diese den Diamanten berührt. Dann wird Luft oder Gas
unter Druck dem geschlitzten Ring 27 durch die Rohre 24, 22 und 26 zugeführt,
von wo es von allen Seiten gleichmäßig in vielen kleinen Strahlen auf die Spitze
der Nadelelektrode gerichtet wird.
-
Bevor der elektrische Bohrvorgang beschrieben wird, soll beschrieben
werden, wie ein Diamant zum Bohren für dasVerfahren und denApparat der vorliegenden
Erfindung vorbereitet wird. Zuerst wird der Diamant auf die gewünschte Bohrungsachse
hin untersucht. Die Lage dieser Achse hängt von der Größe, Gestalt, dem Kristallaufbau
des Diamanten, der Größe der zu bohrenden Ziehöffnung und anderer Faktoren ab, die
Fachleuten dieses Gebietes bekannt sind. Im allgemeinen wird die festgelegte Achse
sowohl ein starkes Ziehwerkzeug als auch wirtschaftlichste Ausnutzung des ganzen
Diamanten verkörpern, womit sowohl eine größtmögliche Anzahl von Nachbohrungen als
auch das wirtschaftlichste Ziehprofil für den vorgesehenen Zweck gemeint sind.
-
Nach dem Verfahren dieser Erfindung ist es nicht nötig, irgendwelche
polierten Flächen oder sonstige Formgebungen am Diamanten vor dem Bohrvorgang anzubringen
oder vorzunehmen. Somit können Diamanten irgendwelcher Form verwendet werden und
stehen der Wahl der Werkzeugachse keine Einschränkungen gegenüber. Hierdurch können
haltbarere Werkzeuge hergestellt werden; wobei gleichzeitig größere wirtschaftliche
Ausnutzung des ganzen Diamanten zum Ziehen von Draht erreicht wird.
-
Nachdem die gewünschte Werkzeugachse festgelegt ist, wird der Diamant
vollständig in einem kurzen zylindrischen Metallkörper, z. B. Stahl, eingebettet.
Vorzugsweise wird der Diamant unter beträchtlichem Druck in den Metallkörper, während
derselbe sich in verformbarem Zustand befindet, eingepreßt, so daß das Metall denselben
auf seiner ganzen Oberfläche fest unter Druck umschließt, wenn das Metall abkühlt.
-
Diese Mefallumhüllung stellt eine bequeme Haltevorrichtung des Diamanten
für den nachfolgenden Bohrvorgang dar und schützt ihn gleichzeitig vor Bruch, der
entweder durch äußere Schläge oder
iliner: Spannungen beim Bohrvorgang
eintreten kennte. Die innige Verbindung des Diamanten mit dem ihn umgehenden Metall
fördert dien gleichmäßigen besseren Wärmeabfluß von diesem undverringert somit auch
die Bruchgefahr während des liolirvorganges. Da beim elektrischen Bohren hohe Temperaturen
im Diamanten direkt unter der Naclel-elektro<le lreliütigt werden, wird es als
@@ ünscliens«ert erachtet, die Temperaturen in anderen Teilen deDialnanten zu begrenzen.
Diese Metallumhüllung verkörpert die endgültige Fassung des 1>iamaciteii, wobei
dies im Gegensatz zu allen anderen, den Erfindern bekannten Verfahren vor (lern
elektrischen Bohren des Diamanten geschieht.
-
l,' irr deii Erfolg des elektrischen Bohrvorganges gemäß dieser 1?rfindung
ist es wichtig, daß die Lage cles Diamanten tind die gewünschte Werkzeugachse innerhalb
der Metalltunhüllung genau festliegt und bekannt ist. Zweckmäßig läßt man die gewünschte
Werkzeugachse niit der Längsachse der Metallumhüllung zusammenfallen. Zu diesem
Zweck wird empfohlen, den Diamanten nach dem Verfahren von fl. C. W _v 1 a n d (amerikanische
Patentschrift 171 323) in Metall zu fassen.
-
Nach dem Wvland-Verfahren ist es eine verliältnismäßig einfache Angelegenheit,
den Diamanten unter Druck in Metall so einzubetten, daß die gewählte N1'erkzeugaclise
mit der Längsachse des zylindrischen Umhüllungsikörp-ers zusammenfällt. Trotzdem
der Diamant bei dieser Herstellungsstufe vollständig von Metall umgeben ist, bereitet
es keine Schwierigkeiten, die nachfolgenden Arbeitsgänge zur Herstellung eines Ziehwerkzeuges
auszuführen.
-
Als Nächstes werden an den gegenüberliegenden Flächen der Metallumhüllung
verhältnismäßig kleine Flächen des Diamanten freigelegt. Der Diamant bleibt voni
Metall überall fest gehalten mit Ausnahme der kleinen Flächen an den Enden der Werkzeugachse.
-
In die beiden freigelegten Flächen des Diamanten werden nun zweckmäßig
flache Aushöhlungen eingeschliffen, vieren tiefste Punkte die gewünschte Achse darstellen.
In diesem Zustand ist der Diamant in der linken Abbildung der Fig. 4 dargestellt.
Durch (las Ansenken des Diamanten an dem späteren Eintritt der Ziehöffnung wird
das Ansenken des kleinen Kegels, der zur Aufnahme der Nadelelektrode beim Beginn
des elektrischen Bohrvorganges dient, erleichtert.
-
Dieses Ansenken geschieht zweckmäßig mechanisch unter Benutzung einer
stumpfen groben Nadel und vcrli:iltnisniiißig groben Diamantpulvers nach lxkannteti
Verfahren. Bei der Herstellung von Diamant-Ziehwerkzeugen in der Größe von o,os
bis 0,8 mm werden zum Ansenken der beiden freigelegten Diamantflächen im Durchschnitt
ungefähr 1,2 Arbeitsständen benötigt, wenn Meterspindelmaschinen benutzt werden.
-
Ein kleiner spitzer Kegel wird dann auf der Eintrittseite des Ziehwerkzeuges
in die angesenkte Fläche gebohrt. Dieser Kegel liegt genau auf der gewünschten Werkzeugachse.
Zweckmäßig wird auch die gegenüberliegende Senkfläche an der ungefähren Austrittstelle
der Ziehöffnung angebohrt, so daß die Stärke des Diamanten an der gewünschten Werkzeugachse
auf etwa 0,25 bis o,6 mm, je nach der erwähnten Größe, verringert wird. DerDiamant
entspricht jetzt etwa der zweiten Abbildung in Fig. 4, wobei die Form und Größe
der gebohrten Öffnungen zur besseren Veranschaulichung etwas entstellt gezeichnet
sind, Wie bei dem Ansenken w#2rl°n auch diese Bohrarbeitsgänge zweckmäßig nicci,aniscli
unter Verwendung einer spitzen Nadel und etwas feinerem Diamantstaub vorgenommen.
Die für diese Bohrarbeitsgänge benötigte Zeit beträgt etwa 1,2 Arbeitsstunden je
Ziehwerkzeug der beschriebenen Größen.
-
Zweckmäßig werden die gerade beschriebenen Ansenk- und Bohrarbeitsgänge
mechanisch nach bestens bekannten Verfahren ausgeführt, da diese groben Bohrarbeiten
schnell und wirtschaftlich von verhältnismäßig unerfahrenen Kräften ohne besondere
Schwierigkeiten ausgeführt werden können. Es ist der kleine Durchmesser des nachfolgenden
Kegels, der bei (121i bekannten mechanischen Bohrverfahren so lange Zelt und höchstgradige
Fachleute erfordert, um ein Ziehwerkzeug der gewünschten Größe und Form herzustellen.
-
Der Diamant ist nun fertig für den elektrischen Bohrvorgang; bevor
jedoch derselbe beschrieben wird, ist es gut, sich mit dem hier angewandten elektrischen
Stromkreis vertraut zu machen.
-
Fig. 5 stellt ein Stromlaufschema eines zweckmäßig zum Diamantbohren
verwendeten elektrischen Kreislaufs gemäß der vorliegenden. Erfindung dar. Links
sieht man die Verbindung mit der elektrIschenKraftquelle, zweckmäßig 22oVolt, 5oPerioden
\1'ecliselstrom. Ein Leiter geht über den Türschalter CDS, der den Stromkreis unterbricht,
wenn die Tür des Gehäuses zur Hochspannungsanlage geöffnet wird.
-
Die Stromquelle ist über eine automatische Schaltuhreinrichtung mit
einem Hauptschalter, zweckmäßig einem Magnetschalter bekannter Bauart, verbunden.
Für die Schaltuhreinrichtung verwendet man am besten eine Bauart, die von Hand gestellt
wird, so daß -der Stromkreis nach Ablauf der eingestellten Zeit automatisch geöffnet
wird, wobei gleichzeitig ein sieht- oder hörbares Signal oder beides die Bedienung
hiervon in Kenntnis setzt.
-
Solch ein Stromkreisschema für eine automatische Schaltuhreinrichtung
ist in Fig. 5 dargestellt. Es bedeutet: TS der Schalter für die Schaltuhreinrichtung;
SM ist der die Einrichtung antreibende Synchronmotor; K ist der Wechselkontakt,
der in seiner oberen Stellung geschlossen ist, wenn die Schaltuhreinrichtung am
Anfang der Zeiteinstellung steht und der in seine untere Stellung am Ende des eingestellten
Zeitabschnitts fällt; B ist ein Summer oder anderes Signalgerät; List eine Kontrollampe.
Eine passende Schaltuhreinrichtung für diesen Zweck ist das Modell S-i H der International
Timer Corporation, die von Minuten bis zu höchstens i Stunde eingeteilt ist.
-
Von dem Hauptschalter gehen Verbindungen
über ein
Potentiometer oder einen Spartransformator AT zu der Primärwicklung eines Hochspannungstransformators
T.
-
Das Zwischenschalten eines Spartransformators ermöglicht eine Spannungsregelung
des Bohrstroms. Eine Kontrollampe, die zwischen Hauptschalter und Spartransformator
geschaltet ist, leuchtet auf,. wenn der Hochspannungsstromkreis unter Spannung steht;
ein Amperemeter kann in einem der Leiter, die vom,Spartransformator kommen, zwischengeschaltet
werden.
-
Der Kondensator C ist parallel zwischen, die Sekundärwindungsleiter
des Hochspannungstransformators T geschlossen. Der Leiter eines Sekundärpols des
Transformators ist, wie bei G, geerdet und ebenfalls mit dem Futter 13, welches
den in Metall eingefaßten Diamanten während des elektrischen Bohrvorganges hält,
elektrisch verbunden. Der andere Sekundärpol wird durch den Leiter 37 mit dem oberen
Ende der Feder 31 verbunden (in Fig. 5 nicht gezeigt), um der Nadelelektrode 29
Strom zuzuführen. Der Transformator T formt zweckmäßig die Spannung von
220 Volt auf 12 ooo Volt. Nach Ansicht der Erfinder ist es unnötig, im Sekundärstromkreis
Funkenstrecken einzuschalten, wie es bei früheren Z'erfahren'der Fall ist, jedenfalls
ist es bei der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich.
-
Der Motor M ,(i9 in Fig. i) wird zweckmäßig zwischen Schaltuhreinrichtung
und Magnetschalter durch die Leiter 20 an das 220 Voltnetz angeschlossen. Sobald
der Schalter für die Schaltuhreinrichtung TS eingeschaltet und der Wechselkontakt
K durch Einstellen der Schaltuhreinrichtung für den gewünschten Zeitabschnitt geschlossert
ist, wird der Motor a1 mit Strom gespeist, und das Futter 13 fängt an sich zudrehen.
30 UPM sind für :dieses Verfahren als geeignet befunden.
-
Beim Bohren eines Diamanten i i gemäß der vorliegenden Erfindung wird
derselbe in Metall 12 eingebettet und, wie schon beschrieben, zum Bohren vorbereitet.
Der in Metall eingebettete Diamant wird dann im Futter 13 so eingespannt, daß er
direkt unter der Nadelelektrode 29 liegt und die gewünschte zu bohrende Achse mit
der der Welle 15 zusammenfällt. Die Nadelelektrode wird durch die Spulvorrichtung
36 so weit herabgelassen, bis die Spitze derselben den kleinen Kegel der oberen
Ansenkfläche des Diamanten berührt; dann wird die Stange 32 zusätzlich um das Stück
herabgelassen, das der Nadelelektrodeden gewünschten Druck auf den Diamanten gibt.
-
Der geschlitzte Luftring wird nun in seine Lage über den Diamanten
gebracht und, falls nötig, in der Höhe so eingestellt, daß die Luft, die demselben
durch die Rohre 24, 22 und 26 zugeführt wird, gleichmäßig von allen Seiten auf die
,Spitze der Nadelelektrode geblasen wird. Nun kann die Tür des Gehäuses, das die
Hochspannungsanlage umschließt, geschlossen. werden, wodurch der Schalter
C DS eingeschaltet wird.
-
Nun wird der Schaltelf TS für die Schaltuhreinrichtung geschlossen
und danach die Schaltuhreinrichtung für den gewünschten Zeitabschnitt eingestellt.
Durch das Einstellen der Schaltuhreinrichtung wird der Wechselkontakt K in seine
obere Stellung gebracht und Strom dem Motor i9 durch die Leiter 2o zugeführt, ,so
daß sich der Diamant, der im Futter 13 eingespannt ist, um die festgelegte Achse
dreht.
-
Dann wird der Magnetschalter geschlossen, wodurch das Potentiometer
AT und der Hochspannungsstromkreis gespeist werden und zwischen der Nadelelektrode
29 und dem den Diamanten i i umschließenden Metallgehäuse 1? ein hoher Spannungsabfall
entsteht.
-
Von der Spitze der Nadelelektrode springt auf das :@-letallgehäuse
12 ein elektrischer Lichtbogen über. Da die Spitze der Nadelelektrode sehr heiß
wird, muß das Potentiometer so eingestellt werden, daß die Nadel gerade rotwarm
wird, worauf dann die Spannung noch etwas zurückgestellt wird'. Einmal auf die gewünschte
Spannung eingestellt, braucht das Potentiometer während dieses oder nachfolgender
Bohrvorgänge keine weitere Wartung, solange sonst keine Änderungen im Stromkreis
vorgenommen werden.
-
Durch die fortgesetzten elektrischen Entladungen wird der kleine Kegel,
in dem die Spitze' der Nadelelektrode ruht, allmählich tiefer. Dieser kleine Kegel
hält heim Beginn des Bohrvorganges die Nadel genau auf der gewiitischten Werkzeugachse.
Fortgesetztes Drehen des Diamanten während des Bohrvorganges sowie die Gasströme,
die gleichmäßig von allen Seiten der Nadelspitze zugeführt werden, gewährleisten,
daß die gebohrte Öffnung gleichmäßig in Form und gerade entlang ,der gewünschten
Werkzeugachse verläuft.
-
Was tatsächlich unter der Nadelelektrodenspitze vor sich geht, ist
nicht ganz klar. Es wird jedoch angenommen, daß der Diamant durch die große Wärme
unter der Nadelspitze oxydiert. Durch Zuführen von Luft oder anderem Oxydationsgas
zur Nadelspitze wird dieser Vorgang beschleunigt.
-
Gleichzeitig hilft das Gas die Nadelelektrode kühlen, wodurch ein
höherer Strom und stärkerer Funke zur Erzielung höherer Temperaturen im Diamanten
direkt unter der Spitze der Platin- oder Platin-Iridium-Nadel verwendet werden kann,
ohne jedoch die Nadel selbst übermäßig oder schädlich zu überhitzen. Wir haben festgestellt,
daß etwa 3oMilliampere im Sekundärstromkreis zweckmäßig sind. Die von allen Seiten
gleichmäßig auf die Nadelspitze gerichteten Gasströme sind zur Erzielung einer geraden,
rund um die Werlkzeugachse liegenden Bohrung wichtig. Das Gas nur von einer oder
zwei Seiten auf die Nadel zu richten, ist nicht ratsam, da dadurch der elektrische
Lichtbogen und das Bohren beeinflußt wird undt eine nicht gleichmäßige Bohrung im
Diamanten entstehen kann.
-
Die Erfinder ziehen es vor. Luft durch die Öffnungen des geschlitzten
Luftringes gegen die Spitze der Nadelelektrode zu richten; dabei haben sie festgestellt,
daß der Luftdruck für einwandfreies Bohren ziemlich empfindlich ist. Zweckmäßig
sollte der Luftdruck etwa 17-5 min Quecksilbersäule
betragen,
jedoch sind kleine Abweichungen zulässig. Wenn jedoch der -Druck Zoo mm Quecksilbersäule
übersteigt, treten in der Nadel derartige Schwingungen auf, daß ein einwandfreies
Bohren irr Frage gestellt wird, selbst wenn die Luftstromzufuhr gleichmäßig von
allen Seiten erfolgt. Falls jedoch auf der anderen Seite der Druck unter t 5o mm
Quecksilbersäule fällt, wird die Nadel für ein befriedigendes Bohren nicht mehr
genügend gekühlt.
-
Wenn durch Schließen des Magnetschalters der elektrische Bohrvorgang
eingeschaltet ist, bleibt für die Bedienung bis zum Durchbohrendes Diamanten oder
bis die Schaltuhreinrichtung automatisch dien Stromkreis nach Ablauf des eingestellten
Zeitabschnitts öffnet, nichts weiter zu tun übrig. Zweckmäßig schaltet sich der
Stromkreis beim Durchbrechen des Diamanten selbsttätig aus. Während des Bohrvorganges
kann es notwendig werden, d-ie Nadelelektrode nachzuschleifen und wird mitRÜCksicht
hierauf das Einstellen der Schaltuhreinrichtung vorgenommen. Trotzdem beträchtliche
Abweichungen zulässig sind, werden unter folgenden Bedingungen gute Erfolge verzeichnet.
-
Zur Fertigstellung einer Werkzeugbohrung unter etwa o, 16 mm 0 ist
es zweckmäßig, das elektrische Bohren mit einer Nadel von o,5 mm 0 zu beginnen und
die Schaltuhreinrichtung auf 5 Minuten Bohrzeit zu stellen. Dann wird eine spitze
Nadel von 0,25 mm 0 genommen und die Schaltuhreinrichtung auf io Minuten eingestellt.
In den meisten Fällen genügt das, um den Diamanten zu durchbohren, falls nicht,
muß die Nadel nachgeschliffen und die Schaltuhreinrichtung für weitere io Minuten
eingestellt werden. Für größere Bohrungen ist es ratsam, aufeinanderfolgende io
Minuten Laufzeiten mit der 0,5 mm 0 Nadel zu machen, bis der Diamant durchbohrt
ist, wobei die Nadel zwischen den Laufzeiten nach Bedarf nachgeschliffen werden
kann.
-
Nach Abschluß des elektrischen Bohrvorganges entspricht das Loch im
Diamanten etwa dem dritten Bilde in Fig. 4. Der durchbohrte Diamant wird in der
üblichen Art fertiggestellt, Da die elektrisch gebohrte Öffnung genau um und auf
der gewünschten Achse liegt, dauert das Fertigbearbeiten ungefähr dieselbe Zeit
wie bei einer nach den bekannten mechanischen Verfahren hergestellten Werkzeugbohrung.
-
Fig. 4 stellt ein Ablaufschema des Bobrens vnd Fertigbearbeitens von
Diamant-Ziehwerkzeugen gemäß dieser Erfindung dar. Auf diese Zeichnung ist schon
hingewiesen worden und wird angenommen, daß auf Grund der Beschriftungen keine weiteren
Erklärungen notwendig sind. Die in der Zeichnung eingetragenen Zeiten sind Durchschnittszeiten
zur Herstellung von Diamant-Drahtzie'hwerkzeuges in der Größe von o,o5 bis o,8 mm
0.
-
Aus der vorhergehenden Beschreibung wird ersichtlich, daß die Erfinder
ein neues verbessertes Verfahren nebst Apparat zur Herstellung von Diamant-Drahtziehwerkzeugen
geschaffen haben, bei dem der Diamant elektrisch in einigen Minuten durchbohrt werden
(kann. Das Verfahren stellt eine wichtige Vereinfachung gegenüber den, bekannten
früheren dar, wobei in Diamanten beliebiger Form durch verhältnismäßig unerfahrene
Arbeitskräfte gleichmäßige Öffnungen gebohrt werden können.