DE971051C - Vorrichtung zum Lochen von aus hartem dielektrischem Werkstoff bestehenden synthetischen Edelsteinen (Lagersteinen) - Google Patents

Description

• Vorrichtung zum Lochen von aus hartem dielektrisdhem Werkstoff bestehenden synthetischen Edelsteinen (Lagersteinen) Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Lochen von aus hartem, dielektrischem Werkstoff bestechenden synthetischen Edelsteinen (Lagersteinen), insbesondere Korund, mittels elektrischer Durchschlagsentladung, welche vorzugsweise für industrielle Zwecke bestimmt sind, z. B. als aus Rubin bestehende Lagersteine für Uhren oder andere Instrumente.
• Das Lochen von Edelsteinen erfolgt bisher mittels eines sehr feinen und sehr schnell umlaufend angetriebenen. Bohrers, wobei gegebenenfalls noch ein ausschleifendes Nacharbeiten des so erzeugten Bohrloches stattfindet, um ihm die gewünschte Abmessung zu geben. Dieses Bearbeiten von Edelsteinen geschieht also mit Hilfe rein mechanischer Mittel. Dabei ist in der Regel außerdem noch die Verwendung von teueren Diamantsplittern oder von Diamantpulver erforderlich, die als Bohr-bzw. Schleifhilfsmittel dienen. Dieses bekannte Arbeitsverfahren ist daher ziemlich umständlich. Es verlangt sehr empfindliche Spezialwerkzeuge, beansprucht große Arbeitsgeschicklichkeit, es ist zeitraubend und fällt bei alledem recht kostspielig aus. Es ist auch bereits bekannt, Diamanten mit elektrischen Entladungen zu durchbohren, und zwar entweder in einem Elektrolyten unter Verwendung von aufliegenden Nadelelektroden, bei Bohrzeiten von ro Sekunden bis zu mehreren Minuten je Loch, oder unter Verwendung von oxydierenden Gasen, wobei jedoch zuvor auf mechanischem Wege Vorbohrungen angefertigt werden und nur die Restbohrung elektrisch erledigt wird. Auch das Bohren feinster Löcher mit Hilfe von gebündelten Korpuskularstrahlen im Vakuum ist angewendet worden. Sdhließlidh ist es auch bekannt, weiche Isolierstoffe mit Hilfe von Funkenentladungen zu lochen, jedoch können diese Verfahren nicht zum Lochen von harten,, relativ dicken Steinen angewendet werden.
• Die Erfindung hat zum Ziel, eine Vorrichtung für die Lochung von synthetischen Edelsteinen zu schaffen, mit welcher das Lochen im Bruchteil einer Sekunde vor sich geht und auf automatischem Wege erfolgen kann.
• Die Erfindung besteht darin, daß das zu lochende Werkstück einem zwischen zwei hochspannungführenden Elektroden befindlichen elektrischen Feld ausgesetzt wird, und zwar so, daß für den Durdhschlagsfunken zwischen diesen Elektroden und dem zu lochenden Werkstück vorzugsweise von beiden Seiten her ein vom Funken mit zu durchsetzender Luftweg eingehalten bleibt und daß das Werkstück dabei, wie an sich bekannt, mit Äusnahme des Durchschlagsbereiches in einem es mit einer nichtleitenden Flüssigkeit oder einer Nichtleiterpaste umgebenden Lager gehalten sitzt.
• Durch die Vorschaltung des Luftkanals bzw. der Luftkanäle wird die erforderliche Anfangs-Entladespannung, also die Zündspannung, erheblich gesteigert und damit auch die Größe der elektrischen Ladung, die bei dem Funkendurchschlag zur Auswirkung kommt und die Lochung des Steines bewirkt. Die Spannung beträgt je nach den Abmessungen und den eielektrischen Eigenschaften des Steines mehrere ro ooo Volt. Die Bereitstellung der Ladungsenergie erfolgt in bekannter Weise zweckmäßig in umschaltbaren Kondensator-Batterien.
• Um Edelsteine in der neuen Art industriell und wirtschaftlich bearbeiten zu können, und zwar so, daß stets von Fall zu Fall gleichmäßige Ergebnisse erzielt werden, ist es unbedingt notwendig, diese Werkstücke während ihres Lochens in einer geeigneten Vorrichtung zu halten. Handelt es sich dabei. um das Lochen von Rubinsteinen für Uhrenlager. od. dgl., so ist es außerdem notwendig, daß das zu erzielende Lagerloch im Werkstück entsprechend zentriert ausfällt. Dieses Ergebnis läßt sich gleichfalls sichern durch Verwendung einer das Werkstück entsprechend haltenden Vorrichtung.
• Wenn man z. B. einfach ein Rundstück z. B. aus Corund in der genannten Weise lochen will, wird man dieses zweckmäßig zwischen zwei Elektroden halten, .denen dann eine ausreichende Potentialdifferenz von einigen roooo Volt erteilt wird. Dabei muß dann aber noch dafür gesorgt werden, daß der Überschlagsfunke seinen Entladungsweg nicht unter Umgehungen des Werkstücks nimmt, sondern daß er seinen geringsten eielektrischen Widerstand gerade im zu erzielenden Lochungsweg findet; denn nur in diesem Falle kommt das gewünschte Lochungsergebnis zustande. Um dieses Ergebnis zu erlangen, gibt man das z. B. runde Werkstück in eine ihm besonders geformt angepaßte Haltevorrichtung. Diese ist -dabei in ihrem Material und in ihrer Ausbildungsform so zu wählen, daß dann der eielektrische Widerstand im Umgehungsweg des Werkstücks wesentlich größer ausfällt als in jenem Weg, der durch das Werkstück selbst hindurchgeht. Man muß dafür sorgen, daß der Durchschlagsfunke zwischen den seine Spannung zufährenden Elektroden dann den geringsten Durdischlagswiderstand findet, wenn er das Werkstück genau zentrisch durchschlägt. Das im Werkstück erhaltene Durdhschlagsloch fällt in diesem Falle dann wunschgemäß auch entsprechend zentrisch aus.
• Die Haltevorrichtung für das Werkstück kann dabei aus jedem. geeigneten guten Dielektrikum gewählt sein und auch jede passende Form haben. Es kann eine ebene Platte sein, eine sich drehende Scheibe oder ein Förderband, die so ausgeführt sind, daß sie das zu lochende Werkstück einzeln oder in Fließarbeit haltend aufnehmen können.
• Nachstehend ist die Erfindung mit ihren Einzelheiten in mehreren Ausführungsbeispielen, die verschiedene Formen einer Vorrichtung zur Ausübung des neuen Verfahrens wiedergeben, an Hand von Zeichnungen noch näher erläutert und beschrieben. Es zeigt dabei im einzelnen Fig. r eine Anordnung zum Lochen von Edelsteinen mittels eines elektrischen Durchschlagsfßnkens in schematischer Darstellung und gegenüber den vorhandenen natürlichen Größenwerten etwa im Verhältnis r : to vergrößert wiedergegeben, Fig. z eine im Prinzip gleiche Anordnung, bei der die Haltevorrichtung für den zu lochenden Edelstein aber etwas anders ausgebildet ist, Fig.3 eine selbsttätig arbeitende Anlage, die mittels Fließband betrieben wird.
• In den Figuren sind e zwei Elektroden, an die durch irgendeine geeignete Spannungsquelle gegenseitig ein so hoher unterschiedlicher Spannungswert angelegt wird, daß zwischen ihnen ein Entladungsfunke überschlägt. Dieser elektrische Funke wird jetzt zum Lochen von Edelsteinen nutzbar gemacht: Hierfür wird dieser Edelstein, im Beispiel in Form eines runden Plättchens r ausgeführt, zu diesem Zweck in den Durchschlagsweg des Funkens gebracht. Dies geschieht mit Hilfe einer nicht leitenden Platte d2, die aus einem hochwertigen Isolierstoff besteht. In dieser Platte ist ein Rundbett r1 vorgesehen, in das das runde Edelsteinplättchen r gerade hineinpaßt. Darüber ist dann nochmals eine dünnere Platte d1 gelegt, die ebenfalls aus hochwertigem eielektrischem Werkstoff besteht. Beide Platten d1 und d2 haben außerdem je einen Luftkanal 1, bzw. 12, die zentrisch zur Mittelachse des Edelsteinplättchens r verlaufen. Das zwischen den die Hochspannung führenden Elektroden e vorhandene elektrische Feld sorgt dafür, daß in den Luftwegen 1i und 12, die zum Edelsteinplättchen r führen, beidseitig eine starke Ionisierung auftritt, die für den Entladungsfunken dann einen sehr verringerten Widerstand bildet und dadurch dafür sorgt, daß der Funke zentral gerichtet an den Edelstein herangeführt wird und ihn dann auch zentrisch lochend durchschlägt. Dabei bleibt zugleich ausgeschlossen, daß das Durchschlagen des Funkens durch die Isolierstoffplatten dl und d2 vor sich geht, weil hierbei ein größerer dielektrischer Widerstand zu überwinden wäre. Damit der Funke aber auch nicht im Bett r1 um den Edelstein r herum seinen Weg nehmen kann, werden seine Außenkanten und gegebenenfalls noch deren Umgebung zweckmäßig zusätzlich noch mit einem hochwertigen flüssigen oder pastenartigen Isoliermittel i bestrichen, das z. B. aus Transformatorenöl dickflüssiger Konsistenz od. dgl. be; stehen kann. Alle diese Maßnahmen gewährleisten, daß der Edelstein r durch den ihn durchsetzenden Entladungsfunken wunschgemäß zentral gelocht wird. Durch Bemessung der elektrischen Leistung, mit der man den Funken entstehen läßt, hat man es in gewissem Umfange in der Hand, die Stärke des zu erzeugenden Loches zu regeln.
• Die Anordnung nach Fig.2 unterscheidet sich von der oben beschriebenen im wesentlichen nur dadurch, daß die obere Elektrode e in einer etwas weiter gehaltenen Aussparung einer Isolierplatte d3 ziemlich direkt an das zu lochende Werkstück r herangeführt ist. Auch hier sorgt der Luftkanal 1" wieder dafür, daß der Überschlagsfunke den Edelstein r zentral locht. i ist gleichfalls eine aufgestrichene Ölmasse, die verhindert, daß der Funke seinen Weg außen um den Edelstein r herum nehmen kann.
• Das Auswechseln des Edelsteinplättchens r erfolgt dadurch, daß die obere Elektrode e, wenn sie stromlos gemacht ist, entsprechend weit hochgezogen wird, um das fertig gelochte Werkstück herausnehmen und ein neues ins Bett r, einlegen zu können. Die Isolierstoffplatte d3 kann auch als Drehscheibe ausgebildet sein, in der dann im Kreis angeordnete Arbeitsstellen vorgesehen sein können, wie eine davon in Fig. 2 im Schnitt dargestellt ist, wobei diese Arbeitsstellen dann beim Drehen der betreffenden Scheibe schrittweise nacheinander zwischen die Elektroden geführt werden.
• Bei der Anordnung nach Fig. i geschieht das Auswechseln des zu lochenden Werkstücks r dadurch, daß die Platten d1 und d2 nach der Seite hin aus dem Bereich der Elektrode e hinausgeschoben werden. Die Platte d1 wird dann abgenommen, um zum Auswechseln des Werkstücks an das Bett r1 heranzukommen. Eine solche Anordnung kann nun analog auch sehr vorteilhaft zur Schaffung einer selbsttätig arbeitenden Vorrichtung verwendet werden, wie sie in Fig. 3 schematisch wiedergegeben wird. Hierbei sind die Platten d1 und d2 durch zwei Förderbänder Bi und B2 ersetzt, die in der eingezeichneten Pfeilrichtung umlaufen. Diese Bänder bestehen ebenfalls aus einem hochwertigen Isolierstoff jeder geeigneten Art, hergestellt z. B. auf der Basis von Polyvinylchlorid, eines Polyamids oder sonstwie eines Mischpolymerisats. Auch hier sind für -die aus hartem dielektrischem Werkstoff bestehenden zu lochenden Werkstücke, insbesondere also für die zu lochenden Lagersteine für Uhren od, dgl., die Einbettungslager r1 mit zugehörigen Luftkanälen 1i und 12 in regelmäßigem Abstand in Reihe hintereinander angeordnet. Die Bänder Bi und B2 laufen dabei gleich schnell miteinander um. Sie liegen sich im Überdeckungsbereich dicht auf dicht an, wodurch jede nachteilige gegenseitige Reibung zwischen den Bändern vermieden bleibt. L ist eine automatisch arbeitende Beschickungsvorrichtung, die im richtigen Zeitpunkt in jedes Einbettungslager r1 von selbst einen Edelstein od. dgl. einlegt, der dann zwischen den Elektroden e durch einen im richtigen Zeitpunkt erfolgenden Überschlagsfunken in der oben schon erläuterten Weise gelocht wird. E ist eine z. B. mit Saugwirkung arbeitende Entladevorrichtung, die die fertig gelochten Steine schließlich wieder selbsttätig auch vom Förderband B2 abnimmt. S1 bis S4 sind die Förderrollen für die beiden Bänder Bi und B2, von denen je eine zweckdienlich angetrieben wird.
• Es sei erwähnt, daß sich die Erfindung in ihrer Anwendung nicht allein auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie kann vielmehr im Rahmen der Erfindung auch noch in anderer Weise verwirklicht werden.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: z. Vorrichtung zum Lochen von aus hartem dielektrischem Werkstoff bestehenden synthetischen Edelsteinen (Lagersteinen), insbesondere Korund, mittels elektrischer Durchschlags-.entladung, dadurch gekennzeichnet, daß das zu lochende Werkstück (r) in freier Luft zwischen zwei, es nicht berührenden hochspannungführenden Elektroden (e) derart angeordnet ist, daß einseitig oder beidseitig zwischen Werkstück (r) und Elektrode (e) in geradliniger Verbindung ein Luftkanal (i1, 12, 1s) in einem Zwischenstück aus solchem dielektrischen Material (di, d2, d3) vorgesdhen und das Werkstück (r) in an sich bekannter Weise in nichtleitenden Stoffen (i) derart eingebettet ist, daß die Lochung durch einen einzigen Fun'leen-. durchschlag ausschließlich geradlinig durch das Werkstück hindurch erfolgt.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß als Haltevorrichtung für das zu lochende Werkstück (r) eine aus Isolierstoff bestehende Drehscheibe dient, in welcher in kreisförmiger Anordnung vorgesehene Einbettungsstellen für die Werkstücke angebracht sind, die bei schrittweise erfolgender Weiterschaltung der Drehscheibe zwischen den Elektroden (e) durchlaufen.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß als Haltevorrichtung für das zu lochende Werkstück (r) ein aus Isolierstoff bestehendes, zwischen den Elektroden (e) durchlaufendes Transportband (B2) dient, in welchem für dieses Werkstück in Reihe (hintereinanderliegende Einbettungsstellen (r1) -angeordnet sind, wobei vorzugsweise noch ein zweites Umlaufband (B1) vorgesehen ist, welches, synchron mit dem Transportband (B2) umlaufend, dessen für die Werkstücke dienende Einbettungslagerstell.en (r,) nach oben hin mit abdeckt und nur an den Durahlaßstellen für den Funken Luftkanäle (1I) aufzuweisen hat. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 672 832, 938 681, 856 874, 822 968, 830 762, 865 115; britische Patentschriften Nr. 558 834, 593 891; USA.-Patentschriften Nr. 692 834, 2 141 869, 2 550 366; französische Patentschrift Nr. 1 031411; VDI-Zeitschrift, 1949, Heft i, S. 16; 1941, Heft 11, S. 265 bis 268; Zeitschrift »Werkstatt und Betrieb«, 1954, Heft 2, S. 57; Zeitschrift »Metal Industry« vom 22.8.1952, S. 147, 148; Zeitschrift »Journal of Research of the National Bureau of Standards«, Research Paper RP 1787, Mai 1947, S. 449 bis 464; Zeitschrift »Ergebnisse der exakten Naturwissenschaften«, 1935, S. 105 bis 1o9; Buch »Diamond Dies« von Steel, 1945, S.122, 124, 127, 166; Buch »SVT« 175 (Schriftenreihe des Verlages Technik), S. 32 bis 39, 20, 21.