DE1034786B

DE1034786B - Verfahren zum Herstellen von Spinnduesen

Info

Publication number: DE1034786B
Application number: DES27406A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Karl Hei Steigerwald
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 1952-02-27
Filing date: 1952-02-27
Publication date: 1958-07-24

Description

DEUTSCHES

Düsen zum Spinnen von Kunstseiden werden im allgemeinen aus Metall, beispielsweise aus Edelmetall oder aus Hartmetall, wie Wolframkarbid, oder aus nichtrostendem Stahl, wie V2A-Stahl, hergestellt. Für die Herstellung von Glasfasern werden im allgemeinen! Düsen aus hochtemperaturbeständigem Metall, beispielsweise aus Platin oder Platin-Rhodium-Legierungen, verwendet. Durch die Düsen werden unter Anwendung verhältnismäßig hohen Druckes die zu spinnenden Substanzen hindurchgepreßt, so daß bei der Bemessung der Dicke der mit Düsen versehenen Teile der Wandung des Druckraumee auf die Höhe des Preß druckes Rücksicht genommen werden muß. Die Herstellung der Düsen bereitet bei größerer Wandstärke, z. B. von mehr als 0,5 mm, erhebliche Schwierigkeiten, besonders wenn der Lochdurchmesser weniger als 0,05 mm betragen und zugleich die Länge des Loches beispielsweise hundertmal so groß wie der Lochdurchmesser sein soll.

Die Herstellung von Spinndüsen würde deshalb wesentlich vereinfacht, wenn man an Stelle der üblichen mechanischen Bohrverfahren ein Borverfahren zur Verfügung hätte, mit dem es gelingt, auch in harte und verhältnismäßig dicke Materialien schnell sehr feine Löcher zu bohren.

Es ist bekannt, in im Vakuum untergebrachte dünne Folien mittels eines Elektronenstrahles feine Löcher zu bohren. Da, wie oben ausgeführt, Spinndüsen normalerweise eine verhältnismäßig große Wandstärke haben, ist jedoch dieses bekannte Verfahren nicht ohne weiteres zur Herstellung von Spinndüsen geeignet.

Um das Bohren feiner zylindrischer Löcher in verhältnismäßig dicke Gegenstände auch aus hartem Material zu ermöglichen, wurde vorgeschlagen, einen Ladungsträgerstrahl zu verwenden, der längs einer Strecke zylindrisch ist, deren Länge mindestens fünfmal, vorzugsweise mehr als zehnmal so groß ist wie der Strahldurchmesser. Aus diesem Vorschlag folgt die Lehre, daß es durch entsprechende Formung des Ladungsträgerstrahles gelingt, in dicke Gegenstände Löcher vorbestimmter Form zu bohren.

Erfindungsgemäß werden nun bei' der Herstellung von Spinndüsen die Bohrungen mit Hilfe eines Ladungsträgerstrahles, beispielsweise eines Elektronenstrahles, hergestellt. Es ist dabei zweckmäßig, den Durchmesser des Ladungsträgerstrahles kleiner oder gleich dem des zu bohrenden Loches zu wählen. Wenn die Strahlstromstärke und die Elektronengeschwindigkeit groß genug sind, kann man in sehr kurzer Zeit das Material der Spinndüse so stark erhitzen, daß an der vom Ladungsträgerstrahl getroffenen Stelle ein Loch gewünschten Durchmessers entsteht.

Die Strahlenenergie muß dabei derart bemessen Verfahren zum Herstellen von Spinndüsen

Anmelder:
Fa. Carl Zeiss, Heidenheim/Brenz

Dipl.-Phys. Karl Heinz Steigerwald, Heidenheim/Brenz, ist als Erfinder genannt worden

werden, daß trotz des durch die verhältnismäßig gute Wärmeleitfähigkeit des Metalls bedingten Wärmestromes, der von der Auftreffstelle weg in die zu durchbohrende Platte fließt, eine genügend hohe TemperatuT an der Bohrstelle auftritt. Man kann daher bei Anwendung dieses Verfahrens durch dicke Platten nur Löcher bohren, wenn die Leistung des Elektronenstrahles groß ist. Man erzielt auf diese Weise in sehr kurzer Zeit Löcher, die eine sehr glatte Wandung aufweisen und nur unmerkbar konisch sind, wenn die Form des Strahles an der Bohrstelle nahezu zylindrisch ist. Man kann jedoch auch bei diesem Verfahrren durch Verwendung eines konischen Elektronenstrahles stark konische Löcher oder mit Strahlen entsprechenden Querschnittes oder durch Bewegen des Strahles während des Bohrens auch Löcher beliebiger, nicht kreisförmiger Querschnittsform bohren.

Einen wesentlichen Fortschritt erzielt man, wenn man an Stelle des dlie Wärme gut leitenden Metalls einen schlechten Wärmeleiter, beispielsweise einen keramischen Baustoff wie Korund oder andere Metalloxyde, Magnesiumsilikate, Glas oder Hartporzellane, verwendet. In diese Werkstoffe kann man mit dem Elektronenstrahl ohne besondere Schwierigkeiten in kurzer Zeit Löcher bohren, die sich wegen der hohen, im Bohrloch auftretenden Temperatur durch eine besonders glatte Wandung vor den mit mechanischen Verfahren hergestellten Bohrungen in den gleichen Werkstoffen auszeichnen. Durch Anwendung des Elektronenstrahlbohrverfahrens wird, nicht nur die Herstellung der Bohrung verbilligt, sondern auch die Güte erheblich gesteigert.

Die keramischen Baustoffe unterscheiden sich leideT im allgemeinen von den metallischen Baustoffen durch ihre geringere mechanische Festigkeit, so daß beim Spritzverfahren mit sehr hohem Druck zweckmäßig für eine mechanische Entlastung der durchbohrten Scheibe aus keramischem Baustoff durch eine auf der Außenseite angebrachte Unterstützung mittels eines

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ausreichend stabilen gitterförmigen Rostes aus Metall Sorge getragen wird.

Die Fig. 1 bis 6 zeigen in zum Teil sehematischer Darstellung Ausführungsbeispiele für nach dem Verfahren hergestellte Spinndüsen.

In die Platte 1 wird mit Hilfe des Ladungsträgerstrahles 2 ein Loch 3 gebohrt, dessen Länge durch die Dicke der Platte 1 bestimmt ist. Sie kann beispielsweise 5 mm oder mehr betragen. Der Querschnitt des Loches ist der Verwendung der Düse entsprechend zu bohren. Beispielsweise kommen Lochdurchmesser von 0,01 bis 0,1 mm in Frage.

Eine bevorzugte Ausführungsform einer Einrichtung zum Herstellen derartiger Bohrungen erhält man, wenn das von einer Fernfokuskathode stammende Ladungsträgerstrahlbündel von einer zweckmäßig magnetischen Linse auf die Bohrstelle abgebildet wird. Weiter wird die Einrichtung derart ausgeführt, daß die Lage des zu bearbeitenden Gegenstandes in bezug auf den Elektronenstrahl justierbar ist, insbesondere quer zum Ladungsträgerstrahl in zwei zueinander senkrechte Richtungen eingestellt und ferner in Richtung des Elektronenstrahles verändert werden kann. Dies ist vor allem beim Bohren von mehreren Löchern erforderlich. Statt den Gegenstand zu verschieben, kann es beim Bohren von mehreren Löchern aber auch zweckmäßig sein, den Ladungsträgerstrahl zu verschieben. Um ein stetiges Arbeiten zu gewährleisten, wird die Einrichtung vorteilhaft mit entsprechenden Transport- und Magaziniervorrichtungen ausgerüstet.

Die Form der Löcher hängt von der Form des Ladungsträgerstrahles ab. Die Bohrung kann beispielsweise nahezu auf ihrer ganzen Länge zylindrisch sein, wie in Fig. 2 dargestellt ist, oder sie kann entsprechend Fig. 3 konisch geformt sein. Die Löcher können beispielsweise auf Kreisen, wie in Fig. 5 angedeutet ist, angeordnet werden. Auf der dem Druckraum 4 abgekehrten Seite kann erforderlichenfalls die die Bohrung tragende Platte 1 durch einen gitterförmigen Rost 5 abgestützt werden, so daß die durchbohrte Platte mechanisch entlastet wird.

Da einige keramische Werkstoffe, beispielsweise Glas und Porzellan, bei lokaler Erhitzung verhältnismäßig leicht infolge der ungleichmäßigen Wärmeausdehnung zerspringen, ist es zweckmäßig, sie im ganzen während des Bohrens auf hoher Temperatur zu halten, da dadurch die Temperaturdifferenzen geringer werden und die Sprödigkeit abnimmt. Nach dem Bohren können aus solchen Werkstoffen hergestellte Spinndüsen, wie in der Glastechnik üblich, zur Beseitigung der verbleibenden elastischen Spannungen auf eine bis dicht über der Transformationstemperatur gelegene Temperatur erhitzt und dann langsam abgekühlt werden.

Auch bei aus metallischen Werkstoffen hergestellten Spinndüsen ist es häufig zweckmäßig, sie vor dem Bohren auf hohe Temperatur zu erhitzen, um dadurch das Temperaturgefälle zwischen der Bohrstelle und der Umgebung zu vermindern. Auf diese Weise gelingt die Herstellung von Löchern gleichen Druckmessers mit geringerer Elektronenstrahlenergie als ohne Anwendung dieser Maßnahme.

An Stelle des Elektronenstrahles kann auch ein Ionenstrahl verwendet werden. In manchen Fällen ist es zweckmäßig, einen Ladungsträgerstrahl zu benutzen, der sowohl Elektronen als auch negative Ionen enthält. Die vorstehenden Ausführungen gelten daher ίο nicht nur für Elektronenstrahlen, sondern auch für andere Ladungsträgerstrahlen.

Claims

Patentanspruch ε-1. Verfahren zum Herstellen von Spinndüsen mit einem Loch oder mit mehreren Löchern, deren Länge mehr als 0,5 mm beträgt, insbesondere aus Metall oder keramischen Baustoffen, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen mit Hilfe eines Ladungsträgerstrahles, beispielsweise eines Elek-

ao tronenstrahles, hergestellt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ladungsträgerstrahl verwendet wird, der mindestens an der Bohrstelle zylindrisch ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Löcher beliebiger nicht kreisförmiger Querschnittsform durch Bewegung eines Ladungsträgerstrahles mit kreisförmigem Querschnitt während des Bohrens oder durch Ladungsträgerstrahlen mit entsprechendem Querschnitt hergestellt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstoffe während' des Bohrens auf hoher Temperatur gehalten werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spinndüsen nach dem Bohren getempert werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstoffe vor dem Bohren auf eine hohe Temperatur gebracht werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß als Baustoff Korund verwendet wird'.
8. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, mit Ausnahme von Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Baustoff Hartmetall, beispielsweise Wolframkarbid, verwendet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Spinndüsen an den Stellen, wo sie durch einen auf ihrer vom Druckraum abgekehrten Seite, beispielsweise durch einen gitterförmigen Rost aus Metall, abgestützt sind, keine Bohrungen erhalten.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 712 434.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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