DE1295979B - Werkzeug zum Ultraschallbohren von sproedem Material - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Ultra- Röhrchen mittels Hartlot mit der Kopffläche des schallbohren von sprödem Material, z. B. Hartmetall, Sekundärrüssels zu verbinden. Beim Befestigen mit Quarz, Halbleiterkristallen oder Edelsteinen, wie Hartlot werden verhältnismäßig hohe Temperaturen Achaten, Rubinen und Saphiren, mittels Ultraschall, angewendet. Da verhindert werden muß, daß bei dem bei der das Schwingungssystem aus einem Schwin- 5 Lötvorgang die Röhrehen ausglühen und dadurch ger, einem Schalltransformator (Bohrrüssel) und spröde werden, mußte man Röhrchen mit verhältniseinem Werkzeug besteht, und ein Verfahren, das die mäßig großer Wandstärke verwenden. Die durch den Herstellung eines derartigen Werkzeugs ermöglicht. Lötprozeß vorgeschriebene Wandstärke der Röhrchen In der Zeitschrift »Blech«, Nr. 2 (1956) wird auf begrenzt aber gleichzeitig die Größe der auszustanden Seiten 17 und 18 das Vergießen von Schnitt- io zenden Teilchen nach unten, Ein weiterer Nachteil werkzeugen beschrieben. Das Vergießen erfolgt, um bei der Verwendung von Metallröhrchen besteht dargenaue Maße zwischen Stempel und Matrize einzu- in, daß ihre mechanische Stabilität gegen seitliche halten. Hierzu werden Hartblei, Schriftmetalle, Löt- Schwingungen nicht besonders groß ist und dadurch zinn, Schwefel, eine Legierung aus Wismut, Blei, Zinn leicht unscharfe, zerklüftete Ränder bei dem auszu- oder Antimon, oder ein Gießhart (Araldit) verwen- 15 stanzenden Material entstehen. Dadurch wird gleichdet. Bei sämtlichen Werkzeugen handelt es sich also zeitig die Toleranz bezüglich des Durchmessers einer um Schnittstempel. Es findet keine Anwendung von auszustanzenden Scheibe herabgesetzt. Ultraschall statt. Bei dem Werkzeug nach der Erfindung sind eben-

Weiterhin sind Werkzeuge zum Ultraschallbohren, falls zu einem Bündel zusammengefaßte Röhrchen die durch Hartlöten aneinander befestigt sind, bereits 20 auf der Kopffläche eines die Ultraschallschwingungen in der Zeitschrift: »Der Maschinenbau«, Heft 9 übertragenden Sekundärrüssels befestigt. Die Erfin-(1962), S. 393 bis 396, beschrieben. Das Schwingungs- dung ermöglicht die Verwendung von Röhrchen mit system besteht aus einem Schwinger, einem Schall- außerordentlich geringer Wandstärke, ohne daß datransformator (Bohrrüssel) und einem Werkzeug. Mit bei die bisherigen Nachteile bei der Verwendung von diesen Werkzeugen entstehen oft unscharfe Ränder 25 zu Bündeln zusammengefaßten Röhrchen als Stanzbei dem angestanzten Material, so daß genaueste werkzeug auftreten. Erfindungsgemäß zeichnet sich Abmessungen nicht möglich sind. das Werkzeug dadurch aus, daß eine Anzahl von zu

In der deutschen Auslegeschrift 1130 255 ist zwar Bündeln zusammengefaßten Röhrchen auf der Kopfein Bohrrüssel beschrieben, der eine nach außen füh- fläche des Bohrrüssels mit einem Klebeharz, vorzugsrende Bohrung aufweist, die zur Absaugung des 30 weise Kunststoffklebemittel oder Weichlot, befestigt Bohrkorns dient, das Bohrwerkzeug ist an das untere ist, wobei das Ende jedes Röhrchens, welches die Ende des verjüngenden Rüssels hart angelötet, so Stirnfläche des Bohrrüssels glatt berührt, plangedaß bei größeren Erschütterungen Risse entstehen. schliffen ist, und daß das Röhrchenbündel an der Die Verwendung von Ultraschall zum Stanzen von äußeren Berührungslinie mit der Kopffläche des Rüssprödem Material, insbesondere zum Ausstanzen 35 sels von einem zusätzlichen Wulst des Klebe- oderkleiner Teilchen aus einem größeren Körper dieses Lötmittels umgeben ist. Nach der weiteren Erfindung Materials, ist bereits bekannt. Es werden zu diesem ragt in der Mitte der gebündelten Röhrchen ein Röhr-Zweck Ultraschallschwingungen mechanisch auf ein chen über die plangeschliffene Fläche der übrigen Werkzeug übertragen, das in der Form des auszu- Röhrchenenden hinaus und greift in eine der Abstanzenden Teilstückes ausgebildet ist. Die Übertra- 40 saugung des Bohrkorns dienende nach außen fühgungsorgane werden gewöhnlich als Bohrrüssel be- rende zentrale Bohrung des Sekundärrüssels ein. zeichnet. Sie sind als zylinderf örmige Teile aus Metall Die weiteren Vorteile und Merkmale der Erfin-

ausgebildet. Der äußere Bohrrüssel, auf den das zum dung werden im folgenden an Hand eines in der Ausstanzen benötigte Werkzeug montiert ist, wird als Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbeispiels eines Sekundärrüssel bezeichnet. Dieser besitzt an seinem 45 Werkzeugs zum Ultraschallbohren näher erläutert. Kopf eine senkrecht zur Amplitude der Ultraschall- Mit 1 ist schematisch die Ultraschallquelle darge-

schwingungen liegende plane Fläche, auf der das stellt. Zur Übertragung der Schallschwingungen und Werkzeug befestigt wird. zur Befestigung der Übertragungsorgane dienen die

Das Werkzeug kann z.B. aus einem Metallblock Teile2, 3 und 4. Diese Teile sind in üblicher Weise aus Werkzeugstahl bestehen, in das eine oder mehrere 50 ausgeführt und haben mit der eigentlichen Erfindung Bohrungen senkrecht zur Auflagefläche eingebracht nichts zu tun. Sie werden daher nicht näher erläutert, sind. Man kann mit einem derartigen Werkzeug aus Als letztes mechanisches Ubertragungsorgan der einer großen Platte des zu stanzenden spröden Ma- Ultraschallschwingungen dient der Sekundärrüssel 5. terials auch gleichzeitig mehrere Scheiben mit kreis- Auf der Kopf fläche 6 des Rüssels sind die gebündelförmigem Umfang ausstanzen. Bei der Verwendung 55 ten₌Röhrchen 7 befestigt. In der Mitte des Röhrcheneiner Metallplatte mit Bohrungen als Werkzeug muß -'bündeis ragt ein Röhrchen 8 über die Auflagefläche aus geometrischen Gründen hinsichtlich der Anord-" der Röhrchen auf dem Kopf des Sekundärrüssels nung der Bohrungen und der zwischen ihnen jjenö- hinaus und greift in eine zentrale Bohrung 9 im tigten Wandstärken ein verhältnismäßig,großer Ab- Sekundärrüssel 5 ein. Die Bohrung 9 ist mit einer fall des zu stanzenden Materials iru Kauf genommen 60 Querbohrung 10 versehen, die nach außen führt. Sie werden. " kann über einen Ansatzstutzen 11 und einen Schlauch

Um den Stanzverlust zu verringern, hat man an mit einer Absaugvorrichtung verbunden werden. Das Stelle des mit Bohrungen versehenen Metallblockes zu bearbeitende spröde Material 12 liegt in bekannter bereits mehrere zu einem Bündel· zusammengefaßte Weise auf dem Tisch 13.

Metallröhrchen verwendet. Schwierigkeiten bereitet 65 Der wesentliche Unterschied des Werkzeuges nach dabei die Befestigung dieser Röhrchen auf dem Se- der Erfindung gegenüber den bekannten Werkzeugen kundärrüssel. Im Hinblick auf eine genügende mecha- besteht in der Befestigung und Anordnung des Röhrnische Festigkeit war man bisher gezwungen, die chenbündels auf dem Kopf des Sekundärrüssels. Der

Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß zur Befestigung eines Röhrchenbündels ein gewöhnliches Klebemittel, z. B. ein Kunstharzklebemittel oder ein Weichlot genügen, wenn dafür gesorgt ist, daß die durch die Röhrchenenden gebildeten Fläche des Bündgls, die auf der Kopffläche des Sekundärrüssels aufliegt, plangeschliffen ist. Es wird dadurch erreicht, daß jedes der Röhrchen mit dem Umfang seiner gesamten Endfläche plan auf der Kopffläche des Sekundärrüssels aufliegt, so daß die übertragenen Ultraschallschwingungen gleichmäßig auf die gesamte Röhrchenfläche und gleichmäßig auf alle Röhrchenflächen einwirken. Dadurch werden weitestgehend Querschwingungen vermieden, die zur Lösung des Röhrchenbündels vom Sekundärkopf führen könnten. Das Befestigungsmittel zwischen den Röhrchen und dem Sekundärrüssel wird nicht zur Übertragung der Ultraschallschwingungen benötigt. Seine Aufgabe besteht im wesentlichen nur darin, das Röhrchenbündel vorwiegend zum Beginn und am Ende des ao Stanzvorganges am Sekundärrüssel zu halten. Die eigentliche Kraftübertragung erfolgt direkt und gleichmäßig vom Sekundärrüssel auf die Röhrchen. Den Zweck der Halterung erfüllt aber vollständig ein Weichlötmittel oder ein handelsübliches Klebemittel, das zum Kleben von Metallen geeignet ist. Es ist nicht einmal notwendig, daß jedes einzelne Röhrchen durch das Klebemittel oder das Lötmittel mit dem Sekundärrüssel verbunden ist. Wichtig ist, daß die am äußeren Umfang befindlichen Röhrchen des Bündels gehalten werden. Es leuchtet ein, daß diese Röhrchen besonders dazu neigen, nach außen zu kippen. Aus diesem Grund wird am äußeren Umfang der Röhrchen an der Berührungsstelle mit der Kopffläche des Sekundärrüssels ein Wulst 14 aus dem Lot- oder Klebemittel angebracht.

Da bei der Befestigung des Röhrchenbündels am Sekundärrüssel auch bei Verwendung eines Weichlotes nur eine verhältnismäßig geringe Wärme benötigt wird, ist es möglich, Röhrchen mit entsprechend dünnen Wänden zu verwenden. Es besteht nicht die Gefahr, daß diese durch Ausglühen spröde werden. Man muß allerdings bei dünnwandigen Röhrchen darauf achten, daß diese nahtlos mit einwandfrei rundem Durchmesser hergestellt und an den Enden, mit denen sie auf das zu bearbeitende Material einwirken, gratfrei sind. Man kann mit einem derart hergestellten Werkzeug Scheiben ausstanzen, deren Durchmesser noch unter 0,3 mm liegt. Ferner ist es möglich, 1000 und mehr Röhrchen zu einem Bündel zuammenzufassen, so daß gleichzeitig mehr als 1000 Teile gestanzt werden können.

Zum Bohren durch Ultraschall wird gewöhnlich eine schmirgelnde Masse, die auch als Bohrkorn bezeichnet wird, verwendet. Beim Bohren extrem kleiner Teilchen bereitet die gleichmäßige Verteilung des Bohrkorns über die gesamte zu bearbeitende Fläche Schwierigkeiten. Das Bohrkorn neigt dazu, nach den Außenseiten zu wandern. Um das zu verhindern, wird das Bohrkorn in bekannter Weise zur Mitte hin abgesaugt. Zu diesem Zweck ist im Sekundärrüssel die Bohrung 9 angebracht, die über die Querbohrung 10 mit einer Absaugvorrichtung verbunden wird. In die Bohrung 9 ragt ein über die plangeschliffene Fläche der Röhrchenenden hervorstehendes, in der Mitte des Bündels befindliches Röhrchen 8 eng an der Wand der Bohrung anliegend hinein.

Bei der Herstellung des aus den Röhrchen bestehenden Werkzeuges wird zunächst ein Röhrchenbündel durch eine geeignete Halterung zusammengefaßt und möglichst dicht gepackt. Der Unterschied der Länge der Röhrchen wird durch Abschleifen ausgeglichen. Das Ende der Röhrchen, das auf dem Kopf des Sekundärrüssels aufsitzt, wird vollständig plangeschliffen. Anschließend werden in der Mitte einige Röhrchen entfernt und statt dessen ein Röhrchen mit einem etwas größeren Durchmesser und größerer Länge eingesetzt, derart, daß es die plangeschliffene Fläche der Röhrchenenden überragt. Dieses Röhrchen greift beim Aufsetzen des Bündels in die dem äußeren Durchmesser des Röhrchens 8 entsprechende Bohrung 9 im Sekundärrüssel ein.

Vor dem Aufsetzen des Röhrchenbündels auf den Kopf des Sekundärrüssels ist dieser mit einer dünnen Schicht des Klebemittels oder des Weichlötmittels überzogen worden. Nach dem Aufsetzen des Röhrchenbündels wird um den äußeren Umfang an der Berührungsstelle mit der Kopffläche des Sekundärrüssels ein Wulst 14 aus dem Klebemittel oder dem Weichlötmittel aufgebracht. Dieser stützt die äußeren Röhrchen vor dem Umkippen nach außen. Die Temperatur und die Lötzeit werden so eingestellt, daß das Lötmaterial nicht wesentlich an den Röhrchen emporsteigt. Nach Verfestigung des Lötoder Klebemittels wird die das Röhrchenbündel während der Montage zusammenfassende Halterung entfernt, und das Werkzeug ist zum Betrieb bereit.

Das Werkzeug nach der Erfindung ermöglicht es, die Toleranz bezüglich des Durchmessers der zu bohrenden Teile in sehr engen Grenzen zu halten. Die Ränder dieser Teile sind außerordentlich sauber und weisen kaum noch Zerklüftungen auf. Dadurch kann weitestgehend auf zusätzliche Aussortierungsarbeitsgänge des Materials verzichtet werden. Die Herstellung des Bohrwerkzeuges selbst ist einfach und ohne großen Zeit- und Arbeitsaufwand möglich.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Werkzeug zum Ultraschallbohren von sprödem Material, z.B. von Hartmetall, Quarz, Halbleiterkristallen oder Edelsteinen, wie Achaten, Rubinen und Saphiren, mittels Ultraschall, bei der das Schwingungssystem aus einem Schwinger, einem Schalltransformator (Bohrrüssel) und einem Werkstück besteht, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von zu Bündeln zusammengefaßten Röhrchen auf der Kopffläche des Bohrrüssels mit einem Klebeharz, vorzugsweise Kunststoffklebemittel oder Weichlot, befestigt ist, wobei das Ende jedes Röhrchens, welches die Stirnfläche des Bohrrüssels glatt berührt, plangeschliffen ist, und daß das Röhrchenbündel an der äußeren Berührungslinie mit der Kopffläche des Rüssels von einem zusätzlichen Wulst des Klebe- oder Lötmittels umgeben ist.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mitte der gebündelten Röhrchen (7) ein Röhrchen (8) über die plangeschliffene Fläche der übrigen Röhrchenenden hinausragt und in eine der Absaugung des Bohrkorns dienende, nach außen führende zentrale Bohrung (9) des Sekundärrüssels eingreift, so daß die Schleifmittelsuspension in bekannter Weise durch den Bohrrüssel abgesaugt werden kann.

3. Verfahren zum Herstellen eines Werkzeugs

nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Röhrchen mittels einer Halterung zu einem Bündel zusammengefaßt werden, daß eine Fläche der Röhrchenenden plangeschliffen wird, daß die Kopffläche des Rüssels mit einer dünnen Schicht eines Klebemittels, vorzugsweise eines Kunststoffklebemittels oder eines Weichlotes, überzogen wird, daß die Röhrchen mit der plangeschliffenen Oberfläche auf den Rüssel aufgesetzt und durch das Klebe- oder Lotmittel, gegebenenfalls unter Anwendung von Wärme mit dem Rüssel verbunden werden, daß anschließend um die Berührungslinie der äußeren Röhrchen mit dem Rüssel zusätzlich Klebemittel oder Lötmaterial derart aufgebracht wird, daß ein Wulst aus dem Klebe- oder Lötmaterial entsteht, und daß anschließend die Halterung entfernt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Planschleifen der Röhrchen einige Röhrchen in der Mitte des Bündels entfernt werden und dafür ein dem freien Platz entsprechendes Röhrchen mit einem etwas größeren Durchmesser eingesetzt wird, das die übrigen Röhrchen an den plangeschliffenen Enden überragt und das in das Bohrloch des Sekundärrüssels beim Aufsetzen der Röhrchen auf den Kopf des Sekundärrüssels passend eingreift.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Röhrchenbündel vor und während der Arbeitsvorgänge zur Verbindung mit dem Rüssel in eine Halterung eingespannt wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß beim Verlöten der Röhrchen mit dem Rüssel die Temperatur und die Lötzeit so eingestellt werden, daß das Lötmaterial nicht wesentlich an den Röhrchen emporsteigt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen