DE1918347A1

DE1918347A1 - Steuergeraet zum Schleifen eines Einkristalls

Info

Publication number: DE1918347A1
Application number: DE19691918347
Authority: DE
Inventors: Weinz Dr Ernst Fr
Original assignee: ERNST FR WEINZ FA
Current assignee: ERNST FR WEINZ FA
Priority date: 1969-04-11
Filing date: 1969-04-11
Publication date: 1970-10-29
Also published as: BE748183A; US3650074A

Description

Anmelder^; :.-·--· ~ Ludwigshafen/Rhein, 10.4.1969

Firma Ernst Fr. Weinz ' P 4652 Fjr/fer ^ ^___

Idar-Oberstein : ^ »- „

Auf der-Bilz

Vertreter;

Patentanwalt

Dipl.-Ing. Adolf H, Fischer
Ludwigshafen / Rhein
Richer d-Wagner-Str. 22

Steuergerät zum Schleifen eines Einkristalls

Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuergerät zum Schleifen eines Einkristalls durch Aussteuern eines Werkstückträgers, der den Einkristall nach seinen weichsten Richtungen und seiner höchsten oder geringsten Reibung Justiert.

Das Bearbeiten von Einkristallen erfordert spezielle Kenntnisse des Schleifers bezüglich der Spaltrichtungen und der härtesten und weichsten Richtungen, um gute Oberflächen zu erhalten bzw, gute schartenfreie Kanten zu polieren und die Teile, die daraus hergestellt werden so zu orientieren, daß die Spaltrichtungen nicht ungünstig bezüglich der mechanischen Belastung fallen. Gerade bei sehr harten Werkstoffen, wie

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Diamant, läßt sich ein rationelles zerspanendes Bearbeiten nur unter Berücksichtigung der weichsten Richtungen des Diamaritenkristalls, die parallel zu den Kubuskanten liegen, d.h. parallel zu den Hauptachsen, durchführen. Auch "bei anderen Einkristallen sind diese Erscheinungen wichtig, ^wi^e z.B. "bei Saphiren für Tonschneidstichel. Normalerweise wird dieses orientierte Schleifen durch das "Gefühl" eines jahrelang ausgebildeten Diamantschleifers oder sonstigen Edelsteinschleifers ermöglicht. Hier kommt es also auf hochspezialisierte !Fachkräfte an, die hohe Löhne erfordern und der Industrie nur in bedingtem Umfange zur Verfügung stehen·

Um diese Schwierigkeiten zu umgehen und um andererseits die Arbeiten mit ungelernten oder nur angelernten Kräften durchzuführen bzw. zu automatisieren, hat man Maschinen entwickelt, die die Schleif richtung laufend umkehren, so daß nach den Gesetzen der Wahrscheinlichkeit auch die weichen Richtungen einmal in Richtung der Bearbeitungsrichtung fallen. Ein derartiges Verfahren ist unrationell, was insbesondere hinsichtlich der Bearbeitungszeiten zum Ausdruck kommt, da-ein Großteil der Zeit harte Richtungen geschliffen werden, die unter einem relativ kleinen öffnungswinkel von "beispielsweise ± 4^P bei einer Kubusfläche nur kurz In der günstigsten Richtung schleifen» Darüberhinaus wird beim Polieren die Politur schlechter, wenn in den ungünstigen Rbhtung©& poliert wird.

Man 1st deshalb dazu übergegangen, Maschinen au bauen,

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die zunächst von einem gelernten Fachmann "bezüglich der Orientierung des Kristalls, eingestellt werden, so daß eine nichtgelernte Kraft dann weiterschleifen kann,, wenn die Orientierung einmal festgelegt ist. Eine derartige Lösung ist ebenfalls unbefriedigend, da zuaeinen in jedem Fall Fachkräfte eingesetzt werden müssen und zum anderen sich durch das notwendtge_JEin--^ justieren des Kristalls ungünstige Bearbeitungszeiten ergeben.

Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt ein Steuergerät zu finden, mit dem es möglich ist, den Einkristall zum Schleifen automatisch naeh seinen ₍ weichsten und härtesten Eichtungen auszurichten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß am Werkstückträger ein Schwingungsaufnehmer angeordnet ist und zum Verdrehen der Halterung des Kristalls ein Servomotor vorgesehen ist und daß die In elektrische Schwingungen umgewandelten mechanischen Schwingungen des Werkstückträgers eisern Verstärker augeführt werden, an den sich ein Demodulator- sowie ein Schmitt-Trigger anschließen, und daß am Ausgang des Schmitt-Triggers eine Verstärkerstufe vorgesehen ist, die "bei der durch die ungünstigen Wuchsrichtungen des Kristalls bedingten Spannungserhöhung ein Relais betätigt unö. den Servomotor einschaltet·

Nach einem erfindungsgemäßen Vorschlag geht man so _ "vor, daß vor den Eingang der Verstärkerstufe ein veränderbarer Widerstand und ein in seiner Kapazität veränderbarer Kondensator vorgesehen sind.

Eine vorteilhafte Verwendung .des Steuergeräts sieht vor, daß es zum Drehen eines Abrichtdiamanten um seine

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Achse "benutzt wird, um ihn in einer harten Richtung zu beanspruchen und dadurch seine Standzeit zu verlängern.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines¹ Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen und den Ansprüchen.

Es zeigen, in schematischen Skizzen,

Figur 1 das elektrische Schaltbild des Verstärkers . mit dem Demodulator,

Figur 2 das elektrische Schaltbild mit dem Schmitt-Trigger, einer Verstärkerstufe, dem Schaltrelais und dem Servomotor,

Figur 3 die mechanische Anordnung des Servomotors uni des Schwingungsaufnehmers : an· einer konventionellen Schleifzange,

Figur 4 eine Seitenansicht von Figur 5 und Figur 5 einen Grundriß von Figur $.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee ist darin zu sehen, die bei der Bearbeitung des Ein» , kristalle am Schleifwerkzeug auftretenden Schwingungen, die bezüglich der kristallografischen Achsen bzw. der harten und weichen Eichtungen des Kristalls bestimmte öharakteristische Werte aufweisen, derart weiterzuverarbeiten, daß es zwei Schaltstellungen gibt, die typisch sind für ein gutes Greifen oder Nicht-Greifen des Kristalls auf dem Schleifwerkzeug»

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Das Gerät besteht im wesentlichen, wie Figur 1 zeigt, im elektrischen Teil aus zwei gleichen Niederfrequenz-Verstärkern mit den Transistoren T 1· bis T 4·, wobei sich an den Ausgang des Verstärkers ein Demodulator mit dem Transistor T 5 anschließt. Die Schaltung mit dem Transistor T 5 stellt dabei eine Gleichrichtung mit einer gleichzeitigen Ver·⁴· Stärkung des Gleichstromes dar. An den Ausgang des Gerätes gemäß Figur 1 schließt sich ein Schmitt-Trigger (Impulsformer) an, wobei die Transistoren T 6 ' f und T 7 cLen eigentlichen Schmitt-Trigger bilden. Der Ausgang des Schmitt-Triggers wird über einen Widerstand auf den Eingang einer Verstärkerstufe T 8 gelegt .Die in ihrer elektrischen Schaltung nach den Figuren 1 und 2 dargestellten Geräte sind ihrer Funktion nach getrennte Bausteine, die zusammensteckbar sind und leicht ausgewechselt werden können,

über einen Impulsaufnehmer 7 (Figur 3 bis 5)» der an den Eingang des Verstärkers (Figur 1) angeschlossen wird, gelangt beim Schleifen des Diamanten eine

Wehs el spannung als Ausdruck der mechanischen Schwin- (

gungen des Systems Werkzeug, Werkstück und Maschine auf den Eingang des Verstärkers. Die Höhe der Amplitude der Schwingungen des Kristalls ist abhängig von seiner Wuchsrichtung· Betrachtet man beispielsweise einen Diamanten, dann ist bei richtiger Wuchsrichtung, d.h. die weichen Eichtungen verlaufen so nahe wie möglich parallel zu den Hauptachsen des Diamantenkristalls, die Amplitude kleiner als bei weniger guten Wucherichtungen· Ungünstige Wuvhsrichtungen bezeichnet

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man beim Diamanten Richtungen, die sehr hart und weitgehend abriebfest sind,

Die größere Amplitude bei den ungünstigen Wuchsrichtungen, die nahe den Diagonalen im Raum zwischen den drei Hauptachsen des Kristalls liegen, bewirken eine Erhöhung der Gleichspannung und bei einer bestimmten Spannungsschwelle wird der Transistor T 8 (Figur 2) vom Sperrzustand in den leitenden Zustand gebracht, wobei ein Relais D 1 an- ♦ gezogen wird, das über einen Arbeitskontakt dem Servomotor M 1 eine Gleichspannung zuführt. Da dieser Motor M 1 den Stein in seiner Halterung in einer Normalen zur Schleifscheibe drehen kann, dreht er den Stein £o lange, bis wiederum die niedrige Amplitude erreicht ist, die für den guten Wuchs, d.h. die eigentliche Schleifrichtung und weichste Richtung des Diamanten in der entsprechenden Fläche typisch ist und ihn abschaltet,so daß der Stein automatisch in die weichste Richtung gedreht wird. In diesem Zustand reicht die Amplitude der Schwingungen nicht mehr aus, um den Schmitt-Trigger zu schalten, wodurch der Transistor T 8 von seinem leitenden Zustand in den Sperrzustand gelangt und das Relais D 1 abfällt, so daß der Motor M 1 abgeschaltet wird. An den Eingang des Verstärkers in Figur 1 ist eine veränderbare Kapazität 0 und ©in regelbarer Widerstand R 1 angeordnet, wodurch das Gerät an verschiedene mechanische Aufbauten unter·* schledlicher dynamischer Eigenschaften und unterschiedlicher Schleifspindeldrehzahlen angepaßt werden kann·

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Das Gerät ist gegen magnetische Einstreuungen und Einzelimpulse ziemlich unempfindlich, da es einen eingebauten Hochpaß besitz^, der diese störenden Frequenzen nicht mehr durchläßt.

Figuren 3 bis 5 zeigen eine einfache mechanische Vorrichtung zum automatischen wuchsgerichteten Schleifen eines Einkristalls, wobei der Motor (M 1) 5 , zum Drehen des Steines und der Schwingungsaufnehmer an einer konventionellen Schleifzange 9 befestigt , sind. Die Schleifzange 9, die ursprünglich dazu * diente, die verschiedenen Wuchsrichtungen zur Scheibe 1 f durch einfaches Aufstellen einzustellen, hat nun diese Funktion verloren und hat den Vorteil, gegenüber einem festangebrachten Werkstückhalter, daß sie leicht zum Betrachten der geschliffenen Fläche am Kristall abgehoben und wieder auf die Scheibe im gleichen Winkel aufjesetzt werden kann₀ Indem Beispiel gemäß Figuren 3 bis 5 sitat der Stein 2 auf der Schleifscheibe ;, die mit Diamantpulver imprägniert ist oder die aus einer gesinterten Masse von Diamant und Kobalt besteht.

In einem Spar&siamf 3, der eine feste äußere Hülse auf- j weist, in des? sich eine Welle mit entsprechender Kugellagerisag drehen kann, wobei am Ende der Welle der Stein, fest angebracht ist, wird der Stein um seine eigene Achse senkrecht zur zu schleifenden Fläche

i-

gedreht. Eine elastische Kupplung 4· überträgt die Drehbewegung des Servomotors 5j der an einer Halterung 6 befestigt ist, die auf der Zange 9 angese&catiht ist. Die Halterung 6 trägt den Schwingungsaufnehmer 7* &^e^ ia. einem Abstand von etifa o_e3 mi von der Zangenoberseite angeordnet ist

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und der an den Eingang des Verstärkers (Figur 1) über die Kapazität C 1 geschaltet ist.

Die bekannte Anordnung einer Kreuzlibelle 8 ermöglicht es, die ganze Zange jeweils so parallel zur Scheibe 1 und zur Zangenauflage 12 auszurichten, daß die Drehachse des Spannlaufes 3 senkrecht zur Scheibe 1 sitzt. Das Ausrichten der Zange 9 geschieht bei der gezeigten Dreipunktauflage durch Verdrehen der Stellschrauben 11 und fixieren der endgültigen gefundenen Stellung 1o.

Mit dem erfindungsgemäßen Gerät ist es möglich, auch kugelige oder konische Formen von Kristallen mit extrem geringer ünrundheit zu schleifen, da Je nach Drehwinkei der Rotationsachse des zu schleifenden Körpers der Kopf automatisch nachjustiert wird und in der weichsten Richtung bearbeitet werden kann.

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Claims

Patentansprüche

MJ Steuergerät zum Schleifen eines Einkristalls

^"^ durch Aussteuern eines Werkzeugträgers, der den Einkristall nach seinen weichsten Richtungen und seiner höchsten oder geringsten Reibung justiert, dadurch gekennzeichnet, daß am Werkstückträger ein Schwingungsaufnehmer angeordnet ist und zum Verdrehen der Halterung des Kristalls ein Servomotor vorgesehen

ist, und daß die in elektrische Schwingungen , *

umgewandelten mechanischen Schwingungen des < Werkstückträgers einem Verstärker zugeführt werden, an den sich ein Demodulator sowie ein Schmitt-Trigger anschließen und daß am Ausgang des Schmitt-Triggers eine Verstärkerstufe vorgesehen ist, die "bei der durch die ungünstigen Wuchsrichtungen des Kristalls bedingten Spannungserhöhung ein Relais betätigt und den Servomotor einschaltet.
2. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor den Eingang der Verstärkerstufe ein veränderbarer Widerstand und ein in seiner Kapazität veränderbarer Kondensator vorgesehen sind.
3. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es zum Drehen eines Abrichtdiamanten um seine Achse benutzt wird, um ihn in einer harten Richtung zu beanspruchen und dadurch seine Standzeit zu verlängern.

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