DE1954785A1

DE1954785A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bohren von Loechern in eine Kunststoff-Platte

Info

Publication number: DE1954785A1
Application number: DE19691954785
Authority: DE
Inventors: Pindell Stuart M
Original assignee: Hamilton Watch Co
Current assignee: Hamilton Watch Co
Priority date: 1968-10-30
Filing date: 1969-10-30
Publication date: 1970-05-06
Also published as: GB1282638A; FR2021892A1; CA920847A; CH1610669A4; CH520358A

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Bohren von Löchern in eine Kunststoff-Platte

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ultraschallbohren, insbesondere zur Ausbildung von genauestens festgelegten, gut umrissenen Bohrungen in Platten oder Scheiben aus Kunststoff, wie sie beispielsweise für Klein- und Grossuhren, Zeitgeber, Zeitzünder und dergleichen Verwendung finden.

Die Verwendung von Kunststoff-Gusstücken zur Herstellung von Lagerplatten in Klein- und Grossuhren, Zeitgebern und dergleiohen sowie in ähnlichen Vorrichtungen, bei welchen Bohrungen in Teilen aus Kunststoff ausgebildet werden müssen, wirft besondere Schwierigkeiten bei der präzisen Festlegung der Bohrungen relativ zueinander und zur Platte auf. Bei Präzisions-Zeitmessern dienen beispielsweise die in den Platten ausgebildeten Bohrungen zur Lagerung der Wellen oder Spindeln des Uhrwerks, wobei ohne weiteres ersichtlich ist, dass eine Missausrichtung von einander gegenüberliegenden Bohrungen in zwei derartigen Lagerplatten oder ein ungenauer Mittenabstand der in diesen Platten vorgesehenen Bohrungen zahlreiche Schwierigkeiten aufwirft, deren nicht geringste übermässige Reibung ist. Eine Haupt-Schwierigkeit der Anwendung von Kunststoffen bei Präzisions-Zeitmessinstrumenten und anderen mechanischen Vorrichtungen besteht darin, dass die derzeitigen Giessverfahren, einschliesslich des Spritzgusses, unzureichende Toleranzen bei der Festlegung der Mittenabstände von Schwenkzapfen-Bohrungen

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bieten, was normalerweise auf das Schrumpfen der Platten nach dem Giessen zurückzuführen ist. Die herkömmlichen Produktions-Oiessverfahren ermöglichen Toleranzen der Bohrung-Mittenabstände innerhalb von + 0,038 mm der gewünschten Koordinaten. Die Gewährleistung dieser engen Toleranzen ist jedoch im allgemeinen kostspielig, da hierfür übermässige Aushärtezeiten in der Giessform erforderlich sind und die Giesszeit der einzelnen Gusstücke verhältnismassig lang 1st. Zudem sind bei Präzisions-Instrumenten, wie Klein- und Grossuhren, Zeitgeber und dergleichen, Toleranzen von unter + 0,025 mm erforderlich; derart enge Toleranzen konnten aber bisher nicht industriell eingehalten werden. Die folgerichtige Gleichförmigkeit der Lage der Platten-Bohrungen von Stück zu Stück stellte bisher ebenfalls eine Schwierigkeit bei der Ausbildung von Bohrungen in Kunststoff-Teilen dar.

Zur Ausschaltung oder zumindest zur Milderung der vorgenannten Schwierigkeiten bei der Serien-Gussfertigung von Platten bzw. Scheiben oder anderen Teilen aus Kunststoff und der Ausbildung von Bohrungen in derartigen Platten oder dergleichen Teilen, deren Bohrungen in genauen und folgerichtigen Mittenabständen mit Toleranzen von beispielsweise + 0,025 mm gehalten werden können, schafft die Erfindung eine neuartige Vorrichtung und ein neuartiges Verfahren zum Ultraschallbohren. Bekanntlich sind auf dem Gebiet der Fertigung von Kunststoffteilen bereits verschiedene Arbeitsgänge mit Hilfe von Ultraschall-Vorrichtungen durchgeführt worden. Beispielsweise wird das Ultraschallschweissen und -Punktschweissen bzw. -Heften von Kunststoffen immer mehr übliche Praxis. Soweit bekannt, sind jedoch bisher Vorrichtungen und Verfahren zum Ultraschallbohren für die Ausbildung von Bohrungen in Kunststoffen nur in einer Weise angewandt worden, durch welche die genaue Festlegung der relativen Bohrungs-Lagen in Kunststoff-Platten sowie eine gleichbleibende Genauigkeit der Bohrungs-Lagen von Stück zu Stück innerhalb der für Präzisions-Instrumente und -Vorrichtungen der vor-

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genannten Art nioht gewährleistet werden und auch nicht gewährleistet werden können. Bei einer derartigen Ultraschallbohr-Vorrichtung und einem solchen Verfahren wird ein an einem Ultraschallstrahler anbringbares Werkzeug verwendet, das mit verschiedenen nach unten abstehenden Vorsprüngen bzw. Ansätzen der gewünschten Form versehen ist· Der Strahler und das Werkzeug werden in Anlage an den Kunststoff gebracht, und wenn der Strahler aktiviert wird, durchschmelzen die aiii Werkzeug vorgesehenen Vorsprünge den Kunststoff unter Ausbildung der gewünschten Bohrungen. Dieses vorstehend beschriebene Verfahren ist jedoch für die Ausbildung von Bohrungen in Kunststoff-Werkstücken, wie Flatten zur Verwendung bei Präzisions-Vorrichtungen, ungeeignet« da die genaue Querausrichtung zwischen dem Ultraschallstrahler und· dem Kunststoff-Werkstück innerhalb der erforderlichen Toleranzen nicht eingehalten werden kann. Mit anderen Worten 1st die Lage bzw. Ausrichtung des Strahlers gegenüber dem zu bohrenden Werkstück kritisch. Ausserdem ist die senkrechte Lage der Bohrung gegenüber der Platte in den meisten Fällen ein wesentliches Erfordernis, doch kann diese Lage nicht ohne weiteres erzielt werden, wenn die senkrechte Lage bzw. Auslotung des Strahlers relativ zur Platte nicht genauestens gesteuert wird.

Die Erfindung beseitigt und/ oder mildert die vorgenannten sowie weitere Schwierigkeiten der herkömmlichen Vorrichtungen und Verfahren zur Ausbildung von Bohrungen in für die Verwendung bei Präzisions-Instrumenten, wie Klein- und Grossuhren, Zeitgebern und dergleichen, vorgesehenen Platten und dergleichen Werkstücken und schafft zu diesem Zweck eine neuartige Vorrichtung sowie ein neuartiges Verfahren zur Ausbildung und präzisen Festlegung von Bohrungen In derartigen Platten und Werkstücken unter Einhaltung äusserst enger Toleranzen. Die erfindungsgemässe Vorrichtung weist eine Platte auf, von deren Oberseite eine Anzahl von Stiften bzw. Zapfen in genauer Ausrichtung zueinander und innerhalb der erforderlichen Toleran-

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zen abstehen, wobei zwei dieser Stifte vorzugsweise etwas länger sind und zur anfänglichen Ausrichtung der Kunststoff-Platte relativ zur Vorrichtungsplatte dienen. Die mit den Bohrungen zu versehende Kunststoff-Platte wird über die Ausrichtstifte aufgesetzt und legt sich an die genauestens lokalisierten Bohr-Stifte der Vorrichtungsplatte an. Ein Resonator bzw. Schwinger ist an einem mechanischen Wandler in einer senkrecht zur Strahlerfläche verlaufenden Richtung angebracht und berührt die Kunststoff-Platte an ihrer von der Vorrichtungsplatte abgewandten Seite, wobei er die Kunststoff-Platte in innige Berührung mit den an der Vorrichtungsplatte vorgesehenen Bohrst if ten drängt. Bei Betätigung des Schwingers und des Wandlers beginnt der Kunststoff der Platte an der Grenzfläche zwischen dem Kunststoff der Platte und den Metallstiften zu schmelzen und wird die Kunststoff-Platte durch den weiter auf den Schwinger einwirkenden Abwärtsdruck gegen die Vorrichtungsplatte verdrängt, wobei die Bohr-Stifte den geschmolzenen Kunststoff verdrängen und die Kunststoff-Platte durchsetzende Bohrungen ausbilden. Nach dem Abschalten des Wandlers und des Schwingers kann sich der geschmolzene Kunststoff an den Stiften abkühlen und verfestigen. Hierauf wird der Schwinger von der Vorrichtungsplatte abgehoben und wird die Kunststoff-Platte mit Hilfe von an der Vorrichtungsplatte vorgesehenen Auswerf-Stiften ausgeworfen. Die in der Kunststoff-Platte ausgebildeten Bohrungen befinden sich mithin in genau derselben Relativlage zueinander, wie die Bohr-Stifte auf der Vorrichtungsplatte angeordnet sind, und halten die erforderlichen Toleranzen von beispielsweise + 0,025 nun ein. Die Vorrichtungsplatte kann je nach Bedarf mit Ausnehmungen versehen sein; beispielsweise können um die Füsse der Bohr-Stifte herum ringförmige Ausnehmungen angeordnet sein, welche den während des Ultraschall-Bohrvorgangs in sie hineinfliessenden Kunststoff aufnehmen.

Das vorstehend beschriebene Verfahren kann auch auf die Ausbildung von Blindlöchern in Kunststoff-Platten oder anderen

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Kunststoff-Werkstücken angewandt werden, wozu die an der Vorrichtungsplatte vorgesehenen Bohr-Stifte kürzer ausgebildet werden als die Dicke der Kunststoff-Platte bzw. des Kunststoff-Werkstücks beträgt. Zur weiteren Vereinfachung der Ausbildung von Bohrungen, insbesondere wo Blindlöcher angezeigt erscheinen, kann eine kleine Ausnehmung mit gleich grossem oder etwas grosser em Volumen als dem des während des Bohrens verdrängten Kunststoffs zur Aufnahme des geschmolzenen Kunststoffs vorgesehen werden. Ausserdem kann dieses Verfahren auch für das Bohren ohne Führungslöcher angewandt werden, die in Übereinstimmung mit den Bohr-Stlften in der Kunststoff-Platte ausgebildet sind. Führungslöcher sind aber häufig vorteilhaft, da sie einen besseren Sitz und eine bessere Ausrichtung der Kunststoff-Platte auf der Vorrichtungsplatte gewährleisten, die Verdrängung einer kleineren Kunststoffmenge ermöglichen und ein Entweichen des geschmolzenen Kunststoffs nach oben durch das betreffende Führungsloch zulassen, wodurch die Menge des um die fertige Bohrung herum befindlichen verdrängten Kunststoffs herabgesetzt wird. Mit Hilfe der erfindungsgemässen Vorrichtung und des erfindungsgemässen Verfahrens können weiterhin auch auf die Bohr-Stifte aufgesetzte oder anderweitig in der Vorrichtungsplatte gehaltene Metalloder Stein-Lagereinsätze während des Bohrvorgangs in die Kunststoff -Platte oder dergleichen -Werkstück mit nahezu derselben Lagengenauigkeit wie die hergestellten Bohrungen eingelassen werden.

Aufgabe der Erfindung ist mithin in erster Linie die Schaffung einer Vorrichtung und eines Verfahrens zur Ausbildung und genauen Festlegung von Bohrungen in Platten, Scheiben oder dergleichen Werkstücken aus einem Kunststoff.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemässen Vorrichtung und des erfindungsgemässen Verfahrens besteht in dem relativ geringen Werkzeug- und Arbeitsaufwand, wobei sich das Verfahren einfach und schnell durchführen und an vorhandene

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Ultraschallgeräte anpassen lässt. Ein anderer Vorteil besteht darin, dass sich mit Hilfe der erfindungsgemässen Vorrichtung und des erfindungsgemässen Verfahrens zur Ausbildung genauestens festgelegter Bohrungen in Kunststoff-Werkstücken eine genaue senkrechte Lage der Bohrungen gegenüber dem Werkstück, beispielsweise einer Platte aufrechterhalten lässt.

Noch ein anderer Vorteil besteht darin, dass die Lage des Ultraschal!-Schwingers gegenüber der zu bohrenden Kunststoff-Platte nicht kritisch ist, so dass die derzeit verfügbaren, kostensparenden Ultraschall-Vorrichtungen zur Anwendung kommen können.

Das erfindungsgemässe Verfahren und die erfindungsgemässe Vorrichtung können auch mit Vorteil zum Einlassen spezieller Einsätze, wie Stein- oder Metall-Lagerhülsen oder dergleichen, in Kunststoff-Platten und sonstige Kunststoff-Werkstücke in genau festgelegten Relativlagen verwendet werden. Genauer gesagt, können zu diesem Zweck zusätzliche Teile und Unterbaugruppen, beispielsweise Zapfen, Stifte usw., in in der Vorrichtungsρlatte vorgesehene Teil-Vertiefungen eingesetzt und während des Ultraschall-Bohrvorgangs genauestens in die Kunststoff-Platte eingelassen werden.

Im folgenden ist die Erfindung in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Aufsicht auf eine einen Teil einer Ultraschall-Bohrvorrichtung mit den Merkmalen der Erfindung bildenden Vorrichtungsplatte,

Fig. 2 einen Schnitt etwa längs der Linie 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 eine in verkleinertem Masstab gehaltene, teilweise schematische Seitenansicht der erfindungsgemässen

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Ultraschall-Bohrvorrichtung, In welcher die Vorrieh- ■ tungsplatte, eine Kunststoff-Platte und eine Ultrasohall-Bohrvorrichtung vor der Ausbildung der Bohrun- ' gen in der Kunststoff-Platte dargestellt sind,

Fig. 4 eine Seitenansicht der Bohrvorrichtung in ihrer Bohrstellung über der Kunststoff-Platte und der Vorrichtungsplatte und

Fig. 5, 6, 7 und 8 in vergrössertem Masstab gehaltene Teilschnitte durch die Vorrichtungsplatte und die Kunst-Stoff -Platte vor der Ausbildung von Bohrungen in letzterer, welche das Einlassen einer Metall-Hülse.in die Kunststoff-Platte, das Bohren einer Öffnung unter Zuhilfenahme eines die Kunststoff-Platte durchsetzenden FUhrungslochs, das Bohren eines Blindlochs bzw. das Einsetzen eines Zapfens in die Kunststoff-Platte veranschaulichen.

Eine zum Unterschied von der Mu bearbeitenden Kunststoff-Platte mit "Vorrichtungsplatte" 10 bezeichnete Platte weist eine Anzahl von Bohr-Stiften 12 auf, welche von der Basis einer an der Oberseite der Vorriohtungsplatte 10 ausgebildeten kreisförmigen Ausnehmung bzw. Vertiefung 14 abstehen. Ausserdem stehen von der Vorrichtungsplatte Io zwei längere Ausriohtstifte 16 ab. Die Vorrichtungsplatte 10 sowie die Stifte 12 und 16 bestehen vorzugsweise aus Metall, wobei die Stifte 12 und 16 auf beliebige Weise in genau νorbestinerter Lagenbezeichnung zueinander an der Vorrichtungsplatte 10 befestigt sind. Die Vertiefung 14 entspricht vorzugsweise dee Umriss des mit Bohrungen zu versehenden Werkstücks, obgleich letzteres selbstverständlich auch ohne Anwendung der Vertiefung 14 nach dem erfindungsgemässen Verfahren gebohrt werden kann, d.h. die Stifte 12 und 16 können einfach von einer flachen Oberfläche wegragen. Gemäss Fig. 2

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ist ein als Platte 18 dargestelltes Werkstück aus einem Kunststoff, beispielsweise aus mit 5# Molybdändisulfid gefülltem Nylon, vollständig in die Vertiefung 14 eingesetzt, wobei die Stifte 12 und 16 Bohrungen durchsetzen, die im genauen Muster der Stifte 12 in der Kunststoff-Platte 18 ausgebildet sind. Die Ausbildung dieser Bohrungen erfolgt auf im folgenden zu beschreibende Weise.

In den Fig. 3 und 4 ist ein elektromechanischer Wandler 20 dargestellt, der elektrische Hochfrequenz-Energie von beispielsweise 20 000 Hz von einer nicht dargestellten Stromquelle in einer senkrecht zur Ebene der Vorrichtungsplatte Io liegenden Achse in mechanische Schwingungen derselben Frequenz umzuwandeln vermag. Als Stromquelle kann ein Umformer dienen, der normalen 6o Hz-Wechselstrom in elektrische Energie von 20 kHz umwandelt. Diese durch den Wandler 20 gelieferte hochfrequente mechanische Schwingung wird auf noch zu beschreibende Weise zum Bohren über einen Resonator bzw. Schwinger 22 auf die Kunststoff-Platte 18 übertragen. Die Unterseite 24 des Schwingers 22 vermag sich während des Bohrvorgangs an die Oberseite der Platte 18 anzulegen. Im Betrieb wird die zu bearbeitende Kunststoff-Platte 18 bei vorzugsweise lotrecht mit Abstand über der Vorrichtungsplatte 10 befindlichem Schwinger 22 und Wandler 20 auf die Vorrichtungsplatte 10 aufgelegt, wobei die vorläufige Ausrichtung der Platte 18 gegenüber der Vorrichtungsplatte 10 mit Hilfe der längeren Ausrichtstifte 16 geschieht, welche vorgeformte Bohrungen in der Platte 18 durchsetzen. Selbstverständlich können aber auch andere gleichwertige Ausrichtmittel angewandt werden. Wenn die Kunststoff-Platte 18 derart auf der Vorrichtungsplatte 10 ausgerichtet worden ist, werden der Ultraschall-Schwinger 22 und der Wandler 20 auf die Platte 18 abgelassen, so dass die Unterseite 24 des Schwingers 22 an der Platte 18 anliegt und deren Unterseite fest gegen die oberen Enden der Bohr-Stifte 12 andrückt. Sodann wird der Wandler 20 an Spannung gelegt, so dass der Schwinger 22 längs einer senkrecht zur Fläche der Unter-

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seite 24 verlaufenden Achse schwingt und hierbei seine Schwingung auf die Kunststoffplatte 18 überträgt. Infolge des Drucks der Kunststoff-Platte 18 gegen die Spitzen der Bohr-Stifte 12 in Verbindung ftnit der Hochfrequenz-Schwingung der Platte 18 beginnt der Kunststoff an den Stiften, d.h. an der Kunststoff-Metall-Grenzflache, zu schmelzen. Der Druck wird (beispielsweise durch eine Feder 26) ständig über den Schwinger 22 auf die Kunststoff-Platte 18 ausgeübt, bis die stifte 12 vollständig in die Platte 18 eingedrungen sind. Der verdrängte bzw. geschmolzene Kunststoff fliesst von der Platte auswärts und wird bei der in Fig. 2 dargestellten AusfUhrungsform um die Basis der Stifte 12 herum an der Unterseite der Kunststoff-Platte 18 eingeschlossen. Nach vollständiger Durchführung der Stifte durch die Platte 18 wird der Wandler 20 stromlos gemacht, so dass.die Ultraschallschwingung des Schwingers 22 unterbrochen wird und sich der geschmolzene Kunststoff an den Stiften 12 abkühlen und verfestigen kann. Der Schwinger 22 wird sodann von der Vorrichtungsplatte 10 abgehoben und die gebohrte Kunststoff-Platte 18 wird durch Vorschieben von in der Vorrichtungsplatte 10 vorgesehenen Auswerferstiften 28 in die Vertiefung 14 und gegen die Unterseite der Platte 18 von der Vorrichtungsplatte 10 abgestossen. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, dass die Unterseite 24 des Schwingers 22 mit komplementären Ausnehmungen 25 zur Aufnahme der Stifte 12 versehen sein kann, welche die Platte 18 durchsetzen, wenn sie vollständig durchbohrt worden ist und der Schwinger 22 sich in der Stellung gemäss Fig. 4 befindet.

Die in der Kunststoff-Platte 18 ausgebildeten Bohrungen sind mit derselben Genauigkeit relativ zueinander angeordnet wie die Stifte 12 auf der Vorrichtungsplatte 10. Die Mittenabstände der Bohrungen können auf Toleranzen von weniger als + 0,025 mm gehalten werden, so dass die fertig gebohrte Kunststoff-Platte für Präzisions-Instrumente, wie Zeitraesservorrichtungen, beispielsweise Klein- und Grossuhren, Zeitgeber und dergleichen,

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verwendbar ist. Ausserdem wird die senkrechte Lage der Bohrungen gegenüber der Kunststoff-Platte 18 im gleichen Ausmass aufrechterhalten wie die die Bohrungen ausbildenden Stifte 12 senkrecht zur Vorrichtungsplatte 10 stehen.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, dass Metalloder Edelstein-Einsätze oder -Lagerhülsen während des Bohrvorgangs durch Ultraschallschwingung in die Kunststoff-Platte 18 eingelassen werden können. In Fig. 5 ist beispielsweise eine von einem Stift 12 getragene Hülse 30 dargestellt. Während der Schwinger 22 die Platte 18 während des Bohrens auf die Stifte 12 drängt, wie dies vorher beschrieben worden ist, fliesst der verdrängte, geschmolzene Kunststoff an der Aussenseite der Hülse herum in alle nicht dargestellten Hinterschnitte oder Gewindeabschnitte hinein, die am Umfang der Hülse 30 ausgebildet sind. Nachdem der Stift 12 und die Hülse 30 vollständig in die Kunststoff-Platte 18 eingedrungen sind und sich der Kunststoff abkühlen konnte, kann die Platte 18 durch die Auswerferstifte 28 von der Vorrichtungsplatte 10 abgehoben werden, wobei die Hülse 30 vom Stift 12 abgehoben wird und in genau vorbestimrater Lage gegenüber den anderen Bohrungen und/ oder Hülsen, die in der Kunststoff-Platte 18 ausgebildet bzw. in diese eingelassen worden sind, in der Platte 18 zurückbleibt. Die Hülse ist mithin wirksam mit der Platte 18 verschweisst.

Zur Aufnahme des während des Bohrens verdrängten geschmolzenen Kunststoffs können gemäss den Fig. 2 und 5 um die Füsse der Stifte 12 herum ringförmige Ausnehmungen 32 ausgebildet sein. Diese Ausnehmungen 32 können ein kleineres Volumen besitzen als das Volumen des während des Bohrens der Durchgangslöcher zu verdrängenden Kunststoffs, so dass ein Teil des Kunststoffs nach oben zur Oberseite der Platte 18 hin verdrängt wird. Der auf diese Weise zu beiden Seiten der Kunststoff-Platte 18 gebildete Kunststoff-Schmelzwulst kann anschliessend gewUnsentenfalls nach

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bekannten Verfahren entfernt oder unter Bildung einer Erhebung an der fertigen Platte an dieser belassen werden.

Gemäss Fig. 6 kann das vorstehend beschriebene Ultraschall-Bohrverfahren vorteilhaft in Verbindung mit Führungslöchern angewandt werden, die vor dem Bohren der endgültigen, genau festgelegten Bohrungen in der Kunststoff-Platte 18 ausgebildet worden sind. Zu diesem Zweck kann ein Führungsloch ^4 durch Eingiessen oder" anderweitig in der Kunststoff-Platte 18 mit einem Durchmesser von höchstens 7556 des endgültigen Bohrungsdurchmessers ausgebildet werden. Diese Führungslöcher erleichtern das Aufsetzen und Ausrichten der zu bohrenden Kunststoff-Platte 18 auf die Vorrichtungsplatte 10. Bei Anwendung der Führungslöcher 34 wird ausserdem weniger Kunststoff geschmolzen und verdrängt, und wenn die FUhrungslöcher die Kunststoff-Platte 18 durchsetzen, gewährleisten sie ein Entweichen des geschmolzenen Kunststoffs in Aufwärtsrichtung über die Führungslöcher. Durch diese Ableitung des Kunststoffs wird die Grosse des Kunststoff-Schmelzwulstes an der Platte um die FÜsse der Bohr-Stifte 12 herum rduziert. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung können auch den ringförmigen Ausnehmungen 32 gemäss Fig. 5 entsprechende Ausnehmungen zur Aufnahme des geschmolzenen Kunststoffs an den Füssen der Stifte 12 vorgesehen sein.

Wenn in der Kunststoff-Platte 18 Blindlöcher 36 ausgebildet werden sollen, wird dem betreffenden Bohr-Stift, welcher in Fig. 7 niit 38-bezeichnet ist, eine geringere Grosse verliehen als die Dicke der Kunststoff-Platte 18 beträgt, so dass beim vollständigen Aufschieben der Platte 18 über die an der Vorrichtungsplatte 10 vorgesehenen Stifte 12 auf vorher beschriebene Weise eine sich nur teilweise durch die Platte 18 erstreckende Bohrung ausgebildet wird. Vorzugsweise wird vorher in der Kunststoff-Platte 18 im Bereich des Blindlochs J>6 eine Ausnehmung 4o mit grösserem Durchmesser ausgebildet, bevor die

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Platte 18 auf beschriebene Welse mit Bohrungen versehen wird. Das Volumen dieser Ausnehmung 4o sollte gleioh gross oder etwas grosser sein als das Volumen des während des Bohrens zu verdrängenden Kunststoffs, doch sollte die Tiefe der Ausnehmung 4o selbstverständlich kleiner sein als die Länge des. endgültigen Blindlochs j$6. Auf diese Weise könnte der geschmolzene Kunststoff während des Bohrens von dieser Ausnehmung 4o aufgenommen werden, ohne einen Schmelzwulst um das derart herzustellende Blindloch 36 herum zu bilden. Wahlweise oder gleichzeitig kann je nach Wunsch 'eine nicht dargestellte, der ringförmigen Ausnehmung 32 (Fig. 5) entsprechende Ausnehmung um den Fuss des Stiftes 38 herum ausgebildet werden, so dass der geschmolzene, während des Bohrens des Blindlochs 36 zum Stift-Puss verdrängte Kunststoff in dieser Ausnehmung aufgefangen wird und später als Schmelzwulst von der fertigen Platte 18 entfernt werden kann.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung kann auch darin gesehen werden, dass zusätzliche Teile, wie Zapfen, Stifte usw., oder Unterbaugruppen während des Bohrens nach dem erfindungsgemässen Verfahren in die Kunststoff-Platte eingelassen werden können. Gemäss Fig. 8 ist ein Stift 42 in einer in der Vorrichtungsplatte 10 ausgebildeten Bohrung 44 angeordnet, so dass seine Stellung bzw. Ausrichtung gegenüber den anderen Einsätzen und den Bohr-Stiften 12 genau festgelegt ist. Wenn die Kunststoff-Platte 18 gegen den Stift 42 angedrückt und auf beschriebene Welse in Ultraschallschwingung versetzt wird, beginnt der Kunststoff an der Grenzfläche zwischen ihm und dem Stift zu schmelzen, so dass der Stift in die Platte eindringt. Nach dem Zurückziehen des Schwingers 22 von der Platte 18 und nach dem Verfestigen und Abkühlen des geschmolzenen Kunststoffs kann die Platte 18 auf beschriebene Weise von der Vorrichtungsplatte Io zurückgezogen werden, während der Stift 42 in einer der Relativlage der Bohrung 44 gegenüber den Bohrungen für andere Einsätze un den Bohrst if ten 12 auf der Vorrichtungsplatte 10 entsprechenden Relativlage gegenüber den anderen Einsätzen und Bohrungen in der Platte

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18 zurückbleibt. Ersichtlicherweise kann in der Vorrichtungsplatte 10 um die Bohrung 44 herum oder in der Kunststoff-Platte 18 im Bereich des Einsatzes 42 eine bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen vorgesehenen ringförmigen Ausnehmungen 32 und 40 entsprechende Ausnehmung vorgesehen sein, in welcher der verdrängte geschmolzene Kunststoff aufgefangen werden kann.

Zusammenfassend schafft die Erfindung mithin eine Bohrvorrichtung mit einer Vorrichtungsplatte, von deren Oberfläche genauestens festgelegte Bohr- und längere Ausricht-Stifte abstehen. Eine Kunststoff-Platte oder ein sonstiges Kunststoff-Werkstück wird auf die Stifte aufgelegt und durch einen oder mehrere längere Ausrichtstifte relativ zur Vorrichtungsplatte ausgerichtet. Sodann wird eine Ultraschall-Schweissvorrichtung mit einem elektromechanischen Wandler und einem Schwinger an Spannung gelegt und wird der Schwinger abwärts bewegt, bis er in Anlage an die Kunststoff-Platte kommt. Die Ultraschallschwingung lässt den Kunststoff der Platte an der Grenzfläche zwischen den Metall-Stiften und der Platte schmelzen. Der Schwinger wird abwärts gegen die Vorrichtungsplatte gedrängt, so dass die Stifte die Platte durchdringen und den geschmolzenen Kunststoff verdrängen. Der Ultraschall-Schwinger wird von der Kunststoff-Platte zurückge· zogen und letztere wird sodann von der Vorrichtungsplatte entfernt, wobei die die Kunststoff-Platte durchsetzenden Bohrungen entsprechend der präzisen Ausrichtung der Stifte auf der Vorrichtungsplatte genauestens festgelegt sind.

Selbstverständlich kann die Erfindung auch in anderen speziellen AusfUhrungsformen verwirklicht werden, ohne dass von ihrem Grundgedanken und ihren wesentlichen Eigenschaften abgewichen wird. Die vorstehend dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen sind daher in jeder Hinsicht nur als erläuternd und nicht als einschränkend aufzufassen, vielmehr soll die Erfindung alle innerhalb des erweiterten Schutzumfangs liegenden Abwandlungen und Änderungen mit einschllessen.

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Claims

Hamilton Watch Company
Lancaster, Pa., V.St.A.

Patentansprüche

Vorrichtung zum Ultraschallbohren von Kunststoff-Werkstücken, gekennzeichnet durch eine Vorrichtungsplatte (10), f von deren Oberseite eine Anzahl von Ansätzen (12, 16, 38) in genau festgelegten Querabständen voneinander absteht, gegen welche das Werkstück (18) andrückbar ist, einen an an einen hochfrequente mechanische Schwingungen erzeugenden

en elektromechanischen Wandler (20) angeschlossen^ längs einer praktisch senkrecht zur Vorrichtungsplatte stehenden Achse schwingenden mechanischen Schwinger (22), der an die von der an den Ansätzen anliegenden Seite abgewandten Seite des Werkstücks anlegbar ist, derart dass der Schwinger seine Schwingung auf das Werkstück überträgt, und eine Einrichtung (26) zum Anlegen von Druck an den Schwinger oder an die Vorrichtungsplatte, um das Werkstück und die Ansätze gegeneinander zu drücken, so dass die Ansätze den Kunststoff des Werkstücks verdrängen und darin Bohrungen in den gleichen Querpositionen ausbilden, in welchen die Ansätze voneinander angeordnet sind·

2· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansätze (12, 38) zylindrische Bohr-Stifte sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtungsplatte (10) eine Vertiefung (14) zur Aufnahme des Werkstücks (18) aufweist, von deren Sohle die Bohr-Stifte aufwärts abstehen.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet» dass das Werkstück.(18) eine Kunststoff-Platte ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet« dass mindestens einer der Ansätze (16) ein grösseres Stück von der Vorrichtungsplatte (lo) absteht als die Dicke der Platte (18) beträgt, so dass dieser Ansatz die · Platte unter Ausbildung einer Bohrung in dieser zu durchdringen vermag.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Ansätze (38) ein kleineres Stück von der Vorrichtungsplatte (10) absteht als die Dicke der Platte (18) beträgt, so dass dieser Ansatz unter Bildung eines Blindloches (36) in die Platte einzudringen vermag.

7· Vorrichtung nach Anspruch 2 und 4 zur Bearbeitung von Kunststoff-Platten, in denen mindestens ein FUhrungsloch mit kleinerem Durchmesser als dem eines zugeordneten Bohr-Stifts ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (18) derart auf die Bohr-Stlfte aufsetzbar ist, dass das Führungsloch (34) und der betreffende Bohr-Stift (I6) praktisch koaxial miteinander fluchten.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 4 zur Bearbeitung von Kunststoff-Platten, an deren einer Seite jeweils eine Ausnehmung von grösserem Durchmesser als dem eines zugeordneten Bohr-Stifts ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (18) so auf die Bohr-Stifte (12) aufsetzbar ist, dass die Ausnehmung (40) und der zugeordnete Bohr-Stift (38) praktisch koaxial miteinander fluchten, wobei die Ausnehmung einen Aufnahmeraum für den verdrängten Kunststoff bildet.

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9· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtungsplatte (1O) um den Puss mindestens eines Bohr-Stifts (12) mit einer ringförmigen Ausnehmung (52) zur Aufnahme des verdrängten Kunststoffs versehen ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Vorrichtungsplatte Ausrichtmittel (42) zur Halterung von an der Vorrichtungsplatte (10) befestigten, relativ zu den Ansätzen (12, 16, j$8) ausgerichteten Teilen vorgesehen sind, mit denen das Werkstück (18J in Berührung bringbar ist, so dass diese Teile den Kunststoff des Werkstücks verdrängen und in letzteres eingebettet werden.

11. Verfahren zur Ausbildung von Bohrungen in einer Kunststoff-Platte, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte zwischen Bohr-Stifte, welche in genau festgelegten Abständen von einer Vorrichtungsplatte aufwärts abstehen, und einem mechanischen Schwinger in Berührung mit den Stiften angeordnet und danach der Schwinger mit der Platte in Berührung gebracht wird, dass sodann der Schwinger auf elektromechanischen! Weg senkrecht zur Ebene der Platte in Schwingung versetzt wird, wodurch die Kunststoff-Platte relativ zu den Bohr-Stiften in Schwingung versetzt wird, und dass schliesslich entweder der Schwinger oder die Vorrichtungsplatte gegen de.n jeweils anderen Teil angedrückt wird, wobei die Kunststoff-Platte gegen die Bohr-Stifte gedrückt wird und hierdurch Bohrungen in der Kunststoff-Platte ausgebildet werden, deren Relativlage zueinander genau der Relativlage der Bohr-Stifte zueinander entspricht.

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W& ORIGINAL

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12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kunststoff-Platte ein Pührungsloch von kleinerem Durchmesser als dem der auszubildenden Bohrung vorgesehen wird.

IJ. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Bohren im Bereich der herzustellenden Bohrung in der Kunststoff-Platte eine flache Ausnehmung ausgebildet wird.

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