DE971051C

DE971051C - Device for punching synthetic precious stones (bearing stones) made of hard dielectric material

Info

Publication number: DE971051C
Application number: DEF16502A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Rene Farines
Original assignee: RENE FARINES DIPL ING
Current assignee: RENE FARINES DIPL ING
Priority date: 1955-01-04
Filing date: 1955-01-04
Publication date: 1958-12-11

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.Device for punching of hard dielectric material synthetic gemstones (bearing stones) The invention relates to a device For punching synthetic gemstones made of hard, dielectric material (Bearing stones), especially corundum, by means of electric breakdown discharge, which are preferably intended for industrial purposes, e.g. B. as consisting of ruby Jewels for clocks or other instruments.

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.The punching of gemstones has so far been done using a very fine one and driven very quickly. Drill, where appropriate another Grinding reworking of the borehole created in this way takes place in order to give it the to give the desired dimension. So this processing of gemstones is done with the help of purely mechanical means. Usually there is also the use of expensive diamond fragments or diamond powder required, which as drilling or. Serve grinding aids. This known working method is therefore rather cumbersome. It requires very sensitive special tools, demands great work skills, it is time consuming and with all of the above it turns out to be quite costly. It is also already known to pierce diamonds with electrical discharges, either in an electrolyte with the use of overlying needle electrodes, with drilling times of ro seconds up to several minutes per hole, or using of oxidizing gases, but pre-drilled holes mechanically beforehand and only the remaining drilling is done electrically. Even the finest drilling Holes by means of focused corpuscular rays in a vacuum has been used. Sdhließlidh it is also known to make soft insulating materials with the help of spark discharges to punch, however, these methods cannot be used for punching hard, relatively thick ones Stones are applied.

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.The invention has for its object a device for the perforation of synthetic To create gemstones with which the punching in a fraction of a second takes place and can be done automatically.

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.The invention consists in that the workpiece to be punched between two high-voltage electrodes exposed to an electric field in such a way that for the shock spark between these electrodes and the workpiece to be punched, preferably a spark from both sides to be penetrated airway is maintained and that the workpiece is how to known, with the exception of the breakdown area in one it with a non-conductive Liquid or a dielectric paste surrounding the bearing is held.

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.Through the upstream connection of the air duct or ducts, the required initial discharge voltage, i.e. the ignition voltage, increased considerably and thus also the size of the electrical charge generated by the spark breakdown comes into effect and causes the perforation of the stone. The voltage is each according to the dimensions and the electrical properties of the stone several ro ooo volts. The charging energy is expediently provided in a known manner in switchable capacitor batteries.

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.To process gemstones industrially and economically in a new way to be able to do so in such a way that uniform results are always achieved from case to case it is imperative that these workpieces be in a suitable device to hold. Is that what it is? about punching ruby stones for watch bearings. Od. Like. So it is also necessary that the bearing hole to be achieved accordingly centered in the workpiece. This result can also be used secure by using a device holding the workpiece accordingly.

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.If you z. B. simply a round piece z. B. made of corundum in the above If you want to punch in a way, you will hold it between two electrodes .denen then a sufficient potential difference of a few roooo volts is granted. Included But then it must still be ensured that the sparkover spark finds its discharge path does not bypass the workpiece, but that it takes its least electrical Resistance is found in the hole path to be achieved; because only in this case the desired perforation result is achieved. To achieve this result, give the z. B. round workpiece in a specially shaped holding device. This is to be chosen in its material and in its form of training so that then the electrical resistance in the bypass path of the workpiece is significantly greater turns out to be in the path that goes through the workpiece itself. One must ensure that the breakdown spark between the ones that are energized Electrodes then find the lowest resistance when touching the workpiece punctures exactly centric. The penetration hole in the workpiece falls in this case then also appropriately centrically as desired.

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.The holding device for the workpiece can consist of any. suitable a good dielectric must be chosen and also have any suitable shape. It can be a be a flat plate, a spinning disc, or a conveyor belt designed in this way are that they hold the workpiece to be punched individually or in flow work can.

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.Below is the invention with its details in several embodiments, reflecting the various forms of a device for carrying out the new procedure, explained and described in more detail with reference to drawings. It shows im individual Fig. r an arrangement for punching gemstones by means of an electric Penetration feet in a schematic representation and compared to the existing natural ones Size values are shown enlarged approximately in the ratio r: to, Fig Principle of the same arrangement in which the holding device for the gemstone to be punched but is designed somewhat differently, Fig.3 an automatically operating system that is operated by means of an assembly line.

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.In the figures, e are two electrodes to which such a high different voltage value is mutually applied by any suitable voltage source that a discharge spark flashes between them. This electrical spark can now be used for punching gemstones: For this purpose, this gemstone, in the example in the form of a round plate r, is brought into the spark's penetration path for this purpose. This is done with the help of a non-conductive plate d2, which consists of a high-quality insulating material. A round bed r1 is provided in this plate, into which the round gemstone plate r just fits. A thinner plate d1, which is also made of high-quality dielectric material, is then placed over it again. Both plates d1 and d2 also each have an air duct 1 and 12, which run centrically to the central axis of the gemstone plate r. The electric field between the electrodes e carrying the high voltage ensures that a strong ionization occurs on both sides in the airways 1i and 12, which lead to the gemstone platelet r, which then forms a very reduced resistance for the discharge spark and thus ensures that the spark is directed centrally towards the gemstone and then penetrates it with a central hole. At the same time, it is impossible for the spark to break through through the insulating material plates d1 and d2, because a greater dielectric resistance would have to be overcome in this case. So that the spark cannot make its way around the gemstone r in bed r1 either, its outer edges and, if necessary, their surroundings are additionally coated with a high-quality liquid or paste-like insulating agent i, which z. B. from transformer oil of viscous consistency od. Like. Be; can stand. All these measures ensure that the gemstone r is punched centrally as desired by the discharge spark that penetrates it. By measuring the electrical power with which the spark is created, it is to a certain extent in hand to regulate the strength of the hole to be produced.

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.The arrangement according to FIG. 2 differs from the one described above essentially only in that the upper electrode e is brought almost directly to the workpiece r to be perforated in a recess in an insulating plate d3 that is kept somewhat wider. Here, too, the air duct 1 ″ ensures that the sparkover spark punctures the gemstone r in the center. I is also a spread oil mass that prevents the spark from making its way around the gemstone r.

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.The replacement of the gemstone plate r takes place in that the upper electrode e, when it is de-energized, pulled up correspondingly far will take out the punched workpiece and put a new one in the bed to be able to. The insulating plate d3 can also be designed as a turntable, in the then arranged in a circle jobs can be provided, such as a of which in Fig. 2 is shown in section, these jobs then at Rotate the disc in question one after the other between the electrodes be guided.

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.In the arrangement according to FIG. I, the replacement of the one to be punched takes place Workpiece r in that the plates d1 and d2 to the side out of the area the electrode e. The plate d1 is then removed to be used for the Changing the workpiece to approach bed r1. Such an arrangement can now, by analogy, also very advantageous for creating an automatically operating device can be used, as shown schematically in FIG. 3. Here are the plates d1 and d2 are replaced by two conveyor belts Bi and B2, which are shown in FIG Rotate direction of arrow. These tapes are also made of a high-quality insulating material of any suitable type, manufactured e.g. B. based on polyvinyl chloride, one Polyamide or some other copolymer. Here, too, are for the tough dielectric material existing workpieces to be punched, in particular for the jewels to be punched for clocks or the like, the embedding bearings r1 with associated air ducts 1i and 12 at regular intervals in series one behind the other arranged. The belts Bi and B2 run around each other at the same speed. she lie close to each other in the overlap area, whereby each disadvantageous mutual friction between the belts remains avoided. L is an automatic working loading device, which at the right time in each embedding store r1 by itself a gemstone or the like. Inserts, which then between the electrodes e by a flashover spark occurring at the right time in the above already explained way is punched. E is a z. B. suction unloading device, which the finished perforated stones finally automatically from the conveyor belt B2 decreases. S1 to S4 are the conveyor rollers for the two belts Bi and B2, from each of which is expediently driven.

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.It should be noted that the invention is not alone in its application limited to the exemplary embodiments described. You can rather be in the frame the invention can also be implemented in another way.

Claims

PATENT CLAIMS: e.g. Device for punching synthetic gemstones (bearing stones) made of hard dielectric material, in particular corundum, by means of electrical breakdown discharge, characterized in that the workpiece (s) to be punched in open air between two non-touching high-voltage electrodes (e) is arranged in such a way that on one or both sides between workpiece (r) and electrode (e) an air duct (i1, 12, 1s) is provided in a straight connection in an intermediate piece made of such a dielectric material (di, d2, d3) and the workpiece (r ) is embedded in a manner known per se in non-conductive materials (i) in such a way that the perforation is through a single Fun'leen-. breakthrough occurs only in a straight line through the workpiece.

2. Device according to claim i, characterized in that as a holding device for the workpiece (r) to be punched a turntable made of insulating material is used, in which in a circular Arrangement provided embedding points for the workpieces are attached, the with the step-by-step indexing of the turntable between the electrodes (e) go through.

3. Apparatus according to claim r, characterized in that as a holding device for the workpiece to be punched (r) an existing insulating material, between the electrodes (e) continuous conveyor belt (B2) is used, in which for this workpiece in series (one behind the other embedding points ( r1) are arranged, with a second circulating belt (B1) preferably also being provided, which, rotating synchronously with the conveyor belt (B2), covers the embedding storage positions (r,) used for the workpieces at the top and only at the Released publications: German Patent Nos. 672 832, 938 681, 856 874, 822 968, 830 762, 865 1 15; British Patent Nos. 558 834, 593 891; USA . Patents No. 692 834, 2 141 869, 2 550 366; French patent No. 1 031 411; VDI-Zeitschrift, 1949, issue i, p. 16; 1941, issue 11, pp. 265 to 268; magazine » Workshop and factory «, 1954, He ft 2, p. 57; Metal Industry magazine from August 22, 1952, pp. 147, 148; Journal of Research of the National Bureau of Standards, Research Paper RP 1787, May 1947, pp. 449 to 464; Journal "Results of the Exact Natural Sciences", 1935, pp. 105 to 1o9; Book "Diamond Dies" by Steel, 1945, pp.122, 124, 127, 166; Book »SVT« 175 (series of publications by Verlag Technik), pp. 32 to 39, 20, 21.