PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE19622449C1 15.01.1998
Titel Verfahren zur Granulation einer Oberfläche eines Werkstückes
Anmelder Rofin-Sinar Laser GmbH, 22113 Hamburg, DE
Erfinder Hefter, Ulrich, Dr., 85247 Arnbach, DE
Vertreter E. Tergau und Kollegen, 90482 Nürnberg
DE-Anmeldedatum 05.06.1996
DE-Aktenzeichen 19622449
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 15.01.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.01.1998
IPC-Hauptklasse B44C 1/00
IPC-Nebenklasse A44C 27/00   
Zusammenfassung Bei dem Verfahren zur Granulation einer Oberfläche eines Werkstückes (2) wird gemäß der Erfindung im Werkstück (2) eine durch das Werkstück (2) hindurchgehende Ausnehmung (6) hergestellt, auf die auf einer Seite des Werkstückes (2) ein Körper (12) aufgesetzt wird. Mit einem auf der anderen Seite des Werkstückes (2) in die Ausnehmung (6) eintretenden Laserstrahl (14) wird anschließend der Körper (12) in der Ausnehmung (6) mit dem Werkstück (2) verschweißt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Granulation einer Oberfläche eines Werkstückes.

Bei der Granulation handelt es sich um eine in der Goldschmiedekunst verwendete Ziertechnik, bei der Goldkügelchen auf die Oberfläche eines metallischen Werkstückes aufgeschmolzen werden, ohne daß sich dabei die Kügelchen wesentlich verformen. Mit Hilfe dieser aufgeschmolzenen Goldkügelchen können auf dem metallischen Körper Muster und Ornamente gebildet werden.

Ein Problem bei dem bekannten Verfahren besteht vor allen Dingen darin, daß die Goldkügelchen bei Erwärmen des Werkstücks nicht nur an der Grenzfläche zum Werkstück schmelzen, sondern insgesamt aufschmelzen und verlaufen. Dies erfordert bei der Herstellung von granulierten Schmuckstücken ein hohes handwerkliches Geschick.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Granulation einer Oberfläche eines Werkstückes anzugeben, das weitgehend automatisierbar ist und eine hohe Reproduzierbarkeit der Ergebnisse gewährleistet.

Die genannte Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Das Verfahren zur Granulation einer Oberfläche eines Werkstückes umfaßt gemäß der Erfindung folgende Verfahrensschritte:

  • a) Im Werkstück wird eine durch das Werkstück hindurchgehende Ausnehmung hergestellt,
  • b) auf die Ausnehmung wird auf einer Seite des Werkstückes ein Körper aufgesetzt,
  • c) mit einem auf der anderen Seite des Werkstückes in die Ausnehmung eintretenden Laserstrahls wird der Körper in der Ausnehmung mit dem Werkstück verschweißt.


Durch diese Maßnahmen wird eine optisch einwandfreie und reproduzierbare Granulation ermöglicht.

Aus "Uhren, Juwelen, Schmuck" 2/96, S. 90-95, und aus "Goldschmiede- und Uhrmacherzeitung" 6/94, S. 90-94 sowie aus "Gold und Silber, Uhren und Schmuck" 10/96, S. 88-90 ist es zwar prinzipiell bekannt, Laserschweißverfahren in der Schmuckindustrie einzusetzen. Dort wird auch auf den besonderen Vorteil eines Laserschweißverfahrens hingewiesen, der im wesentlichen darin besteht, daß kleinste Bereiche des Werkstücks aufgeschmolzen werden können, ohne die Umgebung einer nennenswerten Erwärmung auszusetzen. In diesen Druckschriften werden jedoch als wesentliche Anwendungsgebiete nur das Ausbessern von Fehlern, das Fixieren von Teilen vor dem Löten und das Fassen von hitzeempfindlichen Steinen genannt. Ein Hinweis auf eine Anwendbarkeit des Laserschweißverfahrens bei der Granulation ist jedoch keiner dieser Druckschriften zu entnehmen.

Vorzugsweise wird die Mantelfläche der Ausnehmung konisch gestaltet und der Körper wird auf die Seite des Werkstücks aufgesetzt, auf der die von der Ausnehmung gebildete Öffnung den kleineren Durchmesser hat. Dadurch ist gewährleistet, daß die Berührungslinie oder Rerührungsfläche, an der sich das Werkstück und der Körper an der Ausnehmung berühren und an der sie miteinander verschweißt werden, vom Laserstrahl gut erreicht werden kann.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird auch die Ausnehmung mit einem Laserstrahl hergestellt.

Insbesondere wird als Körper eine Kugel aus einer goldhaltigen Legierung verwendet.

Vorzugsweise wird zum Herstellen der Ausnehmung und zum Schweißen ein gepulster Laserstrahl eines Festkörperlasers verwendet. Dadurch wird eine hohe Qualität sowohl der Ausnehmung als auch der Schweißnaht ermöglicht.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf das Ausführungsbeispiel der Zeichnung verwiesen, in deren Fig. 1 bis 4 das Verfahren gemäß der Erfindung schematisch veranschaulicht ist.

Gemäß Fig. 1 und 2 wird in einem ersten Verfahrensschritt die Oberfläche eines metallischen Werkstückes 2, beispielsweise eine aus einer goldhaltigen Legierung bestehende dünne Platte, mit einem fokussierten Laserstrahl 4 beaufschlagt, um eine Durchgangsbohrung oder eine durch das Werkstück 2hindurchgehende Ausnehmung 6, wie sie in Fig. 2 veranschaulicht ist, herzustellen. Die mit dem Laserstrahl 4 erzeugte Ausnehmung 6 hat im Ausführungsbeispiel eine konische oder kegelförmige Mantelfläche 8. Die von der Ausnehmung 6 auf einander gegenüberliegenden Seiten des Werkstückes 2 gebildeten Öffnungen 10 und 11 haben eine kreisförmige Gestalt, wobei die Öffnung 11 auf der dem Laserstrahl 4 zugewandten Seite des Werkstückes 2 einen größeren Radius hat als die Öffnung 10, die sich auf der dem Laserstrahl 4 abgewandten Seite des Werkstückes 2 befindet.

Gemäß Fig. 3 wird auf die Öffnung 10 mit dem kleineren Durchmesser ein vorzugsweise aus einer goldhaltigen Legierung bestehender Körper 12 aufgesetzt, so daß er an der Mantelfläche 8 oder entsprechend dem Ausführungsbeispiel auf einer Kante 13 der Ausnehmung 6 aufliegt. Mit einem auf der gegenüberliegenden Seite des Werkstückes 2 in die Ausnehmung 6 eintretenden Laserstrahl 14 wird der Körper 12 an dieser Auflage- oder Berührungsfläche mit dem Werkstück 2 verschweißt. Der Fokus oder Spot des Laserstrahls 14 wird hierzu zentrisch auf die Ausnehmung 6 ausgerichtet. Der Durchmesser des Spots ist dabei so groß, daß er in seinem Randbereich die Mantelfläche 8 der Ausnehmung 6 erfaßt, um ein Verschmelzen oder Verschweißen des Körpers 12 mit dem Werkstück 2 zu bewirken.

In Fig. 4 ist zu erkennen, daß der Körper 12 mit einer ringförmigen Schweißnaht 20 mit dem Körper 2 verschweißt ist. Besonders gute Ergebnisse werden erzielt, wenn als Werkstoffe für den Körper 12 und das Werkstück 2 höherkarätige Goldlegierungen, insbesondere Goldlegierungen mit mehr als 14 Karat verwendet werden.

In einem Ausführungsbeispiel wurde ein 0,5 mm dickes Werkstück 2 aus einer 14-karätigen Goldlegierung mit der Legierungsbezeichnung A2 (Zusammensetzung: 585 Au, 260 Ag, 140 Cu, 15 Sn) verwendet. Der Durchmesser der Öffnungen 10 und 11 betrug 360 µm bzw. 450 µm. Auf die kleinere Öffnung 10 wurde als Körper 12 eine 22-karätige Goldkugel mit der Legierungsbezeichnung A6 (Zusammensetzung: 920 Au, 60 Ag, 20 Cu) und einem Durchmesser von etwa 800 µm aufgesetzt.

Für die Laserbearbeitung wurde ein gepulster Nd:YAG-Laser verwendet. Sowohl beim Herstellen der Schweißnaht 20 als auch beim Herstellen der Ausnehmung 6 wurde der Fokus- oder Spotdurchmesser des Laserstrahls 4, 14 auf etwa 0,4 mm eingestellt.

Beim Herstellen der Ausnehmung 6 wurde die Fokuslage auf die dem Laserstrahl 4 zugewandte Oberfläche des Werkstücks 2 eingestellt und eine maximale Pulsleistung von etwa 6 kW bei einer Pulslänge von 2 ms und einer Pulsenergie von 10 J verwendet.

Beim Herstellen der Schweißnaht 20 wurde die Fokuslage etwa auf die Höhe der umlaufenden Kante 13 eingestellt. Für das Schweißen entlang der Kante 13 wurde die maximale Pulsleistung auf etwa 1,8 kW bei einer Pulslänge von 4 ms und einer Pulsenergie von 7 J eingestellt.

Sowohl die Ausnehmung 6 als auch die Schweißnaht 20 wurden im Ausführungsbeispiel jeweils mit nur einem einzigen Laserpuls erzeugt.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Granulation einer Oberfläche eines Werkstückes (2), mit folgenden Verfahrensschritten:
    1. a) im Werkstück (2) wird eine durch das Werkstück (2) hindurchgehende Ausnehmung (6) hergestellt,
    2. b) auf die Ausnehmung (6) wird auf einer Seite des Werkstückes (2) ein Körper (12) aufgesetzt,
    3. c) mit einem auf der anderen Seite des Werkstückes (2) in die Ausnehmung (6) eintretenden Laserstrahl (14) wird der Körper (12) in der Ausnehmung (6) mit dem Werkstück (2) verschweißt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche (8) der Ausnehmung (6) konisch gestaltet wird und der Körper (12) auf die Seite des Werkstücks (2) aufgesetzt wird, auf der die von der Ausnehmung (6) gebildeten Öffnung (10) den kleineren Durchmesser hat.
  3. 3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (6) mit einem Laserstrahl (4) hergestellt wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Körper (12) eine Kugel aus einer goldhaltigen Legierung verwendet wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Herstellen der Ausnehmung (6) und zum Schweißen ein gepulster Laserstrahl (4, 16) eines Festkörperlasers verwendet wird.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com