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Einrichtung zur Einstellung der Halbwellen zur Erzeugung oszillierender elektrischer Entladungen in Funkenerosionsmaschinen
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Einstellung der Halbwellen zur Erzeugung oszillierender elektrischer Entladungen für die abragende Bearbeitung metallisch leitender Werkstoffe mittels elektri- scher Funken in Funkenerosionsmaschinen. Derartige Werkzeugmaschinen arbeiten bekanntlich nach dem Prinzip der erodierenden Wirkung elektrischer Funken, die zwischen einer Werkzeugelektrode und dem Werkstück erzeugt werden. Durch die elektrischen Funken wird das Metall des zu bearbeitenden Werk- stUckes abgetragen u. zw. so, dass eine genaue Einseckung od. dgl. unter Abbildung der Elektrodenform im Werkstück entsteht.
Zur Erzeugung des Funkens werden im allgemeinen Kondensatorentladungen benutzt, wobei ein oder mehrere Kondensatoren mittels geeigneter Spannungsquellen aufgeladen werden und die sich danach über den Spalt, der sich zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück befindet, entladen.
Es ist nun bekannt, durch geeignete elektrische Schaltmittel den Aufladungs- sowie Entladungsvor- gang zu steuern. Zu diesem Zweck werden, in den Auflade-bzw. Entladekreis steuerbare Hochvakuum- oder Gasentladungsröhren sowie Halbleiterelemente eingeschaltet, die durch bestimmte Tastimpulse zu gewissen Zeiten angeregt werden und damit den Auflade- bzw. Entladevorgang in gewünschter Weise steuern.
Es ist auch schon vorgeschlagen worden, durch in denEntladungskreis eingebrachte Halbleiterelemente den Entladevorgang in der Weise zu beeinflussen, dass nur jeweils die positive Halbwelle zur Erzeugung des Funkens herangezogen wird. Mit allen bekannten steuerbaren und nicht steuerbaren Schaltmitteln wurden bisher entweder nur positive Impulse erzeugt oder es wurden oszillierende Impulse zwischen Werkstück und Elektrode hervorgerufen, deren Form sowohl für die positive wie auch für die negative Halbwelle gleich oder ähnlich war. Es war auch bekannt, mit diesen Schaltmitteln positive und negative Impulse zu erzeugen, deren Formen durch die Bemessung der Schaltmittel voneinander abhängen.
Es wurde lange Zeit angenommen, dass, um den Abbrand an Werkzeugelektrodenmaterial zu verringern, das Werkstück auf jeden Fall eine negative und die Elektrode eine positive Polarität aufweisen muss. Es wurden aus die-
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Es hat sich gezeigt, dass die günstigsten Bedingungen bezüglich des Elektrodenabbrandes nicht aus- schliesslich davon abhängen, dass die Elektrode in jedem Zeitintervall eine positive Polarität besitzt, son- dern es wurde gefunden, dass der Abbrand der Elektrode von der Form insbesondere der Amplitude und der Zeitdauer der positiven wie auch der negativen Halbwellen, dem Werkzeugelektrodenmaterial sowie dem Werkstückmaterial abhängt Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass es bei verschiedenen Werkstoffen möglich ist, den Elektrodenabbrand noch weiter herabzusetzen, wenn im Spalt zwischen Werkstück und Elektrode oszillierende Entladungen erzeugt werden, die ganz bestimmte voneinander unabhängige Formen bei beiden Halbwellen zeigen.
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Diese Formen sind von der Paarung des Materials Elektrode/Werkstück abhängig.
Die Erfindung beruht nun darauf, eine Einrichtung herzustellen, mit der bei vorgegebenen entspre- chenden Materialpaarungen die für sie günstigen Formen der Halbwellen einstellbar sind. Sie besteht im
Wesen darin, dass zur Einstellung einer vorbestimmten Form der Halbwellen, insbesondere zu einer voneinander unabhängigen Festlegung der Amplitude und der Zeitdauer der positiven und negativen Halbwel- len der Entladung, in den Entladekreis zwei antiparallel liegende steuerbare Schaltmittel, vorzugsweise Hochvakuum- oder Gasentladungsröhren und bzw. oder Halbleiterelemente in Reihe mit zwei veränderli- chen Impedanzen eingeschaltet sind.
Versuche haben ergeben, dass z. B. bei Verwendung von Werkzeugstahlelektroden zur Herstellung von Bohrungen in Stahl dann die günstigsten Ergebnisse bezüglich des Elektrodenabbrandes eintreten, wenn die Amplitude der positiven Halbwelle etwa das dreifache der negativen Halbwelle beträgt und die Zeitdauer der negativen Halbwelle etwa das 0,5-fache aufweist. Es können aber auch Halbleiterelemente, die sich durch Impulse steuern lassen, beispielsweise Transistoren od. dgl., in Sonderfällen Verwendung finden.
Die Schaltmittel müssen nun so in den Entladekreis eingesetzt werden, dass sie in der Lage sind, jeweils nach Dauer und Häufigkeit der Tastimpulse einen Strom zum Arbeitsspalt in beiden Richtungen hindurchzulassen. Dabei kann die Grösse des Tastimpulses in gewissen Grenzen die Stärke der Ströme beeinflussen.
Durch Veränderung der mit diesen Schaltmitteln in Reihe geschalteten Impedanzen ist es möglich, auch die geometrische Form der positiven und negativen Halbwellen beliebig zu gestalten.
Zur Herbeiführung der voneinander unabhängigen Formen der Halbwellen können an sich bekannte elektrische Taktimpulsgeber verwendet werden, die in elektrischer Verbindung mit den Gittern der antiparallel geschalteten Röhren stehen. Solche elektrische Taktimpulsgeber sind alsMultivibratoren und Univibratoren in der Elektrotechnik bekannt.
Es ist auch möglich, als Schaltmittel zwei nichtlineare steuerbare Induktivitäten zu verwenden. Diese sind beispielsweise so in den Entladekreis einzubauen, dass bei der positiven Halbwelle eine der Induktivitäten bis in das Sättigungsgebiet ausgesteuert ist, während der Arbeitspunkt der andern Induktivität so gelegt ist, dass sie während der gesamten Dauer der positiven Halbwelle zur Stromleitung praktisch nicht beiträgt. Während der Dauer der negativen Halbwelle lässt diese zweite Induktivität den Strom in Abhän- gigkeit des ihr vermittelten Impulses hindurchfliessen, während die erste Induktivität in diesem Zeitraum zur Stromleitung nicht beiträgt.
Weiden Schaltmittel verwendet, die nicht in der Lage sind, ohne Belastung zu schalten, beispielsweise die oben erwähnten Gasentladungsröhren oder gesättigten Induktivitäten, ist es zweckmässig, parallel zur Funkenstrecke zwischen Werkzeugelektrode und Werkstück geeignete Impedanzen einzuschalten, die die Entladungen einleiten. Als Impedanzen können vorzugsweise auch ohmsche Widerstände verwendet werden, welche in der angegebenen Weise zwischen Elektrode und Werkstück eingeschaltet sind. Als Impedanz kann auch ein Transformator Verwendung finden, dessen Sekundärseite mit Werkzeugelektrode und Werkstück verbunden ist.
Es ist ferner möglich, den oder die elektrischen Taktimpulsgeber sowohl mit den steuerbaren Schalt- mitteln im Entladekreis als auch mit einem steuerbaren Schalter im Aufladekreis zur an sich bekannten gesteuerten Aufladung zu verbinden. Auf diese Weise ist im allgemeinen mit zwei Taktimpulsgebern aus- zukommen, da diese ohne weiteres durch einen geeigneten Aufbau Impulse zu verschiedenen Zeiten und in verschiedenen Formen abzugeben in der Lage sind. Es ist auch möglich, in bestimmten Fallen mit nur einem einzigen Impulsgeber auszukommen, nämlich dann, wenn nur eine Halbwelle unabhängig von der einmal festgelegten Form der andern Halbwelle verändert werden soll.
Die erfindungsgemässe Einrichtung soll nun an Hand einiger Ausführungsbeispiele nähei erläutert werden : Die Fig. l, 2 und 3 zeigen Schaltungen, nach welchen die erfindungsgemässe Einrichtung aufgebaut werden kann. Die Schaltungen stellen selbstverständlich nur Prinzipschaltbilder dar, in denen alles Unwesentliche weggelassen wurde.
In Fig. 1 wird über eine Impedanz 2 und einen Schalter 3 der Kondensator 1 von einer geeigneten Gleichspannungsquelle aufgeladen. Im Entladekreis liegen die beiden antiparallel geschalteten Gasentladungs-oder Hochvakuumröhren 4 und 5. die mit zwei einstellbaren Impedanzen 6 und 7 in Reihe geschaltet sind. Die Entladungen erfolgen Über den Spalt zwischen Werkzeugelektrode 8 und Werkstück 9, wobei das Werkstück 9 mit dem Kondensator 1 in elektrisch leitender Verbindung steht. Die zur Steuerung der beiden Halbwellen erforderlichen Steuerimpulse werden an die beiden Röhren jeweils zwischen Gitter und Kathode angelegt. Als Taktimpulsgeber können Univibratoren oder Multivibratoren Verwendung finden, die der Einfachheit halber in der Zeichnung nicht aufgeführt sind.
Zur Einleitung der Schwingungen ist der Spalt zwischen Werkzeugelektrode und Werkstück mit einer zusätzlichen Impedanz 10 überbrückt,
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die im vorliegenden Fall ein ohmscher Widerstand ist. In Abhängigkeit von der Form der an die beiden Röhren 4 und 5 gelegten Impulse und der Einstellung der Impedanzen 6 und 7 können sowohl die positive als auch die negative Halbwelle am Spalt zwischen Elektrode und Werkstück unabhängig voneinander festgelegt werden. Es ist dabei möglich, sowohl die Amplitude wie auch die Zeitdauer beliebig einzustellen.
In der gezeigten Schaltung ist der Schalter 1 im Aufladekreis als einfacher Schalter dargestellt. Selbstverständlich kann auch hier ein anderes, steuerbares, elektrisches Ventil Verwendung finden. Weiterhin ist es möglich, den Taktimpulsgeber, der die Steuerung des Entladekreises bewirkt, mit diesem elektrischen
Ventil zu verbinden. Auf diese Weise können also der oder die Taktimpulse zur an sich bekannten gesteuerten Aufladung zusätzlich herangezogen werden.
InFig. 2 ist eine etwas vereinfachte Schaltung der erfindungsgemässen Einrichtung wiedergegeben. Hier ist-eine Röhre durch ein nicht steuerbares Gleichrichterelement 11 ersetzt. Diese vereinfachte Schaltung kann überall da eingesetzt werden, wo die durch die Impedanzen 6 und 7 mögliche Beeinflussung der Impulsform ausreicht.
InFig. 3 ist das erfindungsgemässe Prinzip mittels steuerbarerinduktivitäten 12 und 13 dargestellt. Die- se Induktivitäten werden so ausgesteuert, dass sie antiparallel arbeiten, wobei während der Dauer der positiven Halbwelle eine der Induktivitäten bis in das Sättigungsgebiet ausgesteuert ist, während der Arbeitspunkt der andern Induktivität so festgelegt ist, dass sie während dieser Zeitdauer zur Stromleitung praktisch nicht beiträgt. Während der Dauer der negativen Halbwelle sind die Verhältnisse umgekehrt.
Fig. 4 zeigt schliesslich eine Schaltung zur Ausführung des Erfindungsprinzips mittels steuerbarer Induktivitäten, die als Impedanz zur Einleitung der Entladung einen Transformator 14 enthält. Dieser transformiert zugleich in an sich bekannter Weise die Impulse von einer Amplitude, die sich besonders gut mit den steuerbaren Induktivitäten erzeugen lässt, auf eine Amplitude, die besonders für die Funkenerosion geeignet ist.
Es ist mit der erfindungsgemässenEinrichtung ferner möglich, die Steuerimpulse nach einem ganz bestimmten, vorher festgelegten Programm auf die steuerbaren Schaltmittel zu geben. Auf diese Weise kann der gesamte Abtragungsvorgang automatisch gesteuert werden, indem nämlich beispielsweise mit zunehmender Bohrungstiefe den positiven und negativen Halbwellen beliebige Formen gegeben werden. Dies kann, wie schon dargelegt, durch Wahl der Steuerimpulse geschehen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Einstellung der Halbwellen zur Erzeugung oszillierender elektrischer Entladungen für die abtragende Bearbeitung metallisch leitender Werkstoffe mittels elektrischer Funken in Funkenerosionsmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung einer vorbestimmten Form der Halbwellen, insbesondere zu einer voneinander unabhängigen Festlegung der Amplitude und der Zeitdauer der positiven und negativen Halbwellen der Entladung, in den Entladekreis zwei antiparallel liegende steuerbare Schaltmittel, vorzugsweise Hochvakuum- oder Gasentladungsröhren und bzw. oder Halbleiterelemente in Reihe mit zwei veränderlichen Impedanzen eingeschaltet sind.