CH650434A5 - Verfahren und einrichtung zur elektrochemischen bearbeitung eines metallenen werkstueckes. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung eines metallenen Werkstücks und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist eine Einrichtung zur elektrochemischen Metallbearbeitung der von der Erfindung getroffenen Art bekannt (vgl. GB-PS 944 613), bei der im Falle eines Kurzschlusses zwischen der Bearbeitungselektrode und dem zu bearbeitenden Werkstück die Speisung des Arbeitsspaltes mit dem Arbeitsgleichstrom unterbrochen und die Bearbeitungselektrode mittels ihres Antriebsmotors in eine Kurzschlussposition zurückgefahren wird. Die Spülung des Arbeitsspalts mit dem flüssigen Elektrolyten wird dadurch erhöht und die Ursache des Kurzschlusses beseitigt. Danach wird die Bearbeitungselektrode mittels ihres Antriebsmotors wieder in ihre ursprüngliche Bearbeitungsposition vorgefahren und der Arbeitsvorgang durch Wiedereinschalten der Gleichstromquelle fortgesetzt.

Wegen der im Arbeitsstromkreis der Metallbearbeitungseinrichtung elektrisch und/oder magnetisch gespeicherten elektrischen Energie, die trotz Abschaltung der Arbeitsstromquelle im Kurzschlussfall zu Zerstörungen bzw. Beschädigungen am Arbeitsspalt führen kann, ist es bekannt (vgl. US-PS 3 779 888), parallel zum Arbeitsspalt der Einrichtung einen oder mehrere parallel geschaltete elektrische Schalter zu schalten, die im Kurzschlussfall durch den Kurzschlussdetektor betätigt einen Entlastungsstromkreis schliessen. Der Innenwiderstand dieses Entlastungsstromkreises wird klein gegenüber dem Innenwiderstand im Arbeitsstromkreis gewählt, so dass die im Arbeitsstromkreis gespeicherte magnetische bzw. elektrische Energie über den Entlastungsstromkreis abführbar ist.

Es ist auch bekannt (vgl. US-PS 3 617 680), parallel zum Arbeitsspalt und parallel zur Gleichstromquelle neben dem erwähnten die Kurzschlussschaltvorrichtung enthaltenden Entlastungsstromkreis zur Verbesserung der Umlenkung des Kurzschlussstroms auf den Entlastungsstromkreis einen zweiten Hilfsstromkreis vorzusehen, der eine in Form eines Kondensators ausgebildete Stromquelle enthält. Die Stromquelle ist mittels eines Übertragers in den zweiten Hilfsstromkreis eingeschaltet und wird im Kurzschlussfall mittels eines Thyristorschalters geöffnet. Es wird dadurch in dem

2

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

zweiten Hilfsstromkreis eine zeitlich abnehmende impulsför-mige Hilfsspannung wirksam, die am Arbeitsspalt anliegt und den Kurzschlussstrom über den parallel geschalteten Entlastungsstromkreis treibt.

Diese Einrichtungen weisen den Nachteil auf, dass bei eintretenden Kurzschlüssen Bearbeitungsungenauigkeiten am zu bearbeitenden Werkstück eintreten. Die Ungenauig-keiten geben sich z. B. als wellenförmige Unebenheiten in einer ebenen Oberfläche zu erkennen. Diese Unebenheiten sind auf Ungenauigkeiten in der Rückpositionierung der Bearbeitungselektrode, die im Kurzschlussfall aus ihrer Arbeitsposition in eine Kurzschlussposition zurückgefahren und nach Behebung der Kurzschlussursache zur Fortsetzung des Bearbeitungsvorganges erneut in die Bearbeitungsposi-tion~vorgefahren wird, und ist auf Positionierfehler der Posi-tionsvorrichtung, die die Bearbeitungselektrode verstellt, zurückzuführen. Es gelingt nicht, die ursprüngliche Bearbei-tungsposition der Bearbeitungselektrode im Kurzschlussfall genau zu reproduzieren.

Bislang hat man derartigen Bearbeitungsfehlern wenig Beachtung geschenkt. Die Erfindung befasst sich mit der Aufgabe, die im Kurzschlussfall auftretenden Bearbeitungsfehler zu reduzieren und den Zeitaufwand, der sich bei der Umpositionierung als Fehlzeiten in der Bearbeitung ergibt, zu mindern.

Erfindungsgemäss wird dazu ein Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen, das sich durch die im Kennzeichen dieses Patentanspruchs angegebenen Massnahmen kennzeichnet.

Bei Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung lässt sich die längerfristige Unterbrechung des Arbeitsvorgangs beim Auftreten von Kurzschlüssen mit Bildung eines Lichtbogens vermeiden, indem beim Auftreten eines solchen Lichtbogens ein Hilfsgleichstrom entgegen der Stromflussrichtung des Arbeitsgleichstroms über den Arbeitsspalt geschickt wird, der den aufgetretenen Lichtbogen löscht. Die Beschädigung des Werkstücks oder der Bearbeitungselektrode durch den Lichtbogen wird dadurch vermieden und die Unterbrechung des Arbeitsvorgangs durch Abschaltung der Gleichstromspeisung und Rückführung der Bearbeitungselektrode in eine Kurzschlussposition vermieden.

Praktische Erfahrungen haben nämlich gezeigt, dass ein erheblicher Teil der im praktischen Betriebsfall auftretenden Kurzschlüsse unter Bildung eines im Arbeitsspalt der Einrichtung stehenden Lichtbogens abläuft. Beim Auftreten eines oder mehrerer Lichtbögen im Arbeitsspalt reicht es aus, den oder die Lichtbögen zu löschen und den Arbeitsvorgang unbeeinflusst fortzusetzen. Dabei ist es zweckmässig, den den Lichtbogen (bzw. die Lichtbögen) löschenden Hilfsgleichstrom beim Fortbrennen der Lichtbögen wiederholt über den Arbeitsspalt zu schicken.

Beim Auftreten von «satten» Kurzschlüssen, d.h. Kurzschlüssen mit metallischer Berührung zwischen Bearbeitungselektrode und Werkstück, kann bei dem Verfahren nach der Erfindung in üblicher Weise, d.h. mit Unterbrechung des Arbeitsvorgangs durch Rückführung der Bearbeitungselektrode und Abschaltung der Gleichstromspeisung, vorgegangen werden.

Es hat sich gezeigt, dass ein erheblicher Anteil der praktisch vorkommenden Kurzschlüsse unter Bildung eines Lichtbogens zwischen der Bearbeitungselektrode und dem Werkstück verläuft. Unter Anwendung des erfindungsge-mässen Verfahrens ist es deshalb möglich, den Einfluss dieser Störfälle auf die Bearbeitungsgenauigkeit des Werkstücks zu reduzieren.

In Ausgestaltung wird ein Verfahren dieser Art, bei dem beim Auftreten von Kurzschlüssen, die keinen Lichtbogen bilden, die Gleichstromspeisung des Arbeitsspalts aus der

650 434

Gleichstromquelle unterbrochen und die Bearbeitungselektrode mittels ihres Antriebsmotors unter Vergrösserung des Arbeitsspalts durch Umkehr der Vorschubrichtung des Elektrodenantriebs verstellt wird und bei dem nach dem Abschalten der Gleichstromspeisung über den Arbeitsspalt ein zeitlich begrenzter Kurzschlussstrom fliesst, vorgeschlagen, das sich dadurch kennzeichnet, dass im lichtbogenfreien Kurzschlussfall an den Arbeitsspalt eine Hilfsgleichstromquelle angeschlossen wird, die entgegen der Stromflussrichtung des Arbeitsgleichstroms einen Hilfsgleichstrom von zeitlich begrenzter Dauer über den Arbeitsspalt zur Kompensation oder mindestens teilweisen Kompensation des Kurzschlussstroms treibt.

Bei diesem Vorgehen werden beim Auftreten «satter» Kurzschlüsse vorhandene Kurzschlussströme kompensiert oder doch soweit reduziert, dass Beschädigungen vermieden werden.

Zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung wird eine Einrichtung bestehend aus einer elektrolytischen Bearbeitungsvorrichtung mit einem zu bearbeitenden Werkstück, einer gegen das Werkstück mittels eines Antriebsmotors verstellbaren Bearbeitungselektrode, einer an den von Werkstück und Bearbeitungselektrode gebildeten, mit einem flüssigen Elektrolyten gefüllten Arbeitsspalt angeschlossenen Gleichstromquelle, einer an den Arbeitsspalt anschliessbaren Hilfsgleichstromquelle zur Erzeugung eines Hilfsgleichstroms von zeitlich begrenzter Dauer und einer Detektorvorrichtung zur Ermittlung des Kurzschlusses am Arbeitsspalt, bei der das Ausgangssignal der Detektorvorrichtung die Hilfsgleichstromquelle schaltet, die über den Arbeitsspalt entgegen der Stromflussrichtung des Arbeitsgleichstroms einen Hilfsgleichstrom von zeitlich begrenzter Dauer treibt, vorgeschlagen, die sich dadurch kennzeichnet, dass die Detektorvorrichtung selektiv auf unter Lichtbogenbildung ablaufende Kurzschlussvorgänge empfindlich ausgebildet ist.

Die Detektorvorrichtung kann dazu z.B. lichtelektrisch wirksam sein oder beim Kurzschluss unter Lichtbogenbildung auftretende HF-Schwingungen indizieren.

In Ausgestaltung wird eine Einrichtung dieser Art zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung vorgeschlagen, die sich dadurch kennzeichnet, dass neben der selektiv auf unter Lichtbogenbildung verlaufende Kurzschlussvorgänge ansprechenden Detektorvorrichtung eine zweite Detektorvorrichtung vorgesehen ist, die selektiv auf lichtbogenfrei verlaufende Kurzschlussvorgänge anspricht, und dass das Ausgangssignal der zweiten Detektorvorrichtung zur Abschaltung der Gleichstromquelle und zur Umsteuerung des Antriebsmotors dient.

Ferner wird vorgeschlagen, diese Anordnung derart zu treffen, dass das Ausgangssignal der zweiten Detektorvorrichtung zur Schaltung einer parallel zum Arbeitsspalt schaltbaren Hilfsgleichstromquelle dient, die über den Arbeitsspalt entgegen der Stromflussrichtung des Arbeitsgleichstroms einen Hilfsgleichstrom von zeitlich begrenzter Dauer treibt.

Die Anordnung kann derart getroffen sein, dass die Stromstärke und/oder Dauer des Hilfsgleichstroms mittels einer Steuervorrichtung selbsttätig an die jeweils zu erwartenden Verhältnisse im Arbeitsspalt anpassbar ist.

Zweckmässig wird die Anordnung dabei derart getroffen, dass die Hilfsgleichstromquelle aus mehreren über Schalter parallel schaltbaren, mittels einer Ladevorrichtung aufladbaren Kondensatoren besteht. Die Kondensatoren können in Entladungsstromkreisen angeordnet werden, die jeweils eine unterschiedliche Entladungszeitkonstante aufweisen, so dass - je nach Bedarf- die einzelnen Kondensatoren entweder einzeln als Stromquelle zur Erzeugung unterschiedlich langer Hilfsgleichströme oder in Überlagerung ih3

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

650 434

rer Ladungen zur Erzeugung von Hilfsgleichströmen unterschiedlicher Dauer, Form und Stromstärke dienen können.

Die Form des jeweiligen Hilfsgleichstroms ist dabei dem Verlauf und der Dauer des zu erwartenden Kurzschlussstroms am Arbeitsspalt anzupassen. Der Verlauf und die Dauer des jeweiligen Kurzschlussstroms lässt sich aus dem Aufbau der jeweiligen Einrichtung zur Gleichstromspeisung des Arbeitsspalts und dem Zeitpunkt des Eintritts des Kurzschlusses wenigstens annähernd ermitteln, so dass die Form beziehungsweise die Dauer und die Stromstärke des Hilfsgleichstroms entsprechend wählbar sind.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Einrichtung zur elektrolytischen Metallbearbeitung ist parallel zum Arbeitsspalt ein einziger Entlastungsstromkreis vorgesehen, der Schaltmittel enthält, die über die Detektorvorrichtung im Kurzschlussfall den Entlastungsstromkreis schliessen, wobei der Entlastungsstromkreis die Hilfsgleichstromquelle enthält, die einen impulsförmigen Hilfsgleichstrom von zeitlich begrenzter Dauer treibt.

Die Anordnung ist zweckmässig derart dimensioniert, dass die vorgesehene Hilfsgleichstromquelle, die auch an die Klemmen der Gleichstromquelle angeschlossen ist, den Kurzschlussstrom des Arbeitsstromkreises im Kurzschlussfall übernimmt und so die Bearbeitungselektrode bzw. das zu bearbeitende Werkstück vor Beschädigungen schützt.

Die vorgeschlagene Anordnung weist den Vorzug auf, dass besondere Hilfsgleichstromkreise zur Umlenkung des Kurzschlussstroms vom Arbeitsspalt auf den Entlastungsstromkreis entbehrlich werden und trotz des im Kurzschlussfall sehr geringen Widerstands im Arbeitsgleichstromkreis eine Entlastung des Arbeitsspalts auftritt.

Die anliegenden Zeichnungen dienen zur Erläuterung zweier Ausführungsbeispiele.

Fig. 1 dient zur Erläuterung einer Einrichtung zur • Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1.

Fig. 2 dient zur Erläuterung einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2.

In Fig. 1 bezeichnen 1 ein 50 Hz-Drehstromnetz, das einen Drehstromsteller 2 speist. Der Drehstromsteller 2 besteht in bekannter Weise aus antiparallel geschalteten Thyristorschaltern 3, deren Öffnungszeit durch Steuerimpulse über Steuerleitungen 4 aus einem Steuergerät 5 steuerbar ist. Mittels des Drehstromstellers 2 ist ein den Primärwicklungen eines Drehstrom-Leistungstransformators 6 zugeführter Drehstrom einstellbar. Mittels der Steuervorrichtung 5 lässt sich der Stromfluss durch den Drehstromsteller 2 abschalten.

Dem Transformator 6 ist eine Gleichrichterbrückenschaltung 7 nachgeschaltet, deren Ausgangsspannung einem eine Glättungsdrossel 8 enthaltenden Gleiehstromnetz 9 zugeführt ist. Die Spannung des Netzes 9 ist mittels Messleitungen 10 dem Eingang eines Regelverstärkers 11 zugeführt, dessen Ausgangssignal über eine Leitung 12 dem Steuergerät 5 zugeführt ist. Die Verstellung des Steuergerätes 5 erfolgt derart, dass die Spannung des Netzes 9 unter stationären Betriebsbedingungen konstantgehalten wird. Der dem Netz 9 entnehmbare Strom beträgt beispielsweise 12 000 A bei einer Spannung von 12 V.

Mit 13 ist das Gehäuse einer elektrolytischen Bearbeitungsvorrichtung bezeichnet, das zur Bearbeitung eines metallenen Werkstücks 14 in einer Halterungsvorrichtung 15 dient. Es handelt sich z. B. um eine Turbinenschaufel, deren Form elektrolytisch zu formen ist. Mit 16 ist eine entsprechend geformte Bearbeitungselektrode bezeichnet, die mittels eines hydraulischen Stellmotors 17 gegen die Oberfläche des Werkstücks 14 verstellt werden kann. Werkstück und Bearbeitungselektrode bilden einen engen Arbeitsspalt 18, der mit einem flüssigen Elektrolyten 19 gefüllt ist. Die Spülung des Arbeitsspalts 18 wird über eine Rohrleitung 20, die in den Arbeitsspalt einmündet und über eine (nicht dargestellte) Pumpvorrichtung mit dem flüssigen Elektrolyten 19 gespeist ist, vorgenommen. Werkstück 14 und Bearbeitungselektrode 16 sind in dem mit dem Elektrolyten gefüllten Behälter 13 angeordnet. Die Anordnung kann aber auch derart getroffen sein, dass das System Bearbeitungselektrode 16-Werkstück 14-Arbeitsspalt 18 nach aussen hin druckdicht abgeschlossen und unter Druck mit dem flüssigen Elektrolyten gespeist wird.

Werkstück 14 und Bearbeitungselektrode 16 sind an das Gleichstromnetz 9 angeschlossen, so dass über den Arbeitsspalt 18 ein elektrolytischer Arbeitsgleichstrom fliesst und vom Werkstück 14 Material abgetragen wird. Die Formung des Werkstücks 14 erfolgt durch Einsenken der Bearbeitungselektrode 16 mittels des Antriebsmotors 17 in die Oberfläche des Werkstücks. Die Stellgeschwindigkeit des Antriebsmotors 17 wird dazu in an sich bekannter und passender Weise mittels eines Regelverstärkers 21 gesteuert. Der Regelverstärker 21 erhält dazu sein Steuersignal über die Steuerleitung 22. Das Steuersignal der Leitung 22 ist einem geeigneten Regler (nicht dargestellt) entnommen.

An den Arbeitsspalt 18 ist über die Messleitungen 10 der Eingang einer Lichtbogendetektorvorrichtung 23 angeschlossen, die selektiv auf Lichtbögen am Arbeitsspalt 18 anspricht. Kurzschlüsse, die am Arbeitsspalt 18 unter Lichtbogenbildung ablaufen, werden mittels der Detektorvorrichtimg 23 indiziert und es wird ein entsprechendes Steuersignal auf die Leitung 24 geschaltet.

Die Detektorvorrichtung 23 besteht aus einer Vorrichtung, die hochfrequente elektrische Schwingungen am Arbeitsspalt 18 erfasst. Sie weist dazu einen HF-Filter auf, der diese Schwingungen, deren Frequenz z.B. oberhalb 5 kHz gelegen ist, einem nachgeschalteten Gleichrichter zuführt. Die Gleichrichterspannung wird mit einer Schwellenspannung, die einstellbar ist, verglichen und die resultierende Vergleichsspannung, die sich beim Überschreiten der Signalspannung über die eingestellte Schwellenspannung ergibt, wird zur Schaltung der Signalspannimg der Leitung 24 benützt.

Das Signal der Leitung 24 schaltet über einen Thyristorschalter 25 eine Hilfsgleichstromquelle 26 an den Arbeitsspalt 18. Die Hilfsgleichstromquelle 26 erzeugt einen Hilfsgleichstrom von zeitlich begrenzter Dauer, deren Impulsdauer gegebenenfalls einstellbar ist. Der Hilfsgleichstrom fliesst entgegen der Stromflussrichtung des normalen Arbeitsgleichstroms aus dem Netz 9 über den Arbeitsspalt 18.

Die beschriebene Einrichtung arbeitet wie folgt: Im normalen stationären Betriebsfall ist die Spannung des Netzes 9 mittels des Reglers 10,11,12, 5,2 konstantgehalten.iDer Antriebsmotor 17 wird mit konstanter Stellgeschwindigkeit gegen die Oberfläche des Werkstücks 14 derart versteht, dass sich im wesentlichen unabhängig von der elektrolytischen Abtragung am Werkstück 14 eine konstante Arbeitsspaltbreite ergibt. Tritt am Arbeitsspalt 18 zwischen der BearbeV tungselektrode 16 und dem Werkstück 14 ein Kurzschluss unter Lichtbogenbildung zwischen beiden Werkstücken auf, so machen sich am Arbeitsspalt 18 hochfrequente elektrische Schwingungen bemerkbar, die über die Messleitung 10 abgegriffen und mittels der Detektorvorrichtung 23 gleichgerichtet werden. Übersteigt die Amplitude dieser HF-Schwingungen ein vorgegebenes an der Detektorvorrichtung 23 einstellbares Mass, so wird auf die Signalleitung 24 ein Signal geschaltet und die Hilfsgleichstromquelle 26 an den Arbeitsspalt 18 angeschlossen. Der zugehörige Hilfsgleichstrom überlagert sich bei fortlaufendem Antrieb des Antriebsmotors 17 und fortlaufender Speisung des Arbeitsspaltes aus dem Gleichstromnetz 9 dem Arbeitsgleichstrom und der gezündete Lichtbogen wird gelöscht.

4

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

5

650434

Nach dem Anschluss der Hilfsgleichstromquelle 26 an den Arbeitsspalt 18 und der zugehörigen Stromentladung wird der Schalter 25 wieder geschlossen und die Hilfsgleichstromquelle 26 zur erneuten Betätigung vorbereitet.

Ein erfolgloser Löschungsversuch an dem Lichtbogen im Arbeitsspalt führt zur erneuten zeitlich versetzten Betätigung der Hilfsgleichstromquelle.

Kurzschlüsse, die lichtbogenfrei ablaufen, werden mittels einer Detektorvorrichtung 27 indiziert. Sie ist ebenfalls an die Messleitung 10 angeschlossen und spricht z.B. auf schnelle Spannungsabsenkungen, die bei «satten» Kurzschlüssen, d.h. bei metallischem Kontakt zwischen der Bearbeitungselektrode 16 und dem Werkstück 14 auftreten, an. Sie schaltet auf die Ausgangsleitung 28 ein Steuersignal, das über die Leitung 29 dem Steuergerät 5 und über die Leitung 30 dem Verstärker 21 zugeführt ist. Durch das Signal der Leitung 29 wird der Stromfluss durch den Drehstromsteller 2 gesperrt, und durch das Signal der Leitung 30 die Antriebsrichtung des Antriebsmotors 17 umgekehrt, so dass der Arbeitsspalt 18 vergrössert wird. Nach Behebung der Kurzschlussursache wird beim Auftreten von lichtbogenfreien Kurzschlüssen die Bearbeitung am Werkstück 14 unterbrochen und der Arbeitsvorgang nach Behebung der Kurzschlussursache fortgesetzt.

Die Anordnung kann auch derart getroffen sein, dass beim Auftreten von lichtbogenfreien Kurzschlüssen, d.h. bei metallischer Berührung zwischen Werkstück und Bearbeitungselektrode, parallel zum Arbeitsspalt 18 ein Kurzschlussschalter 31 geschaltet wird, der Beschädigungen des Werkstücks und der Bearbeitungselektrode durch Auftreten der Kurzschlussströme durch Kurzschluss des Arbeitsspaltes unterbindet. Der Schalter 31 wird dazu durch das Ausgangssignal der Leitung 30 betätigt.

In Fig. 2 ist ein Drehstromnetz 50 über die offenen Primärwicklungen 51 eines Drehstromtransformators 52 mit einer Stromrichterbrückenschaltung 53 verbunden. Die Stromrichterbrückenschaltung 53 speist an ihrem Gleichstromausgang eine Induktivität bzw. Glättungsdrossel 54. Die Thyristorschalter 55 der Stromrichterbrückenschaltung 53 sind über Steuerleitungen 56 aus einem Steuergerät 57 gesteuert. Die Steuerung erfolgt entweder derart, dass der Lastkreis des Stromrichters 53 mit einem Gleichstrom steuerbarer Stromstärke gespeist wird oder aber derart, dass unter entsprechender Steuerung aus dem Steuergerät 57 die Stromrichterbrückenschaltung 53 in den Wechselrichterbetrieb umgeschaltet wird und von ihrer Lastseite her in das Drehstromnetz 50 zurückspeist.

Die Sekundärwicklungen 58 des Drehstromtransformators 52 sind z.B. im Stern geschaltet und speisen eine Gleich-richterbrückenschaltung 59, die ein Gleichstromnetz 60 speist. Die Spannung des Netzes 60, die z.B. zwischen 12... 20 V gelegen ist, wird mittels eines (nicht dargestellten) Reglers geregelt, der in die Steuervorrichtung 57 zur Steuerung der dem Gleichrichter 59 zugeführten Wechselstromstärke eingreift.

An das Netz 60 ist eine elektrolytische Bearbeitungseinrichtung 61 angeschlossen, die zur Lagerung eines metallenen Werkstücks 62, z.B. einer Turbinenschaufel, und einer gegen die Oberfläche des Werkstücks verstellbaren Bearbeitungselektrode 63 dient. Die Bearbeitungselektrode 63 wird durch einen Antriebsmotor 65 verstellt, der - wie anhand der Fig. 1 beschrieben - unter Bildung eines Arbeitsspaltes 64 zwischen der Bearbeitungselektrode und dem Werkstück 62 verstellt wird. Der Arbeitsspalt 64 ist mit einem flüssigen Elektrolyten gespült, der unter Druck in den Spalt eingeführt wird.

Die an den Arbeitsspalt 64 über einen Thyristorschalter 67 anschliessbare Hilfsgleichstromquelle 66 besteht aus Kondensatoren 68, 69 und 70, die über Thyristorschalter 71, 72 und 73 parallel schaltbar sind. Der Kondensator 68 ist über den Schalter 71 unmittelbar über den Arbeitsspalt 64 entladbar, während in Reihe zu dem Kondensator 69 eine Induktivität und in Reihe zu dem Kondensator 70 ein ohmscher Widerstand geschaltet ist. Die Kondensatoren 68, 69 und 70 sind mittels eines Ladegeräts 74 auf eine mittels eines Reglers 75 vorgebbare Spannung aufladbar. Der Regler wird dazu von einem Messwert der am Netz 60 messbaren Gleichspannung mittels eines Messumformers 76 beaufschlagt. Der Regler 75 stellt am Ladegerät 74 eine Wechselspannung derart ein, dass die Kondensatoren 68, 69 und 70 jeweils auf eine Spannung aufgeladen werden, die der Spannung des Netzes 60 angepasst ist. Sie kann kleiner, grösser oder gleiche Spannung dieses Netzes sein. Der Regler 75 verstellt dazu in dem Ladegerät 74 eine Wechselstromquelle, deren Ausgangsspannung über zugehörige Gleichrichter zur Ladung der Kondensatoren dient.

Eine Detektorvorrichtung 80 enthält einen ersten Detektor 81, der mit der am Arbeitsspalt 64 wirksamen Gleichspannung beaufschlagt ist. Er indiziert Kurzschlüsse am Arbeitsspalt, die nicht unter Bildung eines Lichtbogens verlaufen. Er misst dazu z.B. den zeitlichen Verlauf dieser Spannung, deren Abfall unter eine untere Schwelle oder andere Veränderungen der Arbeitsspaltspannung, die im Fall «satter» Kurzschlüsse eintreten. Beim Eintritt solcher Kurzschlüsse schaltet sie auf die Signalleitung 82 eine Signalspannung, die über ein logisches Oder-Gatter 83 der Steuervorrichtung 57 und über eine Verzögerungsvorrichtung 84 ein logisches Und-Gatter 85, ein nachgeschaltetes logisches Oder-Gatter 86 als Zündsignal den Thyristorschaltern 67 und 71 zugeführt ist. Es schliesst diesen Schalter und verbindet den Kondensator 68 mit dem Arbeitsspalt 64. Das Ausgangssignal der Leitung 82 ist ferner einer Vergleichsvorrichtung 87 zugeführt.

Die Vergleichsvorrichtung 87 untersucht die Amplitude des Gleichstroms und Phasenlage des Drehstroms, der den Gleichrichter 59 zum Zeitpunkt des Kurzschlusses zugeführt wird. Aus der Untersuchung ergibt sich, welchen Verlauf ein über den Arbeitsspalt 64 im Kurzschlussfall fliessender Kurzschlussstrom etwa nehmen wird. Die Vergleichs Vorrichtung 87 schaltet über ein nachgeschaltetes Zündgerät 88 abhängig vom jeweiligen Untersuchungsergebnis - die Thyristorschalter 67 und 71 sowie den Thyristorschalter 72 und/ oder 73. Es ergeben sich so abhängig von der zu erwartenden Form und Dauer des zu erwartenden Kurzschlussstroms über den Arbeitsspalt 64 Hilfsgleichströme, die über den Schalter 67 fliessen und die den Kurzschlussstrom kompensieren oder doch nahezu kompensieren.

Mit 89 ist eine Detektorvorrichtung bezeichnet, deren Ausgangssignal einen unter Lichtbogenbildung am Arbeitsspalt 64 ablaufenden Kurzschlussvorgang signalisiert. Es ist über eine Verzögerungsvorrichtung 90 verzögert und eine Signalleitung 91 unverzögert einem logischen Und-Gatter 92 zugeführt, dessen Ausgangssignal an das logische Oder-Gatter 83 und die Vergleichsvorrichtung 87 geführt ist.

Die beschriebene Einrichtung arbeitet wie folgt: Im stationären Betriebszustand wird die Bearbeitungselektrode 63 - wie anhand der Fig. 1 näher beschrieben - unter Anlegen einer Arbeitsgleichspannung aus dem Netz 60 an den Arbeitsspalt 64 in das Werkstück 62 eingesenkt. Die Bearbeitungselektrode 63 wird dazu mit vorgegebener Geschwindigkeit über einen (nicht dargestellten) Regler gegen die Oberfläche des Werkstücks 62 verstellt. Die Spannung des Netzes 60 wird über einen (nicht dargestellten) Regler auf einem konstanten vorgegebenen Wert gehalten.

Beim Auftreten eines «satten» Kurzschlusses zwischen der Bearbeitungselektrode 63 und dem Werkstück 62, der

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

650 434

ohne Bildung eines Lichtbogens durch metallischen Kontakt zwischen den Werkstücken erfolgt, wird die Detektorvorrichtung 81 betätigt, die über die Signalleitung 82 die Vergleichsvorrichtung 87 und das Zündgerät 88 schaltet. Das Zündgerät betätigt über das Gatter 86 die Thyristorschalter 67 und 71 und den Thyristorschalter 72 und/oder den Schalter 73. Die Art der Betätigung ergibt sich aus der Amplitude und der Phasenlage des der Gleichrichtervorrichtung 59 im Augenblick des Kurzschlusses zugeführten Wechselstroms.

Gleichzeitig wird über das Gatter 83 die Steuervorrichtung 57 betätigt, die die Stromrichterbrückenschaltung 53 von dem Gleichrichterbetrieb in den Wechselrichterbetrieb umschaltet, so dass etwa am Ausgang des Gleichrichters gespeicherte elektrische Energie (und in der Drossel 54 gespeicherte magnetische Energie) in das Drehstromnetz 50 zurückgespeist wird. Die Gleichstromversorgung des Netzes 60 wird dabei unterbunden.

Die Art der Betätigung der Hilfsgleichstromquelle 66 ergibt sich aus der Amplitude und Phasenlage des der Gleichrichtervorrichtung 59 zum Zeitpunkt des Kurzschlusses, d.h. zum Zeitpunkt der Abschaltung der Gleichstromversorgung, der Gleichrichtervorrichtung 59 zugeführten Wechselstroms. Ist die Amplitude und Phasenlage dieses Wechselstroms der Art, dass nach der Abschaltung der Gleichstromspeisung noch eine Stromflussdauer zu erwarten ist, die am Arbeitsspalt einen ansteigenden und dann wieder abfallenden Kurzschlussstrom zur Folge hat, so werden die drei Kondensatoren 68, 69 und 70 zusammen über den Arbeitsspalt 64 entladen. Ist lediglich ein Abfall des Kurzschlussstroms zu erwarten, so werden - je nach Art des Abfalls - die Kondensatoren 68 und 69 bzw. 68 und 70 entladen.

Aus der Überlagerung der Entladeströme ergibt sich ein Gesamtstrom, dessen Impulsform und Dauer durch passende Parallelschaltung der Kondensatoren wählbar ist.

Tritt am Arbeitsspalt ein Kurzschluss unter Lichtbogenbildung ein, so schaltet die Detektorvorrichtung 89, die z.B. wieder HF-Schwingungen am Arbeitsspalt erfasst, über die Gatter 85 und 86 den Kondensator 68 an den Arbeitsspalt 64. Der entsprechende Lichtbogen wird gelöscht. Dabei wird die Speisung des Arbeitsspalts aus dem Gleichstromnetz 60 und der Antrieb der Bearbeitungselektrode mittels des Antriebsmotors 65 fortgesetzt. Ist der Löschungsversuch vergeblich, so wird über das logische Und-Gatter 92 die Steuervorrichtung 57 wie im Falle eines «satten» Kurzschlusses betätigt und der Arbeitsvorgang unter Entladung der Hilfsgleichstromquelle 66 über den Arbeitsspalt 64 durch An-steuerung der Hilfsgleichstromquelle aus der Vergleichsvorrichtung 87 unterbrochen.

Das Verfahren nach der Erfindung findet zur elektrolytischen Bearbeitung metallener Werkstücke durch Einsenken einer Bearbeitungselektrode in das Werkstück Anwendung. Es kann überall dort benutzt werden, wo häufig Kurzschlüsse zwischen den zu bearbeitenden Werkstücken zu erwarten sind und Arbeitsungenauigkeiten und Beschädigungen zu erwarten sind.

6

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

S

2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

650 434 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung eines metallenen Werkstücks durch elektrolytisches Einsenken einer Bearbeitungselektrode in das Werkstück unter Anlegen einer Gleichspannung aus einer Gleichstromquelle an einen mit einem flüssigen Elektrolyten gefüllten, von Werkstück und Bearbeitungselektrode berandeten Arbeitsspalt, bei dem die Bearbeitungselektrode mittels eines Antriebsmotors gegen die Werkstückoberfläche verstellt und Material von der Werkstückoberfläche unter dem Einfluss eines Arbeitsgleichstroms elektrolytisch abgetragen wird und bei dem der Arbeitsgleichstrom im Falle eines elektrischen Kurzschlusses zwischen der Bearbeitungselektrode und dem Werkstück, der mittels einer Detektorvorrichtung erfasst wird, im Sinne der Minimierung von Kurzschlussschäden am Arbeitsspalt gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass beim Auftreten von Kurzschlüssen mit Bildung eines Lichtbogens zwischen der Bearbeitungselektrode und dem Werkstück die Bearbeitungselektrode fortlaufend mittels ihres Antriebsmotors in Richtung auf die Oberfläche des Werkstücks verstellt, der Arbeitsspalt fortlaufend mit dem Arbeitsgleichstrom gespeist und an den Arbeitsspalt eine Hilfsgleichstromquelle angeschlossen wird, die über den Arbeitsspalt entgegen der Stromflussrichtung des Arbeitsgleichstroms einen Hilfsgleichstrom von zeitlich begrenzter Dauer treibt?.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem beim Auftreten von Kurzschlüssen, die keinen Lichtbogen bilden, die Gleichstromspeisung des Arbeitsspalts aus der Gleichstromquelle unterbrochen und die Bearbeitungselektrode mittels ihres Antriebsmotors unter Vergrösserung des Arbeitsspalts durch Umkehr der Vorschubrichtung des Elektrodenantriebs verstellt wird und bei dem nach dem Abschalten der Gleichstromspeisung des Arbeitsspalts über den Arbeitsspalt ein zeitlich begrenzter Kurzschlussstrom fliesst, dadurch gekennzeichnet, dass im lichtbogenfreien Kurzschlussfall an den Arbeitsspalt eine Hilfsgleichstromquelle angeschlossen wird, die entgegen der Stromflussrichtung des Arbeitsgleichstroms einen Hilfsgleichstrom von zeitlich begrenzter Dauer über den Arbeitsspalt zur Kompensation oder mindestens teilweisen Kompensation des Kurzschlussstroms treibt.

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einer elektrolytischen Bearbeitungsvorrichtung mit einem zu bearbeitenden Werkstück, einer gegen das Werkstück mittels eines Antriebsmotors verstellbaren Bearbeitungselektrode, einer an den von Werkstück und Bearbeitungselektrode gebildeten, mit einem flüssigen Elektrolyten gefüllten Arbeitsspalt angeschlossenen Gleichstromquelle, einer an den Arbeitsspalt anschliessbaren Hilfsgleichstromquelle zur Erzeugung eines Hilfsgleichstroms von zeitlich begrenzter Dauer und einer Detektorvorrichtung zur Ermittlung von Kurzschlüssen am Arbeitsspalt, bei der das Ausgangssignal der Detektorvorrichtung die Hilfsgleichstromquelle schaltet, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektorvorrichtung (23, 89) selektiv auf unter Lichtbogenbildung ablaufende Kurzschlussvorgänge empfindlich ausgebildet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass neben der selektiv auf unter Lichtbogenbildung ablaufende Kurzschlussvorgänge entsprechenden Detektorvorrichtung (23, 89) eine zweite Detektorvorrichtung (27, 80) vorgesehen ist, die selektiv auf lichtbogenfrei verlaufende Kurzschlussvorgänge anspricht, und dass das Ausgangssignal der zweiten Detektorvorrichtung zur Abschaltung der Gleichstromquelle (7, 59) und zur Umsteuerung des Antriebsmotors (17, 65) dient.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal der zweiten Detektorvorrichtung (89) zur Schaltung einer parallel zum Arbeitsspalt schaltbaren Hilfsgleichstromquelle (66) dient, die über den Arbeitsspalt (64) entgegen der Stromflussrichtung des Arbeitsgleichstroms einen Hilfsgleichstrom von zeitlich begrenzter Dauer treibt (Fig. 2).

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromstärke und/oder Dauer des Hilfsgleichstroms mittels einer Steuervorrichtung (87, 88) selbsttätig einstellbar ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsgleichstromquelle (66) durch mehrere über Schalter (71,72, 73) parallel schaltbare Kondensatoren (68, 69, 70) besteht, die mittels eines Ladegerätes (74) ladbar sind.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3-7, bei der parallel zum Arbeitsspalt ein einziger Entlastungsstromkreis vorgesehen ist, der Schaltmittel enthält, die über die Detektorvorrichtung im Kurzschlussfall den Entlastungsstromkreis schliessen, dadurch gekennzeichnet, dass der Entlastungsstromkreis die Hilfsgleichstromquelle enthält, die einen impulsförmigen Hilfsgleichstrom von zeitlich begrenzter Dauer treibt.