CN105364231A - 用于电火花加工的方法和脉冲形成设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于电火花加工的方法和脉冲形成设备。具体而言，本发明涉及当在电火花加工机中对工件（35）进行钻孔、开模、铣削和线切割时使用的用于电火花加工的脉冲形成设备。离散延迟线（2、3、12、19、20）被布置在火花隙（44）附近的柔性、带状的印制电路箔（1）上，并且一方面借助于多接触装置（27、34）连接到导引头（31）和电极（30），并且另一方面连接到工件（35）。这些措施使得可以形成和传送超短和高强度的加工脉冲。

Description

用于电火花加工的方法和脉冲形成设备
技术领域
本发明涉及根据权利要求1和权利要求12的前序部分的在产生最佳表面质量和最高精度方面用于在钻孔、开模、铣削和线切割过程中使用的电火花加工的方法和脉冲形成设备。
背景技术
问题定义：
借助于电火花加工从工件移除材料的机床的制造商一般会遭遇如下问题，即：不管他们付出的所有努力，当给工作区域布线时，非常难以将短的、矩形加工脉冲（processing pulse）传送到火花隙。
对大于大约5A的电流幅值和短于大约0.5μs的脉冲持续时间而言尤其是这样。脉冲以变宽和变平的方式变形的原因是脉冲源和火花放电之间的寄生漏电感，所述寄生漏电感即使在最好的情况下也能超过300nH。
一个选择将会是增加脉冲源电压，但这是不可能的，这是由于必须可以独立地调整脉冲电压，因为它是最重要的工艺参数之一。
电火花加工中涉及的物理过程在短于大约100ns的脉冲持续时间的范围中是特别令人关注的，这是因为在此极限以下，机加工过程从部分熔化过程变成纯粹蒸发过程，即所谓的烧蚀。放电位置处的温度梯度改变得如此突然，以至于工件材料未经历任何结构改变。
此金属蒸汽的冷凝物由于不会在电介质中分解成金属氧化物或金属氢氧化物而仅以极细颗粒的形式存在于电介质中。这产生另一重要优点，即，横跨被蚀除材料（例如，当进行精密钻孔时）的较大微粒抑制不可控的、有破坏性的横向放电。
当考虑到与电火花加工紧密相关的激光切割的近期的历史时，会认识到类似的发展。利用越来越短的激光束脉冲（短至飞秒）以及越来越高的脉冲功率来实现与移除速率和表面品质相关的部分意外良好的加工结果。当超过了脉冲持续时间和束功率的离散极值时，会产生突破性的改进。
对于在物理原理方面以类似的方式起作用的放电过程，基于上文提及的原因，迄今选择的路径已是沿着超短脉冲的方向。因此，需要根本性的新方案，以便有效地降低放电位置处的寄生漏电感。
现有技术：
同轴电缆或条形导体已经用作脉冲形成设备几乎100年了。主要应用领域是用于核研究工业、超声波发生器和雷达系统的高能物理以及细胞生物学研究。
Mitsubishi的JPS56-119316A公开了在每种情况下都具有电容的馈线（feed line）。但是，具有电容的馈线的上升时间过长。矩形脉冲也同样等同地难以实现。
本申请的图4图示了使用同轴电缆的已知方案。发明人D' Amario的专利EP 1 719 570，其中，现有功率电缆在放电线切割机器中以创新的方式用作脉冲形成设备，以便实现100kW/mm2的特定脉冲功率。150ns脉冲持续时间之后36A的脉冲电流或190ns脉冲持续时间之后43A的脉冲电流被引用，并且被发现足以用于抛光范围之前的中间加工范围。
D' Amario包括对Ullmann等人的专利DE 26 53 857的参考，并且这样做时涉及可使用滑动接触件进一步改进电流上升时间的事实。
同样，长期以来已知将作为成行布置的延迟元件的电容元件和电感元件用作替代的同类延迟线，即所谓的离散延迟线。
作为示例，早在1957年，来自Pfau的专利US 3,033,971中也提出了用于不包括任何电子开关装置的放电发生器的离散延迟线。图5中所示的解决方案展示了用于给离散延迟线充电的退耦阻抗R、L和作为开关元件的饱和反应器Ls。能够借助于预磁化来改变饱和反应器的电压时间积分。与火花隙并联的电阻确保在火花隙处于非常高的电阻状态的情况下饱和能够以稳定的方式发生。
必须明确地提及基于同轴电缆或条形导体的所有解决方案的不良可伸缩性是现有技术的缺点。如果目的在于实现即较高的脉冲功率，则此解决方案立刻变得极度庞大和成本高昂。
在此情况下，来自D' Amario的专利EP 1 719 570成为一个例外，这是因为具有大约1,000欧元的材料价值的适于他的发明的目的的电缆巧合地在机器上已可获得。
但是，D' Amario在他的专利EP 1 719 570中也没有隐瞒理论上他已预期以42ns的50A的脉冲（相应地1.2A/ns），但仅测量到以150ns的36A的脉冲（相应地0.24A/ns）。这显然绝对足以实现他的发明的目的，但是，随之而来的放电技术的进一步发展需要更激进的方法。
使用同轴电缆的许多解决方案产生对脉冲形状而言这样的意外差的结果的主要原因在于没有在大体积电缆和负载之间实现几乎无电感的连接的能力。充电电压越低，电感问题就将越大。因此，大部分的相关出版物仅涉及理论模拟也就不令人惊讶了。
根据来自Pfau的专利US 3,033,971的发生器的主要缺点在于也被添加到布线的漏电感的处于饱和状态的饱和反应器Ls的附加的大剩余电感。结果，此解决方案完全不适于产生极短的脉冲。另外的缺点自然也涉及缺少对短路和火花隙上的电弧作用的保护，并且还涉及不能独立地控制工艺参数。
发明内容
本发明的目的在于帮助克服涉及能够传送的脉冲持续时间和可能的脉冲振幅的上文提及的限制。
此目的借助根据权利要求1的方法和根据权利要求12的脉冲形成设备来实现。
可以使用根据本发明的方法及其相对应的脉冲形成设备来产生更短和更高强度的脉冲，这使得关于更好的机加工性能、更精细的轮廓、改进的表面质量和更高的精密度的放电技术中的显著进步成为可能。
与使用离散延迟线和工件上的滑动接触件的两种已知解决方案相比，在根据本发明的解决方案的情况下，馈线到火花隙的漏电感被完全消除，并且火花隙自身剩余的少量漏电感被当作离散延迟线的最终存储元件的一体部件处理。
用于电火花加工过程的根据本发明的方法，所述电火花加工过程用于借助于使包括多个存储元件的离散延迟线放电来形成矩形脉冲，所述方法特征能够在于，所述存储元件在馈线靠近火花隙的部段上被布置为所述馈线到所述火花隙的一部分，并且所述离散延迟线借助于电极侧接触装置连接到导引头，并且借助于工件侧接触装置连接到所述工件。因此，可以产生更短和更高强度的脉冲。
本发明还涉及一种用于借助于使用离散延迟线的火花放电过程产生用于电火花加工过程的矩形脉冲的脉冲形成设备。这包括以链形式布置的多个存储元件，其中，所述存储元件在带状和柔性的馈线的端部处的直接邻接火花隙的部段上以印制或表面可安装的形式被布置为带状和柔性的馈线到火花隙的一部分，并且所述离散延迟线包括电极侧接触装置，以便产生或确保电接触和机械保持布置，并且包括与工件电接触的工件侧接触装置。
本发明的有利的设计和实施例在从属权利要求中公开。
本文下面参考多个可行的实施例来解释本发明。然而，不言而喻的是，本发明不限于这些实施例和应用领域。
根据本发明所述的方法及其脉冲形成设备特别适于借助于电火花加工来制造精巧和非常精细的结构。
此外，另外的应用领域也是可行的。本发明一般在同等程度上非常适于使用电火花加工的钻孔、开模、铣削和线切割技术。但是，由于电极和火花隙之间的高杂散电容，所述方法较不适于对具有大表面面积的电极开模，这是因为设定的（programmed）脉冲形状同样将因放电间隙的非常高的杂散电容而变形。
因此，主要的应用领域是例如喷丝嘴、燃料注入喷嘴、涡轮喷气发动机中的冷却钻孔之类的产品的制造，而且还在冲压工具、拉制工具和压制工具中，以及在精密微型零部件的批量生产中。
附图说明
本文下面参照附图进一步解释本发明的优选实施例和变体，在附图中：
图1图示了按照根据本发明的方法的离散延迟线的单存储元件；
图2图示了按照根据本发明的方法的第一变体的具有退耦阻抗和二极管的离散延迟线；
图3图示了按照根据本发明的方法的另一变体的双离散延迟线；
图4图示了在具有包括多个同轴电缆的同类延迟线的专利EP 1 719 570中公开的已知解决方案；
图5图示了在具有离散延迟线的专利US 3 033 971中公开的已知解决方案；
图6图示了按照根据本发明的另一方法的用于电火花钻机的离散延迟线的安装示例；
图7图示了按照根据本发明的另一方法的适于多个离散延迟线的自动交换的电火花钻机中的集成的示例；
图8a图示了在100V的源电压的情况下具有二极管的放电脉冲的示例；
图8b图示了在200V的源电压的情况下具有二极管的放电脉冲的示例；
图9a图示了在100V的源电压的情况下不具有二极管的脉冲串的示例；
图9b图示了在200V的源电压的情况下不具有二极管的脉冲串的示例；
图10a图示了在100V的源电压的情况下具有两个二极管的脉冲串的示例；
图10b图示了在200V的源电压的情况下具有两个二极管的脉冲串的示例。
附图标记
1 柔性印制电路箔
2 导体轨（conductor track）-工件
3 导体轨-电极
4 电感
5 SMD电容
6 接触钻孔
7 发生器连接件-工件
8 发生器侧导体轨-工件
9 SMD电感
10 工件连接件
11 发生器连接件-电极
12 发生器侧导体轨-电极
13 SMD电阻
14 第一存储元件
15 第二存储元件
16 最终存储元件
17 二极管
18 电极连接件
19 具有第一特性的延迟线
20 具有第二特性的延迟线
21 具有第一特性的发生器连接件-电极
22 具有第二特性的发生器连接件-电极
23 公共发生器连接件-工件
24 公共工件连接件
25 公共电极连接件
26 多极插塞式连接器
27 电极侧多接触装置（multiple contact means）
28 接触环
29 电极的电流接触件
30 电极
31 导引头
32 电极引导件
33 柔性电流连接件
34 工件侧多接触装置
35 工件
36 刚性印制电路板
37 到导体箔的接触钻孔
38 第一延迟线
39 第一停靠设备
40 第二延迟线
41 第二停靠设备
42 最终延迟线
43 最终停靠设备
44 火花隙
45 馈线。
具体实施方式
为了产生任何形状和脉冲持续时间的精确的空载电压脉冲，所谓的离散延迟线在理想上是合适的。
典型的应用是用于所有类型的喷嘴的微型钻孔的亚微米级精确校准。
一旦火花隙已被点燃，本发明就使得可以根据存储元件的特性和数量来无延迟地输送几乎任何短的和几乎任何电流幅值的加工脉冲。介绍中已论述了现有的限制性物理现象。本发明使得可以在很大程度上克服这些现象。
图1图示了离散延迟线的单存储元件4、5，所述离散延迟线包括印制电感4，并且作为示例包括三个电容5。电感4是平面空心线圈并且其电感能够使用以下方程近似地确定：
其中，L表示线圈的电感（nH），N表示线圈的绕组匝数，r是线圈的外半径（mm），并且d确定绕组的厚度（mm）。作为示例，N=2、r=6.5mm且d=5.5mm的线圈将相应地具有59.5nH的典型电感。
存储元件4、5由在两侧上涂覆有铜的柔性印制电路箔1产生或被焊接到其上。柔性印制电路箔1作为示例能够由仅50μm厚的合成材料膜的制造商DuPontTM的Pyralux® AP9222R来实施。此膜是高度柔性、防撕裂和耐弯曲的，并且提供了高于12kV的绝缘。导电的接触钻孔6能够电连接双面导体结构。
电容5通常由焊接在通向工件的一个导体轨2和通向电极的一个导体轨3之间的多个表面可安装的所谓的SMD陶瓷电容实施。
对于小至大约200pF的较小电容值，电容5能够替代性地和以成本效益高的方式由布置在柔性印制电路箔1的两侧上的两个铜片材（未示出）实施。包括印制电容和SMD电容的组合也能够是适宜的。
可以使用另一方程来近似地确定以间隔D（mm）的具有表面A（mm2）的两个铜片材的电容：
其中，C表示电容（pF）、表示相对介电常数。如果将10mm*20mm的双面片材A以0.050mm的间隔D应用于包括3.4的的Pyralux® AP9222R，则连同12kV的额定电压和0.002的1MHz下的损耗系数一起，通常产生具有+11%/-9%的典型公差的115.6pF的电容C。
对电感4也能进行类似的考虑，所述电感4能够替代性地以矩形形状设计，或针对小至大约50nH的较小值，能够借助于长导体轨产生。
然而，SMD部件应当被用于较高的脉冲电流和较高的电感值。支持屏蔽的SMD电感的附加理由将是大大降低的电磁辐射，这是因为空心线圈也总是良好的传输天线。
图2图示了第一存储元件14与第二存储元件15和最终存储元件16的链形布置。
对实现良好的脉冲特性而言，决定性的因素在于如下事实，即：此存储元件14、15、16的链和二极管17被布置为尽可能靠近工件连接件10并且尽可能靠近电极连接件18。
最终存储元件16的最终电感4沿火花隙44的方向同样能够小于其他电感4，或甚至能够省略，如果火花隙的漏电感相当大的话。
理想地，漏电感和最终电感4的和应当等于离散延迟线的其他图示电感4的值。过低的总值将会在脉冲的开始处产生电流尖峰并产生脉冲波纹；过高的总值将会延长和扁平化脉冲。在特定情况下，这种类型的不匹配甚至能够被认为是一种选择。
二极管17防止在脉冲的结束处的放电电流的逆转。优选的是，为这个目的使用肖特基二极管，特别是碳化硅二极管，这是因为它们实际上没有正向和反向恢复时间。可替代地，还能串联地连接具有较低电压的多个二极管，或者能够并联地连接具有较小载流容量的多个二极管。
但是，不一定要提供二极管17。根据图9a和图9b的具有下降包络曲线的用于精密机加工的第一示例的双极高频脉冲串仅能在没有二极管17的情况下产生。
如图10a和图10b中所示具有下降包络曲线的用于精密机加工的第二示例的单极高频脉冲串能够包括二极管17，并且必须包括附加的反向二极管（未示出）。所述反向二极管以如下方式被附接在工件连接件10和最终存储元件16的最终电感4之间，即：向后摆动的电流脉冲经由所述反向二极管而不经由火花隙44流动。
当产生根据图8a、图8b的单极单个脉冲时，离散延迟线保持在相反极化（opposite poled）的剩余电压电位下，直到发生器的下一充电脉冲，且直到那时它才以低损耗的方式被充电至其正常极性，并且随后以不过冲的方式再充电至正常电压。为了有利于此方法的理解，参考提及的来自D’Amario的专利EP 1 719 570。
在原理上，具有到工件的导体轨8的发生器连接件7和到电极的导体轨12的发生器连接件11的导体轨8、12的发生器侧部段能够具有实际上任何的长度。
导体轨8和导体轨12就它们而言确实能够是寄生延迟线，其能够以放电电流的脉冲结束之后的后放电过程的形式显示自身，并且因此，脉冲端将变形。但是，如果为线8、12选择高特性阻抗，则为了抑制不期望的影响，它能够是足够的。
作为替代方案，还可以将退耦阻抗插入第一存储元件14和发生器侧的导体轨12之间。所述退耦阻抗有利地包括电阻部件和电感部件，换言之，作为示例，包括SMD电感9和SMD电阻13的串联连接。
能够是进一步有利的是，提供用于检测柔性印制电路箔1上的电极30和工件35之间的电压的差动测量线。最细的可能的和对称的导体轨（细导体轨：未示出）借助于SMD终端电阻（未示出）连接到工件连接器10和电极连接件18。高速差分放大器接收发生器侧上的差分信号，并且随后，将参考接地的信号传送到控制系统。
严格实时地表示火花隙的电压的参考接地的信号在电火花加工机中被用于相当不同的过程：
　　第一，形成各种平均值或统计数据用于伺服系统：平均点火延迟、平均脉冲电压、蚀除放电次数、空载脉冲数量、短路脉冲数量等；
　　第二，以如下方式基于针对空载、蚀除或短路水平检测到的值来主动地控制脉冲源，即：空载脉冲发生仅持续预先选定的时间段（防止出火花（out-sparking）），不借助于充电电流延长蚀除脉冲，并且短路脉冲同样能够仅具有预先选定的持续时间；
　　第三，已经以此方式过滤的平均值和统计数据被用于选择和优化策略，以便提高过程的安全性、稳定性和效率。
如果测量线与离散延迟线被集成在带状的馈线45中，则很有可能优化测量线及其终端电阻以适应相应的操作情况，或者在特殊的情况中，很有可能省略所述测量线及其终端电阻，例如，用于以恒定供给速率的精密机加工。
测量线就其本身而言一方面应当以尽可能高的形状精度并且无延迟地传送短脉冲。另一方面，在精密机加工期间，重要的是避免火花隙44中额外的放电电流。这两个一般要求根据本发明能够更容易地满足。
图3表示为了将不同脉冲特性结合在一个馈线45中的本发明的另一实施例。能够是特别有利的是，对于粗加工的过程，使用包括第一特性（电容5、电感4和若干存储元件14至16）的延迟线19，以及对于抛光过程，使用包括第二特性的延迟线20，而不交换馈线。
此类型的离散的多个延迟线借助于公共的工件连接件24与工件35进行接触，并且借助于公共的导体轨2和公共的发生器连接件23在发生器侧上被连接到脉冲源。工件电位通常是“安静的（quiet）”，换言之，不受开关操作造成的电压阶跃干扰，并且主要被连接到接地电位和机器结构。公共的发生器连接件23能够相应地借助于安全连接件被附加地连线到工件35，这对具有到工件35的滑动的多个接触装置34的根据图6和图7的实施例而言是特别有利的。
在多个延迟线的情况下，发生器必须相应地以多通道的方式实施，或者作为替代方案必须包括到电极的每个发生器连接件21、22的附加的开关装置（IGBT、MOSFET或继电器）。延迟线19、20借助于二极管17耦接到公共的电极连接器25。没有二极管17的此类型的实施例是不可能的，这是因为延迟线将不再彼此分开。
延迟线能够同步地、单独地或成组地（特性的总和）电子激活，或者在特殊情况下，还以交替的方式激活，以便实现更高的频率、波纹或更长的脉冲时间。
根据图3的多个延迟线特别适于安装在使用放电过程的线切割机和钻机的臂结构中（换言之，导引头31的载体结构中）。在线切割机的情况下，许多情况下有可能省略下臂中的馈入。但是，常常被证明的是，在较厚的工件和细电极丝的情况下，此方法能够在工件厚度上引起不期望的电阻相关的脉冲衰减。
借助将延迟线容纳在臂结构内还实现多个优点：很好地保护敏感的SMD部件不受环境影响，屏蔽来自延迟线的任何可能的电磁辐射，消除带状线上的弯曲应力以及能够省略根据图6的电极侧多接触装置27、接触环28和柔性电流连接件33，这是因为电极侧连接件25能够被直接连接到电流接触件29。
必须提及的是，其缺点在于，一个臂中仅能容纳有限数量的离散延迟线，并且更换这些线是显著地更加复杂的。
图4和图5图示了对同类的和离散的延迟线而言的已知解决方案。已在介绍中联系现有技术论述了所述延迟线。
图6图示了用于将新的离散延迟线安装在电火花钻机中的解决方案。能够包括具有用于加固的接触钻孔37的一个或多个刚性印制电路板36的柔性印制电路箔1支承SMD电容5、电感4、二极管17以及还支承多接触装置27和34。
多接触装置27、34优选地是环形接触弹簧，并且围绕电极30以同轴的方式布置。此极短且同轴的连接件对降低干扰漏电感做出重要贡献。
多接触装置27、34还被实施成使得包括多个独立的接触部位，以便将脉冲电流划分成尽可能多的路径。多接触装置27、34并非绝对需要由金属片材产生，刷型实施例或线状弹簧也能包括令人感兴趣的特性。这特别适用于工件侧的多接触装置34，这是因为在任何情况下都必须不损坏工件35的表面。
多接触装置27、34应当优选地包括以下材料特性：高电导率、弹性、耐磨性、坚硬，并且应当被定位成在电化学电压序列（electrochemical voltage series）中尽可能接近工件35（相应地，接触环28）。因此，为此理由，为不同的需求提供不同的延迟线也能够是有利的。
多极发生器侧的插塞式连接器26使得可以快速手动地更换离散延迟线。电极侧的多接触装置27能够以机械的方式锁入接触环28中或从接触环28中解锁，并且同时产生低阻电接触。接触环28的圆形形状使得可以沿任何方向对齐延迟线。
自然，多个替代性保持原理都是可行的。因此，作为示例，还能使用电磁的、永磁的、气动的、液压的或借助于真空产生的保持力。
多接触装置27和34还能以如下方式设计，即：它们也能像其他SMD部件5、9、13、17那样自动地安装。作为最终结果，以此方式产生的离散延迟线是成本效益非常高的，并且能够在没有任何问题的情况下被用作批量生产的物品或用作经受磨损的零部件，对印制版本而言，这是特别有意义的。
尽管延迟线确实优选地悬挂在工作空间上方的干燥区域中，然而应当保护电子部件5、9、13、17不受液体和环境影响。作为示例，软弹性聚氨酯漆非常适于此目的。
接触环28还具有附加的作用，它必须防止延迟线的机械力作用在导引头31上。接触环28与导引头31机械解耦，换言之，它优选地通过附加的载体（未示出）来保持，并且被连接到机器的结构。借助于多个柔性电流连接件33来产生到电极30的电流接触件29的电连接。
电极引导件32通常被布置在电极30的电流接触件29和工件35之间。在许多情况下，两个功能能够结合，因为导电的电极引导件将代替电极引导件32被连接到柔性电流连接件33。结果，脉冲馈入（feed-in）的干扰性寄生漏电感能够进一步减少，并且将相应地使得甚至更陡峭的脉冲成为可能。
图7同样图示了对于电火花钻机为了能够激活不同的脉冲特性的第二原理。具有不同特性的延迟线38、40、42的自动替代使得理想地阶梯式的处理制度成为可能。对于批量生产精密零部件的特殊情况，相同的多组延迟线38、40、42能够保持就绪，以便增加生产线在延迟线经受磨损的情况下的自主性。
多个停靠设备39、41、43围绕导引头31优选地以半圆形布置，并且固定地连接到机台。停靠设备39、41、43包括例如轨道形结构，并且在至少一侧上具有包围凹部。机器轴线X、Y、Z的预编程（pre-programmed）的运动序列（表示为箭头），并且在电极30被拉回的情况下，使得延迟线38、40、42可与导引头31锁定，并且可借助于将它们从包围凹部中拉出而将它们从停靠设备39、41、43移除。相反，延迟线38、40、42能够停靠在停靠设备39、41、43中，并且由于包围凹部，它们能够与导引头31分离或解锁。替代延迟线的自动过程通常仅花费几秒钟。自然，必须借助于机电的或电的开关装置在发生器侧上将脉冲源转换到已被替代进来的延迟线。
图8a至图10b图示了作为示例使用一个离散线的不同的放电脉冲，所述离散线对于所有附图都是相同的，并且包括具有470pF的电容5和235nH的电感4的五个存储元件14、15、16。
电感4由德国Würth公司制造的WE TPC型470nH/4.7A饱和电流的两个屏蔽SMD电感建立。这些电感具有3mm的直径和2.8mm的总高度，并且它们目前每项花费大约0.36欧元。
变化是：图8具有二极管17，图9不具有二极管17，图10具有二极管17和附加的反向二极管，并且在a：100V和b：200V的源电压的情况下。
理论上，此延迟线具有Z = 22.4欧的特性阻抗和21ns的基本延迟时间，换言之，对于5个存储元件14、15、16，基本延迟时间为105ns（实现114ns的测量结果）。
在100V的源电压的情况下，在对所有变体而言短路的情况下将预期4.47A的电流幅值（实现3.8A至4.1A的测量结果），并且在25V的火花电压的情况下，将预期3.35A的电流幅值。在脉冲开始处的电流增大理论上在短路的情况下将为0.426A/ns（实现0.25A/ns的测量结果），并且在25V火花电压的情况下将为0.319A/ns。
在200V的源电压的情况下，将预期8.94A的电流幅值（实现7.7A至8.0A的测量结果），并且在25V的火花电压的情况下，将预期7.83A的电流幅值。在脉冲开始处的电流增大理论上在短路的情况下将为0.851A/ns（实现0.34A/ns的测量结果），并且在25V火花电压的情况下将为0.745A/ns。
在没有来自测量设备的反馈效应的情况下，括号中引用的测量值不能在电火花加工机上验证。例如，如果电流测量设备将被结合到柔性电流连接件33中，或者如果电流探针将包围电极30，则漏电感的增加将不可接受地高，并且测量值将是不真实的。
为此，在实验室设置中确定根据图8a至图10b的测量结果。使用最短的可能的线，1欧的测量电阻、水银湿式开关和美国Tektronix公司制造的P6021电流探针被串联地连接在工件连接件10和电极连接件18之间。免弹跳水银湿式开关利用几乎无限陡峭的电压侧翼（flank）逼真地模拟火花隙中的击穿（breakdown）。在此情况下，所述开关仅以大约1Hz的重复频率来操作。
总而言之，可以说此设置实际上确实造成大约200nH的漏电感，这在很大程度上解释了略差的测量值。使用测量电阻和电流探针的两种不同的电流测量方法产生了良好的匹配结果。
详细来说，图8a图示了对于100V源电压，具有二极管17，通道：
　　· CH1：在最终存储元件16的输出处的电压100V/div，
　　· CH2：在电极连接件18处的电压100V/div，
　　· CH3：利用20MHz的带宽过滤的测量电阻处的电压5V/div，以及
　　· CH4：具有5A/div的电流探针。
图8b图示了对于200V源电压，具有二极管17，通道：
　　· CH1：在最终存储元件16的输出处的电压100V/div，
　　· CH2：在电极连接件18处的电压100V/div，
　　· CH3：利用20MHz的带宽过滤的测量电阻处的电压5V/div，以及
　　· CH4：具有5A/div的电流探针。
图9a图示了对于100V源电压，不具有二极管17，通道：
　　· CH1：在最终存储元件16的输出处的电压100V/div，
　　· CH2：在电极连接件18处的电压100V/div，以及
　　· CH4：具有5A/div的电流探针。
图9b图示了对于200V源电压，不具有二极管17，通道：
　　· CH1：在最终存储元件16的输出处的电压100V/div，
　　· CH2：在电极连接件18处的电压100V/div，以及
　　· CH4：具有5A/div的电流探针。
图10a图示了对于100V源电压，具有二极管17和反向二极管，通道：
　　· CH1：在电极连接件18处的电压100V/div，以及
　　· CH4：具有5A/div的电流探针。
图10b图示了对于200V源电压，具有二极管17和反向二极管，通道：
　　· CH1：在电极连接件18处的电压100V/div，以及
　　· CH4：具有5A/div的电流探针。
为了产生具有相同的持续时间和振幅的更陡峭的脉冲，必须增加存储元件的数量。作为示例，利用具有100pF的电容5和50nH的电感4（非常适于印制实施例的值）的24个存储元件，理论上将实现Z = 22.4欧的相同特性阻抗，但仅4.47ns的基本延迟时间，并且因此，对24个存储元件而言是107ns。
脉冲的上升和下降时间理论上将从10.5ns减少至2.235ns，换言之，对应于一半的基本延迟时间，然而，这仅在对火花隙的漏电感能够被维持在50nH内时是可能的。
此需求显然能够使用借助于导引头31和工件35上的多接触装置27、34的根据本发明的同轴馈入来满足，但如上文已提及的，遗憾的是，所述需求在没有反馈效应的情况下无法测量。
因此，具有几乎任何振幅和具有小于10ns的脉冲持续时间的用于电火花加工过程的电流脉冲第一次进入到可能的领域中。
在所要求保护的特征的意义和目的上，对于离散延迟线以及多接触装置和停靠设备的实施例存在许多其他的解决方案和变体。所提及的示例仅用于促进本发明的理解，并且因此，应被理解为非限制性的。

Claims (22)

1.一种用于借助于矩形加工脉冲来电火花加工工件（35）的方法，其中，所述矩形加工脉冲通过使包括多个存储元件（14、15、16）的一个或多个离散延迟线（14、15、16、17）放电来形成，其特征在于，所述存储元件（14、15、16）在馈线（45）的靠近火花隙（44）的部段（14、15、16、17、18）上被布置为所述馈线（45）到所述火花隙（44）的一部分，并且所述离散延迟线（14、15、16、17）借助于电极侧接触装置（27）连接到导引头（31），并借助于工件侧接触装置（34）连接到所述工件（35）。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述馈线（45）是带状和柔性的，包括印制导体轨（2、3、8、12）和印制部件（4）和/或表面可安装的SMD部件（5、9、13、17）。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，带状和柔性的馈线包括用于测量脉冲电压和用于检测放电或短路的细导体轨和终端电阻。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述加工脉冲被测量，并且：
在检测到放电的情况下，脉冲源的充电脉冲被中止，以及
在没有检测或短路被检测到的情况下，所述充电脉冲在先前限定的脉冲持续时间之后被中止，以及
所述存储元件（14、15、16）随后借助于所述脉冲源来放电。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电极侧接触装置（27）和所述工件侧接触装置（34）是多接触装置（27、34）并且以环形方式形成。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述馈线（45）包括多个平行的离散延迟线（19、20），并且所述离散延迟线（19、20）通过脉冲源单独地、交替地或并行地激活。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在电极侧上，所述离散延迟线（14、15、16、17）不包括二极管（17）或者它们包括一个或多个二极管（17），所述二极管（17）优选地是肖特基二极管或碳化硅二极管，并且沿所述矩形脉冲的流动方向被插入。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，不设置二极管（17），并且最终存储元件（16）的电感（4）被直接连接到电极连接件（18、25），以便产生具有下降包络曲线的双极脉冲串。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，二极管（17）被连接在所述最终存储元件（16）的电感（4）和所述电极连接件（18、25）之间，以便产生单独的矩形脉冲。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，此外，反向二极管以反向电流脉冲能够借助于所述反向二极管流动的方式被插入工件连接件（10、24）和所述最终存储元件（16）的电感（4）之间，以便产生具有下降包络曲线的单极脉冲串。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，多个离散延迟线（38、40、42）在工作区域中的多个停靠设备（39、41、43）上保持就绪，并且特定的离散延迟线（38、40、42）借助于电极侧多接触装置（27）及借助于预编程的轴线运动连接到所述导引头（31），并且所述离散延迟线从停靠设备（39、41、43）移除或被存储在停靠设备（39、41、43）中。
12.一种用于借助于矩形加工脉冲来电火花加工工件（35）的脉冲形成设备，所述矩形加工脉冲借助于一个或多个离散延迟线（14、15、16、17）从发生器被传送至工件（35）和电极（30）之间的火花隙（44），其特征在于，所述离散延迟线（14、15、16、17）包括多个存储元件（14、15、16），其中，所述离散延迟线（14、15、16、17）在直接邻接所述火花隙（44）的部段上被布置为馈线（45）的一部分，并且其中，所述离散延迟线（14、15、16、17）一方面借助于电极侧接触装置（27）连接到导引头（31），并且另一方面借助于工件侧接触装置（34）连接到所述工件（35）。
13.根据权利要求12所述的脉冲形成设备，其特征在于，所述存储元件（14、15、16）被串联连接并且在每种情况下包括至少一个电容（5）和至少一个电感（4），并且所述电容（5）以并联方式被插入到所述延迟线（14、15、16、17）中，并且所述电感（4）在所述电容（5）之后沿朝向所述火花隙的方向串联地被插入到所述延迟线（14、15、16、17）中。
14.根据权利要求13所述的脉冲形成设备，其特征在于，沿朝向所述火花隙（44）的方向的最终存储元件（16）的电感（4）以如下方式来选择，即：将相同的电感（4）与所述火花隙（44）的漏电感求和，产生所述离散延迟线（14、15、16、17）中剩余的存储元件（14、15）的电感。
15.根据权利要求12所述的脉冲形成设备，其特征在于，所述存储元件（14、15、16）包括表面可安装的SMD部件，和/或所述电容（5）由双面印制导体表面实施和/或所述电感（4）由线圈型印制导体轨实施。
16.根据前述权利要求中任一项所述的脉冲形成设备，其特征在于，所述馈线（45）是带状和柔性的印制电路箔（1），并且包括多个并联的离散延迟线（19、20），优选的是，所述离散延迟线（19、20）能够单独地、交替地或按多通道脉冲源的组或借助于附加的开关元件来激活。
17.根据权利要求16所述的脉冲形成设备，其特征在于，所述存储元件（14、15、16）在带状和柔性的印制电路箔（1）的电极侧端部上以印制或表面安装的形式被布置为所述带状和柔性的印制电路箔（1）的一部分，优选的是，带状和柔性的导体膜（1）借助于多极插塞式连接器（26）连接到所述脉冲源。
18.根据权利要求17所述的脉冲形成设备，其特征在于，所述电极侧多接触装置（27）和/或工件侧多接触装置（34）被实施为表面可安装的SMD部件，并且在机械载荷增加的区域中，所述带状和柔性的印制电路箔（1）利用刚性的印制电路板（36）加强和/或借助于接触钻孔（37）连接到所述柔性的印制电路箔（1）。
19.根据权利要求12所述的脉冲形成设备，其特征在于，所述工件侧接触装置（34）是多接触装置（34）或滑动接触装置（34）或刷式接触装置（34），并且围绕所述电极（30）以同轴的方式布置。
20.根据权利要求16或19所述的脉冲形成设备，其特征在于，具有离散延迟线（19、20）的一个或多个馈线（45）在电火花加工机的臂结构内被引导，并在所述电极侧上被直接连接到所述导引头（31）中的电极（30）的电流接触件（29），并且借助于多接触装置（34）连接在所述工件侧上。
21.根据权利要求12所述的脉冲形成设备，其特征在于，所述电极侧接触装置（27）是环形多接触装置（27），并且能够与接触环（28）锁定，所述接触环（28）被布置在所述导引头（31）下方或者以磁、液压或气动的方式或借助于真空来保持，其中，所述接触环（28）与所述导引头（31）机械隔离，并且借助于多个柔性电流连接件（33）连接到所述电极（30）的一个或多个电流接触件（29）。
22.根据权利要求21所述的脉冲形成设备，其特征在于，多个离散延迟线（38、40、42）在工作区域中的多个停靠设备（39、41、43）上保持就绪，并且所述离散延迟线（38、40、42）借助于所述电极侧多接触装置（27）来连接，以及借助于导引头（31）的预编程的轴线运动连接到所述电极侧多接触装置（27），并且从停靠设备（39、41、43）移除或被存储在停靠设备（39、41、43）中，优选的是，所述停靠设备（39、41、43）围绕所述导引头（31）以半圆形布置，以便接收多个带状和柔性的馈线（45）。
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