DE1010673B - Verfahren und Vorrichtung zum Funkenschneiden am Wechselstromnetz mit Vorrichtungen zur Unterbindung von Lichtbogen-Entladungen - Google Patents

Description

Es ist bereits bekannt, daß beim Funkenschneiden die Wirkung von intermittierenden elektrischen Entladungen, z. B. Entladungsfunken von Kondensatoren, zur Bearbeitung aller elektrisch leitender Werkstoffe beliebiger Härte benutzt werden können. Die Ergebnisse sind erheblich besser, wenn mit nur in einer Richtung fließenden Strömen gearbeitet wird, wobei das Werkstück positiv und das Werkzeug negativ ist.

Bei den gegenwärtig bekannten Vorrichtungen wird ein Gleichstrom oder ein praktisch einen Gleichstrom bildender Strom benutzt, welcher einen Kondensator oder eine Verzögerungsleitung auflädt, wobei die bei der Entladung ausgenutzte Energie von dem Kondensator oder der Verzögerungsleitung und der Gleichstromquelle geliefert wird. Hierbei ist es schwierig, die Bildung von Lichtbogen zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück zu vermeiden. Durch Lichtbogen entstehen örtliche Erhitzungen, welche die Genauigkeit der Bearbeitung erheblich beeinträchtigen und die Abnutzung der Werkzeug-Elektrode vergrößern. Man verhindert diesen Nachteil, indem man das Werkstück und das Werkzeug gegeneinander verdreht oder in Schwingungen versetzt.

Es ist ohne weiteres klar, daß die Notwendigkeit einer Drehung des Werkzeugs die Anwendung des Verfahrens auf Bearbeitungsformen beschränkt, welche eine Umdrehungssymmetrie um eine einzige Achse besitzen, während die Benutzung einer Schwingvorrichtung an schweren mechanischen Anordnungen bei über einigen hundert Hertz liegenden Frequenzen nicht mehr möglich ist.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Funkenschneiden am Wechselstromnetz mit Vorrichtungen zur Unterbindung von Lichtbogen-Entladungen an der Bearbeitungsstelle, und die Erfindung besteht darin, daß die Entladespannung zwischen der das Werkzeug bildenden Elektrode und dem Werkstück gegenüber der gleichgerichteten und pulsierenden Speisespannung außer Phase ist, und zwar derart, daß die Maximalwerte der Entladespannung mit den Minimalwerten der Speisespannung zusammenfallen.

Bei einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung wird die pulsierende Speisespannung durch Gleichrichten der transformierten Wechselspannung erhalten, wobei das Minimum gleich Null ist oder in der Nähe von Null liegt. Man erhält so intermittierende Entladungen und eine gleichmäßige Bearbeitung ohne Verdrehung oder Erschütterung des Werkzeugs gegenüber dem Werkstück. Ferner wird die Gefahr einer Lichtbogenbildung dadurch beträchtlich begrenzt, daß die Spannung periodisch durch Null oder einen in der Nähe von Null liegenden Wert geht.

Bei einer Vorrichtung zur Ausführung der erfindungsgemäßen Verfahren sind zwischen der die pulsierende Speisespannung liefernden Spannungsquelle und dem

Verfahren und Vorrichtung zum

Funkenschneiden am Wechselstromnetz

mit Vorrichtungen zur Unterbindung

von Lichtbogen-Entladungen

Anmelder:

Centre National de la Recherche Scientifique, Paris

,Vertreter: Dr.-Ing. W. Stuhlmann, Bochum, und Dr.-Ing. B. Bloch, Berlin-Wilmersdorf,

Ballenstedter Str. 17, Patentanwälte

Beanspruchte Priorität: Frankreich vom 7. Mai 1953

Marc Bruma, Pavillons-sous-Bois, Seine,

und Michel Magat, Bourg-la-Reine, Seine (Frankreich),

sind als Erfinder genannt worden

durch eine Verzögerungsleitung gebildeten Kondensator Selbstinduktanzen und Widerstände eingeschaltet, welche so bemessen sind, daß die Überschlagsspannung für den Funken zwischen der das Werkzeug bildenden Elektrode und dem Werkstück in dem Augenblick erreicht wird, in dem die pulsierende Spannung ihren Minimalwert hat. Diese erfindungsgemäße Vorrichtung liefert somit gleichgerichtete, intermittierende elektrische Entladungen, welche zwischen einem die Kathode bildenden vollen oder hohlen Metallwerkzeug ganz beliebiger Form und dem Werkstück auftreten, welches aus einem beliebigen Metall, einer Legierung oder aus elektrisch leitenden keramischen Stoffen bestehen kann, wobei die Bearbeitung vor sich geht, ohne daß die Werkzeug-Elektrode gegenüber dem Werkstück gedreht oder in Schwingungen versetzt werden muß.

Die Vorrichtung gestattet das Trennen, Ausbohren, Fräsen und Bohren eines beliebigen Metalls oder einer beliebigen elektrisch leitenden Legierung beliebiger Härte, wie gehärteter Stahl, Metallkarbide (von Wolfram, Molybdän, Kobalt), Titan, Sonderlegierungen usw., und zwar mit Hilfe von Werkzeugen aus Kupfer oder Kupferlegierungen oder einem beliebigen anderen leitenden Metall oder einer elektrisch leitenden Legierung, deren Härte nicht größer als die des Werkstücks zu sein braucht.

709 549/356

Die Erfindung ermöglicht ferner -in bekannter Weise einseitiger Leitfähigkeit eingeschaltet werden, welches

die unmittelbare Herstellung von Ge'windeiöchern, wobei " 'Schwingungen- der Spannung an der Funkenstrecke ver-

die Elektrode entsprechend gedreht wird, von Zahn- hindern soll. Ein Widerstand 7 gestattet die Veränderung

kränzen mit gerader oder schräger Verzahnung und ganz der Leistung des Geräts.

allgemein von beliebigen Getriebeteilen aus ■ den oben- 5 Erfindungsgemäß wird der Wert der Induktivität 5

genannten Werkstoffen. (der -" Widerstand 7 bewirkt nur eine vernachlässigbare

Die den ^Gegenstand der Erfindung bildende Vorrich- Dämpfung) unter Berücksichtigung der Gesamtkapazität

tung weist wesentlich folgende Teile auf: der Verzögerungsleitung4 so bestimmt, daß die Zeit-

a) eine Wechselstromqiielle, ' konstante T = π · ]/Zc" in der Anordnung einen solchen

b) einen durch die WechselstromqueEe gespeisten io Wert erhält, daß die Spannung an den Klemmen der Zweiweggleichrichter, der einen stets in einer Richtung Verzögerungsleitung ihren Höchstwert in dem Augenfließenden pulsierenden Strom liefert, blick erreicht, in welchem die Spannung an den Klemmen

c) einen Speicher für die elektrische Energie, welcher der Spannungsquelle durch ihren kleinsten Wert geht, vorzugsweise, jedoch nicht unbedingt, durch eine (aus -Hierdurch wird die. Entladung mit der Frequenz des Induktivitäten und Kapazitäten gebildete) Verzögerungs- 15 pulsierenden Stromes synchronisiert.

leitung gebildet wird, wobei dieses Organ durch den von Wenn dies der Fall ist, lädt sich die Verzögerungs-

dem Gleichrichter -gelieferten Strom über eine Impedanz _r., .., ,. „ ., ™ ,, ,., 1 . ,

j · txrj ? j ι j -jj ixr j. leitung wahrend einer Zeit 2, welche gleich —— ist,

und einen Widerstand geladen wird, deren Werte so ^b - ^b if₀ '

bestimmt sind, daß die Ladedauer der Verzögerungs- wobei f₀ die Frequenz der Spannungsquelle ist. Die so

leitung gleich der Hälfte der Periode der speisenden 20 aufgespeicherte Energie wird in einer Zeiti = 2ZC ent-

Spannungsquelle ist, laden, worin Z den Wellenwiderstand der Verzögerungs-

d) eine Vorschub-Regel-Anordnung zur Äufrechterhal- leitung und C die Gesamtkapazität derselben bedeutet, tung eines konstanten Abstandes zwischen dem Werk- Der Wert von C kann in sehr weiten Grenzen schwanken zeug und dem Werkstück während der ganzen Dauer und hängt insbesondere von dem gewünschten Genauigder Funkenbearbeitung, wobei gemäß einer vorteilhaften 25 keitsgrad der Bearbeitung ab.

Ausbildung der -Erfindung der Wert dieses Abstandes ■ Die Entladungen erfolgen in Form von polarisierten gleich der Überschlagsstrecke bei der angelegten Scheitel- Funken mit steilem Abfall der Spannungskurve zwischen spannung in dem benutzten Mittel ist. einer das Werkzeug bildenden Kathode 8 und einer durch

Wenn nämlich der Abstand zwischen dem Werkzeug das Werkstück gebildeten Anode 9, Anode und Kathode und dem Werkstück diesen kritischen Wert überschreitet, 30 werden von einem dielektrischen Mittel umspült, z. B. kann der Funke nicht übergehen, und die Bearbeitung Wasser oder Öl.

hört auf. Wenn dagegen der Abstand abnimmt, entsteht Bekanntlich ist die Entladezeit einer derartigen Ver-

die Gefahr einer Lichtbogenbildung. zögerungsleitung im allgemeinen zehn- bis tausendmal

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf kürzer als die Ladezeit, so daß eine Augenblicksleistung

die Zeichnung beispielshalber beschrieben. 35 in dem Funken auftritt, welche das Zehn- bis Tausend-

Fig. 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vor- ■ fache der von der Spannungsquelle aufgenommenen

richtung; Leistung ist. Der Mittelwert des von der Spannungs-

Fig. 2 zeigt Schaubüdef des zeitüchen Verlaufs der quelle gelieferten Stromes ergibt sich zu: Spannung an zwei Stellen des elektrischen Kreises;

Fig. 3 zeigt schematisch eine mögliche Ausführungs- 40 Im — 2 f₀ · C · V.

form des mechanischen Systems zur Vorschubregelung;

Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung für das Schneiden von Dieser Mittelwert der Stromstärke beträgt z. B. 10 bis

Innengewinde oder die Herstellung von Zahnkränzen 15 Amp. bei 110 V. Ein thermischer Strommesser 10 gemit Schraubenverzahnung. stattet die Messung der Stromstärke in dem Entladungs-

Auf dem Schema der Fig. 1 wird die Wechselstrom- 45 kreis, welche erheblieh größer als I_m ist. quelle durch einen Einphäsengenerator 1 gebildet, welcher In Fig. 2 sind zwei Kurven a, b dargestellt, welche in

einen Transformator 2 speist. Abhängigkeit von der Zeit die Spannung an den Klem-

Gegebenenfalls kann auch Dreiphasenstrom benutzt men der den pulsierenden Strom liefernden Stromquelle und/oder ein Frequenzumformer verwendet werden. und die Spannung zwischen dem Werkzeug 8 und dem

Die Frequenz Hegt vorzugshalber zwischen 10 und 50 Werkstück 9 zeigen.

100 000 Hz und die Spannung zwischen 1 und 250 V. Wie bereits oben ausgeführt, muß zwischen dem Werk-

Die Sekundärwicklung des Transformators 2 ist mit stück und dem Werkzeug während der ganzen Dauer der den Klemmen eines Zweiweggleichrichters 3 verbunden, Bearbeitung ein konstanter Abstand aufrechterhalten welcher durch Trockengleichrichterelemente oder durch werden. Hierfür können verschiedene Vorrichtungen beElektronenröhren, wie Ventilröhren, Thyratrons usw., 55 nutzt werden. Eine derartige Vorrichtung ist in Fig. 3 gebildet werden kann. Das Gleichrichtersystem kann dargestellt. Das Werkstück 9 befindet sich in einem Geauch mehrphasig sein. fäß 11, welches ein dielektrisches Mittel 12 enthält, z. B.

Man erhält so am Ausgang des Gleichrichters eine Transformatorenöl. Das Werkzeuge ist an dem Werkstets in einer Richtung verlaufende pulsierende Welle, zeughalter 13 befestigt, der von einem Ständer 14 getraderen Frequenz das Doppelte oder ein Vielfaches der 60 gen wird, welcher an dem Gestell 15 des Geräts befestigt Frequenz der Stromquelle ist. Bei Einphasenwechsel- ist, auf welchem das Werkstück ruht. Während der Bestrom von 50 Hz erhält man eine Frequenz von 100 Hz arbeitung wird das Werkzeug 8 durch Betätigung einer und bei Dreiphasenstrom eine Frequenz von 150 Hz. mit dem Werkzeughalter verbundenen Mikrometer-

Die stets in einer Richtung gerichtete Spannungswelle schraube 16 auf den richtigen Abstand von dem Werkwird über eine vorzugsweise durch eine Induktivität 5 65 stück 9 gebracht. Die elektrischen Verbindungen sind auf gebildete Ladeimpedanz an die Klemmen einer Verzöge- der Figur nicht dargestellt.

rungsleitung 4 angelegt, welche wie vorher beschrieben Wie bereits ausgeführt, braucht das Werkzeug gegenausgebildet ist. über dem Werkstück nicht in Schwingungen versetzt zu

Obwohl dies nicht unbedingt erforderlich ist, kann in werden. Dies ist insofern interessant, als hierdurch insbe-. vorteilhafter Ausbildung der Erfindung ein Glied 6 mit 7° sondere die Herstellung von Schrauben oder Gewinde-

löchern ermöglicht wird. Hierfür kann die schematisch auf Fig. 4 dargestellte Vorrichtung benutzt werden.

Eine Platte 17 ruht mit Füßen 18 auf Isoherstützen 19. Das zu durchbohrende Werkstück 20 wird durch zwei Klemmbacken 21 und 22 gehalten, deren Abstände von S der Platte 17 durch Schrauben 23 und 24 geregelt und die durch zwei Schrauben 25 und 26 festgezogen werden. Das Werkzeug wird hier durch eine Schraube 27 gebildet, welche in einer Schneidkluppe 28 gelagert ist und eine in der Platte 17 angebrachte Öffnung 29 durchdringt. Der Strom wird durch Kabel 30 und 31 zugeführt. Unter der Einwirkung der Entladungen wird das Werkstück 20 ausgehöhlt, und bei allmählicher Vorwärtsbewegung der Schraube 27 durch Verdrehung mittels der Mutter 32 wird das Schraubengewinde in der Platte 20 wiedergegeben, welche so ein Innengewinde erhält.

Die Gesamtanordnung wird von einer nicht leitenden Flüssigkeit umspült, welche in der Zeichnung nicht dargestellt ist.

Beispielshalber sind in der nachstehenden Tabelle die Leistungen einer erfindungsgemäßen Maschine mit folgenden Kenngrößen wiedergegeben:

Arbeitsfrequenz: 50 Hz,

Frequenz der gleichgerichteten Welle: 100 Hz.

Scheitelspannung der gleichgerichteten Welle: 65 V.

Gesamtkapazität der Verzögerungsleitung: 1000 μ¥.

WellenwiderstandderVerzögerungsleitung:0,05Ohm.

Ladeinduktivität: 10 mH.

Veränderlicher Widerstand: 0,5 bis 3 Ohm.

Die nachstehende Tabelle bezieht sich auf die obige Maschine und ein durch eine Messingelektrode mit einem Querschnitt von 180 mm² gebildetes Werkzeug, wobei die Anordnung in Transformatorenöl eintaucht.

Werkstoffe

Martinstahl, halbhart ...
Chromstahl, gehärtet ....

Schnelldrehstahl, 18% W
10% Co, gehärtet

Hochwarmfeste Nickellegierung

Wolframkarbid

(für Zieheisen)

Abgetragenes Volumen (mm³/min)

200 150

120 80 50

Energie Wh/mm³

40

0,20 0,25

0,30 «

0,40

0,70

Es sei noch bemerkt, daß die Erfindung ganz allgemein das gekennzeichnete Verfahren und die Vorrichtungen zu seiner Ausübung betrifft und daß die angeführten Beispiele nur zur Erläuterung dienen und im Rahmen der Erfindung abgewandelt werden können.

So kann z. B. der Vorschub des Werkzeugs von Hand in bekannter Weise durch einen selbsttätigen Vorschub ersetzt werden, z. B. durch eine elektronische Steuerung, welche den Vorschub des Werkzeugs von dem Mittelwert der Spannung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück abhängig macht.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Funkenschneiden am Wechselstromnetz mit Vorrichtungen zur Unterbindung von Lichtbogen-Entladungen an der Bearbeitungsstelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladespannung zwischen der das Werkzeug bildenden Elektrode und dem Werkstück gegenüber der gleichgerichteten und pulsierenden Speisespannung außer Phase ist, und zwar derart, daß die Maximalwerte der Entladespannung mit den Minimalwerten der Speisespannung zusammenfallen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pulsierende Speisespannung durch Gleichrichten der transformierten Netz-Wechselspannung erhalten wird und daß sie Minimalwerte von etwa Null aufweist.

3. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der die pulsierende Speisespannung liefernden Spannungsquelle und dem durch eine Verzögerungsleitung (4) gebildeten Kondensator S'elbstinduktanzen und Widerstände eingeschaltet sind, welche so bemessen sind, daß die Überschlagsspannung für den Funken zwischen der das Werkzeug bildenden Elektrode und dem Werkstück in dem Augenblick erreicht wird, in dem die pulsierende Spannung ihren Minimalwert hat.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der Ladestromkreis des Energiespeichers (4) ein Glied mit einseitiger Leitfähigkeit (6) enthält, welches oszillierende Entladungen zwischen der das Werkzeug bildenden Elektrode (8) und dem Werkstück (9) verhindert.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher (4) eine Verzögerungsleitung ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet durch an sich bekannte Regelmittel für den Elektrodenvorschub, um während der Dauer der Bearbeitung zwischen der das Werkzeug bildenden Elektrode und dem Werkstück in dem diese umgebenden Medien einen Abstand aufrechtzuerhalten, welcher der Überschlagstrecke bei dem Maximalwert der zwischen der Elektrode und dem Werkstück angelegten Entladungsspannung entspricht.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die das Werkzeug bildende Elektrode die Form einer Schraube oder einer Mutter hat, welcher während der Bearbeitung zur Herstellung eines Gewindeteils entsprechender Form durch Drehen ein Vorschub erteilt wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch selbsttätige Mittel, welche in an sich bekannter Weise die Verstellung der das Werkzeug bildenden Elektrode von dem Mittelwert der Spannung zwischen dieser Elektrode und dem Werkstück abhängig machen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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