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Die
Erfindung betrifft eine ECM-Vorrichtung zur elektrolytischen Bearbeitung
von elektrisch leitenden Werkstücken,
insbesondere Metallteilen, mit mindestens einem Anodenanschluss
und mindestens einem Katodenanschluss, welche an einer Gleichstromversorgung
angeschlossen sind.
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Vorrichtungen
zur elektrolytischen Metallbearbeitung (ECM) sind bekannt. Sie weisen
eine Werkstückaufnahme
auf, in die zu bearbeitende, elektrisch leitende Werkstücke eingespannt
werden. Das Werkstück
wird an den Anodenanschluss angeschlossen und bildet demgemäß eine Anode.
Eine an den Katodenanschluss angeschlossene Katode wird zu bearbeitenden
Flächen
des Werkstücks
gegenübergestellt
und der zwischen diesen Teilen gebildete schmale Spalt von einer
Elektrolytlösung
durchflossen. Als Elektrolyt wird vorzugsweise Salzwasser eingesetzt.
Zwischen Anode und Katode erfolgt ein Ladungsaustausch, der mit
einem Materialabtrag des Werkstücks
einhergeht. Auf diese Art und Weise kann das Werkstück an den
gewünschten
Stellen durch Materialabtrag bearbeitet werden. Unter anderem ist
es hierdurch möglich,
ein präzises
Entgraten vorzunehmen. Die bekannten Vorrichtungen besitzen als
Gleichstromversorgung einen an das Stromnetz anzuschließenden Transformator,
dem eine Brückengleichrichterschaltung
folgt. Die Höhe
der Gleichspannung ist konstant; der Materialabtrag wird durch die
Bearbeitungszeit gesteuert.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine ECM-Vorrichtung zu schaffen,
mit der eine sehr flexible und präzise Werkstückbearbeitung, insbesondere
bei hoher Oberflächenqualität, möglich ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Gleichstromversorgung eine an eine galvanische Trennung
angeschlossene Gleichrichterschaltung aufweist, wobei die Gleichstromversorgung
mit einer ein wählbares
Taktverhältnis
aufweisenden Sekundärtaktung
und einer Strom- und/oder Spannungsregelung versehen ist. Durch das
wählbare
Taktverhältnis
der getakteten Gleichrichterschaltung, also einer auf der Sekundärseite der
galvanischen Trennung erfolgenden Taktung, sowie der Strom- und/oder
Spannungsregelung lassen sich – je
nach Werkstück – präzise die
gewünschten elektrischen
Parameter einstellen, die einen dementsprechend steuerbaren Materialabtrag
mit sich bringen. Durch Wahl des Taktverhältnisses der Sekundärtaktung
kann Einfluss auf die Bearbeitungsstärke und insbesondere auf die
Oberflächenqualität genommen
werden. Die Taktung ermöglicht
die Erfüllung
höchster
Qualitätsansprüche und
erfüllt
ein hohes Maß an
Produktivität.
Durch die galvanische Trennung weist das Werkstück erdfreies Potential auf.
Hierdurch wird die Prozesssicherheit erhöht.
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Ferner
ist es vorteilhaft, wenn die galvanische Trennung mittels eines
Trenntransformators erfolgt. Der Trenntransformator kann zwischen
der auf der Primärseite
liegenden Netzspannung und der auf der Sekundärseite liegenden Sekundärspannung
in der Spannungshöhe
eine Transformation vornehmen. Alternativ ist es auch möglich, dass
keine Umspannung erfolgt.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Gleichrichterschaltung
einen steuerbaren Brückengleichrichter
aufweist. Insbesondere kommt ein Sechs-Puls-Gleichrichter zum Einsatz.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine Ist-Erfassung der zwischen
dem Anodenanschluss und dem Katodenanschluss liegenden Gleichspannung
und/oder dem zwischen dem Anodenanschluss und dem Katodenanschluss fließenden Gleichstrom.
Die gewonnenen Istwerte werden als Eingangswerte für eine Steuerungsschaltung
und/oder Regelungsschaltung verwendet, die die Gleichstromversorgung
wunschgemäß derart steuert,
dass ein optimaler Materialabtrag erzielt wird.
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Die
Sekundärtaktung
ist bevorzugt als Pulspakettaktung ausgebildet. Das Takt-/Pulsverhältnis der
Pulspakete ist bevorzugt steuerbar und/oder regelbar. Das Takt-/Pulsverhältnis wird
insbesondere automatisch in Abhängigkeit
vorgegebener Parameter, insbesondere das Werkstück betreffender Parameter,
eingestellt.
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Bevorzugt
liegt die Schaltfrequenz der Pulspakete im Bereich von 3 bis 20
Hz, insbesondere 10 bis 17 Hz.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein ECM-Verfahren zur elektrolytischen
Bearbeitung von elektrisch leitenden Werkstücken, insbesondere Metallteilen, wobei
eine Gleichstromversorgung mindestens einen Anodenanschluss und
mindestens einen Katodenanschluss aufweist und eine galvanische
Trennung der Gleichrichterschaltung vorgesehen ist, die mit wählbarem
Taktverhältnis
sekundärseitig
getaktet und deren Strom und/oder Spannung geregelt wird.
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Es
ist vorteilhaft, wenn eine Werkstückbearbeitung mit ungetakteter
Gleichstromversorgung begonnen und mit getakteter Gleichstromversorgung beendet
wird. Hierdurch lassen sich besonders hochwertige Oberflächen am
Werkstück
erzielen.
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Die
Zeichnungen veranschaulichen die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels,
und zwar zeigt:
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1 ein
Schaltbild einer Gleichstromversorgung einer ECM-Vorrichtung und
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2 ein
Strom-/Spannungsdiagramm der Gleichstromversorgung der 1.
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Die 1 zeigt
ein Schaltbild einer Gleichstromversorgung 1 einer nicht
näher dargestellten ECM-Vorrichtung.
Die ECM-Vorrichtung weist eine Werkstückaufnahme auf, die einen Anodenanschluss 2 und
einen Katodenanschluss 3 besitzt. Ein metallisches Werkstück 4 wird
in die Werkstückaufnahme
derart eingespannt, dass ein elektrischer Kontakt mit dem Anodenanschluss 2 besteht,
das heißt,
das Werkstück 4 bildet
eine Anode. Zu bearbeitenden Flächen
des Werkstücks 4 wird
eine Katode des Werkstückhalters
gegenübergestellt,
sodass sich ein schmaler Spalt zwischen Katode und Werkstück 4 einstellt.
Durch diesen Spalt wird ein Elektrolyt gepumpt, das vorzugsweise
von Salzwasser gebildet wird. Mittels der Gleichstromversorgung 1 wird eine
elektrische Spannung U zwischen Anodenanschluss 2 und Katodenanschluss 3 aufgebaut,
sodass es aufgrund der elektrolytischen Wirkung zu einem Stromfluss
eines Stromes I kommt. Hierdurch entsteht ein Ladungsaustausch zwischen
den Polen mit der Folge eines Materialabtrags vom Werkstück 4,
wobei dieser Abtrag an den gewünschten
Stellen, nämlich
im Spaltbereich erfolgt. Auf diese Art und Weise wird auf elektrolytischem
Wege die Werkstückbearbeitung
vorgenommen.
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Die
Gleichstromversorgung 1 weist einen Trenntransformator 5 auf,
der eine Primärseite 6 und eine
Sekundärseite 7 besitzt.
Die Primär seite 6 wird an
ein dreiphasiges Wechselspannungsnetz angeschlossen. Die Sekundärseite 7 ist
an eine Gleichrichterschaltung 8 angeschlossen, die einen Sechs-Puls-Gleichrichter 9 aufweist.
Der Gleichrichter 9 besitzt in drei parallel zueinander
verlaufenden Zweigen 10 bis 12 jeweils zwei steuerbare
Halbleiterelemente 13, vorzugsweise Thyristoren 14.
Am Ausgang 15 des Gleichrichters 9 steht eine
pulsierende Gleichspannung zwischen einer Plus-Klemme 16 und
einer Minus-Klemme 17 zur Verfügung. An die Plus-Klemme 16 und
die Minus-Klemme 17 ist eine Istwerterfassung 18 angeschlossen.
Ferner steht die Plus-Klemme 16 elektrisch mit dem Anodenanschluss 2 und
die Minus-Klemme 17 elektrisch mit dem Katodenanschluss 3 in
Verbindung.
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Die
zwischen Anode und Katode liegende Spannung U und der zwischen Anode
und Katode fliegende Strom I werden von der Istwerterfassung 18 erfasst
und einem Trennverstärker 19 zugeführt, der – gemäß Doppelpfeil 20 – mit einer
Steuerung/Regelung 21 zusammenwirkt. Ferner wirkt der Trennverstärker 19 mit
einem Regler 22 zusammen, was durch den Doppelpfeil 23 angedeutet
wird. Ein weiterer Trennverstärker 24 wirkt
gemäß der Doppelpfeile 24 und 25 mit
der Steuerung/Regelung 21 und dem Regler 22 zusammen.
An seinem Ausgang 26 stellt der Trennverstärker 24 Steuersignale
zur Verfügung, die
der Gleichrichterschaltung 8 zugeführt werden. Der Regler 22 ist
an einen Zündübertrager 27 angeschlossen,
der der Gleichrichterschaltung 8 Zündimpulse über eine angedeutete Verbindung 28 zuführt. Den
Eingängen 29, 30 und 31 einer
Triggerschaltung 32 werden von der Steuerung/Regelung 21 ein Ein/Aus-
Signal 33 sowie ein Spannungssollwert Usoll sowie
ein Stromsollwert Isoll zugeführt. Am
Eingang 31 der Triggerschaltung 32 ist ein Zeit-Steller 34 angeschlossen,
der eine vorgebbare Bearbeitungszeit des Werk stücks (taktiv)
und/oder eine Intervall-Bearbeitungszeit (tintervall)
vorgibt. Mit dem Ein/Aus-Signal 33 lässt sich der Takt der Triggerschaltung 31 an-
beziehungsweise ausschalten. Bei der Steuerung/Regelung 21 handelt
es sich vorzugsweise um eine speicherprogrammierbare interne/externe
Steuerung, insbesondere für
Normsignale der Prozesstechnik.
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In
Abhängigkeit
von vorgebbaren Parametern, die vom zu bearbeitenden Werkstück 4 abhängig sind,
erfolgt vorzugsweise selbsttätig
mittels der Steuerung/Regelung 21 und gegebenenfalls unter Verwendung
der Zeit-Steller 34 eine entsprechende Spannungs- beziehungsweise
Strombeaufschlagung des Werkstücks 4,
wobei gleichzeitig zwischen Anode und Katode eine Elektrolytumwälzung stattfindet. Am
Ausgang 26 und der Verbindung 28 werden entsprechende
Signale für
das Takten der Gleichrichterschaltung 8 vorgegeben, um
an dem Werkstück 4 eine
getaktete Gleichspannung zum Materialabtrag zur Verfügung zu
stellen. Aufgrund der Istwerterfassung 18 und des Reglers 22 erfolgt
die Taktung der Gleichrichterschaltung 8 derart, dass ein
optimales Arbeitsergebnis erzielt wird. Insbesondere liegt eine Pulspakettaktung
vor, so wie sie sich aus der 2 ergibt.
Dort ist auf der Ordinate die Spannung U beziehungsweise der Strom
I dargestellt. Auf der Abszisse wird die Zeit t abgetragen. Es ist
erkennbar, dass von der Gleichrichterschaltung 8 eine sechspulsige
Gleichspannung gemäß des Pulspaketes 35 zur Verfügung gestellt
wird. Es folgt dann eine Pause 36, die strom- und spannungsfrei
ist. Anschließend
erfolgt dann wieder die Beaufschlagung mit einem Pulspaket 37,
das dem Pulspaket 35 entspricht, usw.. Die Einschaltzeiten
t1 der jeweiligen Pulspakete 35 und
die Ausschaltzeiten t2 der dazwischenliegenden Taktpausen 36 lassen
sich in Abhängigkeit
der Ansteuerung der Gleichrichterschaltung 8 vorzugs weise automatisch
entsprechend den Anforderungen des Werkstücks 4 einstellen/einregeln.
Insbesondere ist vorgesehen, dass eine Schaltfrequenz der Pulspakete
im Bereich von 10 bis 17 Hz vorliegt. Die Größe der Spannung U beziehungsweise
des Stromes I ist gegebenenfalls vorwählbar.
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Bei
der Bearbeitung von Werkstücken
kann es vorteilhaft sein, zunächst
den Bearbeitungsvorgang mit ungetakteter Gleichstromversorgung zu
beginnen, das heißt,
es werden keine Pulspakete 35, 37 dem Werkstück 4 zugeführt, sondern
eine Ansteuerung der Gleichrichterschaltung 8 derart vorgenommen,
dass eine Beaufschlagung mit welliger Gleichspannung erfolgt. Die
Pulspause 36 ist demzufolge Null. Nach erster Bearbeitung
erfolgt zum Schluss der Bearbeitung des Werkstücks 3 dann ein getakteter
Betrieb, so wie er sich aus der 2 ergibt.
Dies führt
zu sehr guten Oberflächen
der bearbeiteten Werkstückbereiche.
Die getaktete Zeit kann 20 bis 50 % der Gesamtzeit der Bearbeitung
des Werkstücks 4 ausmachen.
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Die
Sekundärtaktung
der Anordnung der 1 weist eine Stromregelung auf,
die im Bereich von 0 bis 15000 A wirksam ist. Ferner liegt eine Spannungsregelung
vor, die ein Einstellen der Spannung im Bereich von 0 bis 60 V gestattet.
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Es
ist vorteilhaft, wenn bei bestimmten Werkstücken eine Bearbeitungszeit
t1 von 60 % und eine Pausenzeit t2 von 40 % eingestellt wird.