Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Funkenerosionsvorrichtung
zu schaffen, bei der die Handhabung vereinfacht ist und die eine
einfache und schnelle Nachjustierung bzw. Anpassung an neue Formen
von Bohrungen erlaubt.
Zur
Lösung
der Aufgabe ist eine Funkenerosionsvorrichtung mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 vorgesehen.
Die
erfindungsgemäße Funkenerosionsvorrichtung
zur Erzeugung einer Bohrung in einem Werkstück, beispielsweise einer Einspritzdüse für Kraftstoff,
umfasst einen Kopf mit einem Träger,
einer Rotationsachse, um die der Träger während des Bohrvorgangs rotierbar
ist, und einer Funkenerosionselektrode, die in dem Träger verschiebbar
angeordnet und durch eine Austrittsöffnung hindurch teilweise aus
dem Träger
heraus bewegbar ist, wobei ein Elektrodenführungskanal der Austrittsführung bezüglich der
Rotationsachse verkippbar ist und ein Stellmechanismus zur Einstellung
des Verkippungswinkels zwischen Führungskanal und Rotationsachse
vorgesehen ist.
Das
Herausschieben der Elektrode aus dem Träger unter einem Winkel zur
Rotationsachse bei gleichzeitiger Rotation des Kopfes um seine Rotationsachse
führt dazu,
dass die Elektrode auf ihrer Bewegung um die Rotationsachse herum
eine Kegelmantelfläche
beschreibt. Wird der Kopf während
des Bohrvorgangs konstant in einem geringen Abstand zum Werkstück gehalten
und die Elektrode unter Erosionsabtrag des Werkstückmaterials
in dieses hineingeschoben, so resultiert die kreisende Bewegung
der Elektrode in einer konischen Bohrung, deren Wandung im Wesentlichen
der Kegelmantelfläche
entspricht, welche die kreisende Elektrode beschreibt. Der Winkel,
den die Elektrode mit der Rotationsachse des Kopfes bildet, gibt
also die Neigung der Kegelmantelfläche und somit die Konizität der Bohrung
vor.
Durch
den erfindungsgemäß vorgesehenen Stellmechanismus
ist der Verkippungswinkel zwischen dem Führungskanal und der Rotationsachse des
Kopfes, d.h. zwischen Rotationsachse und Elektrode einstellbar.
Aufgrund
dieses Stellmechanismus braucht weder die gesamte Vorrichtung noch
der Kopf für eine
Verstellung des Verkippungswinkels umgebaut zu werden. Dies bedeutet
eine erhebliche Vereinfachung für
die Nachjustierung des Kopfes oder eine Anpassung der Vorrichtung
an eine neue Form von Bohrung. Die Handhabung der gesamten Vorrichtung wird
auf diese Weise vereinfacht.
Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Erfindung sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und
der Zeichnung zu entnehmen.
Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung weist der Stellmechanismus eine Stellschraube zur
Einstellung des Verkippungswinkels auf. Eine Schraube lässt sich
besonders einfach betätigen
und ermöglicht
darüber
hinaus eine besonders exakte Einstellung des Verkippungswinkels.
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
ist die Austrittsführung
direkt oder indirekt an dem Träger
angelenkt und insbesondere durch eine an dem Träger angelenkte Winkelplatte
gehalten. Dadurch ist die Austrittsführung einerseits sicher und
andererseits verschwenkbar an dem Träger befestigt.
Ein
erstes Ende der Winkelplatte kann scharnierartig mit dem Träger verbunden
sein und ein zweites Ende der Winkelplatte kann mittels einer Schraubverbindung
an dem Träger
fixierbar sein, wobei insbesondere eine sich im Bereich des zweiten Endes
durch die Winkelplatte hindurch erstreckende Stellschraube in eine
in dem Träger
vorgesehene Gewindebohrung eingreift, um das zweite Ende der Winkelplatte
zur Einstellung des Verkippungswinkels mit einem entsprechenden
Abstand zum Träger zu
fixieren. Die Winkelplatte ist also an ihrem einen Ende verschwenkbar
an dem Träger
gelagert und an ihrem anderen Ende durch die Stellschraube am Träger gehalten.
Durch eine Verdrehung der Stellschraube lässt sich der Winkel, den die
Winkelplatte und letztlich die Elektrode mit der Rotationsachse
des Kopfes bildet, kontinuierlich und sehr exakt einstellen.
Ein
Federelement, beispielsweise eine die Stellschraube umgebende Schraubendruckfeder, kann
zwischen dem Träger
und der Winkelplatte vorgesehen sein. Durch das Federelement wird
die Winkelplatte von dem Träger
weg und beispielsweise gegen einen Kopf der Stellschraube gedrückt, wodurch die
Winkelplatte bei jedem Verkippungswinkel sicher in der jeweiligen
Relativlage bezüglich
des Trägers
fixiert ist. Alternativ oder zusätzlich
ist es auch möglich,
ein Abstandselement im Bereich des zweiten Endes der Winkelplatte
zwischen der Winkelplatte und dem Träger vorzusehen. Mehrere solcher
Abstandselemente können
in unterschiedlichen Stärken ausgebildet
sein, so dass sich je nach Auswahl des Abstandselements ein bestimmter
Abstand zwischen dem zweiten Ende der Winkelplatte und dem Träger und
dadurch ein entsprechender Verkippungswinkel einstellen lässt.
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
ist der Führungskanal
durch zwei, insbesondere halbzylindrische, Führungselemente der Austrittsführung begrenzt,
die mit jeweils planen Seiten aneinandergrenzen, wobei das eine
Führungselement
eine sich axial erstreckende und insbesondere V-förmige
Vertiefung an seiner Planseite aufweist, in der die Elektrode geführt ist.
Die V-förmige
Vertiefung ist dabei derart dimensioniert, dass die Elektrode durch
die Führungselemente
nicht geklemmt wird, sondern sich in axialer Richtung annähernd reibungsfrei
bewegen kann.
Das
eine Führungselement
kann kürzer
als das andere Führungselement
sein, und die Führungselemente
können
derart zueinander angeordnet sein, dass die Planseite des längeren Führungselements
im Bereich seines vom Träger
wegweisenden Endes freiliegt. Außerdem kann ein Federarm vorgesehen
sein, der mit dem freiliegenden Ende des längeren Führungselements zusammenwirkt
und die Elektrode dort führt.
Durch den Federarm wird eine gewisse Klemmkraft auf die Elektrode
ausgeübt.
Dabei ist die Klemmkraft so gewählt,
dass die Elektrode am Ende der Austrittsführung sowohl sicher positioniert
ist als auch einen guten elektrischen Kontakt mit dem Führungselement
bildet, dass sie gleichzeitig aber aus dem Führungskanal herausgeschoben
werden kann.
Der
Federarm kann beispielsweise drehbar an der Winkelplatte gelagert
sein, wobei die Drehachse senkrecht zur Rotationsachse verläuft und
den Federarm in einen ersten Abschnitt, der mit dem längeren Halbzylinder
zusammenwirkt, und einen zweiten Abschnitt aufteilt, der durch eine
zwischen der Winkelplatte und dem Federarm angeordnete Schraubendruckfeder
beaufschlagt ist. Dabei kann der zweite Abschnitt einen Teilabschnitt
aufweisen, der im Wesentlichen parallel zum Führungskanal verläuft, so
dass die Feder diesen Teilabschnitt in einer zum Führungskanal
senkrechten Richtung beaufschlagt.
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
ist ein Halter in den Träger
eingesetzt, der in Richtung der Rotationsachse relativ zum Träger verschiebbar ist.
In dem Halter kann eine Klemmeinrichtung für die Elektrode angeord net
sein, so dass eine Verschiebung des Halters bezüglich des Trägers dazu
führt, dass
die Elektrode durch die Austrittsführung aus dem Träger hinausgeschoben
bzw. wieder in den Träger
zurückgezogen
wird.
Gemäß noch einer
weiteren Ausführungsform
weist der Träger
an seiner Außenseite
einen umlaufenden, beispielsweise ringförmigen, Vorsprung auf, dessen
zur Austrittsführung
weisende Seite im Wesentlichen plan ist und in einer zur Rotationsachse
senkrechten Ebene liegt. Über
diesen Vorsprung kann sich der Träger während des Bohrvorgangs an einem
Abstandhalter abstützen,
wodurch ein vorbestimmter Mindestabstand des Trägers zum Werkstück gewährleistet
ist.
Weiterer
Gegenstand der Erfindung ist ein Abstandhalter für eine Funkenerosionsvorrichtung nach
einer der voranstehend beschriebenen Arten, wobei der Abstandhalter
einen Grundkörper
aufweist, der mit seinem einen Ende an einem Maschinenrahmen befestigbar
ist und an dessen gegenüberliegenden
anderen Ende zumindest ein drehbar gelagertes Rad angeordnet ist,
das über
das Ende des Grundkörpers
hervorsteht.
An
dem Abstandhalter kann sich der Kopf und insbesondere der Träger der
Funkenerosionsvorrichtung während
des Bohrvorgangs abstützen. Auf
diese Weise wird sichergestellt, dass sich der Träger und
somit die Austrittsführung
für die
Elektrode während
des gesamten Bohrvorgangs in einem definierten und gleich bleibenden
Mindestabstand zum Werkstück
befindet. Dies erhöht
die Präzision des
Bohrprozesses. Ein Zusammenwirken des Trägers mit dem drehbar gelagerten
Rad des Abstandhalters ermöglicht
ferner die Rotation des Kopfes, während sich der Träger an dem
Rad abstützt.
Es
können
zwei Räder
vorgesehen sein, die jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Grundkörpers angeordnet
sind. Dies ermöglicht
eine gleichzeitige Abstützung
zweier Köpfe
an einem einzelnen Abstandhalter und somit eine Platz sparende gleichzeitige
Bearbeitung zweier Werkstücke.
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
ist die Position der Drehachse jedes Rades, insbesondere in der
Richtung einer Längserstreckung
des Grundkörpers,
verstellbar. Die Verstellung der Drehachsenlage eines Rades ermöglicht eine
exakte Einstellung des Mindestabstandes, den der abzustützende Träger während des
Bohrvorgangs zum Werkstück
einhalten soll. Dabei können
die Drehachsen der Räder
jeweils getrennt voneinander und insbesondere durch jeweils eine
Stellschraube positionierbar sein, oder sie können gleichzeitig, beispielsweise durch
eine gemeinsame Stellschraube, positionierbar sein. Die oder jede
Stellschraube kann dabei in einem Ansatz des Grundkörpers drehbar
gelagert sein und in eine Gewindebohrung eines Lagergehäuses des
oder jedes Rades eingreifen.
Weiterer
Gegenstand der Erfindung ist außerdem
ein Funkenerosionsverfahren zum Erzeugen einer Bohrung in einem
Werkstück,
beispielsweise einer Einspritzdüse
für Kraftstoff,
bei dem
- (a) ein Winkel zwischen einer in einem
Kopf gelagerten Funkenerosionselektrode und einer Rotationsachse
des Kopfes eingestellt wird,
- (b) der Kopf in einer Ebene senkrecht zu der Rotationsachse
derart positioniert wird, dass sich die Spitze der Elektrode bei
einem ersten Kontakt mit dem Werkstück an der gewünschten
Position der zu erzeugenden Bohrung befindet,
- (c) ein Abstandhalter derart eingestellt wird, dass der Kopf
durch Zusammenwirken mit dem Abstandhalter während des Bohrvorgangs in einem bestimmten
Mindestabstand zum Werkstück
gehalten wird,
- (d) der Kopf soweit in Richtung des Werkstücks bewegt wird, bis er sich
auf dem Abstandhalter abstützt,
- (e) der Kopf um die Rotationsachse gedreht wird,
- (f) eine elektrische Spannung an die Elektrode angelegt wird,
und
- (g) die Elektrode unter Rotation des Kopfes und unter dem eingestellten
Winkel aus dem Kopf herausgeschoben und unter funkenerosivem Abtrag von
Werkstückmaterial
in das Werkstück
hineinbewegt wird.
Bei
diesem Verfahren lassen sich alle voranstehend beschriebenen Vorteile
der erfindungsgemäßen Funkenerosionsvorrichtung
und des erfindungsgemäßen Abstandhalters
ausnutzen. Insbesondere ermöglicht
eine gezielte Einstellung des Verkippungswinkels die Herstellung
von Bohrungen einer gewünschten,
einstellbaren Konizität.
Gemäß einer
Ausführungsform
des Verfahrens werden zwischen den Schritten (d) und (e) die folgenden
Schritte durchgeführt,
in denen
- (i) ein Halter des Kopfes aus einer
Ausgangslage so weit in einen Träger
des Kopfes hineingeschoben wird, bis die dabei durch eine Austrittsführung aus
dem Kopf herausgeschobene Elektrode das Werkstück zumindest annähernd berührt,
- (ii) eine im Halter angeordnete Klemmeinrichtung für die Elektrode
gelöst
wird,
- (iii) der Halter wieder in die Ausgangslage zurückbewegt
wird, wobei die Elektrode, beispielsweise durch einen Federarm,
im Bereich der Austrittsführung
festgehalten wird und sich die Klemmeinrichtung entlang der Elektrode
bewegt, und
- (iv) die Klemmeinrichtung in der Ausgangslage des Halters wieder
in klemmenden Eingriff mit der Elektrode gebracht wird.
Durch
die Schritte (i) bis (iv) wird sichergestellt, dass die Funkenerosionsvorrichtung
unmittelbar vor Beginn des Bohrprozesses, d.h. unmittelbar bevor
die Spannung an die Elektrode angelegt wird, einen Ausgangszustand
einnimmt, in dem sich der Halter des Kopfes in einer Ausgangslage
befindet, nämlich
in einer Relativlage bezüglich
des Trägers,
in der der Halter so weit aus dem Träger herausgezogen ist, wie
es eine Begrenzungseinrichtung zulässt, wobei die Elektrode gleichzeitig
so weit aus der Austrittsführung
herausgeschoben ist, dass sich die Spitze der Elektrode in unmittelbarer
Nähe zum
Werkstück
befindet oder die Elektrodenspitze sogar an das Werkstück anstößt.
Dieser
Ausgangszustand wird hergestellt, indem die mittels der Klemmeinrichtung
in dem Halter gehaltene Elektrode durch eine Verschiebung des Halters
in den Träger
hinein aus der Austrittsführung herausgeschoben
wird. Wenn die Elektrode soweit aus der Austrittsführung hervorsteht,
wie es erwünscht
ist, wird die Klemmeinrichtung gelöst, d.h. sie tritt mit der
Elektrode außer
Eingriff. In dieser Situation wird die Elektrode nur noch im Bereich
der Austrittsführung
durch den Federarm festgehalten.
Der
Halter wird nun wieder in seine Ausgangslage zurückbewegt, d.h. teilweise aus
dem Träger
herausgezogen, wobei sich die gelöste Klemmeinrichtung frei entlang
der Elektrode bewegen kann, ohne diese mitzuziehen. Gleichzeitig
sorgt die Fixierung der Elektrode an der Austrittsführung dafür, dass
die Elektrode nicht versehentlich durch die gelöste Klemmeinrichtung wieder
in den Träger
hineingezogen wird.
Sobald
sich der Halter in seiner Ausgangslage befindet, wird die Klemmeinrichtung
mit der Elektrode wieder in Eingriff gebracht. Die durch die Klemmeinrichtung
auf die Elektrode wirkenden Klemmkräfte sind erheblich größer als
die Kräfte,
die durch den Federarm auf die Elektrode ausgeübt werden, so dass die Elektrode
während
des Bohrprozesses unter dem Federarm hindurchrutscht, wenn sie bei
einer Verschiebung des Halters durch die Austrittsführung hindurchgeschoben
wird.
Nachfolgend
wird die vorliegende Erfindung rein beispielhaft anhand einer vorteilhaften
Ausführungsform
und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
Es zeigen:
1 eine Querschnittsansicht
eines Kopfes einer erfindungsgemäßen Funkenerosionsvorrichtung;
2 eine perspektivische Ansicht
des Kopfes von 1;
3 eine Seitenansicht des
Kopfes von 1;
4 eine perspektivische Ansicht
eines erfindungsgemäßen Abstandhalters;
5 eine Seitenansicht des
Abstandhalters von 4;
6 eine schematische Ansicht
der Anordnung des Kopfes von 1 und
des Abstandhalters von 2 während eines
Bohrvorgangs;
7A–D eine
Reihe von Querschnittsansichten des Kopfes von 1, die eine Abfolge von Schritten zur
Vorbereitung des Kopfes auf den Bohrvorgang darstellen.
In
den 1 bis 3 ist ein Kopf 10 der
erfindungsgemäßen Funkenerosionsvorrichtung
dargestellt. Der Kopf 10 weist einen topfartigen Träger 12 auf,
der in einem oberen Trägerabschnitt 14 im
Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet ist. Der hohlzylindrische
Abschnitt 14 des Trägers 12 dient
zur Aufnahme eines Halters 16, der ebenfalls hohlzylindrisch
ausgebildet ist, wobei der Außendurchmesser des
Halters 16 an den Innendurchmesser des Trägerabschnitts 14 angepasst
ist.
Der
Kopf 10 weist eine Rotationsachse 18 auf, um die
der Kopf 10, angetrieben durch eine Fachleuten hinlänglich bekannte
und nicht gezeigte Rotiereinrichtung der Funkenerosionsvorrichtung,
rotieren kann. Die Rotationsachse 18 fällt mit den Längsmittelachsen
des Trägers 12 und
des Halters 16 zusammen.
Der
Halter 16 ist in axialer Richtung verschiebbar in dem Träger 12 gelagert.
Dabei wird die Verschiebebewegung des Halters 16 relativ
zum Träger 12 durch
eine Begrenzungseinrichtung begrenzt, die durch ein in der Wandung
des Trägers 12 vorgesehenes
und sich in axialer Richtung erstreckendes Langloch 20 und
eine Schraube 22 gebildet ist, deren Gewinde in eine im
Halter 16 vorgesehene Gewindebohrung eingreift und deren
Kopf in das Langloch 20 eingreift. Die Bewegung des Halters 16 relativ
zum Trägers 12 beschränkt sich
folglich auf die Bewegung, welche die Schraube 22 in dem
Langloch 20 ausführen
kann. Der Durchmesser des Schraubenkopfes ist an die Breite des
Langloches 20 angepasst, so dass die in das Langloch 20 eingreifende Schraube 22 nicht
nur die Bewegung des Halters 16 in axialer Richtung begrenzt
sondern gleichzeitig auch eine Verdrehung des Halters 16 bezüglich des Trägers 12 verhindert.
An
der vom Träger 12 wegweisenden
Stirnseite des Halters 16 weist der Halter 16 eine
ringscheibenartige Befestigungsplatte 24 auf, die zur Befestigung
des Kopfes 10 an der bereits erwähnten Rotiereinrichtung der
Funkenerosionsvorrichtung dient. Zu diesem Zweck sind in der Befestigungsplatte 24 mehrere,
um den Umfang der Befestigungsplatte 24 verteilt angeordnete
Bohrungen 26 vorgesehen, die zur Durchführung von nicht gezeigten Schrauben
dienen, mit deren Hilfe sich der Halter 16 und somit der
gesamte Kopf 10 an die Rotiereinrichtung anschrauben lässt.
Die
Bohrungen 26 sind so bemessen, dass die durchgeführten Schrauben
etwas Spiel besitzen. Dies lässt
eine Verschiebung des Kopfes 10 bezüglich der Rotiereinrichtung
in der Ebene senkrecht zur Rotationsachse 18 zu und ermöglicht auf
diese Weise eine Feinpositionierung des Kopfes 10 bezüglich eines
zu bearbeitenden Werkstücks
in der Ebene senkrecht zur Rotationsachse 18.
Sowohl
in der Wandung des oberen Trägerabschnitts 14 als
auch in der Wandung des Halters 16 ist jeweils ein sich
axial erstreckender Spalt 28, 30 vorgesehen, wobei
sich der Spalt 30 des Halters 16 nicht nur durch
den zylindrischen Teil des Halters 16 sondern auch durch
dessen Befestigungsplatte 24 hindurchzieht. Die Spalte 28, 30 des
Trägers 12 bzw. Halters 16 sind
miteinander ausgerichtet. Auf diese Weise erlauben sie den Zugriff
auf eine in dem Halter 16 angeordnete Klemmeinrichtung 32 (7) für eine Funkenerosionselektrode 34.
Durch die Spalte 28, 30 hindurch kann sich ein
mit der Klemmeinrichtung zusammenwirkender und beispielsweise pneumatisch
betätigbarer
Hebelmechanismus (nicht gezeigt) hindurch erstrecken, mit dessen
Hilfe sich die Klemmeinrichtung 32 öffnen oder schließen lässt, um die
Funkenerosionselektrode 34 entsprechend freizugeben bzw.
zu klemmen.
Bei
der Funkenerosionselektrode 34 handelt es sich im dargestellten
Ausführungsbeispiel
um einen Draht aus Wolframcarbid, optional mit einem geringen Anteil
von Kobalt, der einen Durchmesser im Bereich von 40 μm bis 120 μm aufweist.
Es eignen sich aber auch andere Materialien für die Elektrode 34,
die Fachleuten auf dem Gebiet der Funkenerosion wohlbekannt sind.
In
dem Träger 12 ist
Schraubendruckfeder 36 angeordnet, die sowohl mit dem Träger 12 als auch
mit dem Halter 16 zusammenwirkt. Genauer gesagt ist die
Feder 36 zwischen dem Träger 12 und dem Halter 16 angeordnet,
und sowohl der Träger 12 als
auch der Halter 16 stützen
sich über
entsprechend ausgebildete Schultern jeweils an den entgegengesetzten
Enden der Feder 36 ab. Eine Verschiebung des Halters 16 in
den Träger 12 hinein
erfolgt somit entgegen der Rückstellkraft
der Feder 36.
Die 1 bis 3 zeigen den Halter 16 in einer Ausgangslage,
in der er durch die Feder 36 so weit aus dem Träger 12 hinausgeschoben
ist, wie es die durch das Langloch 20 und die Schraube 22 gebildete
Begrenzungseinrichtung erlaubt.
An
der vom Halter 16 wegweisenden Unterseite des Trägers 12 ist
eine Öffnung
vorgesehen, durch die eine Austrittsführung 38 mit einem
Führungskanal
für die
Funkenerosionselektrode 34 teilweise in den Träger 12 hineinragt.
Die Austrittsführung 38 ist
von einer Winkelplatte 40 aufgenommen, die scharnierartig
an der Unterseite des Trägers 12 angelenkt
ist. Zu diesem Zweck ist ein erstes Ende der Winkelplatte 40 durch
einen Bolzen oder Stift 42 (2 und 3), der sich durch entsprechende
Querbohrungen in der Winkelplatte 40 und in einem Ansatz 44 des
Trägers 12 hindurch
erstreckt, verschwenkbar am Träger 12 gehalten.
Der Stift 42 bildet die Schwenkachse für die Winkelplatte 40 und
ist durch einen Sicherungsbolzen oder eine Sicherungsschraube 46 gegen
ein Herausrutschen aus den Querbohrungen gesichert.
An
ihrem anderen, zweiten Ende ist die Winkelplatte 40 durch
eine Stellschraube 48 am Träger 12 befestigt,
die sich durch die Winkelplatte 40 hindurch erstreckt und
in eine Gewindebohrung des Trägers 12 eingreift.
Durch eine Verdrehung der Stellschraube 48 lässt sich
der Abstand einstellen, in dem sich das zweite Ende der Winkelplatte 40 zur
Unterseite des Trägers 12 befindet.
Mit anderen Worten lässt
sich durch eine Verdrehung der Stellschraube 48 der Schwenkwinkel,
den die Winkelplatte 40 mit der Unterseite des Trägers 12 bildet,
und somit der Verkippungswinkel einstellen, den die Austrittsführung 38 für die Elektrode 34 mit
der Rotationsachse 18 des Kopfes 10 bildet.
Zwischen
dem Träger 12 und
der Winkelplatte 40 ist eine, die Stellschraube 48 umgebende Schraubendruckfeder 50 vorgesehen,
durch deren Rückstellkraft
die Winkelplatte 40 und der Träger 12 auseinandergedrückt werden.
Die Feder 50 stellt auf diese Weise einerseits sicher,
dass die Winkelplatte 40 stets einen durch die Stellschraube 48 vorgegebenen
Maximalabstand zur Unterseite des Trägers 12 einnimmt,
und fixiert die Winkelplatte 40 andererseits in ihrer Position
und verhindert dadurch eine unbeabsichtigte Verstellung des Schwenkwinkels
der Winkelplatte 40, beispielsweise aufgrund von Vibrationen des
Kopfes 10.
An
der Unterseite des Trägers 12 ist
eine quer zur Rotationsachse 18 verlaufende Querrinne 52 vorgesehen
(2 und 3), die zur Fixierung von Abstandsstiften
oder -bolzen dient, die zur Vorgabe eines gewünschten Schwenkwinkels in die
Querrinne 52 zwischen die Winkelplatte 40 und
den Träger 12 eingeführt werden
können.
Eine Verwendung derartiger Abstandsstifte bzw. -bolzen macht die
Verwendung der Schraubendruckfeder 50 im Prinzip überflüssig, da
die Stellschraube 48 in diesem Fall ein reines Befestigungsmittel
und kein Stellmittel ist, d.h. die Schraube 48 wird stets
so fest angezogen, dass der Abstandsstift bzw. -bolzen sicher zwischen
Winkelplatte 40 und Träger
geklemmt ist. Umgekehrt kann bei der im dargestellten Ausführungsbeispiel verwendeten
Kombination von Stellschraube 48 und Schraubendruckfeder 50 auf
die Abstandsstifte bzw. -bolzen verzichtet werden.
Wie
in 2 zu erkennen ist,
setzt sich die Winkelplatte aus zwei Plattenteilen 54, 56 zusammen,
die durch eine Schraube 58 miteinander verschraubt sind.
An ihrer vom Träger 12 wegweisenden Unterseite
weist die Winkelplatte 40 einen im Wesentlichen quaderförmigen Aufbau 60 auf,
der sich ebenfalls aus zwei Teilen zusammensetzt, die jeweils einem
Plattenteil 54, 56 der Winkelplatte 40 zugeordnet
sind.
Die
Winkelplatte 40 weist ferner eine Durchgangsbohrung 62 mit
im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt
auf, die bei einem Schwenk- bzw. Verkippungswinkel der Winkelplatte 40 mit
der Rotationsachse 18 des Kopfes 10 im Wesentlichen
koaxial verläuft.
In der Durchgangsbohrung 62 ist eine Hülse 64 angeordnet,
die sich aus zwei Hülsenhalbschalen 64A, 64B zusammensetzt.
Die Hülse 64 weist
an ihrem unteren, vom Träger 12 wegweisenden
Ende einen nach außen
umgebogenen Kragen 66 auf, der an der Unterseite des Aufbaus 60 der
Winkelplatte 40 anliegt und somit einen Anschlag bildet.
Die Hülse 64 ragt
bis in den Träger 12 hinein
und weist an ihrem oberen, in den Träger 12 hineinragenden
Ende einen nach innen umgebogenen Kragen 68 auf, der als oberer
Anschlag für
die Austrittsführung 38 dient.
Die
Austrittsführung 38 ist
durch zwei halbzylindrische Führungselemente 70, 72 gebildet,
die mit jeweils planen Seiten aneinandergrenzen. Das eine Führungselement 70 weist
an seiner Planseite eine sich bei einem Schwenk- bzw. Verkippungswinkel
der Winkelplatte 40 von 0° im Wesentlichen koaxial mit der
Rotationsachse 18 des Kopfes 10 erstreckende rinnenartige
Vertiefung mit beispielsweise V-förmigem Querschnitt auf, die
einen Führungskanal
für die Funkenerosionselektrode 34 bildet.
Dieses
Führungselement 70 ist
kürzer
als das andere Führungselement 72 ausgebildet.
Da beide Führungselemente 70, 72 an
den oberen Innenkragen 68 der Hülse 64 anstoßen, liegt
die Planseite des längeren
Führungselements 72 im
Bereich seines unteren, vom Träger 12 wegweisenden
Endes frei.
Die
in die Durchgangsbohrung 62 der Winkelplatte 40 eingesetzte
Hülse 64 und
Austrittsführung 38 werden
durch die Verschraubung der beiden Winkelplattenteile 54, 56 zwischen
diesen eingeklemmt und somit per Klemmsitz in der Winkelplatte 40 gehalten.
Durch Lösen
der Verschraubung der Plattenteile 54, 56 lassen
sich die Führungselemente 70, 72 auf
einfache Weise aus dem Vorrichtungskopf 10 ausbauen, um
zum Beispiel bei Verschleißerscheinungen
ausgewechselt zu werden.
An
seinem vom Träger 12 wegweisenden unteren
Ende ist das kürzere
Führungselement 70 angeschrägt. Diese
Schrägung
setzt sich an dem unteren Ende der an das kürzere Führungselement 70 angrenzenden
Hülsenhalbschale 64A fort
und schafft Platz für
einen Federarm 76, der zur Führung der Funkenerosionselektrode 34 mit
dem freiliegenden unteren Ende 74 des längeren Führungselements 72 der
Austrittsführung 38 zusammenwirkt.
Der
Federarm 76 ist drehbar an dem Aufbau 60 der Winkelplatte 40 gelagert,
wobei die durch einen Stift 78 gebildete Drehachse quer
zur Rotationsachse 18 des Kopfes 10 verläuft. Der
Stift 78 teilt den Federarm 76 in einen ersten
Abschnitt 80, der mit dem längeren Führungselement 72 zusammenwirkt, und
einen zweiten Abschnitt 82 ein, der durch eine zwischen
der Winkelplatte 40 und dem Federarm 76 angeordnete
Schraubendruckfeder 84 beaufschlagt ist.
Hierzu
weist der zweite Federarmabschnitt 82 einen sich vom Stift 78 aus
quer zur Rotationsachse 18 erstreckenden ersten Teilabschnitt 86 auf,
an den sich rechtwinklig ein etwa parallel zur Rotationsachse 18 verlaufender
zweiter Teilabschnitt 88 anschließt, der an seinem freien Ende
durch die Feder 84 beaufschlagt wird. Der maximale Abstand
des freien Endes des zweiten Teilabschnitts 88 von der
Winkelplatte 40 lässt
sich durch eine Schraube 90 einstellen, die sich durch
den zweiten Teilabschnitt 88 hindurch erstreckt und in
eine Gewindebohrung 92 der Winkelplatte 40 eingreift.
Die
Kraft der Schraubendruckfeder 84 wird durch den schwenkbar
gelagerten Federarm 76 auf die Funkenerosionselektrode 34 übertragen.
Zur Führung
der Elektrode 34 ist am freien Ende des ersten Federarmabschnitts 80 eine
leichte Vertiefung vorgesehen, in der die Elektrode 34 verläuft. Die durch
den Federarm 76 auf die Elektrode 34 ausgeübte Federkraft
ist so gewählt,
dass die Elektrode 34 durch den Federarm 76 zwar
so stark an das Führungselement 72 angedrückt wird,
dass ein zuverlässiger
elektrischer Kontakt zwischen Elektrode 34 und Führungselement 72 gewährleistet
ist, gleichzeitig aber auch ein Durchrutschen der Elektrode 34 zwischen
dem Federarm 76 und dem Führungselement 72 möglich ist,
damit die Elektrode 34 durch die Austrittsführung 38 aus
dem Kopf 10 heraus geschoben werden kann.
Dadurch,
dass die Elektrode 34 im Bereich des unteren Endes der
Austrittsführung 38 durch
den Federarm 76 geführt
und an das Führungselement 72 angedrückt wird,
ist eine besonders nahe am zu bearbeitenden Werkstück gelegene
Führung
und elektrische Kontaktierung der Elektrode 34 gewährleistet.
Dies erhöht
einerseits die Präzision
und andererseits die Geschwindigkeit des Funkenerosionsprozesses.
Im
Bereich seines unteren, vom Halter 16 wegweisenden Endes
weist der Träger 12 einen
umlaufenden und sich radial nach außen erstreckenden ringscheibenartigen
Vorsprung 94 auf. Die Unterseite 96 des Vorsprungs 94 ist
im Wesentlichen plan und liegt in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse 18 des
Kopfes 10. Der Vorsprung 94 dient zum Abstützen des
Trägers 12 während des
Bohrprozesses an einem Abstandhalter 98.
Der
Abstandshalter 98 ist in 4 und 5 dargestellt. Er weist einen
länglichen
plattenartigen Grundkörper 100 auf,
an dessen unterem Ende Bohrungen zur Durchführung von Schrauben 102 vorgesehen
sind, mit deren Hilfe der Abstandhalter 98 an einem Maschinenrahmen
(nicht gezeigt) befestigbar ist. In Richtung seines oberen Endes 106 verjüngt sich
der Grundkörper 100.
Im
Bereich des oberen Endes 106 des Abstandhalters 98 sind
zwei drehbar gelagerte Räder 108 vorgesehen,
die auf gegenüberliegenden
Seiten des Grundkörpers 100 angeordnet
sind. Die Drehachsen 110 der Räder 108 verlaufen
quer zur Längserstreckung
des Grundkörpers 100.
Das Radlager jedes Rades 108 ist in einem Lagerschlitten 112 untergebracht,
das sich mit Hilfe einer Stellschraube 114 in Längsrichtung
des Grundkörpers 100 bezüglich des Grundkörpers 100 verschieben
lässt (in
der Zeichnung nach oben bzw. unten). Dabei ist die Verschiebung
der Räder 108 auf
einen Bereich begrenzt, der sicherstellt, dass die Laufflächen der
Räder 108 stets über einen
oberen Rand des Grundkörpers 100 hinausragen.
Jede Stellschraube 114 ist drehbar in einem Ansatz 116 des
Grundkörpers 100 gelagert
und greift in eine Gewindebohrung des jeweiligen Lagerschlittens 112 ein.
Die Räder 108 können aus
einem elektrisch nicht leitenden Material, z.B. aus einem Kunststoff-
oder Keramikmaterial gebildete Scheibenräder sein.
Wie
in 6 dargestellt ist,
dient jeweils ein Rad 108 als Abstützelement für den Träger 12 eines Vorrichtungskopfes 10,
indem es mit dem Vorsprung 94 des Trägers 12 zusammenwirkt.
Bei einer Rotation des Kopfes 10 dreht sich der Vorsprung 94 über das
Rad 108 hinweg, d.h. das Rad 108 rollt entlang der
Unterseite 96 des Vorsprungs 94. Durch eine Verschiebung
des Lagerschlittens 112 ist die Lage der Drehachse 110 des
Rades 108 in der Höhe
verstellbar. Auf diese Weise lässt
sich ein gewünschter
Mindestabstand des Trägers 12 und
somit der Austrittsführung 38 für die Elektrode 34 zu
einem zu bearbeitenden Werkstück 118 während des
Bohrprozesses einstellen.
Bei
dem in 6 dargestellten
Ausführungsbeispiel
weist jedes der zwei Räder 108 seinen
eigenen Lagerschlitten 112 und seine eigene Stellschraube 114 auf,
so dass sich die Räder 108 getrennt
voneinander in der Höhe
verstellen lassen. Es wäre
aber ebenso denkbar, dass beide Räder 108 auf einer
gemeinsamen Drehachse gelagert sind, die durch eine gemeinsame Stellschraube
verschiebbar ist.
Das
Versehen eines Abstandhalters 98 mit zwei Rädern 108 hat
den Vorteil, dass sich durch den Abstandhalter 98 gleichzeitig
zwei nebeneinander angeordnete Funkenerosionsköpfe 10 abstützen lassen.
Dies ermöglicht
eine Platz sparende gleichzeitige Bearbeitung von zwei Werkstücken 118.
Es ist aber ebenso möglich,
den in 4 und 5 gezeigten Abstandhalter 98 mit
zwei Rädern 108 zum
Abstützen
nur eines Kopfes 10 zu nutzen, wie es in 6 dargestellt ist. In diesem Fall könnte der
Abstandhalter anstatt mit zwei Rädern
auch mit nur einem Rad ausgerüstet
sein.
Eine
konische Bohrung wird unter Verwendung der voranstehend beschriebenen
Vorrichtung folgendermaßen
erzeugt:
Entsprechend der gewünschten Konizität der Bohrung
wird der Verkippungswinkel zwischen der Funkenerosionselektrode 34 und
der Rotationsachse 18 des Kopfes 10 eingestellt,
indem die Winkelplatte 40 mit Hilfe der Stellschraube 48 um
den gewünschten Winkel
bezüglich
des Trägers 12 bzw.
der Rotationsachse 18 verschwenkt wird.
Des
Weiteren wird der Kopf 10 in einer Ebene senkrecht zur
Rotationsachse 18 derart positioniert, dass sich die Spitze
der Elektrode 34 bei einem ersten Kontakt mit dem Werkstück 118 an
der gewünschten
Position der zu erzeugenden Bohrung befindet. Die Positionierung
des Kopfes 10 wird durch Lösen der Schrauben 22 und
eine entsprechende Verschiebung der Befestigungsplatte 24 des
Halters 16 bezüglich
der Rotiereinrich tung der Funkenerosionsvorrichtung erreicht. Anschließend werden
die Schrauben 22 wieder festgezogen.
Ferner
wird der Abstandhalter 98 eingestellt. Zu diesem Zweck
wird durch eine Betätigung
der Stellschraube 114 die Drehachse 110 des Rades 108 derart
verschoben, dass der Träger 12 durch
Zusammenwirken des umlaufenden Trägervorsprungs 94 mit
dem Rad 108 während
des Bohrvorgangs in einem vorbestimmten Mindestabstand zum Werkstück 118 gehalten
wird. Ein typischer Abstand zwischen der Austrittsführung 38 und
der Oberfläche
des Werkstücks 118 beträgt wenige
100 μm.
Nach der Einstellung des Abstandhalters wird der Kopf 10 so weit
in Richtung des Werkstücks 118 bewegt,
bis sich der Vorsprung 94 des Trägers 12 auf dem Rad 108 des
Abstandhalters 98 abstützt.
Nun
wird der Halter 16 des Kopfes 10 aus seiner Ausgangslage
(7A) in den Träger 12 des Kopfes 10 hineingeschoben.
Zusammen mit dem Halter 16 wird auch die die Elektrode 34 haltende Klemmeinrichtung 32 in
den Träger
hineingeschoben, wodurch die Elektrode 34 ihrerseits aus
der Austrittsführung 38 herausgeschoben
wird. Der Halter 16 wird so weit in den Träger 12 hineinbewegt,
bis die Elektrode 34 so weit aus der Austrittsführung 38 hervorsteht,
dass die Elektrodenspitze die Oberfläche des Werkstücks 118 zumindest
annähernd
berührt (7B).
In
dieser Lage der Elektrode 34 bzw. des Halters 16 wird
die Klemmeinrichtung 32 durch einen, beispielsweise pneumatisch
angetriebenen Hebelmechanismus (nicht gezeigt) gelöst, so dass
die Elektrode 34 nicht mehr durch die Klemmeinrichtung 32 geklemmt
wird. Die Elektrode 34 wird jetzt durch den Federarm 76 an
einem weiteren Herausrutschen aus der Austrittsführung 38 gehindert.
Anschließend wird
der Halter 16 wieder in seine Ausgangsposition zurückbewegt.
Da die Klemmeinrichtung 32 zuvor gelöst wurde, kann sie sich entlang
der von dem Federarm 76 gehaltenen Elektrode 34 bewegen,
ohne diese mitzuziehen. Sobald sich der Halter 16 wieder
in seiner Ausgangslage befindet (7C),
wird die Klemmeinrichtung 32 wieder in klemmenden Eingriff
mit der Elektrode 34 gebracht.
Durch
eine Aktivierung der Rotiereinrichtung wird der Kopf 10 nun
um seine Rotationsachse 18 gedreht. Typische Rotationsgeschwindigkeiten
betragen mehrere 100 Umdrehungen pro Minute.
Sobald
eine elektrische Spannung, beispielsweise von etwa 120 V, an die
Elektrode 34 angelegt wird, beginnt der Funkenerosionsabtragsprozess.
Mit zunehmendem Materialabtrag an dem Werkstück 118 wird die Elektrode 34 durch
Hineinschieben des Halters 16 in den Träger 12 aus der Austrittsführung 38 heraus
und in die immer tiefer werdende Bohrung 120 des Werkstücks 118 eingeführt. Aufgrund
der Rotation des Kopfes 10 beschreibt die Elektrode 34 eine
Kegelmantelfläche, deren
Neigung dem Verkippungswinkel der Elektrode 34 entspricht
und somit die Neigung der Wandung, d.h. die Konizität der Bohrung 120 vorgibt
(7D).
Nach
Vollendung der Bohrung 120 wird die elektrische Spannung
abgeschaltet, die Rotation des Kopfes 10 gestoppt und die
Elektrode 34 durch eine entsprechende Bewegung des Halters 16 bezüglich des
Trägers 12 aus
der Bohrung 120 herausgezogen.
Mit
Hilfe der voranstehend beschriebenen Vorrichtung und des voranstehend
beschriebenen Verfahrens können
Bohrungen mit einer Tiefe von 1–3
mm und mit einer Konizität
erzeugt werden, bei welcher der Durchmesser der Bohrung um bis zu
90 μm pro
1 mm Bohrtiefe zunimmt.
Es
ist offensichtlich, dass sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und dem erfindungsgemäßen Verfahren
konische Bohrungen sowohl mit positiven als auch mit negativen Winkeln
erzeugen lassen. Darüber
hinaus lassen sich auch nichtkonische, d.h. zylindrische Bohrungen
erzeugen, nämlich wenn
der Verkippungswinkel der Elektrode 34 Null Grad beträgt, die
Elektrode 34 also parallel zur Rotationsachse 18 des
Kopfes 10 verläuft.
Es
ist denkbar, den Verkippungswinkel der Elektrode 34 im
Laufe eines Bohrprozesses zu verändern,
um Bohrungen zu erzeugen, deren Wandung je nach Tiefe unterschiedlich
geneigt ist. Hierzu könnte
der Bohrvorgang unterbrochen werden und die Stellschraube 48 der
Winkelplatte manuell verstellt werden. Möglich wäre aber auch eine beispielsweise computergesteuerte
Verstellung der Stellschraube 48 mittels einer automatischen
Betätigungseinrichtung
bei fortlaufendem Bohrvorgang.