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Verfahren zur elektroerosiven Metallbearbeitung Die Metallbearbeitung
durch elektrische Funken ist bekannt. Sie erfolgt dadurch, daß ein hochfrequent
pulsierender Gleichstrom mit seinem Pluspol an das Werkstück und mit seinem Minuspol
an die als Werkzeug wirkende Elektrode angelegt ist und beide in einem Behälter
mit einer dielektrischen Flüssigkeit so nahe aneinander gebracht werden, daß die
dielektrische Flüssigkeit von einer dichten Folge elektrischer Funken durchschlagen
wird. Hierbei ist es gleichgültig, auf welche Art der hochfrequent pulsierende Gleichstrom
erzeugt wird. Es wird hierbei auf eine möglichst hohe Frequenz Wert gelegt, weil
die pro Zeiteinheit erzeugten elektrischen Funken die abgetragene Materialmenge
bestimmen.
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Die Elektrode erleidet bei der erosiven Zerspannung auch einen Materialabtrag,
der aber kleiner ist als der Abtrag an dem Werkstück. Trotz des Abtrages an der
Elektrode korrespondieren die Formen der Kathode (Elektrode) mit den Formen der
Anode (Werkstück).
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Es hat nun nicht an Versuchen gefehlt, den unerwünschten Materialabtrag
an der Elektrode zumin.destens herabzusetzen. Es sind auch verschiedene Mittel bekanntgeworden,
die den Abtrag an der Elektrode verringern sollen. Eines dieser Mittel ist, dafür
Sorge zu tragen, daß die oszillierenden Schwingungen des Lade- und Entladevorganges
am Kondensator stets im positiven Bereich, also oberhalb der Nullinie liegen.
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Den Gegenstand der Erfindung bildet ein Verfahren zur elektroerosiven
Metallbearbeitung, das auf einfachstem Wege den bisher an der Elektrode unerwünscht
erzeugten Werkstoffabtrag für den Bearbeitungsvorgang nutzbar macht.
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Die Erfindung besteht darin, daß zwei Werkstücke, die gleicher oder
ähnlicher Gestalt und aufeinander abwälzbar sind, wechselweise gegenseitig erosiv
aufeinander einwirken. Als Beispiel seien zwei Wellen oder zwei Zahnräder genannt.
Zwei Werkstücke mit gleichen oder ähnlichen Bohrungen sind dagegen nach diesem Verfahren
nicht bearbeitbar, weil die Bohrungen nicht aufeinander abwälzen können.
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Da die Elektrode als Kathode einen geringeren Materialabtrag aufweist
als die Anode, ist es zweckmäßig, jedes Werkstück eine beliebige Zeit als Kathode
und dann abwechselnd die gleiche Zeit als Anode auf das andere Werkstück wirken
zu lassen.
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Durch die wechselweise gegenseitige Umschaltung der Polarität an den
beiden Werkstücken wird von beiden Werkstücken die gleiche Werkstoffmenge abgetragen.
Für die Gleichheit der abgetragenen Mengen ist es ohne Belang, wie groß die Zeitintervalle
sind, in denen die Umpolung der Werkstücke erfolgt; sie brauchen immer nur gleich
und geradzahlig zu sein. Die Zeitdauer kann wenige Mikrosekunden oder auch beispielsweise
30 Sekunden betragen.
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Es ist eine Veröffentlichung bekanntgeworden, nach der ebenfalls die
Umpolung von Werkstück und Elektrode durchgeführt wird. Es soll damit erreicht werden,
daß während des Entladevorganges des Kondensators die anfängliche, in Form eines
elektrischen Funkens beginnende Entladung bei der Umpolung der Elektrode von Minus
in Plus zum Lichtbogen wird. Hierzu wird die Behauptung aufgestellt, daß durch die
Werkstofferwärmung am Werkstück, die durch den Lichtbogen entsteht, die Absprengung
von Werkstoffteilchen durch elektrischeFunken erleichtert wird. Hiernach muß der
Wechsel der Polarität am Werkstück und an der Elektrode im Verlauf einer Halbwelle
erfolgen, wenn erreicht werden soll, daß die anfängliche Funkenstrecke durch einen
Lichtbogen überbrückt werden soll.
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Nach dem den Gegenstand der Erfindung bildenden Elektro-Erosionsverfahren
gibt es keine reine Werkzeugelektrode mehr. Die zwei an den Generator angelegten
Werkstücke wirken abwechselnd durch die Umkehr der Polarität einmal als Werkstück
(Anode) und einmal als Werkzeug (Kathode) aufeinander ein. Wann und in welchen Intervallen
die Umpolung erfolgt, ist nebensächlich; sie darf nur nicht, im Gegensatz zu dem
obenerwähnten bekannten Beispiel, während jeder Entladungsschwingung erfolgen. Es
muß also eines der bekannten Mittel angewendet werden, um zu vermeiden, daß bei
jedem Entladungsfunken die elektrische Spannung vom maximalen positiven Spannungswert
über Null in den negativen Bereich pendelt.
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Leider sind diese Vorgänge, die sich bei der elektroerasiven Werkstoffabtragung
abspielen, bis heute nicht restlos erforscht. Der größte Teil der bisherigen Veröffentlichungen
bestätigt,
daß die Werkstoffabtragungen am größten sind, wenn die Funkenentladung im positiven
Bereich erfolgt. Wenn die Schwingungen beim Entladevorgang über die Nullinie in
den Minusbereich pendeln, wäre die Bildung von Lichtbogen zu befürchten. Es werden
verschiedene Maßnahmen empfohlen, die die Entstehung von Lichtbogen verhindern und
damit die größte Zerspannungsleistung garantieren sollen. Nach der bis heute am
meisten verbreiteten Theorie über die Vorgänge der Materialabtragung bei der elektrischen
Funkenerosion ist die Wirkung der letztgenannten Vorrichtungen verständlich.
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Nach der Erfindung kann der Ladestromkreis nach einem Ausführungsbeispiel
mit Wechselstrom gespeist werden. Der Wechsel der Polarität an den Werkstücken folgt
in diesem Falle der Frequenz des angelegten Stromes. Um die größtmögliche Wirkung
zu erzielen, ist es vorteilhaft, Vorkehrungen zu treffen, die das Ausschwingen der
Entladungen über die Nulllinie und damit die Lichtbogenbildung vermeiden helfen.
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Die zwei Werkstücke werden nach der Erfindung genauso geschaltet,
wie dies heute bei dem Werkstück und bei der Elektrode üblich ist. Da nach einem
in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel der Ladestromkreis des Hochfrequenzgenerators
direkt mit Wechselstrom gespeist wird, wirkt beispielsweise während der positiven
Halbwelle des Wechselstromes das Werkstück 8 als Anode. Während der Dauer dieser
Halbwelle finden, der abgestimmten Frequenz des Entladestromkreises entsprechend,
viele Funkenentladungen statt, die vom Werkstück 8 zum Werkstück 9 wirken. Beim
Wirksamwerden der negativen Halbwelle findet der Funkenübergang vom Werkstück 9
zum Werkstück 8 statt. Im Wechsel der Periode des angelegten Stromes wirkt also
einmal das Werkstück 8 und dann das Werkstück 9 als Anode. Die Verlustleistung bei
den bisher bekannten Erosionseinrichtungen, die in der unerwünschten Elektrodenabnutzung
liegt, wird nach dem die Erfindung darstellenden Verfahren für den Arbeitsprozeß
nutzbar gemacht.
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An Hand eines einfachen Schaltplanes sollen der Aufbau und die Wirkungsweise
erklärt werden.
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Die Zeichnung zeigt als ein Ausführungsbeispiel den Schaltplan eines
Hochfrequenzgenerators für die Elektroerosion, und zwar die Schaltung des 1902 von
P o u 1 s e n gebauten Funkenstreckengenerators. Nur verwandte P-o u 1 s e n für
den Ladestromkreis Gleichstrom, während in diesem Fall Wechselstrom an den Klemmen
1 und 2 angelegt wird, beispielsweise die normale Netzspannung. Der Strom wird über
die Drosselspulen 3 und 4 zum Schwingungskreis geleitet. Der Schwingungskreis wird
aus dem Kondensator 5, der Induktionsspule 6 und dem Regelwiderstand 7 gebildet,
der mit der Funkenstrecke, die aus den zwei zu bearbeitenden Werkstücken 8 und 9
besteht, in Reihe geschaltet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
wirken zwei Hochfrequenzkreise auf die Werkstücke ein, deren Ladestromkreise um
45° phasenverschoben sind.
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Ein anderes Ausführungsbeispiel eines Generators für die Elektroerosion
entsteht, wenn dieselbe Schaltung wie in der Zeichnung beibehalten wird und an Stelle
des Wechselstromes ein Gleichstrom an die Klemmen 1 und 2 angelegt wird. Bei diesem
mit Gleichstrom gespeisten Generator ist in den Lade-Stromkreis ein Zeitrelais
10 eingeschaltet. Das Zeitrelais kann aber auch durch eine Kommutiereinrichtung,
die mechanisch angetrieben wird, ersetzt werden; Die Wirkungsweise des beispielsweise
nach der in der Zeichnung gezeigten Schaltung arbeitenden Hochfrequenzgenerators
ist folgende: Der an den Klemmen 1 und 2 angelegte Wechselstrom gelangt über die
Drosselspule 3 und 4 an den Kondensator 5 und lädt diesen auf. Hat dieAufladung
an dem Kondensator 5 den Wert erreicht, daß ein elektrischer Funken die dielektrische
Flüssigkeit zwischen den Werkstücken 8 und 9, die vorzugsweise Zahnräder sind, durchschlagen
hat, beginnt der Entladestromkreis zu arbeiten. Während der Periode einer Halbwelle
erfolgt die Entladung des Kondensators je nach der Abstimmung der Kapazität und
Induktivität und des Ohmschen Widerstandes viele Male. Der Kondensator 5, die Induktionsspule
6 und der Regelwiderstand 7 werden so gewählt, daß ein Hochfrequenzstrom im Schwingungskreis
fließt, der möglichst viele Funkenentladungen an den Werkstücken hervorruft. Durch
die zweite, im negativen Bereich verlaufende Halbwelle des Wechselstromes wird dann
eine Minusspannung an das Werkstück 8 angelegt. Das Werkstück 8 wirkt während der
Periode dieser Halbwelle als Elektrode.
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Zwischen dem Schwingungskreis und dem Ladestromkreis sind Drosselspulen
3 und 4 eingebaut, die den Hochfrequenzstrom von dein Ladestromkreis abhalten.
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Für die Durchführung des Verfahrens ist es nebensächlich, auf welche
der vielen bekannten Arten der für die erosive Materialabtragung benötigte Hochfrequenzstrom
erzeugt wird. Kennzeichnend für den Gegenstand der Erfindung ist die wechselweise
Feeaufschlagung der zu bearbeitenden Werkstücke durch elektrische Funken.
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Die Mittel, mit denen die Umpolung erreicht wird, können beliebiger
Art sein. wenn nur die zeitliche Gleichmäßigkeit der wechselweisen Beaufschlägung
bei konstant eingestellten elektrischen Werten gewährleistet wird.