DE1058653B - Verfahren und Einrichtung zur Erzeugung oszillierender elektrischer Entladungen in Funkenerosionsmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung oszillierender elektrischer Entladungen für die abtragende Bearbeitung metallisch leitender Werkstoffe in Funkenerosionsmaschinen mit steuerbaren Schaltmitteln, insbesondere Gasentladungsstrecken, im Entladekreis, außerdem noch Einrichtungen zur Ausübung des Verfahrens. Derartige Werkzeugmaschinen arbeiten bekanntlich nach dem Prinzip der erodierenden Wirkung elektrischer Funken, die zwischen einer Werkzeugelektrode und dem Werkstück erzeugt werden. Durch die Funken wird das Metall des zu bearbeitenden Werkstückes abgetragen, und zwar so, daß eine genaue Einsenkung od. dgl. unter Abbildung der Elektrodenform im Werkstück entsteht. Zur Erzeugung des Funkens werden im allgemeinen Kondensatorentladungen benutzt, wobei ein oder mehrere Kondensatoren mittels geeigneter Spannungsquellen aufgeladen werden und sich danach über den Spalt, der sich zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück befindet, entladen.

Es ist nun bekannt, durch geeignete elektrische Schaltmittel den Aufladungs- sowie Entladungsvorgang zu steuern. Zu diesem Zweck werden in den Auflade- bzw. Entladekreis steuerbare Hochvakuum- oder Gasentladungsröhren sowie Halbleiterelemente eingeschaltet, die durch bestimmte Tastimpulse zu gewissen Zeiten angeregt werden und damit den Auflade- bzw. Entladevorgang in gewünschter Weise steuern.

Es ist auch schon vorgeschlagen worden, durch in den Entladungskreis eingebrachte Halbleiterelemente den Entladevorgang in der Weise zu beeinflussen, daß nur jeweils die positive Halbwelle zur Erzeugung des Funkens herangezogen wird. Mit allen bekannten steuerbaren und nicht steuerbaren Schaltmitteln wurden bisher entweder nur positive Impulse erzeugt, oder es wurden oszillierende Impulse zwischen Werkstück und Elektrode hervorgerufen, deren Form sowohl für die positive wie auch für die negative Halbwelle gleich oder ähnlich war. Es war auch bekannt, mit diesen Schaltmitteln positive und negative Impulse zu erzeugen, deren Formen durch die Bemessung der Schaltmittel voneinander abhängen. Es wurde lange Zeit angenommen, daß, um den Abbrand an Werkzeugelektrodenmaterial zu verringern, das Werkstück auf jeden Fall eine negative und die Elektrode eine positive Polarität aufweisen muß. Es wurden aus diesem Grunde — wie schon erwähnt — Gleichrichter in den Entladekreis geschaltet, die eine Polaritätsumkehr im Sinne einer negativ gepolten Werkzeugelektrode verhindern.

Es hat sich gezeigt, daß die günstigsten Bedingun gen bezüglich des Elektrodenabbrandes nicht ausschließlich davon abhängen, daß die Elektrode in jedem Zeitintervall eine positive Polarität besitzt, Verfahren und Einrichtung zur Erzeugung oszillierender elektrischer Entladungen

in Funkenerosionsmaschinen

Anmelder:
Deutsche Edelstahlwerke

Aktiengesellschaft,

Krefeld, Oberschlesienstr. 16,

und Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft, Berlin-Grunewald, Hohenzollerndamm 150

Dipl.-Ing. Hans Joachim Schulz, Wuppertal-Vohwinkel, und Dipl.-Ing. Hans Schierholt, Remscheid,

sind als Erfinder genannt worden

sondern es wurde gefunden, daß der Abbrand der Elektrode von der Form insbesondere der Amplitude und der Zeitdauer der positiven wie auch der negativen Halbwellen, dem Werkzeugelektrodenmaterial sowie dem Werkstückmaterial abhängt. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß es bei verschiedenen Werkstoffen möglich ist, den Elektrodenabbrand noch weiter herabzusetzen, wenn im Spalt zwischen Werkstück und Elektrode oszillierende Entladungen erzeugt werden, die voneinander unabhängige Formen der beiden Halbwellen zeigen.

Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, durch geeignete Schaltmittel oszillierende elektrische Entladungen zwischen Werkstück und Elektrode zu erzeugen, bei denen die Form, insbesondere die Amplitude und die Zeitdauer der positiven und negativen Halbwellen unabhängig voneinander festgelegt werden. Versuche haben ergeben, daß z. B. bei Verwendung von Werkzeugstahlelektroden zur Herstellung von Bohrungen in Stahl dann die günstigsten Ergebnisse bezüglich des Elektrodenabbrandes eintreten, wenn die Amplitude der positiven Halbwelle etwa das Dreifache und die Zeitdauer etwa das Doppelte der negativen Halbwelle beträgt.

Um die in ihrer Form voneinander unabhängigen Halbwellen erzeugen zu können, besteht bei einer Einrichtung mit steuerbaren Schaltmitteln, insbesondere Gasentladungsstrecken, und mit hierzu in Reihe geschalteten veränderbaren Impedanzen die Erfindung darin, daß in den Entladekreis zwei antiparallel He-

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gende steuerbare Schaltmittel, jede in Reihe mit einer werden kann. Die Schaltungen stellen selbstverständeinstellbaren Impedanz, eingeschaltet sind, wobei als Hch nur Prinzipschaltbilder dar, in denen alles Unsteuerbare Schaltmittel vorzugsweise Hochvakuum- wesentliche weggelassen wurde.

oder Gasentladungsröhren und/oder Halbleiterelemente In Abb. 1 wird über eine Impedanz 2 und einen

in Frage kommen, beispielsweise in Sonderfällen 5 Schalter 3 der Kondensator 1 von einer geeigneten

Transistoren od. dgl. Die Schaltmittel müssen nun so Gleichspannungsquelle aufgeladen. Im Entladekreis

in den Entladekreis eingesetzt werden, daß sie in der liegen die beiden antiparallel geschalteten Gasentla-

Lage sind, jeweils nach Dauer und Häufigkeit der dungs-oder Hochvakuumröhren 4 und 5, die mit zwei

Tastimpulse einen Strom zum Arbeitsspalt in beiden einstellbaren Impedanzen 6 und 7 in Reihe geschaltet

Richtungen hindurchzulassen. Dabei kann die Größe io sind. Die Entladungen erfolgen über den Spalt zwi-

des Tastimpulses in gewissen Grenzen die Stärke der sehen Werkzeugelektrode 8 und Werkstück 9, wobei

Ströme beeinflussen. Durch Veränderung der mit das Werkstück 9 mit dem Kondensator 1 in elektrisch

diesen Schaltmitteln in Reihe geschalteten Impedanzen leitender Verbindung steht. Die zur Steuerung der

ist es möglich, auch die geometrische Form der posi- beiden Halbwellen erforderlichen Steuerimpulse wer-

tiven und negativen Halbwellen beliebig zu gestalten. *5 den an die beiden Röhren jeweils zwischen Gitter und

Zur Herbeiführung der voneinander unabhängigen Kathode angelegt. Als Taktimpulsgeber können Uni-Formen der Halbwellen können an sich bekannte elek- vibratoren oder Multivibratoren Verwendung finden, irische Taktimpulsgeber verwendet werden, die in die der Einfachheit halber in der Zeichnung nicht aufelektrischer Verbindung mit den Gittern der anti - geführt sind. Zur Einleitung der Schwingungen ist parallel geschalteten Röhren stehen. Solche elektrische a° der Spalt zwischen Werkzeugelektrode und Werk-Taktimpulsgeber sind als Multivibratoren und Uni- stück mit einer zusätzlichen Impedanz 10 überbrückt, vibratoren in der Elektrotechnik bekannt. die im vorliegenden Fall ein ohmscher Widerstand ist.

Es ist auch möglich, als Schaltmittel in an sich be· In Abhängigkeit von der Form der an die beiden kannter Weise nichtlineare, steuerbare Induktivitäten Röhren 4 und 5 gelegten Impulse und der Einstellung zu verwenden. Diese sind beispielsweise so in den ²5 der Impedanzen 6 und 7 können sowohl die positive Entladekreis einzubauen, daß bei der positiven Halb- als auch die negative Halbwelle hinsichtlich ihrer welle eine der Induktivitäten bis in das Sättigungs- Form am Spalt zwischen Elektrode und Werkstück gebiet ausgesteuert ist, während der Arbeitspunkt der unabhängig voneinander festgelegt werden. Es ist anderen Induktivität so gelegt ist, daß sie während dabei möglich, sowohl die Amplitude wie auch die der gesamten Dauer der positiven Halbwelle zur 3o Zeitdauer beliebig einzustellen. In der gezeigten Stromleitung praktisch nicht beiträgt. Während der Schaltung ist der Schalter 1 im Aufladekreis als einDauer der negativen Halbwelle läßt diese zweite In- fächer Schalter dargestellt. Selbstverständlich kann duktivität den Strom in Abhängigkeit des ihr ver- auch hier ein anderes steuerbares elektrisches Ventil mittelten Impulses hindurchfließen, während die erste Verwendung finden. Weiterhin ist es möglich, den Induktivität in diesen Zeitraum zur Stromleitung 35 Taktimpulsgeber, der die Steuerung des Entladungsnicht beiträgt. kreises bewirkt, mit diesem elektrischen Ventil zu

Werden Schaltmittel verwendet, die nicht in der verbinden. Auf diese Weise können also der oder die Lage sind, ohne Belastung zu schalten, beispielsweise Taktimpulse zur an sich bekannten gesteuerten Aufdie obenerwähnten Gasentladungsröhren oder gesät- ladung zusätzlich herangezogen werden,
tigten Induktivitäten, ist es zweckmäßig, parallel zur 4o In Abb. 2 ist eine etwas vereinfachte Schaltung der Funkenstrecke zwischen Werkzeugelektrode und erfindungsgemäßen Einrichtung wiedergegeben. Hier Werkstück in bekannter Weise geeignete Impedanzen ist eine Röhre durch ein nicht steuerbares Gleicheinzuschalten, die die Entladungen einleiten. Als richterelement 11 ersetzt. Diese vereinfachte Schal-Impedanzen können vorzugsweise auch ohmsche tung kann überall da eingesetzt werden, wo die durch Widerstände verwendet werden, welche in der ange- 45 die Impedanzen 6 und 7 mögliche Beeinflussung der gebenen Weise zwischen Elektrode und Werkstück Impulsform ausreicht.

eingeschaltet sind. Als Impedanz kann in bekannter In Abb. 3 ist das erfindungsgemäße Prinzip mittels Weise auch ein Transformator Verwendung finden, steuerbarer Induktivitäten 12 und 13 dargestellt. Diese dessen Sekundärseite mit Werkzeugelektrode und Induktivitäten werden so ausgesteuert, daß sie antiWerkstück verbunden ist. 50 parallel arbeiten, wobei während der Dauer der posi-

Es ist ferner möglich, gemäß einer Weiterbildung tiven Halbwelle eine der Induktivitäten bis in das

der Erfindung, den oder die elektrischen Taktimpuls- Sättigungsgebiet ausgesteuert ist, während der

geber sowohl mit den steuerbaren Schaltmitteln im Arbeitspunkt der anderen Induktivität so festgelegt

Entladekreis als auch mit einem steuerbaren Schalter ist, daß sie während dieser Zeitdauer zur Stromleitung

im Aufladekreis zur an sich bekannten gesteuerten 55 praktisch nicht beiträgt. Während der Dauer der

Aufladung zu verbinden. Auf diese Weise ist im all- negativen Halbwelle sind die Verhältnisse umgekehrt,

gemeinen mit zwei Taktimpulsgebern auszukommen, Abb. 4 zeigt schließlich eine Schaltung zur Aus-

da diese ohne weiteres durch einen geeigneten Aufbau führung des Erfindungsprinzips mittels steuerbarer

Impulse zu verschiedenen Zeiten und in verschiedenen Induktivitäten, die als Impedanz zur Einleitung der

Formen abzugeben in der Lage sind. Es ist auch mög- ^6o Entladung einen Transformator 14 enthält. Dieser

lieh, in bestimmten Fällen mit nur einem einzigen transformiert zugleich in an sich bekannter Weise die

Impulsgeber auszukommen, nämlich dann, wenn nur Impulse von einer Amplitude, die sich besonders gut

eine Halbwelle unabhängig von der einmal fest- mit den steuerbaren Induktivitäten erzeugen läßt, auf

gelegten Form der anderen Halbwelle verändert wer- eine Amplitude, die besonders für die Funkenerosion

den soll. 65 geeignet ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die hierzu Es ist mit der erfindungsgemäßen Einrichtung

erforderliche Einrichtung werden an Hand einiger ferner möglich, die Steuerimpulse nach einem ganz

Ausführungsbeispiele näher erläutert. bestimmten, vorher festgelegten Programm auf die

Die Abb. 1, 2 und 3 zeigen Schaltungen, nach steuerbaren Schaltmittel zu geben. Auf diese Weise

welchen die erfindungsgemäBe Einrichtung aufgebaut 70 kann der gesamte Abtragungsvorgang automatisch

gesteuert werden, indem nämlich beispielsweise mit zunehmender Bohrungstiefe den positiven und negativen Halbwellen beliebige Formen gegeben werden. Dies kann, wie schon dargelegt, durch Wahl der Steuerimpulse geschehen.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzeugung oszillierender elektrischer Entladungen für die abtragende Bearbeitung metallisch leitender Werkstoffe mittels elektrischer Funken in Funkenerosionsmaschinen mit steuerbaren Schaltmitteln, insbesondere Gasentladungsstrecken, im Entladekreis, dadurch gekennzeichnet, daß durch Schaltmittel (4, 5., 11) die Form, insbesondere die Amplitude und Zeitdauer der positiven und negativen Halbwellen der Entladung unabhängig voneinander festgelegt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Elektroden aus Werkzeugstahl bei Erosionsarbeiten in Stahl die Amplitude der positiven Halbwelle etwa das Dreifache und die Zeitdauer etwa das Doppelte der negativen Halbwelle beträgt.

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2 mit steuerbaren Schaltmitteln, insbesondereGasentladungsstrecken, und mit in Reihe hierzu geschalteten veränderbaren Impedanzen, dadurch gekennzeichnet, daß in den Entladekreis zwei antiparallel liegende steuerbare Schaltmittel (4, 5, 11), vorzugsweise Hochvakuum- oder Gasentladungsröhren und/oder Halb leiterelemente, jede in Reihe mit einer veränderbaren Impedanz (6₃ 7) eingeschaltet sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3 mit nichtlinearen, bis ins Längsgebiet ausgesteuerten Induktivitäten im Entladekreis, gekennzeichnet durch zwei in den Entladekreis geschaltete nichtlineare, steuerbare Induktivitäten (12, 13), die so· geschaltet werden, daß bei der positiven Halbwelle eine der Induktivitäten bis in das Sättigungsgebiet ausgesteuert ist, während der Arbeitspunkt der anderen Induktivität so gelegt ist, daß sie bei der positiven Halbwelle zur Stromleitung praktisch nicht beiträgt.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrischer Taktimpulsgeber nicht nur in an sich bekannter Weise mit den steuerbaren Schaltmitteln im Entladekreis, sondern auch in an sich bekannter Weise mit einem steuerbaren Schalter im Aufladekreis in Verbindung steht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 1 011 094, 1 013 371; USA.-Patentschriften Nr. 2 287 543, 2 308 860'.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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