DE1061004B - Automatische Regelvorrichtung fuer die Elektroerosion unter Ausschaltung der Lichtbogenbildung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine automatische Regelvorrichtung für die elektroerosive Bearbeitung von Metallen in einem Elektrolyten, umfassend ein mit dem Werkstück und der Elektrode verbundenes Gleichstromzuführungssystem, das eine Wechselstromquelle und einen Gleichrichter einschließt, wobei zwischen der Wechselstromquelle und dem Gleichrichter eine Regeleinrichtung eingeschaltet ist, die in Tätigkeit tritt, wenn im Arbeitsstrom als Folge einer Funkenbzw. Lichtbogenbildung eine hochfrequente Stromkomponente auftritt, und die dann die Spannung zwischen der Arbeitselektrode und dem Werkstück bis zur Aüsschaltung bzw. Verminderung der Hochfrequenzkomponente herabsetzt.

Bei der gesteigerten Verwendung harter Werkstoffe, wie z. B. der gesinterten Metallkarbide, für Werkzeuge oder für hohen Temperaturen ausgesetzte Anwendungsarten, wie z. B. die Schaufeln von Strahlturbinen, für die manchmal Titankarbid verwendet wird, hat das immer schwierige Problem der Formgebung solcher Werkstoffe größere Bedeutung gewonnen. Es war bisher allgemein üblich, für diesen Zweck diamanthaltige Schleifwerkzeuge zu verwenden, aber solche Werkzeuge sind teuer. Außerdem ist selbst das beste dieser Verfahren langsam. Wenn man sich bemüht, den Schleif Vorgang zu beschleunigen, beispielsweise durch erhöhten Druck des zu formenden Werkstückes gegen das Werkzeug, wird der Grad der Abnutzung des Schleifwerkzeuges erhöht und auf diese Weise eine Steigerung der Kosten bewirkt.

Es ist möglich, die Formgebung oder das Schleifen solcher harter Werkstoffe durch elektrolytische Wirkung zwischen dem zu formenden Teil und einer Schleifelektrode zu erzielen. Bei diesem Verfahren wird auf die Oberfläche des Schleifwerkzeuges ein Elektrolyt aufgebracht, und ein elektrischer Strom wird durch den Elektrolyten in einer solchen Richtung hindurchgeleitet, die das Werkstück zur Anode macht. Gewöhnlich weist das Schleifwerkzeug auf seiner Arbeitsfläche zahlreiche Teilchen von Diamantpulver oder anderen Schleifmitteln auf. Das Schleifwerkzeug oder die Elektrode besteht aus Metall und dient in dem elektrolytischen Stromkreis zwischen dem Werkstück und dem Schleifwerkzeug als die gegenüberliegende Elektrode oder Kathode.

Die Schleifmittelteilchen dienen zur Entfernung nichtleitender Filme, die sich auf der zu formenden Oberfläche bilden können, und können auch zur Erzielung einer Schneidwirkung des Schleifmittels dienen. Durch diese gleichzeitige elektrolytische und schleifende Wirkung wird die Schneidgeschwindigkeit bedeutend erhöht im Vergleich zu jener, die durch bloßes Diamantschleifen erzielt wird. Andererseits ist es auch möglich, fast ausschließlich nur die elektro-Automatische Regelvorrichtung
für die Elektroerosion unter Ausschaltung der Lichtbogenbildung

Anmelder:

Boart Products,
SouthAfrica, Limited,
Johannesburg (Südafrikanische Union)

Vertreter: Dr.-Ing. A. ν. Kreisler
und Dr.-Ing. K. Schönwald, Patentanwälte,
Köln 1, Deidimannhaus

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 21. September 1953

George Friis Keeleric, Dundee, 111.,
und Eugene Mittelmann, Chicago, III. (V. St. A.]
sind als Erfinder genannt worden

lytische Wirkung heranzuziehen, wodurch der Grad der Abnutzung der Schleif mittelteilchen auf ein Mindestmaß herabgesetzt wird.

Die optimale Wirkungsweise des elektrolytischen Verfahrens ist von einer Reihe von Faktoren abhängig. Es muß ein geeigneter Elektrolyt verwendet werden. Das Ausmaß des Vorstehens der Schleif mittelteilchen über den metallischen Teil des Schleifwerkzeuges muß in Grenzen gehalten werden, die zwischen 0,0013 mm und einem Maximum von etwa 0,25 mm liegen. Der Abstand und die Dichte der Schleif mittel teilchen ist ein weiterer wichtiger Faktor. Für verschiedene Arten und Härtegrade der zu formenden Werkstoffe ist auch die Korngröße der Schleif mittel teilchen von Wichtigkeit.

Aber selbst wenn man annimmt, daß diese Faktoren innerhalb der richtigen Grenzen liegen, ergibt sich ein sehr großer Unterschied in der Abnahmegeschwindigkeit durch eine richtige Steuerung des dem elektrolytischen System zugeführten Stromes. Unter der Voraussetzung eines bestimmten Schleif druckes wird die

909 560/362

Geschwindigkeit der Materialabnahme erheblich zunehmen, wenn die Stromstärke bis zu dem Punkt gesteigert wird, bei dem ein Durchschlagen des Elektrolyten erfolgt. Der A⁷Organg des Durchschlagens des Elektrolyten ist nicht vollkommen geklärt. Ein gewisses Maß des Durchschlagens scheint auch zu erfolgen, wenn der Elektrolyt unversehrt ist. Ein sehr ausgeprägtes Durchschlagen scheint zu erfolgen, wenn die Blasenbildung innerhalb des Elektrolyten eine bestimmte Höhe erreicht, wodurch wahrscheinlich die gesamte elektrolytische Strombahn zwischen dem Schleifwerkzeug und dem Werkstück verringert wird. Wie aber der Vorgang des Durchschlagens auch sein mag, für die optimale Abnahmegeschwindigkeit ist es wichtig, daß die Stromzuführung mit dem Maximum erfolgt, das erzielbar ist, ohne daß ein ausgeprägtes Durchschlagen des Elektrolyten eintritt. Unter gewissen Umständen, insbesondere bei ganz feiner Fertigbearbeitung, kann es wünschenswert sein, mit einer fest eingestellten Stromstärke zu arbeiten, die unterhalb jener liegt, bei der das Durchschlagen erfolgt.

Bei der Arbeit im Laboratorium ist es möglich, alle Faktoren festzulegen, welche die maximale Spannung zu bestimmen scheinen, die im elektrolytischen Stromkreis zur Wirkung gebracht werden kann, ohne daß Durchschlagen eintritt. Bei der tatsächlichen industriellen Anwendung ist aber eine solche Stabilität der Bedingungen selten erzielbar. Beim Grobschleifen wird das Werkstück durch den Arbeiter gegen die Schleif elektrode hin- und von derselben wegbewegt. Das Werkstück kann auch unter einem bestimmten Winkel bewegt werden, um der zu schleifenden Oberfläche ein bestimmtes Profil zu geben. Durch diese Bedingungen werden große und plötzliche Änderungen des Widerstandes im elektrolytischen Stromkreis hervorgerufen. Aber selbst wenn diese Veränderlichkeit gesteuert wird, wie es in gewissem Maße der Fall ist, wenn das Werkstück mechanisch gehalten und bewegt wird, scheint trotzdem eine beträchtliche Veränderung zu erfolgen, die teils während des tatsächlichen Vorganges auftritt, teils durch den Übergang von einer Schleifelektrode zur anderen eintritt und teils von Änderungen im Elektrolyten und in der Elektrolytströmung herrührt.

Das Problem wird dadurch kompliziert, daß der Widerstand im Elektrolyten sehr gering ist. Beim Schleifen eines Werkstückes mit einer Querschnittsfläche von 100 mm² kann der Widerstand im Elektrolyten vom Werkstück zur Schleif elektrode in einem typischen Fall etwa 0,1 Ohm betragen. Jedes aus normalen Komponenten bestehende elektrische Zuführungssystem weist wahrscheinlich in den Komponenten des Stromkreises und in den Verbindungen derselben miteinander einen Widerstand auf, der mindestens gleich groß und gewöhnlich größer ist. Die Stromstärke ist meist sehr hoch und kann mehr als 100 Amp. betragen. Daraus ergibt sich, daß jede wesentliche Änderung des Widerstandes im eigentlichen Stromkreis Änderungen des Spannungsabfalles in den Kornponenten des Zuführungssystems bewirkt und auf diese Weise eine wesentliche Veränderung der dem elektrolytischen Stromkreis zugeführten Spannung. Wenn die Spannung auf einen normalen Betriebszustand richtig eingestellt ist, wird bei Zunahme des Widerstandes im elektrolytischen Stromkreis (beispielsweise durch Verkleinerung der Berührungsfläche beim Schleifen einer Ecke des Werkstückes) die zugeführte Spannung ansteigen und ein Durchschlagen des Elektrolyten bewirken. Wenn andererseits der Arbeiter die Arbeit an

einem größeren Werkstück fortsetzt, nimmt der Widerstand in dem eigentlichen elektrolytischen Stromkreis ab. Demgemäß erfolgt eine größere Spannungsabnahme in den Komponenten des Zuführungssystems, und über den elektrolytischen Stromkreis wird eine Spannung zugeführt, die geringer ist als das Optimum, woraus sich eine entsprechende Verringerung der Schneidgeschwindigkeit ergibt.

Theoretisch kann dies durch Aufbau eines sehr großen Zuführungssystems vermieden werden, das einen äußerst niedrigen inneren AViderstand aufweist, aber die Kosten eines solchen Systems würden sehr groß sein. Es wäre auch möglich, einen oder mehrere Umformer konstanter Spannung zu verwenden, die auch bereits für andere Zwecke Verwendung gefunden haben. Sie sind aber einerseits sehr teuer, insbesondere für die hier benötigten starken Ströme, und ergeben andererseits eine weniger genaue Steuerung, als erforderlich ist.

Der Zweck der Erfindung besteht darin, den großen Abänderungen Rechnung zu tragen, die bei der praktischen Anwendung des elektrolytischen Schlei fens auftreten, und gleichzeitig die Herstellung einer Vorrichtung zu ermöglichen, deren Kosten mäßig sind, so daß sie in ausgedehntem Maße verwendet werden kann.

Ein Ziel der Erfindung besteht insbesondere darin, eine A^orrichtung für die Zuführung von Strom zu einem elektrolytischen Schleifsystem zu schaffen, wobei die Vorrichtung die Stromzuführung nur entsprechend den Hochfrequenzkomponenten steuert, die als Ergebnis der Lichtbogen- oder Funkenbildung zwischen dem Werkstück und der Schleifelektrode im elektrolytischen Stromkreis als Anzeichen eines gewissen Maßes des Durchschlagens des Elektrolyten erzeugt werden. Ein anderes Ziel der Erfindung ist in einer leichten Einstellbarkeit des Steuersystems zu sehen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist eine Vorrichtung, welche nicht nur die Spannung regelt, sondern auch den Strom in einem elektrolytischen Schleifsystem innerhalb enger, einstellbarer Grenzen auf einem einstellbaren Wert hält.

Die Erfindung besteht demnach darin, daß die Regeleinrichtung auch bei Änderung des Arbeitsstromes gegenüber einem vorbestimmten Wert in Tätigkeit tritt, um den Strom innerhalb enger Grenzen auf diesem Wert zu halten oder —■ beim Auftreten von Lichtbogen- oder Funkenbildung — auf einem entsprechenden, unterhalb des konstanten Wertes liegenden Wert.

A⁷Orzugsweise werden die Regelimpulse, von denen der eine der Lichtbogen- oder Funkenbildung und der andere dem absoluten Wert der Arbeitsspannung entspricht, der Regeleinrichtung in Reihe geschaltet zugeführt werden.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer elektrolytischen Schleifvorrichtung mit einem Schaltschema einer Ausführungsform der Steuereinrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 zeigt ein Schaltschema einer abgeänderten Ausführungsform der Steuereinrichtung gemäß Fig. 1; in Fig. 2 werden an Stelle der zu sättigenden Drosselspulen Thyratronröhren verwendet, um die gewünschte Steuerung zu erzielen;

Fig. 3 zeigt ein teilweises Schaltschema, das an Stelle von Thyratronröhren die Verwendung von Gastrioden mit einer Gasentladungsstrecke als Kathode als Steuerelemente zeigt;

Fig. 4 zeigt ein Schaltschema einer Vorrichtung, bei welcher Spannung und Strom in absoluter Weise

-und entsprechend der Lichtbogen- oder Funkenbildung zwischen einem Werkstück und einer elektrolytischen Schleifelektrode gesteuert wird.

Wie Fig. 1 zeigt, kann jede normale Schleifmaschine verwendet werden, die zum elektrolytischen Schleifen geeignet ist. Sie besteht aus einem Antriebsmotor 12 mit einer Spindel 11, auf der mittels der Isolierhülse 13 eine Schleifelektrode 10 befestigt ist. Diese wird vorzugsweise durch eine mit einer einzigen diamanthaltigen Schicht versehene Schleifscheibe gebildet. Die Diamantteilchen ragen vorzugsweise 0,025 bis 0,05 mm über die metallische Oberfläche der Elektrode hinaus, obwohl auch ein größerer oder geringerer Abstand zufriedenstellende Ergebnisse liefert. Die obere Grenze des Abstandes wird teilweise durch mangelnde Wirksamkeit beim Durchgang des Stromes durch eine Elektrolytschicht von größerer Dicke bestimmt und teilweise auch durch Kostenfaktoren und andere Schwierigkeiten, die sich durch die Verwendung von Teilchen ergeben, die größer sind, als notwendig ist. In der Praxis hat sich ergeben, daß ein Abstand von etwa 0,25 mm nahe der oberen Grenze liegt. Die untere Grenze wird bestimmt durch die Notwendigkeit der Zufuhr einer hinreichenden Menge des Elektrolyten zwischen dem Werkstück und der Metalloberfläche der Schleifelektrode. Ein Abstand von etwa 0,0013 mm scheint die untere Grenze für eine zufriedenstellende Wirkungsweise zu sein.

Der negative Pol der Gleichstromzuführung ist mit der Schleifelektrode durch eine mittels einer Feder 33 gehaltene Bürste 32 verbunden. Die Feder 33 ist mittels eines isolierenden Halters 34 am Bett 14 der Maschine befestigt.

Der positive Pol der Gleichstromzuführung ist mit einem Werkzeughalter 15 durch das Bett 14 der Maschine verbunden. Das Werkstück 17, das z. B. aus gesintertem Karbid besteht, welches durch Kobalt oder ähnliches Material gebunden ist, wird auf dem Halter 15 festgehalten. Eine Düse 23 und Zuführungsleitung 22 dienen zur Zuführung des Elektrolyten zum Arbeitsbereich. Die Düse ist vorzugsweise gegen die Mitte der Schleifscheibe gerichtet, so daß durch die Bewegung derselben eine dünne Schicht des Elektrolyten gleichmäßig über ihre Oberfläche ausgebreitet wird. Dadurch wird eine Anhäufung des Elektrolyten an der Leitkante des Werkzeugs vermieden, die eine unerwünschte elektrolytische Wirkung seitens des Werkzeugs herbeizuführen trachtet, welche es schwierig macht, eine scharfe und saubere Kante zu erzielen. Die Pumpe 21, welche den Elektrolyten der Leitung 22 zuführt, ist ebenso wie die Schutzkappe 24, welche die Spritzer der Schleifscheibe sammelt, die Rückführleitung 25 und der Vorratsbehälter 20 von üblicher Bauart. Alle diese Bestandteile sind den für das übliche Naßschleifen verwendeten Bestandteilen ähnlich.

Nun soll das elektrische Zuführungs- und Steuersystem beschrieben werden, das in Verbindung mit der beschriebenen elektrolytischen Schleifvorrichtung den Kern der Erfindung bildet. Es ist ein Anzapftransformator 82 vorgesehen, der eine Anzahl von Netzspannungen verfügbar macht, ohne daß eine Anzahl von inneren Stromkreiskomponenten erforderlich wäre. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein Dreiphasensystem verwendet, aber es ist leicht ersichtlich, daß dasselbe System auch einem Einphasen- oder Zweiphasensystem angepaßt werden kann. In den vom Anzapftransformator 82 herkommenden Zuf ührungs leitungen sind zu sättigende Eisenkerndrosselspulen 84 angeordnet. Die Hauptwicklungen weisen geringen Widerstand auf, und wenn ihre Eisenkerne gesättigt

sind, geben sie die Netzspannung mit geringem Verlust weiter. Die Kerne werden in größerem oder geringerem Maße durch Zusatzwicklungen 86 gesättigt, wobei der Sättigungsgrad durch das Potentiometer 122 einstellbar ist. Der Strom wird dann über den Abwärtstransformator 90 und das aus Gleichrichterelementen 92 bestehende Gleichrichtersystem dem eigentlichen elektrolytischen Stromkreis zugeführt, der aus den Zuführungsleitungen 94, der Bürste 32, der beweglichen Schleifelektrode 10, dem Elektrolyten, dem Werkstück 17 und dem Werkzeughalter 15 besteht.

In einer der Zuführungsleitungen 94 ist ein Nebenschlußwiderstand 96 angeordnet, über den das Steuersignal erzeugt wird.

Dieses Steuersignal wird dem Transformator 98 zugeleitet und dann durch die Triode 99 verstärkt.

Die Auslaßseite der Triode 99 ist über eine Folgeröhre 101 mit einer Hochfrequenzsiebkette verbunden, die aus einer Induktivität 104, aus Kondensatoren 106 und 108 sowie aus einem Widerstand 110 besteht. Die Bestandteile dieser Siebkette sind so ausgebildet, daß sich unterhalb 1500 Perioden/Sek. eine scharfe Dämpfung und oberhalb dieser Frequenz kleinstmögliche Dämpfung ergibt. Dies geschieht, damit Schwankungen der Wechselstromzufuhr im elektrolytischen Stromkreis keine Wirkung auf die Steuervorrichtung haben.

In dieser Beschreibung wird der Ausdruck »Hochfrequenz« zur Bezeichnung von Wechselstromkomponenten verwendet, die von der Lichtbogen- oder Funkenbildung im elektrolytischen Stromkreis herrühren, während der Ausdruck »Niederfrequenz« zur Bezeichnung von AVechselstromkomponenten verwendet wird, die von irgendwelchen Störungen in der Stromzuführung herrühren. Dieser Unterschied wird gemacht, weil diesen Ausdrücken in anderem Zusammenhang, z. B. in der Fernmeldetechnik, andere Bedeutung gegeben wird, als im vorliegenden Fall beabsichtigt ist.

Das gesiebte Signal wird dann über den Transformator 112 dem Germaniumgleichrichter 114 zugeleitet, es wird durch den Kondensator 116 teilweise ergänzt und vom Potentiometer 118 dem Steuergitter der Pentode 119 zugeführt. Das Potentiometer 118 regelt die Empfindlichlieit des Steuersystems. Diese Regelung wird so vorgenommen, daß das Arbeiten in der Nähe der kritischen Spannung des elektrolytischen Stromkreises erfolgt, wie später erklärt wird.

Bei Einstellung auf das Niveau der kleinstmöglichen Funkenbildung kann die erzielte Fertigbearbeitung sehr fein sein.

Die Auslaßseite der Pentode 119 ist mit Steuerwicklungen 85 verbunden, welche den durch die Zusatzwicklungen 86 erzeugten Induktionsfluß steigern. Gewöhnlich ist die Leistung der Pentode 119 ausreichend, um die Steuerwicklungen 85 in solchem Maße zu erregen, daß ein erheblicher Sättigungsgrad der Eisenkerne der Drosselspulen 84 erzielt wird. Beim Ansprechen auf das Signal wird die Leistung der Pentode 119 und dadurch auch der Sättigungsgrad der Eisenkerne der Drosselspulen 84 verringert. Unter diesen Bedingungen nimmt die wirksame Induktivität zu, und die weitergeleitete Strommenge wird verringert. Das Niveau, auf welches die Strommenge absinkt, kann durch Einstellung des Potentiometers 122 geregelt werden, welches die Stromzufuhr zu den Zusatzwicklungen 86 steuert. Je weniger Strom den Zusatzwicklungen 86 zugeführt wird, desto geringer wird die kleinstmögliche Sättigung der Eisenkerne der Drosselspulen 84 sein, und um so mehr wird demgemäß die Strommenge entsprechend dem Signal ver-

ringert, das infolge der durch Lichtbogen- oder Funkenbildung bewirkten Schwingungen erzeugt wird.

Das elektrische Zuführungssystem für die eben beschriebenen Steuerelemente ist ein übliches Halbwellen-Gleichrichtersystem mit einem Spannungsverdoppelungsstromkreis für die Pentode 119. Es besteht aus einem Transformator 124, aus Gleichrichtern 126 und 128 sowie aus Kondensatoren 130, 132 und 134.

Fig. 2 zeigt ein abgeändertes Steuersystem, bei dem als Mittel zur Steuerung der dem Transformator und dem Gleichrichterstromkreis zugeführten Energie an Stelle von Drosselspulen Thyratronröhren verwendet werden.

Wie beim System gemäß Fig. 1 wird von einer der Hauptgleichstromleitungen 94 ein Signal aufgenommen. Dies kann entweder wie in Fig. 1 unter Verwendung eines Widerstandes 96 und eines Transformators geschehen oder mittels einer Spule 201, die rund um eine der Leitungen 94 angeordnet ist. Das Signal wird dann durch eine Hochfrequenzsiebkette 198 geleitet, um Niederfrequenzkomponenten (gewöhnlich 60 Perioden oder 180 Perioden) zu eliminieren. Das Signal wird dann durch einen Sperrstromkreis 199 hindurchgeführt, wo sehr flüchtige Signale zurückgehalten werden. So wird das bei gelegentlicher Funkenbildung, z. B. bei erstmaliger Berührung zwischen dem Werkstück und der Schleifelektrode, erzeugte Signal zurückgehalten, und nur ein mehr oder weniger fortlaufendes Signal wird durchgelassen. Das Signal wird dann im Stromkreis 200 verstärkt und zu zwei Transformatoren 203 weitergeleitet, von denen jeder zwei Sekundärwicklungen aufweist. Detektoren 205, die Germaniumgleichrichter sein können, leiten das Signal von den Sekundärwicklungen der Transformatoren zu Potentiometern 207 weiter. Kondensatoren 209 sind mit der Auslaßseite jedes Gleichrichterstromkreises verbunden, um dem austretenden Signal eine gewisse Glättung zu erteilen. Die Potentiometer 207 dienen zur Einstellung des Steuerpunktes. Die gleichgerichteten Signale werden dann den Gittern der Thyratronröhren 210, 211, 212 und 213 zugeführt, die in üblicher und bekannter Weise in zwei von den drei Leitern des dreiphasigen Wechselstromzuführungssystems eingeschaltet sind, dessen Komponenten andererseits ebenso wie das Gleichrichtersystem denen der Fig. 1 ähnlich sind.

Beim Ansprechen auf ein Signal, das von der Lichtbogen- oder Funkenbildung bei einem vorherbestimmten Niveau herrührt, werden die Steuergitter der Thyratronröhren relativ zu den Kathoden der Thyratronröhren stärker negativ gemacht, und auf diese Weise wird der Zündpunkt erhöht, so daß ein geringerer Anteil jeder Periode von den Thyratronröhren zu dem Transformator 90 weitergeleitet wird. Es ergibt sich daher eine Art von zerhackender Wirkung, die jedoch durch die innere Induktivität des Transformators 90 erheblich geglättet wird. Die Leistung des Transformators 90 wird durch die Gleichrichter 92 gleichgerichtet und über die Leitungen 94 dem elektrolytischen Schleifsystem zugeführt.

Obwohl ein pulsierendes System Vorteile aufweisen kann, werden diese durch das Thyratronsystem nicht vollständig erzielt, weil eine gewisse Neigung besteht, vorübergehende Spitzenspannungen einzuführen, was unter gewissen Bedingungen unerwünscht ist. Dieser Nachteil kann durch die Verwendung von sogenannten Piasmatronröhren überwunden werden, welche Gastrioden mit einerGasentladungsstrecke alsKathode sind.

Fig. 3 zeigt einen Stromkreis, in dem die Thyratronröhren durch Piasmatronröhren ersetzt sind. Das teilweise Schaltschema zeigt, wie die Thyratronröhren 210

und 211 der Fig. 2 durch zwei Piasmatronröhren 301 und 302 zu ersetzen sind. Selbstverständlich sind in dem dritten Leiter der dreiphasigen Wechselstromzuführung zwei weitere Piasmatronröhren anzuordnen, die ebenso wie zwei weitere Thyratronröhren in den dritten Leiter gemäß Fig. 2 eingeschaltet sind. Der Rest des Stromkreises kann Fig. 2 entsprechen.

Die Piasmatronröhre ist gasgefüllt, es wird mit ihr jedoch eine weiche und allmähliche Steuerung des

ίο Widerstandes der Röhre erzielt als Gegenstück zu einem Gitter in einer gewöhnlichen Vakuum- oder Thyratronröhre. Dieses Steuerelement ist als Drossel 303 bezeichnet. Bei Anwendung in diesem System besteht der Vorteil der Piasmatronröhre darin, daß die Stromzuführung nicht wie bei der Thyratronröhre durch Begrenzung der Dauer jeder Periode oder jedes Impulses gesteuert wird, sondern durch Einführung eines steuerbaren Widerstandes in den Stromkreis, wodurch eine weiche Regelung des weitergeleiteten Gesamtstromes erzeugt wird. Die gegenwärtig verfügbaren Piasmatronröhren weisen geringe Kapazität auf, und es ist demgemäß erforderlich, mehrere Röhren parallel zu schalten. Die erforderliche Anzahl hängt von der Größe der elektrolytischen Schleifvorrichtung ab.

In den Fig. 2 und 3 sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugsziffern versehen. Für die Zuführung von zusätzlichem Strom sind Batterien 304 vorgesehen. Die eben beschriebenen und in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellten drei Systeme haben den Vorteil ziemlicher Einfachheit, lassen jedoch ein Problem offen. Wenn das Werkstück sich nicht in Berührung mit der Schleifelektrode befindet, steigt die Spannung bis zu dem Höchstmaß an, welches das System liefern kann.

Diese Spannung wird selbstverständlich durch die Konstanten der Transformatorstromkreise bestimmt. Diese Leerlauf spannung ist etwas höher als jene, die der elektrolytische Stromkreis normalerweise verbraucht. Die Leerlaufspannung wird während des tatsächlichen Betriebes verringert, teils durch Spannungsabfall infolge der in dem Zuführungsstromkreis' vorhandenen verschiedenen Widerstände, teils durch Betätigung des selbsttätigen Steuersystems infolge der Lichtbogen- und Funkenbildung. Bei der ersten Annäherung des Werkstückes an die Schleif elektrode tritt jedoch meist eine erhebliche Lichtbogen- und Funkenbildung auf, die von der in den Induktivitäten des Stromkreises gespeicherten Energie herrührt. Da das Steuersystem nicht augenblicklich anspricht, kann dadurch eine Beschädigung der Schleif elektrode und eine gewisse Rauheit der Oberfläche des zu formenden Werkstückes entstehen. Außerdem kann aber auch dieser Anfangsfunken für die Bedienungsperson störend sein, insbesondere für solche, die noch keine Erfahrung mit dieser Art von Schleifvorrichtungen besitzen.

Diese Schwierigkeit ist von geringerer Bedeutung, wenn das Werkstück die Größe besitzt, für die das System ausgebildet ist, d. h., die anfängliche Lichtbogen- und Funkenbildung wird nicht von ernstlicher Bedeutung sein, wenn das Werkstück groß genug ist, um einen elektrolytischen Strom weg herzustellen, der fast die ganze Leistung aufzunehmen vermag, die das Zuführungssystem liefern kann. In manchen Fällen ist es jedoch erwünscht, Werkstücke von sehr verschiedener Größe schleifen zu können, und die anfängliche Funkenbildung macht sich sehr störend bemerkbar, wenn die Querschnittsfläche des Werkstückes etwa auf ein Viertel der maximalen Fläche verringert wird, für die das System ausgebildet ist. Eine solche Änderung der Querschnittsfläche tritt z. B. beim Übergang von

I 061

ίο

einer Werkzeugspitze von 10 mm² auf eine solche von 5 mm² auf, und selbstverständlich wird jeder Übergang vom Schleifen der vollen Fläche zum Schleifen einer Ecke des Werkstückes sehr erhebliche Veränderungen hervorrufen.

Um eine leichte Anpassung an eine Vielzahl von Größen des Werkstückes zu ermöglichen, ist das in Fig. 4 dargestellte System vorgesehen, das infolge seines größeren Anwendungsbereiches als die bevor-Das Potentiometer 412 steuert das Maß oder die Geschwindigkeit des Ansprechens des Steuersystems auf die Lichtbogen- und Funkenbildung.

Bei Überprüfung des Stromkreises ergibt sich, daß das von den Hochfrequenzkomponenten herrührende, verstärkte, gesiebte und gleichgerichtete Signal tatsächlich in Reihe zu dem vom Spannungsausgleich- und Zusatzspannungssystem herrührenden Signal liegt. Die beiden Steuersignale addieren sich daher. Wenn

zugte Ausführüngsform der Erfindung anzusehen ist. io die Gleichstromspannung über das vorherbestimmte

Das Wesen des Systems gemäß Fig. 4 besteht darin, daß es sowohl die Steuerung einer konstanten Spannung als auch zusätzlich eine der Lichtbogen- oder Funkenbildung entsprechende Steuerung zuläßt.

Wie bei den anderen Systemen wird ein Hochfrequenzsignal von einer der Gleichstromleitungen 94 über einen. Widerstand 96 aufgenommen. Das Signal gelangt über den Kondensator 401 zum Transformator 402 und wird durch die Triode 403 verstärkt, die wie Ausgleichsniveau ansteigt, wird ein Gleichstromsignal dem Kraftverstärker zugeleitet, das die zugeführte Spannung zu verringern trachtet. Wenn oberhalb eines vorherbestimmten Niveaus Lichtbogen- oder Funkenbildung eintritt, wird an den Kraftverstärker ein ähnliches Signal abgegeben. Wenn beides erfolgt, d. h., wenn die zugeführte Spannung ansteigt und gleichzeitig Lichtbogen- oder Funkenbildung eintritt, empfängt der Kraftverstärker ein kombiniertes Signal, um

in Fig. 1 mit einer Folgeröhre 404 verbunden ist. Das 20 die Spannung zu verringern und auf diese Weise

verstärkte Signal wird über einen Widerstand 405 zu einer Hochfrequenzsiebkette weitergeleitet, die aus Kondensatoren 406 und 407 sowie aus einer Induktivität 408 besteht. Die Hochfrequenzsiebkette dient zur Eliminierung unerwünschter Niederf'reqüenzkomponenten, die nicht durch Lichtbogen- oder Funkenbildungverursacht sind. Das verstärkte und verbesserte Signal wird dann zum Transformator 409 weitergeleitet, und es wird durch den Gleichrichter 410, den Kondensator 411 und das Potentiometer 412 gleichgerichtet und teilweise ergänzt.

DieserTeil des Systems dient dazu, ein Gleichstromsignal zu erzeugen, das der zwischen dem" Werkstück und der Schleifelektrode etwa auftretenden Lichtbogenöder Funkenbildung entspricht und zu derselben proportional ist.

Der nächste Teil des Systems besteht aus einem Spannungsausgleich- und Zusatzspannungssystem, dessen Zweck darin besteht, ein Signal zu erzeugen, gleichzeitig die Lichtbogen- oder Funkenbildung herabzusetzen.

Der Kraftverstärker ist von üblicher Bauart. Er besteht aus einer Röhre 441, einer auf eine bestimmte Spannung eingestellten Zusatzröhre 442 und aus drei parallel geschalteten Pentoden 444. Der Krafttransformator 445 kann mit dem Transformator 420 zusammengelegt werden, was gewöhnlich der Fall ist, und die Primärwicklungen der beiden Transformatoren können gemeinsam sein. Die Leistung des Kraftverstärkers wird den Steuerwicklungen 451 von drei Widerständen 452, 453 und 454 mit zu. sättigenden Kernen zugeführt, die zu den drei Leitern einer dreiphasigen Wechselstromzuführung in Reihe angeordnet sind. Je größer das den Steuerwicklungen der drei Widerstände mit zu sättigenden Kernen zugeführte Signal ist, desto weniger wirksam werden sie als Induktivitäten sein, und desto mehr Strom werden sie durchlassen. Auf diese Weise wird die Begrenzung des Stromes erzielt

das die dem elektrolytischen Stromkreis zwischen dem ₄₀ durch Verringerung der durch diese drei Steuerwick-

Werkstück und der Schleifelektrode aufgedrückte Gleichstromspannung "steuert. Das Ausgleichsystem besteht aus den folgenden Teilen: der ersten Sekundärwicklung 421 des Transformators 420, den zwei Gleichrichtern 423 und 425, den Kondensatoren 426 und 427 sowie dem" Potentiometer 428. Diese Teile erzeugen einen Gleichstrom, der so angeschlossen ist, daß er die Spannung des über die Zuführungsleitungen 94 zugeführten Gleichstroms ausgleicht. Mit den Leitungen 94 lungen hindurchgehenden Strommenge. Das Höchstmaß an Strom wird diesen Wicklungen 451 zugeführt, wenn die Zuführung der Höchstspannung zum elektronischen System gewünscht wird.

Der auf diese Weise durch die Widerstände mit den zu sättigenden Kernen gesteuerte dreiphasige Wechselstrom wird in üblicher Weise (z. B. wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt) einem Transformator 455 und einem Gleichrichter 456 zugeführt und von dort den Gleich

sind Verbindungen 434 und 435 hergestellt, um an ₅₀ Stromzuführungsleitungen 94.

dieser Stelle ein Gleichstromsignal zu erhalten. Diese Verbindungen sollen nähe genug dem.eigentlichen elektrolytischen Stromkreis Tiegen, damit zwischen dem Verbindungspunkt und dem elektrolytischen Stromkreis kein wirksamer Spannungsabfall eintritt. . Das' Niveau,'bei detii der Ausgleich erzielt und auf dem. .die Steuerung", gehalten wird, Isann durch, das Potentiometer 428' eingestellt werden. Wenn diese ÄriVgleichsspärinung erreicht ist, .trachtet das-Steuer-Die Verwendung der. Vorrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht jederzeit maximale Werkstöffabnahme auf elektrolytischem Wege. Ohne diese Vor-, richtung wird nach anfänglicher Einstellung: der Spannung auf das richtige Niveau beim. Ansteigen der elektrischen Belastung im ■ elektrolytischen Stromkreis zwischen dem Werkstück und der Sthleiielektrode "die zugeführte Spannung, infolge erhöhten VWiderstarids--äbfälls. im Zufuhrungssystem abnehmen, und wenn die

system,, die Spannung auf .diesem Niveau" zu."halten. 6.0 Spannung für die volle Belastung richtig- eingestellt

E i nc. Z üsa tz s'p ami mi g wird durch die folgenden Teile erzielt f. die' zweite 'Sekundärwicklung 422 des Transformator 420, .dien. Gleichrichter 431,' den Kondensator 4^2 tinddVs' Poteniibmeter 433.' D iese Zusatzspannüng, die""dufchr.das." Potentiometer 433 .einstellbar ist/ besti'mmt y.die." ^Empfindlichkeit des Ansprechens des Steueriys.teriis^ aufSjpannungsärideruhgen und kann wieflei einges.tel.lt werden Iri-Abhängigkeit von dem Niyeaü,. _vayf., "3em die.' Spannurigssteuerung vor sich gehen soll." "

ist, wird- sie bei verringerter - Belastung. (ζ. Β. beirii Schleifen einer-Ecke,des Werkstückes) ansteigen und übermäßige Lichtbogen- und - Funkenbildung verur-sachen. Dieser Vorgang kann für die Schleifelektrode schädlich' sein und ein* rauhes- Aussehen der Oberfläche, des Werkstückes hervorrufen. ; . ' "" '" -

Es wurde gefunden, daß für jede Schleifelektrode; für jeden Elektrolyten, für. j ede Drehzahl der Schleif-scheibe usw. .ein "kritischer Spannungsbereieh' existiert von dem Punkt, bei dem das Durchschlagen des Elek-

909 560/362

Claims (2)

1 06 it trolyten beginnt, bis zu dem Punkt, bei dem im,wesentlichen der ganze Strom für die Lichtbogenbildung verbraucht wird. Unterhalb dieses kritischen Bereichs erfolgt die elektrische Werkstoffabnahme auf elektrolytischem Wege. Oberhalb dieses kritischen Bereiches erfolgt die elektrische Werkstoffabnahme hauptsächlich durch Lichtbogenbildung mit allen damit im Zusammenhang stehenden Problemen. Manchmal kann innerhalb des kritischen Spannungsbereiches beobachtet werden, daß die Geschwindigkeit der Werkstoffabnahme mit zunehmender Spannung tatsächlich abnimmt. Es kann sein, daß beim Durchschlagen des Elektrolyten und bei beginnender starker Funkenbildung die elektrolytische Wirkung durch das Durchschlagen und die Dispersion des Elektrolyten beeinträchtigt wird. Die Funkenbildung ist jedoch nicht stark genug, um hinreichende Elektroerosion zu bewirken, die den Mangel an elektrolytischer Wirksamkeit ausgleicht. Das Spannungsniveau unmittelbar unterhalb dieses Punktes wird als die kritische Spannung bezeichnet und stellt da das ideale Niveau für die Tätigkeit der Vorrichtung gemäß der Erfindung dar. Diese kritische Spannung scheint von der Größe des Werkstückes oder von der Größe der zu schleifenden Fläche des Werkstückes unabhängig zu sein. Die allgemeine Feststellung ist für eine hinreichende Reihe von Größen gültig, so daß nach ,einmaliger Einstellung der kritischen Spannung für eine bestimmte Schleifelektrode, die mit einer bestimmten Drehzahl.iimläuft und der ,ein bestimmter Elektrolyt mit einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit zugeführt wird, Werkstücke von verschiedener Größe geformt und nach Entfernung des Werkstückes der Schleifelektrode verschiedene Flächenbereiche dargeboten werden können, ohne daß eine erhebliche Änderung in der Gleichstromzuführung erforderlich wird, wobei nur vorausgesetzt wird, daß die Spannung des Zuführungssystems im wesentlichen konstant auf der kritischen Spannung oder etwas unterhalb derselben gehalten wird. Eine gewisse Abweichung von der allgemeinen Regel kann insofern eintreten, als die Größe des zu schleifenden Werkstückes eine Sekundärwicklung auf die Strömungsgeschwindigkeit des Elektrolyten zwischen der Schleif elektrode und dem Werkstück haben kann. Bei \rerwendung einer diamanthaltigen Schleifelektrode, bei welcher die Diamantteilchen etwa 0,25 mm vorstehen, wurde für einen bestimmten Elektrolyten gefunden, daß die kritische Spannung ungefähr 8 Volt beträgt. Wenn die Teilchen etwa 0,125 mm vorstehen, wird bei Verwendung desselben Elektrolyten die kritische Spannung ungefähr 24 Volt betragen. Wenn die Schleif elektroden abgenutzt sind, so daß sich der Abstand, um den die Teilchen vorstehen, verringert, wird auch die kritische Spannung: verringert. Diese kritische Spannung verändert sich etwas mit verschiedenen Elektrolyten, mit verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten des Elektrolyten und mit verschiedenen Drehzahlen der Schleif elektrode. Das System gemäß Fig. 4 hält die Spannung ungefähr innerhalb 2% konstaftt, was für diesen Zweck hinreichend erscheint. Da es im industriellen Betrieb nicht möglich sein kann, die festgesetzte Spannung genau auf das kritische Niveau einzustellen, kann die Spannung etwas höher als die kritische Spannung eingestellt werden, wobei man sich darauf verläßt, daß das durch den Funken erzeugte Signal die Spannung auf das gewünschte Niveau herabsetzt. Wenn z. B. in einem bestimmten Fall die kritische Spannung 10,1 Volt beträgt, kann das elektrische System auf 10,5 oder 11 Volt eingestellt werden^ und der auf die Funken^ 1 004 bildung ansprechende Teil" der Steuerung wird dann die weitere Verminderung bewirken, die erforderlich ist. Die anfängliche Einstellung kann durch das Voltmeter V unterstützt werden. Ein Vorteil dieses Systems besteht darin, daß die Spannung im Leerlauf nicht zu-übermäßiger Höhe ansteigen kann, wenn das Werkstück nicht mit der Schleifelektrodein Berührung steht. Wenn das Werkstück von der Schleifelektrode zwecks Überprüfung ίο oder Messung entfernt wird, wird die Gleichstromspannung in den Zuführungsleitungen 94 anzusteigen trachten, aber das Steuersystem wird diese Neigung überwinden. Wenn anfangs übermäßige Funkenbildung eintritt, ist dies ein Zeichen dafür, daß die Spannung zu hoch eingestellt worden ist und herabgesetzt werden muß. In diesem Zusammenhang ist der quer zu den Leitungen 94 angeordnete Belastungswiderstand 97 zu beachten. Dieser Widerstand bringt jederzeit eine kleinstmögliche Belastung zur Wirkung, um in den Steuerwiderständen 452, 453 und 454 eine genügende Strommenge fließen zu lassen, wodurch ermöglicht wird, daß sie für Steuerzwecke während der Zeit wirksam sind, wenn sich das Werkstück nicht in Berührung mit der Schleif elektrode befindet. Die Größe des Wider- 2_5 Standes'97 ist höher als der normale Widerstand des elektrolytischen - Stromkreises, und er nimmt nur einen sehr kleinen Teil der zügeführten Gesamtenergie auf, wenn der Schleif vorging vor sich geht. Durch Verwendung des Steuersystems gemäß der Erfindung ist ,es, möglich,:, viel größere Abnahmegeschwindigkeiten zu erzieleff als'jene, die unter Verwendung von "Zuführungssystemen erhalten werden, welche die Merkmale: der selbsttätigen Steuerung gemäß der Erfindung nicht aufweisen. Die Zunahme der Abnahmegeschwindigkeit wird hauptsächlich durch Steigerung der elektrolytischen Wirkung und nicht durch höheren Schleif druck erzielt. Dadurch ergibt sich nicht nur eine erhebliche Zeitersparnis durch Beschleunigung des Schleifvorganges, sondern-außerdem auch eine Ersparnis infolge verminderter Abnutzung der teuren Schleifwerkzeuge. Die zusätzlichen Kosten der elektronischen Steuereinrichtung werden infolgedessen durch größere Wirtschaftlichkeit des Betriebes mehr als ausgeglichen. Obwohl nur einige bevorzugte Ausführungsformen der Vorrichtung gemäß der Erfindung beschrieben und dargestellt worden sind, ist es selbstverständlich, daß zahlreiche Veränderungen vorgenommen" werden können, ohne den Rahmen' der Erfindung zu verlassen. Patentansprüche:

1. Automatische Regelvorrichtung für die elektroerosive Bearbeitung von Metallen in einem Elektrolyten, umfassend ein mit dem Werkstück und der Elektrode verbundenes Gleichstromzuführungssystem, das eine Wechselstromquelle und einen Gleichrichter einschließt, wobei zwischen der Wechselstromquelle und dem Gleichrichter eine Regeleinrichtung eingeschaltet, ist, die in Tätigkeit tritt, wenn im Arbeitsstrom als Folge einer Funken- bzw. Lichtbogenbildung eine hochfrequente Stromkomponente auftritt, und die dann . - die Spannung zwischen der' Arbeitselektrode und dem Werkstück, bis zur Ausschaltung bzw. Verhinderung der ,"Hochfrequenzkömponenie herab" setzt, "dadurch " "gekennzeichnet, daß/.die ,'Regelt einrichtung auch bei Änderung des Arbeifsstronies

gegenüber einem vorbestimmten Wert in Tätigkeit tritt, um den Strom innerhalb enger Grenzen auf diesem Wert zu halten oder — beim Auftreten von Lichtbogen- oder Funkenbildung — auf einem entsprechenden, unterhalb des konstanten Wertes liegenden Wert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelimpulse, von denen der eine der Lichtbogen- oder Funkenbildung und der andere dem absoluten Wert der Arbeitsspannung entspricht, der Regeleinrichtung in Reihe geschaltet zugeführt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 909 560/362 6.59