DE1188228B - Verfahren und Schaltanordnung zur elektrolytischen Elektroerosion mit Konstantregelung der Spaltspannung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H05b

Deutsche Kl.: 21h-30/02

Nummer: 1188 228

Aktenzeichen: A 35307 VIII d/21 h

Anmeldetag: 8. August 1960

Auslegetag: 4. März 1965

Die elektrolytische Elektroerosion eines leitenden Werkstückes erfolgt durch anodische Auflösung infolge eines Stroniflusses durch einen Film aus einer wäßrigen Salzlösung, der sich als Elektrolyt in dem Arbeitsspalt zwischen Werkstück und Elektrode befindet. Diese das Werkzeug darstellende Elektrode besteht im allgemeinen aus einer sich drehenden Scheibe. Die auf ihrer Arbeitsfläche befindliche Elektrolytschicht wird infolge der Rotation laufend entfernt und beständig erneuert.

Eine der prinzipiellen Schwierigkeiten besteht nun dabei in der im allgemeinen nicht zu vermeidenden Tatsache, daß die elektrolytische Bearbeitung von Kurzschlüssen vorwiegend kurzer Dauer unterbrochen wird. Diese liegt im allgemeinen zwischen einem Bruchteil einer Millisekunde und etwa 10 Millisekunden. Indessen kann die Anzahl der Kurzschlüsse so groß werden, daß in gewissen Fällen die Summe der Arbeitsphasen kürzer als die der Kurzschlußphasen wird. ao

Die Kurzschlüsse entstehen dadurch, daß der elektrolytische Film zeitweilig abreißt. Bei der Bearbeitung mit rotierender Scheibe können diese Unterbrechungen auftreten, wenn der Druck des Werkstückes gegen die Scheibe übermäßig groß wird, wenn die Befeuchtung der Scheibe ungenügend ist oder auch, wenn diese nicht vollkommen rund ist.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß man bei Abwesenheit solcher Kurzschlüsse ideale Bedingungen dann erhält, wenn der Druck des Werkstückes gegen die Elektrodenscheibe sowie die Spaltspannung konstant gehalten werden. In diesem Fall (und natürlich bei ausreichender Befeuchtung) verändert sich die Stärke des Spaltstromes deutlich proportional mit der Oberfläche des von der Scheibe bearbeiteten Werkstückes, so daß die Stromdichte etwa konstant bleibt. Die Druck- und Spannungswerte hängen dabei von der Zusammensetzung des Werkstückes, des Elektrolyten, der Elektrodenscheibe und der Art der Bearbeitung ab. Die Spaltspannung kann je nachdem zwisehen 3 und 10 Volt schwanken, wobei diese Werte eine Präzisionsbearbeitung gewährleisten. Eine höhere Spannung kann aber auch einen Angriff am Werkstück schon auf weite Entfernung hervorrufen.

Treten dagegen bei der Bearbeitung Kurzschlüsse auf, so ist es bisher nicht möglich gewesen, verschiedene, äußerst ungünstige Folgeerscheinungen zu verhindern.

So hat man z. B. nicht die Intensitätsspitze des kurzzeitig auftretenden Spaltstromes während der Kurzschlußphasen begrenzt; man hat sich vielmehr damit begnügt, den mittleren Wert der Stromstärke Verfahren und Schaltanordnung zur
elektrolytischen Elektroerosion mit Konstantregelung der Spaltspannung

Anmelder:

Ateliers des Charmilles S. A., Genf (Schweiz)

Vertreter:

Dipl.-Ing. D. Jander, Patentanwalt,
Berlin 33, Hüttenweg 15

Als Erfinder benannt:
Jean Pfau, Genf (Schweiz)

Beanspruchte Priorität:

Schweiz vom 12. September 1959 (78 168)

während der Bearbeitung zu begrenzen. Abgesehen von einer möglichen Beschädigung des Werkstückes und der Bearbeitungselektrode ergibt sich daraus, daß die Spaltspannung infolge der unvermeidlichen Selbstinduktionen in dem Kreis zu Beginn der den Kurzschlußphasen folgenden Arbeitsphasen ihren mittleren Wert übersteigt.

Ferner hat man sich bisher darauf beschränkt, den mittleren Spaltstrom so zu regeln, daß die mittlere Spaltspannung und die mittlere Stromdichte im Spalt konstant sind. Dauern nun aber die Kurzschlußphasen nur einen nicht zu vernachlässigenden Bruchteil der Arbeitszeiten, so erhöht sich die absolute Spaltspannung während der Arbeitsphasen schon wesentlich über die mittlere Spannung hinaus, da während der Kurzschlußphasen die Spannung unter die mittlere Spannung sinkt.

In diesen Fällen liegen somit die elektrischen Kenngrößen der anodischen Auflösung keineswegs in der Nähe ihrer Optimalwerte. Wie bereits erwähnt wurde, können sich die Überspannungen innerhalb der Arbeitsphasen durch einen Angriff am Werkstück auf weite Entfernung äußern und dadurch die Präzision der Bearbeitung reduzieren. Außerdem können sie sich auf die Qualität der Oberfläche des Werkstückes, welche in sehr starkem Maße von der Spannung abhängt, ungünstig auswirken. Erreicht die Überspannung Werte zwischen 15 und 20 Volt, so können

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außerdem Bogenentladungen auftreten, die für das Durchführung des neuen Verfahrens Gleichrichter Werkstück und die Bearbeitungselektrode äußerst un- zur Erzeugung des Erosionsstromes, deren Wechselgünstig sind. Bei Verwendung einer rotierenden Stromkreis mindestens eine Sättigungsdrossel enthält, Scheibe wird durch diese Bogenentladungen ihre deren Steuerwicklung von einem gleichgerichteten Oberfläche im allgemeinen deformiert, wodurch 5 Steuerstrom durchflossen ist, wobei die Anordnung letzten Endes die Häufigkeit der auftretenden Kurz- erfindungsgemäß so getroffen ist, daß ein Verstärker Schlüsse vergrößert wird. Dadurch wird der Wirkungs- für den Steuerstrom in den Steuerwicklungen und grad der Bearbeitung natürlich reduziert, und selbst mindestens eine Drosselspule im Steuerkreis vor- wenn man die primären Ursachen für die Kurz- gesehen sind, durch welche die beim Übergang von Schlüsse unterdrücken würde, würde nun eine gewisse io einer Arbeitsphase zu einer Kurzschlußphase in den Anzahl von Kurzschlüssen periodisch auftreten. Steuerspulen induzierten Stromimpulse gedämpft und Um diesem letztgenannten Nachteil vorzubeugen, die kurzzeitigen Stromerhöhungen begrenzt werden, ist es bereits bekannt, die mittlere Spaltstromdichte und daß am Eingang des Verstärkers die Differenz- und die mittlere Spaltspannung durch entsprechende spannung zwischen einer Bezugsspannung und einer Regelvorrichtungen auch bei sich stark und plötzlich 15 Spannung liegt, die proportional der Hüllkurve der änderndem Widerstand im Arbeitskreis konstant zu Spitzen der Spaltspannung ist. Insbesondere erfolgt halten. Diese Maßnahme ist aber unvollkommen, die Aufladung des Kondensators über einen Wider- denn die im Anschluß an die Kurzschlußphasen auf- stand, dessen Widerstandswert so bemessen ist, daß tretenden Spannungsspitzen zu Beginn der nach- die Zeitkonstante der Aufladung kleiner ist als das folgenden Arbeitsphasen werden dabei nicht unter- 20 kürzestmögliche Zeitintervall der Arbeitsphasen.
drückt, da sie lediglich zusammen mit den geringeren Auch kann die Anordnung so getroffen sein, daß Spannungszeiten während des Kurzschlusses als mitt- der Kondensator parallel zu einem Entladungswider- lere Spannung ausgewertet werden. stand liegt, dessen Widerstandswert so bemessen ist, Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, diese daß die Zeitkonstante der Entladung des Kondensa- Nachteile zu beseitigen. Sie betrifft zunächst ein Ver- as tors größer ist als das längstmögliche Zeitintervall fahren zur elektrolytischen Elektroerosion, bei dem der Kurzschlußphase.

bei wechselndem Widerstand im Arbeitsspalt infolge Die Zeichnung zeigt beispielhaft einige Diagramme

Änderung der Elektroden-Arbeitsflächengröße oder und eine Ausführungsform einer Schaltanordnung zur

der Elektrolytfilmdicke eine Konstantregelung der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Spaltspannung und Spaltstromdichte erfolgt, und die 30 F i g. 1 und 2 stellen den Verlauf der Spaltspan-

Erfindung besteht darin, daß die elektrischen Kenn- nung bzw. des Spaltstromes als Funktion der Zeit bei

größen im Spalt während der Arbeitsphasen von der dem bisherigen Verfahren dar, bei welchen man sich

Zahl und Dauer der Kurzschlußphasen unabhängig darauf beschränkt hat, die mittlere Spannung auf

werden, dadurch, daß — zur Vermeidung von Ar- einem konstanten Wert zu halten;

beitsphasen mit anfangs stark überhöhter Arbeits- 35 F i g. 3 und 4 zeigen die Spaltspannung und den

Spitzenspannung — an Stelle der bekannten, auch Spaltstrom des Verfahrens nach der Erfindung;

die Kurzschlußphasen berücksichtigenden Konstant- F i g. 5 ist eine Schaltanordnung zur Durchführung

regelung auf eine mittlere Spaltspannung bzw. mitt- des Verfahrens;

lere Spaltstromdichte die Spaltstromstärke in jedem F i g. 6 veranschaulicht die Strom-Spannungs-Cha-

Augenblick auf einem solchen Wert gehalten wird, 40 rakteristik bei Verwendung der Schaltanordnung

daß sich die Spaltspannung beim Übergang von einer gemäß F i g. 5.

Kurzschlußphase zu einer Arbeitsphase von ihrem In der F i g. 1 ist mit U_m die mittlere Spaltspannung Kurzschlußwert aus ohne erhebliche Spannungs- bezeichnet, die zwischen der Bearbeitungselektrode spitzenbildung sogleich der Sollspaltspannung nähert. und dem Werkstück liegt. Man sieht, daß die Span- Man erreicht dadurch, daß zu Beginn einer Arbeits- 45 nung von t₀ bis I₁, dem Zeitintervall einer Arbeitsphase unmittelbar nach einer Kurzschlußphase die phase, konstant bleibt und zwischen t_t und t₂, dem elektrischen Bedingungen die gleichen sind wie bei Zeitintervall einer Kurzschlußphase, fast auf Null abAbwesenheit der Kurzschlüsse. Ferner vermeidet man sinkt. Im Zeitpunkt t₂ ist die Kurzschlußphase bedadurch jegliche Verschlechterung des Werkstückes endet, d. h. die Spannung nimmt infolge der Unter- und der Bearbeitungselektrode. Es können also wäh- 50 brechung des Kurzschlußstromes und der Selbstrend der Arbeitsphasen die optimalen Arbeitsbedin- induktion im Arbeitskreis für einen kurzen Moment gungen eingehalten werden. einen Wert an, der erheblich größer ist als die mittlere Die Erfindung betrifft sodann eine Schaltanord- Spannung U_m. Ist der Kurzschluß von kurzer Dauer, nung zur Durchführung dieses Verfahrens, bei der so sinkt die Arbeitsspannung nach einer steilen Spitze als Regelimpulse die Differenzspannung aus einer 55 schnell, etwa auf den Wert der mittleren Spannung ab. Bezugsspannung und einer der Spaltspannung pro- Wenn andererseits die Dauer der Kurzschlußportionalen Signalspannung verwendet ist, wobei er- phasen langer als die Dauer der Arbeitsphasen ist, findungsgemäß die Differenzspannung an einem in wenn sich also beispielsweise der Gang der Kurve Reihe mit einem Kondensator liegenden Gleichrichter zwischen ί_Ά und t- periodisch wiederholt, reagiert die angelegt ist und die Spannung des Kondensators am 60 bekannte Einrichtung, welche die lediglich mittlere Eingang eines Verstärkers liegt. Eine Abänderung Spannung konstant hält, auf die Kurzschlüsse und dieser Schaltanordnung besteht darin, daß die der vergrößert zur Konstanthaltung der mittleren Span-Spaltspannung proportionale Signalspannung an dem nung den Spaltstrom, welcher seinerseits die Spanin Reihe mit dem Kondensator geschalteten Gleich- nung während der Arbeitsphasen erhöht, wie es zwirichter liegt und die Spannung des Kondensators von 65 sehen /₄ und t₅ der Fall ist. Die in F i g. 1 dargestellte der Bezugsspannung abgezogen wird und daß die Kurve hat einen mittleren Wert, der offensichtlich bei Differenzspannung am Eingang des Verstärkers liegt. U_m liegt. Man sieht aber auch, daß die Spannung Vorzugsweise enthält die Schaltanordnung zur innerhalb der Arbeitsphase für sehr kurze Augen-

blicke sehr große Werte annehmen kann und überdies kreis des Transformators 1 beeinflußt werden kann, auch während einer gesamten Arbeitsphase merklich Dieser Steuerstrom wird von einem Verstärker ergrößer als U_m sein kann, das aus den angegebenen zeugt und fließt durch eine Selbstinduktionsspule L₃. Gründen nachteilig für das Erosionsergebnis ist. Das in den Eingang des Verstärkers geschickte Signal

Die Fig. 2 zeigt den Verlauf des Spaltstromes/ 5 wird, wie weiter unten gezeigt wird, aus der Differenz für die gleiche Periode wie in Fig. 1. Man sieht, daß zwischen einer der Hüllkurve der Spannungsspitzen der Strom mehrfach Werte einnimmt, die beträchtlich proportionalen Spannung und einer Bezugsspannung oberhalb seines Normalwertes I_m liegen. Man erkennt gebildet.

auch, daß am Anfang einer Arbeitsphase, die einem Der Verstärker, der den Steuerstrom liefert, berelativ lange dauernden Kurzschluß (z.B. von einigen io steht aus Transistoren, die von zwei unterschiedlichen Millisekunden) folgt, der Strom größer als der mitt- Gleichstromquellen gespeist werden. Diese werden lere Strom I_n ist und die Spannung bei Unterbrechung aus einem Transformator gebildet, dessen Primärdes Kurzschlußstromes einen sehr großen Wert an- spule mit der Wechselstromquelle in Verbindung nimmt (z. B. viermal so groß wie die mittlere Span- steht und dessen Sekundärspulen 16 und 17 über nung U_m). Das hat eine starke Wärmeentwicklung 15 zwei Gruppen von je vier in Graetzschaltung geschaldurch eine Bogenentladung und damit eine Ver- teten Gleichrichtern 18 verbunden ist. Der Gleichschlechterung der Elektrode und des Werkstückes strom, der von der Sekundärspule 17 stammt, wird zur Folge. Diese Verformung der Elektrode bildet mittels einer Selbstinduktion L₄ und eines Kondenihrerseits wieder die Ursache für weitere Kurz- sators C₄ geglättet und speist die Transistoren T₁ Schlüsse. 20 und T₂. Der von der Spule 16 stammende gleich-

Die F i g. 3 zeigt die Spaltspannung, die man bei gerichtete Strom, der einen Transistor T_z beaufdem erfindungsgemäßen Verfahren erhält, wobei die schlagt, braucht nicht geglättet zu werden.
Arbeits- und Kurzschlußphasen von gleicher Dauer Ein Spannungsteiler, der aus den Widerständen R₁

wie diejenigen der F i g. 1 sind. Man erkennt, daß die bis R₅ gebildet wird, liegt zwischen der Elektrode 12 Spaltspannung auf einem Wert gehalten wird, der 25 und dem Werkstück 13 und weist mehrere Aneiner für die Bearbeitung günstigen Sollspannung U_c Schlüsse 3', 4', 5' und 6' auf, die mit einem Schaltsehr nahekommt, und daß die Spitzen der Überspan- kontakt 19 verbunden werden können. Durch diesen nung stark gedämpft sind. Man sieht ferner, daß die kann der Abgriff eines Potentiometers P, welches in mittlere Spannung U_n, wesentlich unterhalb der Soll- Reihe mit einem Widerstand R_e liegt, mit einer der spannung U_c verläuft, wenn die Dauer der Kurz- 30 Spaltspannung zwischen der Elektrode 12 und dem Schlußphasen länger als die der Arbeitsphasen ist. Werkstück 13 proportionalen Spannung beaufschlagt

F i g. 4 zeigt den Verlauf des Stromes, welcher werden. Der Abgriff des Potentiometers P ist unter deutlich einen konstanten Wert sowohl während der Zwischenschaltung eines Gleichrichters 20 und eines Bearbeitung als auch während der Kurzschlüsse inne Widerstandes R₇ mit einem Kondensator C₁ und hat. Dieses Resultat erhält man dadurch, daß wäh- 35 einem dazu parallel liegenden Widerstand R₁₁ verrend der gesamten Zeit der Betriebsstrom auf einem bunden. Die Spannung am Kondensator C₁ liegt auch solchen Wert gehalten wird, daß beim Übergang von zwischen der Basis und dem Emitter des Traneiner Kurzschlußphase zu einer Arbeitsphase die sistors T₁, dessen Kollektor über einen Widerstand i?₈ Spannung zwischen dem Werkstück und der das mit dem negativen Pol der aus der Spule 17, den Werkzeug bildenden Elektrode von ihrem Kurz- 40 Gleichrichtern 18 und den Siebelementen L₄ und C₄ schlußwert bis etwa zur Sollgröße U_c anwächst. bestehenden Stromquelle verbunden ist. Der Emitter

Die F i g. 5 stellt eine Schaltanordnung zur Durch- des Transistors T₁ ist mit dem Emitter des Tranführung des Verfahrens dar. Sie weist einen Trans- sistors T₂ verbunden, dessen Basis durch eine formator 1 auf, dessen Primärwicklung 2 mehrere »Zener«-Diode 21 auf konstanter Spannung gehalten Anschlüsse 3 bis 6 hat und mit den Klemmen α und b 45 wird. Die »Zener«-Diode ist über einen mit ihr in einer Wechselstromquelle unter Zwischenschaltung Reihe geschalteten Widerstand R₀ mit der Klemme einer Sättigungsreaktanz verbunden ist. Diese besteht des Kondensators C₄ verbunden. Die Emitterelekaus zwei Selbstinduktionen L₁ und L_n, deren Wick- troden der Transistoren T₁ und T₂ sind über einen Iungen7 und 8 in Serie liegen. Der Transformator 1 gemeinsamen Widerstand R₁₀ an den positiven Pol besteht ferner aus einer Sekundärwicklung 9, deren 50 der Stromquelle angeschlossen. Bei dieser Schaltung Enden über zwei Gleichrichter 10 und 11 mit einem bleibt der durch den Widerstand R₁₀ fließende Strom Werkstück 13 verbunden sind. Die Wicklung 9 weist praktisch konstant, und die Spannung an den Enden außerdem eine Mittelanzapfung auf. Diese ist mit von R₁₀ ist der an der »Zener«-Diode 21 abfallenden einer Elektrode 12 verbunden, die aus einer rotieren- Spannung ungefähr gleich.

den Scheibe besteht und ein als Elektrode ausgebil- 55 Die Spannung zwischen dem Abgriff des Potentiodetes Werkzeug darstellt. Ein Widerstand R₁₂ liegt metersP und dem Ende des Widerstandes^, welches zwischen der Elektrode 12 und dem Werkstück 13, mit dem Werkstück 13 verbunden ist, ist der Spaltso daß vermieden wird, daß die Spannung zwischen spannung zwischen der Bearbeitungselektrode 12 und diesen beiden Teilen sehr große Werte annehmen dem Werkstück 13 proportional. Wenn diese proporkann, wenn die Elektrode 12 von dem Werkstück 13 60 tionale Spannung die an den Klemmen von R₁₀ Ueohne Unterbrechung des Netzstromes entfernt wird. gende Bezugsspannung überschreitet, wird der Kon-Ein Voltmeter V erlaubt die Messung der mittleren densator C₁ über den Gleichrichter 20 und den Spannung U_n, zwischen der Elektrode 12 und dem Widerstand R₇ mit einer Zeitkonstanten aufgeladen, Werkstück 13. die der Summe aus dem Widerstand R₇ und dem aus

Die zwei Sättigungsreaktanzen, die in dem Primär- 65 den Elementen P, R_e und dem Spannungsteiler resulkreis liegen, besitzen je eine Steuerwicklung 14 bzw. tierenden Widerstand proportional ist. Diese Zeitkon-15, die von einem gleichgerichteten Steuerstrom stante wird vorzugsweise etwas kleiner als das kleinste durchflossen werden, wodurch der Strom im Primär- Zeitintervall der Arbeitsphasen gewählt, das sind in

der Praxis ungefähr 5 Millisekunden. Dadurch ist nach jeder Arbeitsphase die von C₁ herrührende, zwischen der Basis und dem Emitter von T₁ liegende Spannung praktisch gleich der Differenz zwischen einer Spannung, die proportional der zwischen der Elektrode 12 und dem Werkstück 13 während dieser Arbeitsphase herrschenden Spannung ist, und der Bezugsspannung, die an den Klemmen von R₁₀ liegt. Der Gleichrichter 20 verhindert, daß der Kondensator C₁ sich mit denselben Zeitkonstanten während der auf die Arbeitsphase folgenden Kurzschlußphase entlädt. Die Entladung von C₁ erfolgt vielmehr über den Widerstand A₁₁ bzw. über Basis und Emitter von T₁.

Der Widerstand R₁₁ ist vorzugsweise so gewählt, daß die Zeitkonstante für die Entladung von C₁ größer ist als die Dauer der längsten Kurzschlußphasen, in der Praxis also ungefähr 10 Millisekunden. Während einer solchen Kurzschlußphase weicht somit die Spannung an den Klemmen von C₁ nicht nennenswert von dem Wert ab, welchen sie am Ende der vorangegangenen Arbeitsphase hatte.

Daraus ergibt sich, daß die am Eingang des Verstärkers zwischen der Basis und dem Emitter von T₁ angelegte Spannung sowohl während der Arbeitsphasen als auch während der Kurzschlußphase nicht wesentlich abweicht von der Differenz zwischen einer Spannung, die proportional der zwischen der Elektrode^ und dem Werkstück 13 während der Arbeitsphase herrschenden Spannung ist, und der Bezugs- spannung, die an den Klemmen von R₁₀ liegt. Diese Spannung ist also von der zwischen der Elektrode 12 und dem Werkstück 13 während der Kurzschlußphasen herrschenden Spannung unabhängig.

Wenn dagegen, wie sich zeigen wird, die Spannung während der Arbeitsphasen die Tendenz hat, infolge einer Vergrößerung der Oberfläche des durch die Bearbeitungselektrode bearbeiteten Werkstückes abzusinken, kann die Spannung an den Klemmen des Kondensators C₁ diesem Spannungsrückgang folgen, weil die Veränderung der Oberfläche viel langsamer vor sich geht als die Entladungs-Zeitkonstante des Kondensators ist.

Die zwischen der Basis des Transistors T₁ und seinem Emitter liegende Spannung ist also mit anderen Worten gleich der Differenz zwischen einer Spannung, die proportional der Hüllkurve der Spitzen der Betriebsspannung ist, und einer Bezugsspannung. Der Steuerstrom des Transistors T₁ ist weitgehend proportional der Spannung an den Klemmen des Kondensators C₁. Die Änderungen des Kollektorstromes des Transistors T₁ rufen Änderungen im umgekehrten Sinne des Kollektorstromes des Transistors T₂ hervor, welcher seinerseits den Transistor T, steuert. Dieser liefert den Steuerstrom für die Sättigungsselbstinduktionen L₁ und L₂, welche in Reihe mit der Selbstinduktion L₃ und einem Widerstand U₁₀ liegen. Dieser kann im Grenzfall durch den Ohmschen Widerstand der Wicklungen 14 und 15 und der Spule L₃ gebildet werden.

Durch einen Gleichrichter 22 wird vermieden, daß die Wechselspannungen, die in den Wicklungen 14 und 15 der Selbstinduktionen L₁ und L₂ induziert werden können, auf den Ausgang des Verstärkers zurückwirken und den Transistor T₃ überlasten. Außerdem ist über einen Kondensator C₂ die Basis und der Kollektor des Transistors T₃ verbunden, so daß dessen Überlastung vermieden wird, wenn eine Rückwirkung des Primärkreises des Transformators 1 über die Spulen von L₁ und L₂ erfolgen sollte.

Die F i g. 6 zeigt die Strom-Spannungs-Charakteristik bei Verwendung der Schaltanordnung gemäß F i g. 5 ohne auftretende Kurzschlußperioden. In ihr ist der Verlauf der Spaltspannung zwischen der Bearbeitungselektrode 12 und dem Werkstück 13 als Funktion des mittleren Spaltstromes dargestellt. Die Kurvet zeigt den Spannungsverlauf bei einem die Wicklungen 14 und 15 der Selbstinduktionen L₁ bzw. L₂ beaufschlagenden Strom, welcher ausreicht, um die Kerne der erwähnten Selbstinduktionen im Zustand der Sättigung zu halten, wenn durch die Wicklungen 7 und 8 kein Strom fließt. Diese Wicklungen 7 und 8 besitzen einen Selbstinduktionskoeffizienten, der so lange im wesentlichen vernachlässigt werden kann, wie der durch sie fließende Strom nicht ausreicht, um ihre Kerne aus dem Zustand der Sättigung zu bringen. Die Kurve A besitzt also ein deutlich geradliniges Stück, für welches die Spannung U so lange gleich der Leerlaufspannung U₀ ist, wie der mittlere Strom einen mit I₁ bezeichneten Wert nicht überschreitet. Wenn der mittlere Strom größer als I₁ wird, geraten die Selbstinduktionen L₁ und L₂ abwechselnd aus ihrem jeweiligen Sättigungszustand heraus und begrenzen den mittleren Strom auf einen Wert /.„ für den die Spannung während mehrerer Wechselvorgänge Null ist, wobei dieser Wert dem mittleren die Wicklungen 14 und 15 durchfließenden Steuerstrom proportional ist.

In der F i g. 6 ist ferner die Charakteristik des Widerstandes dargestellt, der durch den Raum zwischen der Arbeitsfläche der Elektrode 12 und dem Werkstück 13 bei Abwesenheit der Kurzschlußphasen gebildet wird. Diese Charakteristik wird durch eine Gerade c gebildet, wenn die Bearbeitungsfläche klein ist, und durch eine Gerade d, wenn die Bearbeitungsfläche größer ist. Entspricht die Bearbeitungsfläche der Geraden c wird der Arbeitspunkt durch den Schnittpunkt dieser Geraden mit der Kurve A gebildet. Man erkennt, daß die Spaltspannung den Wert U₁ einnimmt.

Wenn sich im Verlauf der Bearbeitung die bearbeitete Fläche des Werkstückes 13 vergrößert, dreht sich die Charakteristik c allmählich in die Richtung der Charakteristik d. Während dieser Änderung hat die mittlere Spannung zwischen der Elektrode 12 und dem Werkstück 13 wegen des abnehmenden Spaltwiderstandes das Bestreben abzunehmen. Die am Eingang des Verstärkers zwischen der Basis und dem Emitter von T₁ liegende Spannung sinkt in gleicher Weise ab, wodurch der Kollektorstrom von T₁ vermindert wird und der Kollektorstrom von T₂ und T₃ vergrößert wird, wobei T₃ den Steuerstrom der Sättigungsselbstinduktion durch die Wicklungen 14 und 15 liefert. Die Vergrößerung des Steuerstromes ruft eine Verformung der Charakteristik und eine Vergrößerung des Strommaximums hervor. Wenn die Charakteristik des Widerstandes der Geraden d entspricht, ist der Spannungsverlauf durch die Kurve B gegeben. Der Arbeitspunkt wird durch den Schnittpunkt / gebildet. Es ist also ersichtlich, daß die Spaltspannung zwischen den Punkten e und / praktisch keine Verminderung erfährt, wenn nur der Verstärker einen hinreichend großen Verstärkungsfaktor besitzt.

Die Anschlüsse 3 bis 6, welche an der Primärwicklung 2 des Transformators 1 vorgesehen sind, und die Anschlüsse 3' und 6' am Spannungsteiler ermöglichen

eine Grobregelung der Betriebsspannung als Funktion der gewünschten Arbeitsverhältnisse. Wird eine hohe Spannung gewünscht, so müssen die Schalter die Verbindungen mit den Anschlüssen 3 bzw. 3' herstellen. Für niedrigere Spannungen dienen die Anschlüsse 4 und 4', 5 und 5' oder sogar 6 und 6'. Man sieht also, daß das Verhältnis der Spannungsteilung des Potentiometers im umgekehrten Sinn wie das Übersetzungsverhältnis des Transformators 1 veränderlich ist. Eine Feineinstellung der Betriebsspannung ist durch Ver-Schiebung des Abgriffes des Potentiometers P möglich.

Wenn Kurzschlußperioden die Arbeitsperioden ablösen, ist die Arbeitsweise der Schaltanordnung ähnlich der oben beschriebenen; lediglich die Geraden c und d des Widerstandes in der F i g. 6 sind weniger geneigt. Es folgt daraus eine Vergrößerung der Stromstärke bei verringertem Spaltwiderstand, wenn die mittlere Spannung, dargestellt durch U₁, wie bisher mit einer Sollspannung verglichen wird und an den Verstärker eine der Differenz dieser Spannungen proportionale Spannung angelegt wird. Der Betriebsstrom ist jetzt größer als bei einer Bearbeitung ohne Kurzschlußperioden. In der beschriebenen Schaltanordnung berührt die Abflachung der Charakteristiken c und d nicht nennenswert das Signal am Eingang des Verstärkers, denn dieses ist keine Spannung, die der mittleren zwischen der Bearbeitungselektrode 12 und dem Werkstück 13 herrschenden Spannung proportional ist und die mit einer Bezugsspannung verglichen wird, vielmehr entspricht sie der Einhüllenden der Spitzen der Arbeitsspannung.

Das hat zur Folge, daß der mittlere Steuerstrom der Sättigungsselbstinduktionen und damit der Spaltstrom nicht vergrößert wird, wenn man von einer Bearbeitung ohne Kurzschlußperioden zu einer solchen mit Kurzschlußperioden übergeht; deren Verhältnisse sind in beiden Fällen die gleichen. Die Spaltspannung zwischen der Bearbeitungselektrode 12 und dem Werkstück 13 weicht also während der Arbeitsphasen ungeachtet der Kurzschlüsse nicht wesentlich von dem Sollwert ab.

Dieses Ergebnis kann voll und ganz nur erreicht werden, wenn einerseits die mittlere Stromdichte nicht vergrößert wird und andererseits auch keine kurzzeitigen Intensitätsüberhöhungen der Stromstärke während der Kurzschlußphasen auftreten. Geht man bei der erfindungsgemäßen Schaltanordnung von einer Arbeitsphase zu einer Kurzschlußphase über, so ist die Wicklung 2 des Transformators 1 plötzlich kurzgeschlossen, und die Versorgungsspannung liegt somit an der Wicklung der Sättigungsselbstinduktion, welche in diesem Augenblick aus dem Sättigungsbereich herauskommt. In einer der Steuerwicklungen 14 oder 15 wird folglich eine Spannung induziert. Durch die Selbstinduktion L₃ kann aber der dadurch in dem Steuerkreis erzeugte Strom auf einen beliebig kleinen Wert begrenzt werden. Daraus ergibt sich also, daß man die Intensitätsüberhöhungen des Stromes auf jede gewünschte Höhe begrenzen kann.

Selbstverständlich kann man, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, an der beschriebenen Schaltanordnung Änderungen anbringen; z. B. kann sie ohne weiteres für eine Versorgung mit Dreiphasenstrom ausgelegt sein. Auch können die Sättigungsselbstinduktionen mit der Sekundärseite des Transformators 1 verbunden sein. Die Klemmen von C₁ und R₁₁, welche mit dem Emitter von T₁ verbunden sind, können auch mit den Enden von R₆ und R₁₀ verbunden sein, welche an das Werkstück 13 angeschlossen sind.

Für den Fachmann ist es einleuchtend, daß es nicht notwendig ist, jede, auch die kleinste Änderung der Spaltspannung während der Bearbeitung völlig zu unterdrücken. In der Praxis erhält man schon sehr gute Resultate, wenn die Änderungen der mittleren Spannung weniger als 2O^fl/o der Sollspannung und die Spitzen der Überspannung, welche sich am Anfang jeder Arbeitsphase einstellen, weniger als 50% der Sollspannung betragen.

Ferner kann eine derartige Schaltanordnung zur elektrolytischen Metallbearbeitung nach der Erfindung auch andere Organe als die Sättigungsreaktanzen zur Steuerung des Arbeitsstromes aufweisen. Zum Beispiel kann eine Anzahl von parallel geschalteten Leistungstransistoren vorgesehen sein, durch die der Arbeitsstrom fließt und die durch einen Verstärker, ähnlich dem oben beschriebenen, gesteuert werden.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur elektrolytischen Elektroerosion, bei dem bei wechselndem Widerstand im Arbeitsspalt infolge Änderung der Elektroden-Arbeitsflächengröße oder der Elektrolytfilmdicke eine Konstantregelung der Spaltspannung und Spaltstromdichte erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Kenngrößen im Spalt (12,13) während der Arbeitsphasen von der Zahl und Dauer der Kurzschlußphasen unabhängig werden dadurch, daß — zur Vermeidung von Arbeitsphasen mit anfangs stark überhöhter Arbeitsspitzenspannung — an Stelle der bekannten, auch die Kurzschlußphasen berücksichtigenden Konstantregelung auf eine mittlere Spaltspannung bzw. mittlere Spaltstromdichte die Spaltstromstärke in jedem Augenblick auf einem solchen Wert gehalten wird, daß sich die Spaltspannung beim Übergang von einer Kurzschlußphase zu einer Arbeitsphase von ihrem Kurzschlußwert aus ohne erhebliche Spannungsspitzenbildung sogleich der Soll-Spaltspannung (Ϊ/,) nähert.

2. Schaltanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei der als Regelimpuls die Differenzspannung aus einer Bezugsspannung und einer der Spaltspannung proportionalen Signalspannung verwendet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzspannung an einem in Reihe mit einem Kondensator (C₁) liegenden Gleichrichter (20) angelegt ist und die Spannung des Kondensators (C₁) am Eingang eines Verstärkers (T₁ bis T₃) liegt.

3. Abänderung der Schalteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der Spaltspannung proportionale Signalspannung an dem in Reihe mit dem Kondensator (C₁) geschalteten Gleichrichter (20) liegt und die Spannung des Kondensators (C₁) von der Bezugsspannung abgezogen wird und daß die Differenzspannung am Eingang des Verstärkers (T₁ bis T₃) liegt.

4. Schaltanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit Gleichrichtern zur Erzeugung des Erosionsstromes, deren Wechselstromkreis mindestens eine Sättigungsdrossel ent-

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hält, deren Steuerwicklung von einem gleichgerichteten Steuerstrom durchflossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verstärker für den Steuerstrom in den Steuerwicklungen (14,15) und mindestens eine Drosselspule (L₃) im Steuerkreis vorgesehen sind, durch welche die beim Übergang von einer Arbeitsphase zu einer Kurzschlußphase in den Steuerspulen (14,15) induzierten Stromimpulse gedämpft und die kurzzeitigen Stromerhöhungen begrenzt werden, und daß am Eingang des Verstärkers die Differenzspannung zwischen einer Bezugsspannung und einer Spannung liegt, die proportional der Hüllkurve der Spitzen der Spaltspannung ist.

5. Schaltanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufladung des Konden-

sators (C₁) über einen Widerstand (R₇) erfolgt, dessen Widerstandswert so bemessen ist, daß die Zeitkonstante der Aufladung kleiner ist als das kürzestmögliche Zeitintervall der Arbeitsphasen.

6. Schaltanordnung nach Anspruch 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (C₁) parallel zu einem Entladungswiderstand (R_n) liegt, dessen Widerstandswert so bemessen ist, daß die Zeitkonstante der Entladung des Kondensators (C₁) größer ist als das längstmögliche Zeitintervall der Kurzschlußphase.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 1061004, 1 009 739; Schriftenreihe des Verlags Technik, SVT186, 1954, S. 36 bis 42.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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