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Maschine zum Ahtr:7.gen -von Material von einem leitenden VlerksVick
auf elektrischem Wege Die Erfindung bezieht sieh auf eine Maschine zum Abtrr gen
von 1:Interi##l von einem leitenden Verhstiick ruf elektrischem Wege Der VorSan--
zum @btrr -en von Material auf elek-Irischem Vrege, der. "als.Ele17troerosion bek::.nnt
ist, kann auf Grund seiner Natur, wenn er nicht orCfältig kontrolliert wird, nicht
wieder gutzumachenden Schaden an dem in Arbeit befindlichen V7erkstiick -mrursachen,
und auch e,e Gefahr für den die Maschine bedienenden Arbeiter bilden, Dies tritt
insbesondere
dünn ein, wenn :ibf@11F@, wie beisnielsweise hohlen-Stoff,
:ich im in ßiner M'enre ':nsammeln, d^ß (1 i e Elektroden -nft@n-en, sich zu trennen.
','[erden. iiie Elektroden durch diese ansammlun#1- fron Kohlenstoff züi weit auseinander
=-edriickt, so entsteht die Möglichkeit einer Exolosi_on oder so,#-#@:r einer Prances,
besonders, wenn eLne der Wekfiroden sich der Oberfläche der dielektrische#i Fliicsigkeit
nähert. Außerdem ruft die Ansammliin@° Zichtbor#ent)ilflung hervor, die, :Brenn
men sie ündc:uern l'ißt, nicht nlir die erwähnte EYnlor;ion oder den Brand verursachen,
sondern auch das Werkstück örtl;.ch beschüdi-en kann. `;lenn große und teure Genenke
bpe1rbei 'et #.-.#erelen, k,-en eine nicht r(;-)frierbare B"t>ch*-:,li-i_ing de;'
',@@r?@ti@keC kost^nieliE sein.
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Eine '`ethode, die hi.chtbogenbil_cil-2 n@ zu kontrrllieren, besteht
darin, die Frequenz der Ehtledungen im Spalt s.ls r,:eßgröße zu verwenden. Wenn
aus früheren Erf hsungen bekannt ist, d=ß eine gewisse Frequenz Bedingungen für
Lichtboenbildung anzeigt, können die Schneid-und Werkstückelektroden getre-t werden.
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Die Schwierigkeit bei der Methode, die Frequenz als Meßgröße zu verwenden,
besteht derin, drß sie nicht ganz
zuverlcissig ist,und außerdem
sind in der Pr-xis di.e erforderlichen Kontrollzinparate sehr kompliziert und teuer,
und selbst dann kann man sich nicht darauf verlassen, daß .sie die erforderliche
schigelle Reaktion haben, hauptsächlich, weil die Anzahl der zu erwartenden Entladungen
über den Spalt gegen der zahlreich aw wechselnden Bedingungen, wie dielektrische
Verunreinigung, Spaltgröße usw., nicht immer vorausgesagt werden kann. Weiterhin
ändert sich die Frequenz der Entladungen gewöhnlich nicht in wahrnehmbarem Ausaaß,
wenn die Bedingungen für Lich;,bogenbildung gerade eintreten. Außerdem ist der Unterschied'
zwischen der Stromentnahme während der normalen Bearbeitung und dem Zeitpunkt,
an dem die Gefahr einer hichtbogenbildung gerade im Entstehen begriffen ist, nicht
groß genug, um genau wahrgenommen zu werden, und weiterhin saß die Gefahr
der Lichtbogenbildung schon ziemlich ausgesprochen vorliegen, ehe sie
entdeckt wird, und die notwendigen Maßnahmen getrof-fen werden können.
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Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, ermöglicht die vorliegende
Erfindung die ]Kontrolle für Bedingungen für Lichtbogenbildung durch schnelles Erkennen
mit - einer billigen und einfachen Kontrollvorrichtung.
Die Erfindung
beruht darauf, daß ein Strom verhältnismäßig geringer Stärke zwischen den Entladungen
an den Spalt gelegt wird, und wenn sich Bedingungen einstellen, die die Gefahr einer
LichtboXgenbildung befürchten lassen, so ist die Änderung in diesem schwachen Strom
der Art, daß sie leicht und fast augenblicklich feststellbar ist.
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Ein Merkmal der Erfindung besteht daher in einer Anordnung, die auf
einen Stromfluß zwischen den Elektroden anspricht und bewirkt, daß die Arbeit der
Maschine unterbrochen wird, wenn der Stromfluß einen gewissen Wert überschreitet,
der anzeigt, daß Bedingungen für eine Lichtbogenbildung vorliegen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden an Hand der
Zeichnung beschrieben und dargestellt.
| Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Funken- |
| erosionsmaschine mit einer Anordnung nach der |
| Erfindung, |
| Fig. 2 ist.eine schematische Darstellung eines )deßrelais, |
| welches in dem in Fig. 1 dargestellten System |
| verwendet ist, und |
| Fig. 3 ist ein Diagramm des Spannungsverlaufes in |
| der Maschine nach Fig. 1. |
In Fig. 1 sind Werkzeug und Werkstück mit den Bezugsziffern 10 und 12 bezeichnet.
Das Werkstück 12 liegt isoliert in einem Behälter 14, der mit einer geeigneten ionisierbaren
Flüssigkeit gefüllt ist, die in dem Elektroerosionsverfahren eine dielektrische
Flüssigkeit ist. Die richtige Spaltgrüße wird durch eine Spaltgrdßenreguliervorrichtüng
aufrecht erhalten, die bei 16 angedeutet ist, und zu der ein Motor gehört, der mit
18 bezeichnet ist. Die Energie zum Betrieb der Maschine wird aus einer Energiequelle
20 geliefert, deren Energie an den Spalt zwischen Werkstück 12 und Werkzeug 10 geleitet
wild, um zwischen ihnen in zeitliehen Abständen Ilatladü.gen hetvurzurufen, vorausgesetzt,
c.aß der Spaltabstand- durch die Spaltgrössenreguliereinriclitung 16 Und den Motor
1 8 ordnungsgemäß erhalten: wird. Die Poiaritgten können so gewählt seih, lag dds
Werkzeug 1ß die Xäthöde und. das Werkstück 1 2 dä .öde bildet, Diese Pslaritäten
können natürlich, Wärm: gnüftselt, *äs- vdh den bielektrikeh, äu bgarboitendeiäterialien
und. anderen Päktoren ä,bhgt.
Der Motor 18 verwendet einen Kolben
22, der in einem Gehäuse 34 gleiten kann. Die einander gegenüberliegenden Enden
des Kolbens 22 werden von einen Druckflüssigkeit aus geeigneter welle (nicht dargestellt)
in Abhängig= keit von einem Antriebsmotor 26 beaufschlagt. Die Spaltkontrolleinrichtung
16 verwendet die Spannung am Spalt als Meßgröße
für die kegiüierung. ]bieg;
geschieht mit Hilfe eines vummierkreises 28, der sowohl mit dem Spalt als auch einer
ßezugsspannungsquelle 30 durch regelbare hpedanzen 32 iuid 34 in Verbindung steht,
die so gelt sind, däß die gewönschten Span= nungscharakterstiken geliefert werden..
Die teäugs-= spämuhg kdurch Verstellung eines veränderlichen Widerständen 36 verändert
werden. Z.B. wenn die te2ugs= spaiiiüfig 40 Volt positiv ist, und die Sppaltspaünuftg
40 Volt negativ beträgt, ist das Pehlersignal einem otenpkt 38 im Summierkreis M
gleich null. Dadurch vüeharrt der A.trebsliotor 26 in seiner Stel= lang und auch
der Rotor 1 8 bewegt sieh nicht, oö da8 die eingestellte Bpaltgr6ße *unveräüdett
bleibt. Bei fortschreitender Bearbeitung Wird sich der Spalt VergrÖßern und ebenso
die aung sä. Spalt, daher WIrd ein negatives eru.gsfehlersignal gebildet, das an
den AntriebMötor
26- geht. Dieses Pehlersigüal läßt den Motor @18 das Werkzeug
10 vörsehieben/hig die Aen=
spannung wieder null wird. Obwohl dabei
das Werkzeug 10 betätigt wird, sollte man beachten, daß statt dessen auch das Werkstück
12 bewegt, oder, wenn man es vorzieht, sowohl das Werkzeug 10 als auch das Werkstück
12 gleichzeitig bewegt werden können.
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Der Energielieferant 20 erhält -seine Energie von einer geeigneten
Impulsquelle 40, die die Form eines Motorgenerators oder Oszillators hat, der über
einen Transformator 42 mit dem Spalt verbunden ist.
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-Dieser Transformator 42 hat eine Primärwicklung 44, die mit der Impulsquelle
40 verbunden ist, und Haupt-und Hiifssekundärwicklungen 46 und.48. Wenn die Belastung
schwierig ist, kann ein Tankkreis (nicht dargestellt) angeschlossen werden, um einen
optimalen Leistungsfaktor zu erzielen.
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Jede der Sekundärwicklungen 46 und 48 ist über den Spalt durch einen
heiter 50, der elektrisch am Werkzeug 10 angeschlossen ist, und ein geerddes Koaxialkabel
52, das elektrisch an dem Werkstück angeschlossen ist, verbunden. Die Ausgänge der
Wicklungen 46 und 48 haben einseitig gerichtete Leiter, z.B. Gleichrichter 54 und
56, die so gepolt sind, daß sie eine modifizierte Zweiphasen gleichgerichtete Spannung
negativer Polarität
an den Spalt abgeben, wie sie in Fig. 3 veranschaulicht
ist. Wälf'end der ersten Periodenhälfte wird die Spaltspannung größer sein und wird
von der Hauptwicklung 46 geliefert, wälFend in der nächsten Periodenhälfte die Wicklung
48 wirksam wird und eine geringere Spannung an den Spalt legt. Diese Spa.2ungen
können modifiziert werden, indem man die entsprechenden, in Serie geschaltetenf
Widerstände 58 und 60 reguliert.
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Die Regulierung des Widerstandes 58 ermöglicht es, die Größe der Materialabtragung
und dadurch die Feinheit der Bearbeitung zu regeln. Wenn z.B. der Widerstand 58
verstärkt wird, wird die Nettospaltspannung verringert und damit gleichzeitig die
Größe der Materialabtragung reduziert. Das gestattet,einen Endfinish zu erzielen
und eine genaue Kontrolle von Überschnitten: Das Gegenteil tritt ein, wenn der Widerstand
58 verkleinert wird mit höherer Spannung am Spalt und verstärkter Materialabtragung
und einer etwas groberen Oberflächenbearbeitung. Der Widerstand 58 hat noch eine
weitere Funktion, nämlich er dient dazu, den Bearbeitungsspalt von der Impulsquelle
40 zu isolieren. Dadurch wird erreicht, daß bei Kurzschlüssen im Spalt die daraus
entstehende vergrößerte, oftmals exzessive
Spannung über diesen
Widerstand 58 abfällt. In der Wirkung arbeitet der Widerstand 58 daher als Strombegrenzer.
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Die Funktion der Hilfswicklung 48 ist eine doppelte. Erstens dient
sie als welle für den sogenannten Brennstrom, d. h. die Größe der Spannung, die
von der Wicklung 48 entnommen wird, ist so reguliert, daß sie immer geringer ist
als erforderlich, uririchtiges Durchschlagen am Spalt zu erzielen, aber andererseits
groß genug ist, um einen Brennstrom durch den Spalt fließen zu lassen. Dieser Brennstrom
schmilzt die Produkte einer Entladung, die in dem Spalt verbleiben, und die Tendenzen
haben Brücken über den Spalt zu bilden. Diese geschmolzenen Partikel reagieren mit
dem Gas, das durch Kracken der dielektrischen Flüssigkeit während der Entladung
entsteht, und bilden eine gehärtete Karbidmaterialschicht auf der Außenseite des
Werkzeuges 20. Als Folge davon wird die Lebensdauer des Werkzeuges erhöht, wodurch
beträchtliche Einsparung an Werkzeugmaterial erzielt wird und auch die Leerzeiten
vermindert werden und ergeben eine genauere Bearbeitung des Werkstückes.
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Die zweite Funktion der Hilfswicklung 48 besteht darin,
die
Möglichkeit zu schaffen, vorliegende Bedingungen für Lichtbogenbildung genau und
schnell zu erkennen. Es wurde gefunden, daß, wenn der Hauptarbeitsstrom als Meßgröße
verwendet wird (200 Amp. würden
etwa
richtig sein), ein Zustand für Lichtbogenbildung
den Arbeitsstrom vielleicht nur auf 240 Amp. steigen läßt. Das tritt vielleicht
nicht augenblicklich ein, und wenn es eintritt, stellt es nur eine 20%ige Steigerung
dar, und dazu eine Steigerung, die schwer genau und vorausschaubar wahrgenommen
werden kann. Andererseits liefert die Hilfswicklung 48 ungefähr einen Strom von
1 bis 4 Amp.zwischen den Entladungen. Wenn Bedingungen für eine Lichtbogenbildung
vorliegen, steigt dieser Strom von 10 auf 40 Amp., was eine sehr große und wesentliche
prozentuale Steigerung bedeutet, die sofort und genau erkennbar ist, ohne daß besonders
feinfühlige Vorrichtungen erforderlich sind, die gewöhnlich kompliziert und auch
teuer sind. Die Lichtbogenkontrolle 62 hat einen Widerstand 64 in Serie mit der
Hilfswicklung 48, so daß er als Stromnebenschluß arbeitet. Der durch den Nebenschlußwiderstand
64 fließende Strom bedingt einen entsprechenden Spannungsabfall, der von einem Meßrelais
66 aufgenommen wird. Eine einfache Ausführungsform ist in Fig. 2 veranschaulicht,
wo
das Meßrelais 66 eine schwenkbar angeordnete Anzeigenadel 68 aufweist, um die eine
Geberwicklung 70 liegt. Wenn der mittlere Strom durch den Nebenschlußwiderstand
64 einen vorherbestimmten Wert überschreitet,
wird die Anzeigenadel 68 durch
die entsprechenden magnetischen Kräfte im Uhrzeigersinn bewegt, bis sie mit einem
Kontakt 72 in Berührung kommt. Dadurch wird der Stromkreis von einer geeigneten
Stromquelle, beispielsweise einer Batterie durch eine Relaiswicklung 76 geschlossen,
wodurch die Relaiswicklung 76 Strom erhält und damit verbundene, normalerweise geschlossene
Kontakte 76a im Summierstromkreis in Fig. 1 geöffnet werden. Eine Öffnung der Kontakte
76a bewirkt, daß die Bezugsspannung in der Steuerung doaminiert und der Motor 18
das Werkzeug 10 schnell zurückzieht. Dieses Zurückziehen des Werkzeuges verhindert
die hichtbogenbildung. Daraufhin wird der Stromfluß durch den Nebenschlußwiderstand
64 schnell sinken, so daß die Anzeigenadel 68 sich von dem Kontakt 72 wegbewegt.
Das daraus sich ergebende Stromlos-werden der
Relaiswicklung 76 wird durch
die Wirkung eines Verzögerungskondensators 78, der parallel mit der Relaiswicklung
76 geechaltet ist, verzögert. Da der Kondensator 78 aufgeladen
wurde, als
die Relaiswicklung 76 anfänglich Strom erhielt, wird er sich über die
Relaiswicklung
76 entladen. Die Entladung des Kondensators hält die Relaiswicklung 76 unter Strom,und
daher bleiben die Kontakte 76a lange genug geöffnet und stellen dadurch sicher,
daß das Werkzeug 10 um das richtige Maß zurückgenommen wird, um den Spalt von Abfällen
oder was immer die Bedingungen für Licht-
die Relaiswicklung 76 stromlos,und die Kontakte schliessen sich wieder. Dadurch
wird die Lieferung von Spaltspannung an den Summierkreis 28 wieder aufgenommen,
und diese wird ihre maximale Spannung-bei offenem Stromkreis haben. Dadurch wird
ein schneller Vorschub des Werkzeuges 10 durch den Motor 18 eintreten. Wenn dann
die richtige Spaltgröße wiederhergestellt ist, wird die Bearbeitung wieder aufgenommen.
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Manchmal, wenn komplizierte Formen bearbeitet werden, werden Bedingungen
zur Lichtbogenbildung dauernd wieder auftreten. Auf diese Weise können, wenn der.Maschinist
nicht sehr aufmerksam ist, diese Bedingungen unbemerkt andauern. rderden sie bemerkt,
muß der Maschinist den Strom ebschalten und die_Urseche feststellen. Es liegt auf
der Hand, daß während. dieser Zeitspanne der Zyklus der Elektrodentrennungen häufig
eblaufen kann. Aus diesem
Grunde ist ein Zähler 80 mit dem Meßrelais
66 verbunden, um die Häufigkeit zu zählen, mit der das Meßrelais 62 betätigt wird.
Wenn diese Häufigkeit beispielsweise fünf innerhalb eines Zeitraumes von 30 Sekunden
beträgt, entwickelt der Zähler 80 eine Leistung, die groß genug ist, ein weiteres
Relais 82 zu betätigen, das die normalerweise geschlossenen Kontakte 82a zwischen
der Impulsquelle 40 und dem Transformator 42 steuert. Dadurch wird der Bearbeitungsstrom
abgeschaltet. Ein geeigneter.Rückstell-Programmschalter 84 stellt den Zähler 80
zurück, so daß er nach dem eingestellten Zeitwert, in diesem Falle 30 Sekunden,
regeln kann. Dies stellt sicher, daß Schwankungen, die durch inhärente Übergänge
bei der Bearbeitung veranlaßt sind, keine Arbeitsunterbrechung verursachen und bestimmt
die Zahl der Wiederholungen die in Bedingungen zur Lichtbogenbildung, bei einer
bestimmten Arbeit geduAt werden kann.
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Um kurz die Wirkungsweise der Kontrolle 62 für lichtbogenbildung zusammenzuftssen,
sei angenommen, daß die Spaltgröße richtig ist, und daß: Energie an den Spalt geliefert
wird, die die in Fig. 3 beschriebene modifizierte Spannungskurve aufweist. Die Bearbeitung
geht weiter, wobei 1 bis 4 Amp. Strom zwischen elektrischen
Entladungen
entnommen wird, und daher ist der Spannungsabfall über den NebenschlußWiderstand
64 nicht groß genug, um die Anzeigenadel 68 des Meßrelais 66 über seine normale
Stellung hinaus zu bewegen. Wenn sich nun Kohleablagerungen oder dergleichen in
dem Spalt beginnen anzusammeln und während des normalen Betriebes nicht weggebrannt
oder weggewaschen werden, oder wenn das Werkzeug 10 an einem oder mehreren Punkten
zu nahe an das Werkstück 12 herankommt, tritt die unerwünschte Bedingung zur hichtbogenbildung
auf. Der Strom durch den Nebensdiüßwiderstand 64 wird stärker und bewirkt, daß die
Anzeigenadel 68 den Kontakt 72 berührt. Dadurch erhält, wie beschrieben, die Relaiswicklung
76 Strom und bewirkt, daß sich die normalerweise geschlossenen Kontakte 76a im Summierstromkreis
28 öffnen.
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Während zwei aufeinander folgender Halbperioden hört die Leistungsabgabe
der Wicklungen 46 und 48 wegen der Wirkung der Gleichrichter 54 und 56 auf und geht
wieder weiter. Bei normalem Betrieb wird während mehrerer Perioden aus verschiedenen
Gründen kein Strom aus der Hilfswicklung entnommen. Wenn die Lichtbogenbildung andauert,
und fünf Mal innerhalb von 30 Sekunden, wie oben erwähnt, auftritt, dann.
erhält das Relais 82
in der oben beschriebenen Weise durch die
sich ergebende Leistungsabgabe, die von dem Zähler 80 bewirkt wird, Strom, und die
normalerweise geschlossenen Kontakte 82 werden geöffnet und schalten den Arbeitsstrom
ab. Der Maschinist kann dann die notwendigen Maßnahmen treffen, um die welle dieser
dauernden Lichtbogenbildung zu beseitigen.
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Auf diese Weise wird eine sehr vereinfachte Kontrolle für die Lichtbogenbildung
geschaffen, die ein Minimum an Kosten verursacht,und die außerdem den Arbeitsstrom
bildurig dauernd vorliegen. Durch die Verwendung der Hilfswicklung 48 spielen die
Zahl und Frequenz der Hauptbearbeitungsentladungen keine Holle, da sie unregelmäßig
sein können und Bedi mangen zu einer Lichtbogenbildung nicht wirklich anzeigen.
Wenn Lichtbogenbildurig eintritt, wird der sehr geringe Strom, der aus der Hilfsisicklung
48 entnommen ganz wesentlich verstärkt, was die tVnhrneh.Tang der Veränderung erleichtert:,
während der Haurtarbeitsst^om vielleicht nicht und oft nicht wesentlich s @är__er
wird, .wenigstens dann, weiL-i sich Bedingungen fier L- -_1tbagenbildung gerade
beginLnün zu entwickeln. Die ilfsi-jicklung 48 bietet au ßerder zusätzlich den 'erteil,
Brennstrom zu liefern, um die eine Abnutzung verz-gernde Oberfläche auf dem nu3eren
des Werkzeugs 1C Zu liefern.