DE1565744A1

DE1565744A1 - Vorrichtung zum Entfernen von Material von einem Werkstueck mit Hilfe von Funkenerosion

Info

Publication number: DE1565744A1
Application number: DE19661565744
Authority: DE
Inventors: Ate Van Dijk; Gerrit Luimes; Van Osenbruggen
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1965-10-16
Filing date: 1966-10-12
Publication date: 1970-02-05
Also published as: GB1167853A; GB1168610A; NL6513424A; BE688280A; US3627966A; CH469531A; SE341114B

Description

N.Y.Philips»Srloeilampenf «ibriekeh, Eindhoven/Rolland

"Vorrichtung zum Entfernen von Material von eines Werkstück mit Hilfβ yon funkenerosion*

Die Erfindung "bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Entfernen von Material von einen Werkstück mit Hilfe von Funkenerosion, bei der an de? Arbeitsstelle eine Spannung angelegt wird·

Eine derartige Vorrichtung ist bekannt* Bei der 'bekannten Tor« richtung ist parallel mit der Arbeitsstelle, dem Baum zwischen dem Werkstück und der Arbeitaelektrod·, ein Kondensator angebracht, der über einen Widerstand aus der Spannung« quelle auf ge«*»- laden wird, 1st der Kondensator auf eine gewies· Spannung aufgeladen, dann findet Entladung durch das Medium zwischen dsa Werk* stück und der Elektrode statt» Die Funkenenergie ist i»etand*_s Material vom Werkstück zu entfernen· " ;

Die bekannte Vorrichtung weist einige Nachteile auf· ''

An erster Stelle wird die Aufladezeit d«e Kondensators durch den Wert des Ladewiderstandes begrenat· Dieser Wideretand soll zur Verhütung/einer Bogenentladung im Arbeitsraum größer sein als ein Grenzwiderstand· Außerdem tritt im Falle eines Kurz« Schlusses zwischen dem Weik stück und der Elektrode der maximale Strom auf, der gleichfalls von dem Ladferäderstand bestimmt wird« Dieser Strom darf bei Elektroden mit einer kleinen Wirkfläch· nicht zu groß sein, um Beschädigung der Elektroden zu verhüten· Infolge des notwendigerweise großen Ladawiderstandes entsteht eine unnötig niedrige Wiederholungefrequenz der Entladungen, und somit eine geringe Zerspavaiungsgesohwindigkeit· -

PHN* 1178 Bu/8

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An swelter Stelle let eine lange Ladezelt oft unerwünscht, weil -das Vorhandensein von Verunreinigungen, sum Beispiel losgeschlagenen Metallteilchen, welche auf den laufenden Tunkenero si ensprozeß surüokzufuhren sind, eine frühzeitige Funkenbildung be-* wirken kann· Ss wird angenommen, daß diese Teilchen Brüsken bilden, die den normalen Lauf der Xquipotentialkurven zwischen Elektroden und Werkstück angreifen und einen beschleunigten vorseitigen Durchschlag Verursaohen· Der dasu notwendige Aufbau des elektrischen Feldes zwischen dem feilohen und der Elektrode braucht eine endliche Zeit, ζ·Β· einige Hundertstel Mikroeekundent line kurze Ladezeit des Kondensators kann dafür sorgen, daS diese Aufbauzeit nicht erreicht wird·

An dritter Stelle vollzieht.sieh nahezu die gesamte Entladung des Kondensators ziemlich langsam, Die Entladung hat während des ersten Teils der Entladezeit einen Tunkencharakter· Der Tunke wird dureh.eine relatlr hohe Spannung und einen relatlr kleinen, aber sehr schnell wachsenden Strom, also ein großes |p| gekennzeichnet· Die Entladung hat während des zweiten Teils der Entladezeit einen BQgencharakter· Der Bogen wird duroh eine relativ niedrige Spannung und einen großen zeitlich nur wenig zunehmenden Strom, also ein geringes ^ , gekennzeichnet»

Die Tunken- und Bogenphase der Kondensatorentladung gehen natürlich allmählich ineinander über·

Eine Untersuchung der Erscheinungen hat gelehrt, daß die Bogenphase ein wenig nützlicher, für Präzisionsbearbeitungen ja sogar schädlicher Teil der Kondensatorentladung bei einer Zerspanungsbearbeitung mittels Tunkenerosion ist· Die Oberflächenstruktur, sowohl des Werkstücke als auch der Elektrode, wird angegriffen, offenbar infolge thermischer Effekte der Bogenentladung·

Das AbnutsungSTerhältnis, d.h. das Verhältnis zwischen der von dem Werkstück entfernten Materialmenge und der von der Elektrode entfernten Menge, wird, wie sieh aus den Experimenten ergibt, * ungünstiger, je nachdem, wie lange die Bogenentladung dauert·

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- 3 -BAD ORIGINAL

Di· Erfindung bezweckt denn auch, sowohl einen zu großen KursechluBetrom «wischen Werkstück und Elektrode als auch eine lange Ladeseit und «ine längere Bogenentladung alt den damit rerbunde-η·η lachteilen su rerhüten.

Die Erfindung weist dasu das Kennseiohin auf« daß der Kondensator über einen ladekreie mit Strombegrsnsungssigeneohaften geladen wird« und wobei Mittel τ orhanden sind« die im Augenbliok des DurohBohlags die Spannung «si Intladung «raum bis unter die Ltfsohspannung des Tunkens in einer Zeitspanne Terringern« die kleiner ist« als der Entladeseitkonstantsn des rom Kondensator und τοη der Funkenstrecke gebildeten Kreises entspricht·

Der Erfindung liegt die Erkenntnis sugrunde« daß längere Lads«* und Sntladetelten unerwünschte lebenersoheinungen aufweisen· Das sind s.B* eine rorseitige und daduroh wenig wirksame Entladung bei einer langen Ladeseit des Kondensators über den Arbeitsraum«* ein ungünstiges AbnutsungsTerhältnis und ein naohtsillgsr Angriff der Vlaohe sei einer su langen Entladeseit dieses Kondensators· Die Beschränkung der Csssrntseit dss Torhandsnseins einer Bpannung swisohen Elektrode und Werketüok ist weiter erwünscht im Jenen Jällen, im denen Aa* dielektrisch· Medium swisohen der Elektrode und dem WerkstUok elektrochemisch· Effekte, wie s*B· Elektrolyse_f aufweist* .

lach einer günstigen Ausführungsform wird der Kondensator aus einer Quells konstanten Stromes aufgeladen« wobei die Stromzufuhr bein Erreichen der erwünschten Spannung am Kondensator unterbrochen wird« und enthalt der Ladekreis der Arbeitsstelle einen eine Selbstinduktion enthaltenden Resonanzkreis«

Die Erfindung wird an Band der Zeichnung näher erläutert· Ss νseigern Figur 1 ein Schema einer ersten erfindungsgemäßen Vorrichtung« ,

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Figur 2 Diagramm· but Verdeutlichung der Wirkung·*·!»« der Vor?» ' richtung nach Figur 1,

Figur 3 ein Schema einer zweiten erfindungsgemäflen Verrichtung und _Λ

Figur 4 Diagramme zur Verdeutlichung der Wirkungeweise der Vorrichtung nach Figur 3»

In der Schaltung nach Figur 1 wird der Kondensator 12 über die Pentode 2 aus der Gleichspannungsquelle 1 aufgeladen· Der Kathodenwiderstand 9 dient als GegenkopplungswiderstanA· Der Strom durch die Pentode 2 und somit der Ladestrom des Kondensators 12 wird konstant gehalten· Ist der Kondensator 12 und somit auch die Kapazität 13 zwischen der Wirkelektrode 14 und dem Werkstück 13 auf einen bestimmten Wert aufgeladen worden, dann hört der-Ladestrom plötzlich auf· Der Ladekreis ist derart aufgebaut» daß die Stromunterbrechung bei der Durchschlagspannung der Arbeitsstelle erfolgt·

Das plötzliche Unterbrechen der Stromzufuhr ium Kondensator 12 geschieht folgendermaßen. Am Anfang der Aufladezeit, im Zeitpunkt t » t_Q (Figur 2) ist das Potential des Knotenpunktes 21 zwischen Kondensator 12 und Katodenwiderstand 9 viel niedriger als das der Anode der Pentode 2· Die Diode 5 ist stromführend, und der Spannungsabfall am Widerstand 8 ist groß genug, um die Diode 6 gesperrt zu halten. Denn die Pentode 3» die in Reihe mit dem Widerstand 7 und der Gasentladungsröhre K an die Spannung*- quelle 1 angeschlossen ist, leitet nahezu nicht, weil der Spannungsabfall an den Widerständen 10 und 11 T«rnachläseigbar ist, so daß das Steuergitter der Röhre in bezug auf die Kathode negatir eingestellt 1st. Die Spannung am Kondensator 12 und somit der Spannungsabfall an den Widerständen 10 und 11 nimmt durch die Aufladung zu. Die Röhre 3 wird stromführend· Der Spannungsabfall am Anodenwiderstand 7, der im Anfang der Aufladezeit rornachlässigbar war, nimmt zu. Zum Schluß wird das Anodenpotential der

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BAD OR/G/NAL

Pentode 3 so niedrig, daß es das Potential des Steuergitters der Pentode 2 untergebreitet· Die Diode 6, die »wischen dieses Steuergitter und die Anode der Pentode 3 geschaltet ist, wird stromführend und das Steuergitter nimmt das niedrige Potential der Anode der Pentode 3 an« BIe Diode 5 und die Pentode 2 sperren· Das Aufladen des Kondensators 12 hört plötjslioh auf·

Im Medium zwischen der Wirkelektrode 14 und dem Werkstück 13 tritt zwischen den Zeitpunkten tj und t_g (Figur 2) eine Tunkenentladung auf· Während der funkenentladung sinkt die Spannung über dem Spalt sehr sohnell (tg - t| 1st von der Größenordnung von höchstens einigen Zehntel HUcroeekunden) "bis stir Bogenspannung. Infolge der Entladung des Kondensators 15 tritt im Entlädekreis Torübergehend ein hoher Strom auf« Zur Aufreehterhaltung einer Bogenentladung muß dann τοη atiBen, d.h« von dem Kondensator 12, ein Strom geliefert werden·

Eine plötzliche Stromzufuhr wird aber τοη der Selbstinduktion 16 verhindert. Der entstandene Bogen wird gelöscht₉ weil die Spannung an der Arbeitsstelle bis unter die Zündspannung abgefallen istο Der Kondensator 1$ wird nun aufs neue aufgeladen· Das Zusammenspiel der Selbstinduktion-16 und Kapazität 15 verursacht einen sinusförmigen Verlauf der Spannung an der Arbeitsstelle* deren !frequenz im wesentlichen τοη der Cfcröße der Selbstinduktion 16 und der Kapazität 15 bestimmt wird· Der Widerstand 17 in Reihe mit der Selbstinduktion 16 und der Kapazität 15 sorgt dafür» daß die Wechselspannung sohnell gedämpft wird·

Die Spannung am Kondensator 12, die infolge der dem Kondensator 15 gelieferten Ladung einigermaflen abgefallen ist, wird aus der Spannungequelle 1 wieder auf den ursprünglichen Wert aufgeladen·

Ein folgender Durchschlag zwischen der Elektrode 13 und dem Werkstück H tritt im Zeltpunkt t » t, auf. Das Medium braucht nämlich einige Zeit, um eioh nach dem Durchschlaf zwischen den Zeitpunkten t.j und t₂ wiederherzustellen·

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In einen Ausführungebeispiel waren die Pentoden 2 und 3 Ten Typ B 130 L, die Dioden 5 und 6 Tem Typ OX 90, bsw. BY 100, die Widerstände 7, β, 18 und 19 waren 10 kOhmi 100 fc£fe 220 kQ 22 die Widerstände 9» 10 und 11 waren maximal 1 TsOi 22 k£| 90 iO, der Kondensator 12 war 180 pP, die Selbstinduktion 16 war 25 der Widerstand 17 betrug 47Ound die Kapazität 15 hatte einen Wert Ton 60 pF« Die Zeit tj - t^ war in der Größenordnung τοη 30 nseo} die Zeit t^ - tg war 1.2/ueec.

In ?igur 2 ist sowohl die Spannung an als auch der Strom durch die Arbeitsstelle als Funktion der Zeit aufgetragen·

Der Ladestrom des Kondensators 12 wird durch änderung des Widerstandes 9 geregelt· Die Spannung am Kondensator 12, die der Durchschlagspannung des Baumes zwischen dem Werkstück 13 und der Wirkelektrede 14- angepaßt wird, wird dadurch eingestellt, daß das Steifcexgitter der Pentode 3 an einen veränderbaren Abgriff des Widerstandes 11 gelegt wird«

Ss ist einleuchtend» daß der Strom aus der Spannungsquelle 1 von dem Katodenwi-vderstand 9 der Pentode 2 bestimmt und nicht durch einen etwaigen Kurssohluß der Arbeitsstelle beeinflußt wird*

Bine Schaltung, die eine sehr kurze Ladeseit dea&ber der Arbeitestelle liegenden Kondensators aufweist, und die also insbesondere geeignet ist, wenn im Medium unerwünschte elektrochemische Effekte auftreten können, ist in figur 3 dargestellt·

Aus der Impulsquelle 40 herrührende kurze Impulse werden dem Steuergitter der Verstärkerröhre 30 sugeführt· Die an der Anode der Bohre 30 erscheinenden Impulse werden ihrerseits dem Steuergitter der Pentode 31, die als Katodenfolgerröhre geschaltet ist, weitergegeben· Die Katodenfolgerröhre 31 steuert die Ausgangeröhre 33· Im Ausgangskreis der Auegangsröhre 33 liegt die τοη der Wirkelektrode 34 und dem Werkstück 35 gebildete Streukapasitat 12. Parallel au dieser Kapaiität liegt der Sntladekonden-

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sator 61· (Ee lit auoh möglich, nur die Anodenkapazität der Auagangsröhre 33 als Entladekondensator zu rerwenden) · Der Entladekondensator 61 wird in sehr kurzer Zeit (0,1 - 1/uaec) aufgeladen, worauf eine Funkenentladung im Medium zwischen der Wirkelektrode 34 und dem Werkstück 35 stattfindet«

Die Spannung an der Arbeitsstelle sinkt sohnell bis auf die Sogenspannung ab· Der Bogen wird sehr schnell unterdrückt, so daß die gesamte Zeitdauer des lade- und Entladeprozesses kürzer ist als die Zeitdauer der der Impulsqmelle 40 entnommenen Impulse«

Das Unterdrücken des Bogens erfolgt folgendermaßen· Der Spannungsabfall von Tunken- nach Bogenspannung wird über den Kondensator 36 den verbundenen Steuergittern der Doppel-* Tetrode 32, die durch den Spannungabfall gegenüber dem Katodenpotential positiv werden, weitergegeben, und die Tetrode geht in den leitenden Zustand über« Die eine Hälfte der Tetrode 32 liegt parallel zu dem Katodenwi-derstand 44 der Katodenfolgerröhre 311 die andere Hälfte, ist in den Steuerfreie der Katodenfolgerröhre 31 aufgenommen.

Daß die Tetrode 32 stromführend wird, hat zur Folge, daß die Steuergitter der Röhren 31 und 32 auf ein negativeres Potential kommen· Die Ausgangsröhre 33 und die Röhre 31 sperren, obsohon der Eingangsimpuls aus der Quelle 40 noch vorhanden ist· Der Spannungsuntersohied zwischen der Wirkelektrode 34 und dem Werkstück 35 verschwindet praktisch vollständig·

In einem Ausführungsbeispiel war 30 eine Röhre vom Typ QQS 02/51 31 eine Röhre vom Typ EL 86 f 32 eine Röhre vom Typ QQE 02/5 und 33 eine Röhre vom Typ EL 500· Die Widerstände 41, 43» 44, 45f 48, 49 und 50 waren 33 kU| 100 kQ| 2 k2| 4 k7; 390 Qf 47 kQf 100 kQ} 3 k3· Die Widerstände 51, 52 und, 60 waren 680} 271 12 Ω · Der Kondensator 42 war 10.000 pF, der Kondensator 47 war 0,27/uP und der Konden-

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sator 36 war 30 pF. Der Kondensator 61 variierte zwischen 100 pP und 20.000 ρϊ¹; Kondensator 62 war 50 pF.

Der Spannungsquelle 40 wurden Impulse von 2/usec mit einer Wiederholungsfrequenz von 100 kHz entnommen. Die gesamte Ladezeit der Kapazität 62 betrug 0,5/Usec, Die Funkenzeit tp - t- betrug 100 nsec. Die stark gekürzte Bogenzeit t, - tp war 200 nsec. und die Zeitdauer t, - t~ war 10/usec»

Der Meximalstrom während des Entladens betrug 30 Ae

Zur Unterdrückung eines Reversierimpulses ist es allerdings erwünscht, eine Diode parallel zu dem Kondensator 62 anzubringen. Dazu ist ein Reihenwiderstand von einigen 0hm zwischen dem Kondensator 61 und dem Kondensator 62 auch dienliche

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Entfernen von Material von einem Werkstück mit Hilfe von Funkenerosion, "bei der an der Arbeitsstelle eine Spannung angelegt wird und die Arbeitsstelle mit einem Kondensator überbrückt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (15) über einen Ladekreis mit Strombegrenzungseigenschaften geladen wird, und wobei Mittel vorhanden sind, die im Augenblick des Durchschlags die Spannung am Entladungsraum bis unter die Löschspannung des Funkens in einer Zeitspanne verringern, die kleiner ist, als der Entladezeitkonstanten des vom Kondensator (15) und von der Funkenstrecke (13, 14) gebildeten Kreises entspricht,

2 ο Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ₉ daß der Kondensator (15) aus einer Quelle konstanten Stromes aufgeladen wird, wobei die Stromzufuhr beim Erreichen der erwünschten Spannung am Kondensator (15) unterbrochen wird, und der Aufladekreis der Arbeitsstelle einen eine Selbstinduktion (16) enthaltenden Resonanzkreis enthalte

3ο Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Spannungsquelle (1) und dem Kondensator (15) ein erstes aktives Element (2) geschaltet wird, und parallel zur Quelle ein zweites aktives Element (3)» und weiter zwischen der Steuerelektrode des ersten aktiven Elementes (2) und dem Kondensator ein erster Gleichrichter (5) angebracht ist, und in Reihe mit dem zweiten aktiven Element (3)» ein zweiter, mit der Steuerelektrode des ersten aktiven .Elementes (2) verbundener Gleichrichter (6) geschaltet ist, und die Steuerspannung des zweiten aktiven Elementes (3) von der Kondensatorspannung hergeleitet (10, 11) wird,

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung am Kondensator (61) auf die Steuerelektrode

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eines Verstärkerelementes (52), das ein Teil der tfbertragungsstrecke zwischen Quelle (40) und Kondensator (61) bildet, zurückgekoppelt wird, und die aus der Quelle (40) herrührende Spannung bei sinkender Spannung am Kondensator (61) sperrt»

5β Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkerelement (32) dem Katodenwiderstand (44) einer im Übertragungsweg liegenden Katodenfolgerröhre (31) parallelgeschaltet ist*

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