DE1939781C3 - Verfahren und Einrichtung zur elektrochemischen Bearbeitung von Werkstücken mit Impulsen abwechselnder Polarität - Google Patents

Description

den Ab- und Anstiegsflanken der Hauptstromimpulse liegen, d. h. also sowohl vor wie auch nach den Umkehrstromirrapulsen impulsfreie Zwischenzeiten eingeschaltet sind.

Man kann nun zwar theoretisch die optimale Zeitgebung, Intiirvallfestlegüng Und Amplitudenfestlegung der Entpassivierungs- bzw. Umkehrstromimpulse vorherbestimmt festlegen; doch hat es sich in d'T Praxis gezeigt daß eine Vorausbestimmung der Parameter fiiir die Umkehrimpulse ohne eine Anpassung an die Sipaltbedingungeri sich ungünstig auswirken kann, weil einerseits durch eine übermäßige Entpassivierung die Werkzeugabnutzung übermäßig vergrößert wird, andererseits eine ungenügende Entfernung von Passivierungsfilmen im Verlauf des Pro- 'S zesses zu einem fortgesetzten Aufbau während der nachfolgenden Bearbeitungsstromimpulse führt und gelegentlich einen totalen Zusammenbruch des Bear-

bung lediglich in Abhängigkeit von vorherbestimmten Optimalbediingungen ist also nur bei verhältnismäßig einfachen Bearbeitungsprozessen ausreichend.

Bei der praktischen Erprobung des erfindungsgemäßen VerfEihrens zeigte es sich weiterhin, daß bei der Verwendung von gleichbleibenden Spannungssignalen einer rechteckigen Wellenform über dem Arbeitsspalt die Ausbildung von Passivierungsfilmen während eines jeden der Hauptstromimpulse mit einer verhältnismäßig hohen Geschwindigkeit ein Absinken der Stromstärke eines jeden solchen Hauptstromimpulses hervorruft.

Es konnte nun gefunden werden, daß die Wirkungen solcher Passivierungsfilme während des Durchganges des Bearbeitungshauptstromimpulses sprunghaft herabgesetzt werden kann, wenn die entsprechenden Hauptspannungssignale eine das Absinken der Stromstärke ausgleichende, jeweils kompensierend ansteigende Form erhalten.

Es ist von großem Vorteil, daß man erfindungsgemäß neben oder an Stelle der vorherbestimmt festgelegten Zeitgebung eine Steuerung in Abhängigkeit von den sich jeweils entsprechend der Ausbildung des Passivierungs.rilmes einstellenden Bearbeitungsbedingungen durchführen kann. Als solche zur Messung durch die Steuerungsfühler geeignete Bearbeitungsparameter haben sich eine ganze Reihe von verschiedenen Variablen erwiesen, von denen die wesentlichsten im folgenden kurz besprochen seien.

a) Geschwindigkeit der servogesteuerten Relativbewegung der Elektrode in Richtung zum Werkstück unter Aufrechterhaltung eines vorbestimmten Spaltes.

Üblicherwsise sind elektrochemische Bearbeitungsmaschinen mit einem Servomechanismus ausgerüstet, der abhängig von den Bedingungen im Bearbeitungsspalt die Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode steuert und auf diese Weise eine gleichbleibende Spaltbreite aufrechterhält. Es konnte gefunden werden, daß die Geschwindigkeit einer solchen Elektrodenvorschubbewegung im wesentlichen umgekehrt proportional zum Grad der Passivierung und der Ionenanreicherang ist, welche die weitere Bearbeitung hindern. Hierauf beruht es, daß man erfindungsgemäß die Entpassivierungsimpulse bzw. die diese Impulse erzeugenden Schaltungen von Meßwerten der Vorschubgeschv/indigkeit der Werkzeugelektrode her steuern kann.

b) StromstJirke und c) Spannung über dem Spalt bei

Relativbewegung der Elektrode in Richtung zum Werkstück mit gleichbleibender Geschwindigkeit.

Es sind auch einige elektrochemische Bearbeifungssysfeme gebräuchlich, die mit einem gleichbleibenden Elektrodenvorschub arbeiten, Wobei die gewünschte Spaltbreitc durch Steuerung des Bearbeitungsstromes in Abhängigkeit von den Veränderungen der Spaltbedingüngen aufrechterhalten wird. Der Bearbeitungsstrom bei konstantem Vorschub ist jedoch ebenfalls ein Maß für die Passierurig und Ionenanreicherung. Nehmen diese zu, so fällt jener ab. Daher ist ein Abtastorgan vorgesehen, das auf die Änderung der elektrischen Bedingungen im Spalt und damit auf den Grad der Passivierung anspricht, um die Geschwindigkeit der Ausbildung dieser Passivierungsfilme aufzuspüren und auf diese Weise mindestens eine der Energiequellen zu steuern, d. h. also entweder a\o 7Mf₁JUi- ^r Bcarbeii ur,"s oder ^A:" ⁷" fuhr der Umkehrimpulse. Diese Abtastorgane können als Fühler für die erfindungsgemäß vorzusehende Steuerung der Zeitgebung herangezogen werden.

d) Fließgeschwindigkeit der Elektrolytflüssigkeit durch den Spalt hindurch

e) Temperaturanstieg der Elektrolytflüssigkeit während der Durchquerung des Spaltes und

f) Lichtdurchlässigkeit der Elektrolytflüssigkeit nach Verlassen des Arbeitsspaltes.

Bei allen elektrochemischen Bearbeitungssystemen erweisen sich die vorstehend angegebenen Elektrolyteigenschaften als veränderlich und beeinflussen die Entwicklung der Passivierungsvorbedingungen im Spalt. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, bereits diese Entwicklung der Passivierungsvorbedingungen im Spalt aufzuspüren und in Abhängigkeit hiervon die Impulserzeugung und die Zeitgebung hierfür erfindungsgemäß zu steuern, wie später näher erläutert werden wird.

Zum Erfindungsgegenstand gehört die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Einrichtung gemäß den Ansprüchen.

Eine derartige erfindungsgemäß mit Anpassungssteuerung versehene elektrische Bearbeitungsstromquelle ist für alle elektrochemischen Bearbeitungen, wo Ionenanreicherungen und Passivierungen an einer Elektrode vorkommen, also auch bei Elektroplattierungen, elektrophoretischen Beschichtungen oder auch anderen Systemen, geeignet.

Zur Arbeitsweise sei kurz folgendes bemerkt: Ein Paar von Abtastorganen, die jeweils auf die positiven und auf die negativen Stromimpulse ansprechen Jnd über den Arbeitsspalt hinweg angelegt sind, signalisieren jeweils die Beendigung der Impulse und diese Ausgangssignale triggern nach einer eingestellten Verzögerung ein Paar von elektronischen Umschaltelementen. Das so getriggerte Paar von elektronischen Schaltern dient für die Zuführung der Impulse von umgekehrter Polarität» für die auch eine gemeinsame Stromquelle in Frage kommen kann, und zwar auf dem Wege über jeweilige monostabile Multivibratoren, und die Hauptstrompolarität oder die Umkehrstrompolarität wird festgelegt durch die einstellbare Zeitkonstante des monostabilen Multivibrators, wohingegen die zwischenzeitlichen Intervalle zwischen den Impulsen durch die einstellbare Zeitkonstante der Verzögerungsleitung bzw. Verzögerungsschaltung festgelegt werden. Die Erfindung sei nachfolgend an Hand der Zeichnungen bevorzugter Ausführungsfor-

men näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 ein SchältUngsdiagramrti für eine erfin^ dungsgemäße Apparatur,

Fig. 2 A bis 2 CStrom/Zeit-Abhängigkeit zwischen den Bearbeitungs- und den Umkehrstromirnpulsen,

Fig. 3 eine graphische Darstellung der bei einem speziellen Beispiel erhaltenen Resultate,

Fig. 4A und 4B die Abhängigkeit zwischen der Spannung und der Stromstärke sowie Auswirkungen der Passivierung,

Fig. 5 A bis SE verbesserte Impulsfonnen gemäß der Erfindung,

Fig. 6 und 7 Abwandlungen der Anordnung nach Fig. 1,

Fig. 8, 9 und 10 abgeänderte Schaltkreise für die Energieversorgung der erfindungsgemäßen elektrochemischen Bearbeitungsmaschine,

Fig. 11 und 12 Impulsformen, wie sie bei den Schaltkreisen oemnß Fi ο P. his 10 entstehen,

Fig. 13 einen abgeänderten Schaltkreis zur Energiezufuhr,

Fig. 14 Impulsform, die mit dem Schaltkreis gemäß Fig. 13 erzeugt wird,

Fig. 15 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Anordnung, bei der ein Paar von Impulsabtastorganen auf dem Bearbeitungsspalt zugeführte Impulse anspricht,

Fig. 15A ein Schaltungsdiagramm der gemäß Fig. 15 verwendeten Umschaltelemente,

Fig. 15B eine schematische Darstellung der mit diesen Schaltkreis erzeugten Impulse,

Fig. 16 ein Schaltungsdiagramm von einigen der in Fig. 15 erhaltenen Blöcke,

Fig. 17 ein Teilstück eines Blockdiagramms für ein erfindungsgemäßes Anpassungssteuerungssystem,

Fig 17 A ein Schaltungsdiagramm einer Abwandlung des in Fig. 17 gezeigten Systems,

Fig. 18 ein Blockdiagramm einer anderen Ausführungsform,

Fig. 19 ein Schaltungsdiagramm einiger in Fig. 18 enthaltener Blöcke,

Fig. 20 ein Diagramm der gemäß den Fig. 18 und 19 erzeugten Impulse,

Fig. 21 ein Blockdiagramm einer anderen Form der Anpassungssteuerung,

Fig. 21A und 21B Schaltungsdiagramme verschiedener Abwandlungen,

Fig. 22 ein Schema einer Anpassungssteuerung unter Benutzung von thermischen Abtastorganen und

Fig. 23 ein Schema einer Anpassungssteuening unter Benutzung von optischen Eigenschaften des Elektrolyten für die erfindungsgemäße Einstellung der Impulsparameter.

Fig. 1 zeigt einen Schaltkreis für die Speisung eines elektrochemischen Bearbeitungsgerätes mit einem aus Graphit od. dgl. bestehenden Elektrodenrad 10, angetrieben durch den Motor 10a. Die Elektrolytzufuhr zum Arbeitsspalt effolgt durch eine Düse 11 mit Hilfe einer Pumpe lla aus einem Filter Ub und einem Vorratsbehälter lic. Die vorliegende Erfindung kann in gleicher Weise für die elektrochemische Bearbeitung mittels stabähnlicher oder länglicher Elektroden benutzt werden.

Die Bearbeitungsstromimpulse werden dem Arbeitsspalt aus einer einstellbaren Gleichstromquelle 13 über eine Schiene mit Umschalttransistoren IS zugeführt. Wenn die parallelen Transistoren 15 a bis 15 c leitend sind, werden Stromimpulse (Fig. 2 A bis 2C) mit positiver Polung des Werkstückes 12 angelegt, die zur hauptsächlichen Abtragung dienen, Die Basisanschlüsse der Transistoren 15a bis 15c werden über den üblichen Vorschaltwiderstand mit dem Emitter eines NPN-Transistors 19 Γ verbunden, dessen Funktion später noch genauer beschrieben werden wird. Ein einstellbarer Vorschaltwiderstand ISd legt die Basiskollektorvorspannung fest, wahrend die Widerstände 15 e die Emitterkollektor-Vorspannungen für

die Transistoren 15a bis 15c liefern. Die Umkehrstfomirripulse mit negativer Polung des Werkstückes werden mittels einer gleichfalls einstellbaren, jedoch umgekehrt gepolten Gleichstromquelle 14 über die parallelgeschaltetenTransistoren 16« bis 16c erzeugt,

•5 deren Parallelschaltung durch einen Widerstand 166 überbrückt ist; sie sind über die Basisvorwiderstände an den Ausgangstransformator 16L einer Multivibrator-Zeitgebungseinrichtung 18 angeschlossen. Dieses

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sistoren 18T₁ und 18T₂ in einer konventionellen Flip-FIop-Konf iguration, die aus der Batterie 18 B gespeist wird.

Die Dauer Γ_{( + )} = KR₁C₁ des Ausgangssignals des Multivibrators am Ausgangswiderstand 18i?j bestimmt die Dauer der positiven Impulse. In dieser Gleichung bedeutet K eine Konstante, R_x und C die Größe des Widerstandes 18Λ, bzw. der Kapazität

18 C₁. Dieses Signal steuert den Ausgangstransistor

19 Γ und triggert hiermit die Transistoren 15 c für die Dauer des Bearbeitungsimpulses.

Das Ausgangssignal aus Widerstand 18A₄ der Dauer 7",_, = K¹R₂C₇ (worin K' eine Konstante, R₁ und C₂ den Widerstand 18R₁ und die Kapazität 18C₂ bedeuten), triggert über den Ausgangstransistor 19 7" und über ein ausschaltbares Verzögerungsnetzwerk 19d (19d\ 19d", 19tT') einen Unijunctiontransistorzeitgeber 19o. Nach einer durch die Zeitkonstante dieses Netzwerkes festgelegten regulierbaren Verzögerungsperiode gibt der Unijunctionoszillator 19o ein Signal, dessen Dauer durch die Zeitkonstante 19o\ 19o" bestimmt wird, an den Transformator 16/ zur Triggerung des Schaltkreises 16.

Die Fig. 2Ä bis 2C zeigen verschiedene impuisformen, die sich für die Bearbeitung von Wolfram-Karbid, von Eisen bzw. von Kupfer oder Kupferzinklegierungen als geeignet erwiesen haben. Die Dauer des positiven Impulses ist mit 7*_{( + )}, die Zwischenzeit zwischen den positiven Impulsen mit Γ₍ _, bezeichnet. D oder D' ist die durch das Netzwerk 19d bestimmte Verzögerungsperiode zwischen dem Ende des Umkehrimpulses, dessen Dauer R ist, und dem Beginn des Hauptimpulses. Sie kann auch auf Null absinken (Fig. 2A). Es gelten die folgenden Beziehungen; R < r_c_, und R + D < Γ_{__}. Vorzugsweise liegt die

Verzögerungsperiode D bei etwa 20 msec.

Beispiel 1

Unter Benutzung der in Fig. 1 dargestellten Apparatur wurde ein aus Wolfram-Karbid bestehendes Werkstück mit einem Gehalt von 6 Gewichtsprozent Kobalt in einer wäßrigen Kaliumnitratlösung (5%ig) als Elektrolytflüssigkeit über einem Bearbeitungsbereich von 1,6 cm² elektrochemisch geschliffen. Dabei wurde die in Fig. 2B gezeigte Wellenform benutzt und eine Verzögerungsperiode D von 20 msec eingehalten. Die dabei erzielten Resultate sind in Fig. 3 aufgezeichnet. Die Elektrode bestand aus Graphit. In Fig. 3 ist die Dauer R des negativen Impulses

in msec, längs der Abszisse aufgetragen, auf der Ordinate dagegen die relative Elektrodenabnutzung in Prozent (gestrichelt), die Rauhigkeit der bearbeiteten Oberfläche in Mikron (Hmax) (durchgezogen) und die Bearbeitungsgeschwindigkeil in g/min (strichpunktiert). Wenn R- 0 (entsprechend einer Unterbrechung von lediglich 20 msec ohne einen Umkehrstrom), beträgt das Verhältnis zwischen der Elektrodenabniitzung und der Werkstückabtragung (E/W) etwa 10%, während die Oberflächenrauhigkeit bei etwa 6 Mikron (Hmax) liegt; bei einer Dauer R der Umkehrimpulsc zwischen 3 und 5 msec findet man eine maximale Bearbeitungsgeschwindigkeit von etwa 1,2 g/min, während die Elektrodenabnützung auf ihr Minimum von etwa 2% (E/W) bei etwa R = 6 msec absinkt, wobei die Oberflächenrauhigkeit auf etwa 0,2 bis 1 Mikron (Hmax) vermindert ist. Danach wächst die ElektrodenabnütJiung wieder an, die Bearbeitungsgeschwindigkeit sinkt ab und die Oberflächenrauhigkci; bleibt praktisch kousiüiii. überraschenderweise steigt die Eilektrodenabnützung stark an, sobald sich R der Größe T (- ) annähen, analog der im USA-Patent 3 357912 verwendeten Wellenform, wogegen die Oberflächenrauhigkeit konstant bleibt oder nur unwesentlich anwächst, je in Abhängigkeit von den benutzten Materialien; die Bearbeitungsgeschwindigkeit erleidet dabei einen scharfen Abfall. Darüber hinaus ist festzustellen, daß die Reproduzierbarkeit des Bcarbeitungsprozesses um so leichter wird und die Reproduktion der Bearbeitungsfläche um so besser, je steiler die Wellenfronten des Signals gewählt werden. Wellenformen gemäß Fig. 2 A und 2C eignen sich am besten zur Benutzung bei Werkstücken aus Eisen und Stahl einerseits, bzw. bei Werkstücken aus Kupfer und Kupferzinklegierungen andererseits.

In den Fig. 4 A und 4 B ist die durch einen Rechteckwellengenerator angelegte Spannung (durchgezogen) sowie die Stromstärke (gestrichelt) über die Zeit aufgetragen. Wie bereits betont, soll die Wellenform des Bcarbeitungsstromes vorzugsweise rechteckig sein. Durch die Bildung des Passivierungsfilms nimmt jedoch der Bearbeitungsstrom eine sägezahnähnliche Konfiguration an mit jewei.'-^en Bearbeitunesstromverlusten, wie sie in Fig. 4 A und 4 B durch Schraffierungen angedeutet sind, obwohl der Spannungsverlauf seine rechteckige Wellenform beibehält. In beiden Fällen stellen die gestrichelten Linien die tatsächlichen Bearbeitungsstromverläufe dar, während die durchgehende Linie den bevorzugten Stromstärkepegel für die Bearbeitungsoperation darstellt.

Die Auswirkungen des Passivierungsfilms, der sich bei jedem Bearbeitungsstromimpuls (Fig. 4A) wieder aufzubauen scheint, oder sich praktisch automalisch aufbaut und dann während des Bearbeitungsstromimpulses (Fig. 4B) wieder zerstört wird, kann vermieden werden durch eine geeignete Form der Spannungsimpulse, die die Stromverluste kompensiert (Fig. 5A bis 5E). Die dabei sich ergebende Stromstärkenwellenform (gestrichelte Linie I_s in Fig. 5 A) besitzt also wiederum die gewünschte rechteckige Form. Bei Anwendung dieses Prinzips auf das Problem gemäß Fig. 4Λ entsprechen den Impulsformen gemäß Fig. 2 A bis 2C die Impulsformen gemäß 5 B bis 5 D. Das gleiche Prinzip der Impulsformgebung kann auch im Falle des Problems gemäß Fig. 4B benutzt werden, um die Spannung gemäß Fig. 5E herabzusetzen, derart, daß der Passivierungsfilm schnell zerstört und eine rechteckige Wellenkonfiguration des Stromflusses erreicht wird.

Fig. 6 zeigt ei" dem vorstehend beschriebenen ähnliches Gerät, mit dem jedoch die Formung der Wellen wie angegeben möglich ist. Die gegenüber

S Fig. 1 unveränderten Teile sind mit entsprechenden Zahlen bezeichnet. Um die sägezahnähnliche Spannungswellenform gemäß Fig. 5 A auszubilden, ist ein Impulsfcrmer-Netzwerk 19C, 19Ä vorgesehen, das eine Impulsform S erzeugt, und die Schalttransistoren

ίο 15a, ISb und 15c entsprechend tfiggert. Infolgedessen werden praktisch rechteckige Bearbeitungsstromimpulse über den Arbeitsspalt 10. 12 geschickt. An Stelle einer kapazitiven Impedanz kann auch eine induktive Impedanz verwendet werden, um die gewünschte Impulsgestal! (Fig. 5E) zu schaffen.

Auf der anderen Ausgangsseite des Multivibrators 18 bildet die Sekundärwicklung 16L' des Transformators 16 L als Induktanz, zusammen mit einem Paar von entgegengesetzt gepolten Gleichrichtern 16/·' und

ίο I6r"unu einem Kondensator iöceine integnerschal tung, die eine Impulsform S' von genügender Impulshöhe erzeugt, so daß der Passivierungsfilm unwirksam gemacht wird und ein rechteckiger Stromverlauf des Umkehrimpulses erzeugt wird (Fig. 5 A bis 5D).

i>5 In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung (Fig. 7) wird der Umkehrimpuls geliefert und der Bearbeitungsimpuls beendet, wenn die Bearbeitungsleistung während eines jeden Impulses unter einen vorbestimmten Spiegel fällt, dei bezeichnend ist für eine Filmausbildung bis zu einem solchen Punkt, daß der Energieverlust erheblich wird. Die gegenüber Fig. 1 unveränderten Teile sind mit entsprechenden Zahlen bezeichnet. So wird also eine Rückkopplung fur das Zeitgebungsnetzwerk geschaffen, die das zeitliche Intervall zwischen den einzelnen Bearbeitungsimpulsen regelt, und zwar gleichgültig, ob die Breite der Umkehrimpulse mit den Intervallzeiten übereinstimmt oder nicht. In dieser Ausführungsform enthält der Multivibratorzeitgeber 18 einen variablen Widerstand 18 A₂ für die Steuerung des Intervalls T ( - ) zwischen den einzelnen Bearbeitungsimpulsen, der mit Hilfe eines Servomotors (Solenoidspule 18.?) eingesteht wird. Das leistunasahtastendt¹ Systrm hp«tpht anc <?·»?!τ> Widerstand 18a, der in Serie geschaltet ist mit dem Bearbeitungsspalt, der Gleichstromquelle 13 und den Schalttransistoren 15. Die Spannung zwischen Elektrode 10 und Werkstück 12 wird als Rückkopplung an die Spule 211Λ einer Hall-Effekt-Anordnung 211 gelegt. Ein Joch 211y erzeugt ein senkrecht auf dem Hall-Effekt-Kristall 211c stehendes magnetisches Feld, das der Spannungsamplitude am Arbeitsspalt proportional ist. Die Spannung aus Widerstand 18a wird an den Kristall 211c in einer zum Magnetfeld senkrechten Kristallebene angelegt, während die Ausgangsspannung in einer sowohl zu diesen Stromfluß als auch zu dem magnetischen Feld senkrechten Richtung abgegriffen wird und über einen glättenden Kondensator einem weiteren Potentiometer zugeführt wird. Die hieran abgegriffene Spannung wird mit einer der Gleichstromquelle 211 £ über ein weiteres Potentiometer entnommenen Referenzspannung verglichen mittels der in Brückenschaltung zwischen den Abgriffen beider Potentiometer liegenden Spule 18s. Die Ansteuerung der Transistoren 15 für die positiven Im-

pulse erfolgt wie in Fig. 1. In gleicher Weise werden hier aber auch die Transistoren 16 für die Umkehrimpulse angesteuert, also ohne ein Verzögerungsschaltwerk oder einen Unijunction-Transistor-Zeitge-

bungssciialtkreis. Der Umkehr-Impuls entspricht daher dem Intervall zwischen den Bearbeitungsimpulsen (vgl. Fig. 4A oder 4B); allerdings regelt die » '.generative Rückkopplung von dem Hal!-Effekt-Kristall zu dem Servomotor 18i die Zeitdauer T₁ _, impulses.

bzw. die Impulsbreite R'. Wenn der Aufbau des Passivierungsfilmes schneller vor sich geht, wird die Stromstärkeabnahme bei konstant gehaltener Spannungszufuhr schnell entdeckt und der Umkehrstromimpuls eingeleitet, wenn die Stromstärkcnamplitude unter ein vorbestimmtes Minimum absinkt. Das Unijunction-Zeitgebungsnetzwerk für den Negativimpuls (Fig. 1) sowie die kapazitiven oder induktiven impulsgestaltenden Schaltungen (Fig. 6) können in Verbindung mit dem in Fig. 7 gezeigten Rückkopplungssystem Anwendung finden.

Die Fig. 8 bis 10 zeigen andere Schaltanordnungen zur Steuerung der Abstände zwischen den Abfallflanken der Bearbeitungsimpulse und den Aufstiegsflanken der Umkehrimpulse, der Spaltbreite usw., wobei jeweils an eine Gleichstromquelle 13 zwei parallele Zweige aus je zwei in Serie geschalteten gesteuerten Gleichrichtern 155,, 1S5₂' bzw. 155₂, 155,' angeschlossen sind, zwischen deren Mittelpunkte die Elektrode 10 und das Werkstück 12 geschaltet sind. Die Steuerelektroden der Gleichrichter sind kreuzweise verbunden, so daß die Gleichrichter 155,, 155,', bzw. l55₂,155₂' abwechselnd getriggert werden. Auf diese Weise können auch Impulsformen gemäß Fig. 11 und

12 erzeugt werden.

Fig. 9 zeigt in Reihe mit der Gleichrichterbrücke und der Gleichstromquelle zwei Drosseln 13L, 15c, deren eine (I3L) mit der Stromquelle durch einen Kondensator 13c überbrückt ist. Die Drossel 15c erleichtert das Löschen der gesteuerten Gleichrichter 155,, 155,', 155₂ und 15₂', die von dem Multivibrator 18 mittels zweier Transformatoren 19r und 19f' mit jeweils zwei Sekundärwicklungen paarweise über Kreuz abwechselnd getriggert werden.

Beider Abänderung gemäß Fig. 10 ist ein Paar von LC-Schaltungen bei 13L, 13c und 13Z/, 13c' vorgesehen, die eine Gleichstromquelle 13 überbrücken.

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Gleichrichter 155,, 155,' und 155₂,155₂\ sobald die Ladung der Kondensatoren 13c, 13c' eine vorbestimmte Höhe erreicht. Die Kapazität und die Aufladungs- bzw. Entladungszeitdauer bestimmt die Werte für Γ₍₊₎, r₍_,, R und D.

Fig. 13 zeigt einen Schaltkreis für eine elektrochemische Bearbeitungsoperation, wobei Bearbeitungs-Uiid Umkehrimpulse sich aus einer Überlagerung einer negativen Spitze auf einen Gleichstrom ergeben, indem die Spitzenamplitude I₁ die Amplitude des Gleichstromes 7, übersteigt (Fig. 14). Eine Gleichstromquelle 13 ist überbrückt mit einem Kondensator

13 c und in Serie geschaltet mit einer stromstoßunterdrückenden Drossel 13 L sowie mit Elektrode 10 und Werkstück 12. Parallel zur Drossel 13L liegt ein Impulsschaltkreis, der eine zur Gleichstromquelle 13 entgegengesetzt gepolte Gleichstromquelle 14, die mit einem Kondensator \ä ι überbrückt ist, sowie einen gesteuerten Gleichrichter 416 enthält. Zur Triggerung dieses Gleichrichters dient ein Unijunction-Transistor 19« mit seinem Steuerkreis 14b, 19o', 19o" und einem Ausgangstransformator 416 L. Zur Löschung des gesteuerten Gleichrichters 416 dient in bekannter Weise ein Gleichrichter und eine Induktivität 16q. Dieser Schaltkreis steuert die Daten (T₁) des Negativ-

Beispiel 2

Unter Benutzung des Schaltkreises gemäß Fig. 13 wird ein Wolfram-Karbid-Werkstück mit einem Gehalt an 3 Gewichtsprozent Kobalt mit einer rotierenden Graphitscheibe von 20 cm Durchmesser bei 30-3 U/min bearbeitet. Als Elektrolyt wird eine 5%ige wäßrige Lösung von Kaliumnitrat mit einer Geschwindigkeit von etwa 4,5 l/min zugeführt. Die mittlere Stromdichte lag bei 60 Amp/cm² und die Amplitude /, betrug die Hälfte der Impulsamplitude Z₂. Die Bearbeitungsgeschwindigkeit wurde bei verschiedenen Verhältniszahlen zwischen der Einschaltungszeit (T₁) und der Abschaltzeit (T₁) des Bearbeitung.'.stromes gemessen. Bei einer Verhältniszahl T_xIT₂ = 1 betrug die Bearbeitungsgeschwindigkeit etwa 0,8 g/ min, wogegen bei Verhältniszahlen T_xIT₁ = 2, 3, 4 und 5 die Bearbeitungsgeschwindigkeit von 1.2 bis auf

1,7 g/min anstieg und dann über 1,3 wieder auf 0,8 g/min fiel. Die optimale Bearbeitung wurde mit einem System ausgeführt, bei dem die Einschaltzeit des Bearbeitungsstromimpulses das Dreifache der Ausschaltungszeiten bzw. der Umkehrstromimpulszeiten betrug. Man erhielt die besten Resultate bei einer Stromdichte zwischen 10 und 100 Amp/cm².

In Fig. 15 ist ein Blockschaltbild einer Steuerungsund Stromversorgungsanordnung für die elektrochemische Bearbeitung gezeigt, die vielseitiger als die bisher beschriebenen Systeme ist und eine Anpassungssteuerung ermöglicht. Die Umkehrstromimpulse werden durch eine einstellbare Stromquelle 403 erzeugt. Die Stromquelle 403 ist in Serie geschaltet mit einer NPN-Transistorenschiene 405, Werkstück 402 und Elektrode 401. Der elektronische Schalter 405 repräsentiert eine übliche Schiene von Leistungstransistoren (Fig. 15 A), deren Klemmen 405b und 405c jeweils mit Emitter bzw. Kollektor eines jeden Transistors verbunden sind, mit letzteren über die Vorschaltwiderstände 40Sd. Wie durch die Schalter 405e in der Basisleitung jedes Transistors angedeutet, ist die Anzahl der jeweils durchschaltenden parallelen Tiaiiaiaiuicii variabel. Sie bestimmt den an den Spalt 401, 402 gelieferten Strom.

Die Bearbeitungsstromimpulse werden durch eine weitere einstellbare Gleichstromquelle 404 mit entgegengesetzter Polung geliefert und über eine Transistorenschiene 406, die gemäß Fig. 15 A ausgebildet ist. Zur Abtastung der Beendigung der Stromimpulse mit regulärer Polarität aus der zweiten Stromquelle 404 und der Beendigung der Umkehrstromimpulse aus der Stromquelle 403 sind Abtastschaltungen 410a und 410b parallel zum Bearbeitungsspalt angeordnet. Jede dieser Schaltungen besteht aus einem Potentiometer und einer hierzu in Serie geschalteten, einander entgegengesetzt gepolten Diode 410 a' bzw. 410 b'. An jedem Potentiometer wird eine Spannung abgegriffen und einem differenzierenden Transformator und einem Verstärkungsnetzwerk 410 α² und 410 b² zugeleitet. Von dort aus gehen die Anzeigesignale zu den einstellbaren Verzögerungsnetzwerken 411a und 411b. Diese Verzögerungsnetzwerke sind natürlich unabhängig voneinander zu regulieren und bewirken, wie es nachstehend noch deutlicher werden wird, die Intervalle zwischen den Umkehrimpulsen und den Hauptbearbeitungsimpulsen. .Aus den Verzögerungsnetzwerken 411a und 411b gehen Signale an Impulsformer, wie beispielsweise die Schmitt-Trierer 412a

und 4126, die ihrerseits wiederum Differenzierungsschaltkreise 413a und 4136 speisen. Das Differenzierungsnetzwerk seinerseits triggert einen monostabilen Multivibrator 407a bzw. 4076 mit einstellbarer Zeitkonstante; auf diese Weise wird die elektronische Umschaltschiene 405 bzw. 406 für vorbestimmte Zeitperioden leitend.

Die Arbeitsweise des Schaltkreises gemäß Fig. 15 wird an Hand der Fig. 15 B verdeutlicht. In dieser Figur sind zwei Bearbeitungsimpulse P_1n, P_1n' gezeigt, zwischen denen ein Stromumkehrimpuls P, erscheint. Durch die Abfallflanke /, des ersten Bearbeitungsimpulses P_1n wird über die Diode 410a' bei t_o das Verzögerungsnetzwerk 411a getriggert, das die einstellbare Dauer i_d = I₁ - f_o bestimmt. Nach der Beendigung dieses Intervalls wird über den Schmitt-Trigger 412a und den Differenzierkreis 413a zur Zeit /, der monostabile Multivibrator 407a getriggert, der die Transistorschiene 405 während einer Dauer t, = I₁ - I₁ durchschalten läßt zwecks Erzeugung des Umkehrimpulses P_r. Durch die Abfallflanke f₂ dieses Impulses wird über die Diode 4106' das Verzögerungsnetzwerk 4116 getriggert, mit dem das Intervall l_d' fef "gelegt wird, bevor über den Schmitt-Trigger und den Differentiator 4136 der monostable Multivibrator 4076 zur Zeit i₃ angestoßen und damit der nächste Bearbeitungsimpuls P_1n' über die Transistorschiene 406 ausgelöst wird.

In Fig. 16 sind Schaltungseinzelheiten der Blöcke 4106, 4116, 4126. 4136 und 4076 und der entsprechenden Blöcke 410a bis 407a gezeigt. Der hochohmige Widerstand 414 liegt in Serie mit einer Gleichrichterdiode 415 (entspricht 410a' bzw. 4106' in Fig. 15), deren Polung nur bei Umkehrimpulsen eine Spannung am Widerstand 414 entstehen läßt, wovon ein Teil abgegriffen und einem Transformator 416 zugeführt wird. An dessen Sekundärwicklung ist eine weitere Gleichrichterdiode 417 und ein Widerstand 418 angeschaltet, wobei die Gleichrichterdiode derart gepolt ist. daß sie einen Spannungsabfall über dem Widerstand 418 nur bei Beendigung des Umkchrstromimpulses hervorruft. Dieses Signal wird einem Kondensator 419 sowie über einen Widerstand 420a der Basis eines NPN-Transistors 420 zugeführt. Solange der Transistor 420 als Antwort auf die Beendigung des Umkehrstromimpulses leitfähig ist, wird der an seinem Kollektor angeschlossene Transistor 421 nicht leitend gehalten. Dadurch wird der einstellbare Kondensator 424 des Verzögeru.igsnetzwerkes 4116 über den Widerstand 423 mit der einstellbaren Aufladezeitkonstante dieses Netzwerkes aufgeladen.

Der Kondensator 424 wird dadurch entladen, daß der Unijunction-Transistor 422 leitend wird, wobei der Ausgangsimpuls am Widerstand 425 über den Widerstand 4266 einem als Impulsformer dienenden Schmitt-Trigger 4126 mit den Transistoren 426, 427 zugeführt wird. Dessen rechteckiger, vom Transistor 428 verstärkter Ausgangsimpuls wird in der R-C-Differenzierungsschaltung 4136 (Widerstand 430, Kondensator 429) differenziert und über die Diode 430a in Form eines scharfen Triggerimpulses an den Eingang eines monostabilen Multivibrators 4076 ange·¹ legt. Dieser erzeugt am Ausgang 4336 einer weiteren Verstärkerstufe 433 einen rechteckigen Signalimpuls, dessen Dauer mit der Zeitkonstante des monostabilen Multivibrators bei 434 und 435 einstellbar ist. Wäh^ rend auf diese Weise der Bearbeitungsimpuls erzeugt wird, erzeugt das entsprechende Netzwerk 410a usw.

in gleicher Weise den Umkehrimpuls.

Wie nachstehend noch erläutert werden wird, können die einstellbaren Organe 434 und 435 durch Meßwertumwandler oder andere Schaltelemente ersetzt

S werden, die auf einen besonderen Bearbeitungsparameter ansprechen und die Dauer des Bearbeitungsbzw, des Umkehrimpulses anpassungsfähig modifizieren, und zwar in Übereinstimmung mit den Veränderungen der Spaltbedingungen.

ίο In diesem Fall kann ein Verzögerungsnetzwerk, wie es bei 4116 gezeigt ist, vermieden werden.

Fig. 17 zeigt ein Anpassungssteuerungssystem unter Benutzung der in Verbindung mit den Fig. 15 und 16 diskutierten Prinzipien. Wegen der fortwährenden

is Veränderung der Bedingungen im Bearbeitungsspalt während der Bearbeitungsoperation ist die Material abtragung und der Grad der Passivierung, der sich nach jedem Bearbeitungsimpuls einstellt, unterschiedlich. Da die Amplitude und/oder die Dauer der

ao Umkehrimpulse zwecks Herabsetzung der Werkzeugabnutzung möglichst klein zu halten ist, kann es vorkommen, daß die Anwendung dieser Umkehrimpulse nicht ausreicht, um vollständig die Ionenanreicherung und den Passivierungsfilm zu beseitigen.

In diesem Fall wird die Elektrode mit dem Werkstück in Kontakt gebracht, wenn ein kontinuierlicher Vorschub vorgesehen ist; wenn der Vorschub mit Hilfe eines Servomechanismus gesteuert ist, wird er zum Stillstand kommen. Um das tatsächliche Ausmaß der Passivierung zu überwachen, wird daher ein Geschwindigkeitsregelmechanismus vorgesehen, der auf die Geschwindigkeit des servogesteuerten Elektrodenvorschubs anspricht und seinerseits einen Schaltkreis steuert, der ähnlich demjenigen gemäß Fig. 15 oder Fig. 16 ist, um jegliche Veränderungen zu kompensieren, die sich während der Dauer der jeweiligen Impulse einstellen. Bei konstantem Elektrodenvorschub zeigen die Veränderungen der elektrischen Parameter oder der Flüssigkeitsparameter im Arbeitsspalt die Entwicklung einer Vorbedingung für die Passivierung an; sie werden erfindungsgemäß benutzt. um die Parameter des Umkehrstromimpulses zu steuern, und zwar in einer Weise, die derjenigen ähnlich ist. wie sie bei der Beschreibung des servogesteuerten Vorschubs erläutert wurde.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 17 kann die Elektrode mittels der Schalter 501a bzw. 501ö' wahl weise an einen servogesteuerten (501t/. 501c) oder an einen konstanten (5016'. 501 r") Vorschub angcschlossen werden. Die Bearbeitungsimpulsc (Gleichstromquelle 504, Transistorschiene 506) werden in dcrbeiFig. IS und 16 erläuterten Weise erzeugt (wobei die Blöcke 4076. 4106 bis 4136 bzw. 5076. 5106 bis 5136 einander entsprechen).

Bei konstantem Vorschub der Elektrode 501 (Mo tor 501") ergibt eine Verkleinerung des Spaltes ein Absinken des Widerstandes im Spalt und ein Ansteigen des Stromes. An dem mit dem Spalt in Serie liegenden Widerstand 540a wird also eine erhöhte Spannung abgegriffen, verstärkt (5406) und mit einem Bezugssignal (54Qr') verglichen, so daß ςίη Steu ersignal (54Oe) erzeugt wird, das einer Lampe 540/ zugeführt wird.

Der Servomechanismus enthält einen Verstärker SÖid zur Steuerung des Servomotors 501c. Der Verstärker SOIdempfängt einerseits ein Steuersignal vom Arbeitsspalt (5016¹), andererseits ein Bezugssignal 5016¹, 5016². Mit dem Servomotor 501c ist in be-

kannter Weise ein Tachometer 501c¹ gekuppelt, um ein der Umdrehungsgeschwindigkeit proportionales Ausgabesignal zu erzeugen, das seinerseits auch proportional ist zu der Passivierung im Elektrodenspalt. Die Ausgangsspannung des Tachogenerators SOIc¹ wird über ein Integriernetzwerk (Diode SOIc², Kondensator 501c³, Widerstand 501 c⁴) einer Lampe 501c⁵ zugeführt. Diese unveränderliche Fadenglühlampe wird in Abwechslung mit der Lampe 540/ des Steuersignal generators 54Oe verwendet, um die Dauer der Umkehrstromimpulse festzulegen, wie später erläutert wird. Zur Erzeugung der Umkehrimpulse (Gleichstromquelle 503, Transistorschiene 505) dienen ebenfalls weitgehend die gleichen Baugruppen, wie bei den Fig. 15, 16 erläutert. Der monostabile Multivibrator 507a ist hier jedoch mit einer Fotowiderstandszelle 535 (an Stelle des einstellbaren Widerstandes 435 in Fig. 16) versehen. Die besten Resultate erzielt man mit Bleisulfid-, Kadmiumsulfidoder Zinksulfidzellen.

Das Ausgangssigna! des monostabilen Multivibrators 507α gelangt über eine weitere Verstärkerstufe (533a, 533<j') zum Steuereingang der Transistorschiene 505, um die Umkehrimpulse zu erzeugen, deren Dauer vom Widerstand der Fotozelle 535 abhängt. Dieser Widerstand ist seinerseits abhängig von der Stärke des Lichtes, das entweder aus der Lampe 540/(bei konstantem Vorschub) oder aus der Lampe SOIc' (bei servogesteuertem Vorschub) auftrifft. Wenn z. B. bei Servovorschub die Geschwindigkeit der Materialabtragung als Folge einer erhöhten Passivierung und Ionenanreicherung im Spalt und somit die Vorschubgeschwindigkeit im Spalt absinkt, wird autli v,'as Tachometer-Signal verringert, so daß die Lampe 501 c⁵ weniger Licht abstrahlt und der Widerstand der Fotozelle 535 anwächst, und zwar umgekehrt proportional zur Verminderung der Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode; hierdurch wird die Dauer der Umkehrstromimpulse erhöht und der übermäßige Passivierungsfilm abgebaut.

Entsprechend beeinflussen bei konstantem Vorschub Änderungen des Spaltstromes tWiderstand 540a) mittels der Lampe 540/ die Dauer der Umkehrimpulse.

Fig. 17A zeigt eine abgewandelte Speisung der Lampe durch den Tacho-Generator. Anstatt unmittelbar (wie in Fig. 17) ist die Lampe 601c⁵ an den Integrierkreis (60If", 601 c\ 601c⁴) über eine Zenerdiode 601 r". welche nur dann leitend wird, wenn die Spannungam Widerstand 60Ir¹ einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, sowie über einen Transistor 601 f* in Serie mit einer Batterie 601 r" angeschaltet wird.

Das Lichtsignal der Lampe 501 r' oder 601 r' kann auch zur Steuerung der Impulsamplitude Her UmkchrMromimpulse benutzt werden (Fig. 17). Zu diesem Zweck ist in der Energielieferungsschaltung für die Umkehrimpulsc eine Impedanz vorgesehen, die im umgekehrten Verhältnis 7ur Größe des Ausgangssignals veränderlich ist. Die Lampe 501c' beaufschlagt einen weiteren Fotowiderstand 5416, der über einen Verstärker 541c einen Motor 54Id zur Betätigung eitles Regelwiderstandes 541 in Serie mit der Gleichstromquelle 503 der Umkehrimpuise steuert.

In den Fig. 18 und 19 ist eine weitere Anordnung der Anpassungssteuerung gezeigt, wobei wie vorher erläutert einstellbare Gleichstromquellen (604a, 603a) sowie elektronische Schalter (606, 605) für die Bearbeitungs- bzw. Umkehrimpuise vorgesehen sind und zusätzlich Stellglieder (641,641') zur Einstellung der Impulsamplituden. Ein wesentliches Merkmal dieser Ausführung liegt darin, den Leistungsschalter 606 so lange leitend zu halten, als er von der Signalquelle 645 ein Signal, entweder als Gleichstrom oder auch als Impulsfolge, erhält. Solange der Schalter 606 leitet, wird aus der Quelle 604 ein ununterbrochener Gleichstrom über den Arbeitsspalt G geliefert, der

ίο das Werkstück elektrochemisch erodiert.

Ein in Serie mit der Hauptbearbeitungsstromquelle 604 liegender Widerstand 646 liefert ein Spannungssignal, das der Amplitude des Bearbeitungsstromes proportional ist und einem Schwellenwertiuswerter 647 (Schmitt-Trigger) mit einstellbarer Schwelle (648) zugeführt wird. An dessen Ausgang erscheint bei bestimmtem Ausmaß der Passivierung (mit entsprechender Stromstärkenabnahme) ein Signal, das in einem Trigger-Generator 649 (monostabiler Multivibrator mit einstellbarer Zeitkonstante) einen Steuerimpuls vorhestimmter Dauer auslöst Dieser Impuls unterdrückt das Signal aus der Quelle 645, so daß der Schalter 606 sperrt.

Mittels der Organe 646 bis 649 fühl ί eine Passivierung unmittelbar zur Beendigung des Bearbeitungsimpulses, weswegen eine Vorherbestimmung der Dauer der einzelnen Bearbeitungsimpulse nicht erforderlich ist und eine vollständig angepaßte Steuerung des Bearbeitungsimpulses erreicht wird.

Sobald der Schwellenwertauswerter 647 die Beendigung des Hauptstromimpulses auslöst, stößt er auch

- gegebenenfalls über ein Verzögerungsnetzwerk 612

- einen Trigger-Generator 607 (monostabiler Multivibrator des vorstehend beschriebenen Typs) an, der, wie ebenfalls bereits beschrieben, für eine angepaßte gesteuerte, von dem Ausmaß der Passivierung bestimmte Dauer den Schalter 605 schließt und somit den Umkehrimpuls freigibt.

Der Schaltkreis gemäß Fig. 18 enthält zusätzlich hierzu eine auf Kurzschluß im Spalt ansprechende Abschaltschleife. An einem die Elektrode und das Werkstück überbrückenden Potentiometer 650 kann ein Teil der Spaltspannung abgegriffen werden (vgl. Fig. 19), der gleichfalls über einen Schwellenwertschalter 651 (Schmitt-Trigger mit - bei 651 b - einstellbarem Schwellenwert) den Triggergenerator 652 betätigt (monostabiler Multivibrator), dessen Ausgangssignal das Signal der Quelle 645 unterdrückt und den elektronischen Schalter 606 sperrt.

InFig. 19 ist diese Schaltungsanordnung im einzelnen gezeigt. Wenn der Arbcitsspaltstrom unterhalb eines > estimmten Niveaus absinkt, derart, daß die am Widerstand 646 abgegriffene Spannung unterhalb des mittels Widerstand 647c festgelegten Schwellenwertes des Schmitt-Triggers 647 liegt, wird der Transistor 647a leitfähig gemacht und der Transistor 647b blokkiert. Das Ausgangssignal am Transistor 647b wird differenziert (653) und über eine Diode 653r dem monostabilen Multivibrator 649 zugeführt.

Der normalerweise leitende NPN-Transistor 649b dieses Multivibrators wird nichtleitend und macht damit den normalerweise nichtleitenden Transistor 654 α in eitlem Gatter 654 leitend, wodurch jedes aus der Hauptsteuerüngsquelle 645 kommende Signal unter^

drückt und der Schalttransistor 606 ausgeschaltet wird. Die Aüsschaltdauer ist festgelegt durch die Zeitkonstante (649c, 649d) des Multivibrators 649.
Wie bereits erwähnt, dient das Ausgangssignal des

Schwellenwertvergleichers 647 auch zur Erzeugung des Umkehrimpulses. Zu diesem Zweck ist der Ausgang (649ö) des Multivibrators femer über ein Verzögerungsnetzwerk 612 (variabler Widerstand 612a, variabler Kondensator 612b) und über ein weiteres Differenzierglied 613 (Unijunction-Transistor 613a, Kopplungstransformator 613b, Diode 613c) mit einem Transistor 607 a des Multivibrators 607 verbunden. Das Differentiationsnetzwerk 613 liefert einen positiven Triggerimpuls an die Basis des Transistors 607a, um den normalerweise leitenden Transistor 607ö nichtleitend zu machen.

Dessen Ausgangssignal am Widerstand 607c wird über einen Verstärkertransistor 656 und eine Diode 656a an den elektronischen Schalter 605 gegeben. Die Dauer der Umkehrstromimpulse wird von der Zeitkonstante (607c/, 607e) des Multivibrators 607 festgelegt. Ein Schalter 657 in Serie mit einer Spannungsquelle 657a für die Transistoren des Schaltkreises 647,649,613 und 607 dient dazu, die Gesamtapparatur ein- und ^.szuschalten.

Die herei's genannte Kurzschlußabschaltschleife enthält zwischen dem Schmitt-Trigger 651, dessen Schwellenwert mittels Widerstand 651/) einstellbar ist, und dem monostabilen Multivibrator 652 ein Differenzierglied 658. Das Ausgangssignal des Transistors 652a macht den normal nichtleitenden Transistor 6546 des Gatters 654 leitend, um das aus Jer Steuersignalqudle 645 gegebene Einschaltsigna! zu unterdrücken und den Schalter 606 zu sperren. Die Dauer dieser Sperrung wird durch die Zeitkonstante (652fc, 652c) de·; Multivibrators festgelegt; sie soll genügend lang sein, um es der Betätigungsperson zu ermöglichen, die Störung zu beseit.jjen. Das Ausgangssignal des Multivibrators 652 kann auch dazu benutzt werden, falls gewünscht, den Mi. livibrator 607 zu triggern und den Negativimpuls zu erzeugen zwecks Ausschaltung von Pseudokurzschlussen, die bei konstantem Elektrodenvorschub infolge von Passivierungsfilmen vorkommen.

Fig. 20 verdeutlicht die Arbeitsweise der Anordnung gemäß Fig. 18 und 19. Der Bearbeitungsstromimpuls P₁ endet bei dem Zeitpunkt /, als Folge zunehmender Passivierung (Stromstärke sinkt unter einen vorbestimmten Schwellenwelt). Gleichzeitig wird, falls kein Verzögerungsnetzwerk 612 vorhanden ist, der Umkehrimpuls P₂ erzeugt, der bei I₂ mit der Erzeugung eines weiteren Bearbeitungsstromimpulses P, endet (Kurve a). Die Dauer des Umkehrimpulses kann herabgesetzt werden (Kurve b) und durch entsprechende Bemessung der Zeitkonstanten 649 bzw. 607 kann auch eine Zeitspanne L zwischen der Beendigung des Umkehninpulses und dem Beginn des nächsten Bearbeitungsimpulses P, erzeugt werden (Kurve c). Das Verzögerungsnetzwerk 612 setzt die Zeitspanne vor der Einleitung des Negativimpulses P₂ fest.

In Fig. 21 ist eine Anpassungssteuerung für elektrochemische Bearbeitung gezeigt, bei dor Änderungen der Fließgeschwindigkeit der Elektrolytflüssigkeit als Eingabe verwendet werden. Die Elektrolytflüssigkeit wird dem Arbeitsspalt durch das Innere der Werkzeugelektrode 701 über eine Leitung 760 und eine Pumpe 761 aus einem Reservoir 762 zugeführt, Überschüssige Elektrolytflüssigkeit, die das maximale Aufnahmevermögen des Spaltes übersteigt, wird durch ein Entlastungsventil 761a dem Reservoir 762 wieder zugeführt, und zwar über eine Leitung 7616, die mit einem Fließgeschwindigkeitsmeßgerät 763a versehen ist.

Bei konstanter Elektrolytzufuhr bleibt auch der Druck des im Kreislauf geführten Elektrolyten am Arbeitsspalt konstant und demzufolge auch die Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors 763« des Fließgeschwindigkeitsanzeigegerätes (beispielsweise unterhalb Einern bestimmten Schwellenwert), solange der Arbeitsspalt konstant bleibt. Ein Druckanstieg des Elektrolyts am Arbeitsspalt erfolgt aber, sobald die Arbeitsspaltbreite bei einer gleichbleibenden Elektrolytzufuhr sich als Ergebnis einei übermäßigen Entwicklung eines Passivierungsfilmes oder einer Ionenanreicherung verringert In einem solchen Fall erhöht sich die Fließgeschwindigkeit in der Nebenleitung und i.ies wird durch den Geschwindigkeitsmesser 763 angezeigt. Die Ausgangsspannung des Geschwindigkeitsmeßgerätes wird mit einer Bezugsspannung 764 verglichen, so daß ein Ausgangssignal nur dann an den Polklemmen 765 erscheint, wenn die Spaltbedingungen eine abträglich große Passivierung zeigen.

Um den Schaltkreis gemäß Fig. 21 in Verbindung mit dem auf photoelektrischem Wege in seiner Zeitkonstante veränderbaren Multivibrator gemäß

»5 Fig. 17 zu verwenden, ist es nur nötig, den Anschluß 765 mit einer Lampe 701c⁵ zu verbinden (beispielsweise gemäß Fig. 21A); die Lampe wirkt mit der Kadmiumsulfidzelle 735 zusammen. In einer Abwandlung dieses Schaltkreises kann die Kadmiumsulfidzelle durch einen Transistor ersetzt werden (Fig. 21 B); dieser Transistor wirkt bei 735a als ein variabler Widerstand, der durch das Potential zwischen seinen Basis-Emitter-Elektroden gesteuert wird. Die Anschlüsse 765 sind dann mit den Basis-Emitter-Elektroden dieses Transistors verbunden. In Fig. 21c ist der Zeitgebungskondensator (534 in Fig. 17) des Multivibrators, der die Dauer der Umkehrstromimpulse steu.rt, durch eine Kapazitäts-Diode 734 ersetzt; die Anschlüsse 765 sind dann über

4» diese Kapazitätsdiode verbunden, jm die Zeitkonstante des Multivibrators und damit auch die Dauer der Bearbeitungsimpuhc einzustclien.

Wie bereits erwähnt, können auch andere Parameter außer der Elektrolytfließgeschwindigkeit herangezogen werden, beispielsweise die Elektrolyttemperatur gemäß Fig. 22 Ein Heißleiter (Thermistor) 870 mißt die Temperatur des ankommenden Elektrolyts. Der Elektrolyt verläßt den Arbeitsspalt mit einer höheren Temperatur und komm! mit einem weiteren Thermistor 871 in Berührung Der Temperaturunterschied, der bei konstantem Elektrodenvorschub eine Funktion der Spaltdimensionen ist. wird durch das an den Widerstanden 872 abgenommene Signal repräsentiert, das eine entsprechende Leitfähigkeit des Transistors 873 bewirkt. Das Ausgangssignal aus 865 kann ausgenutzt werden, wie in den Fig. 21 A, 21 B und 21C gezeigt und erläutert.

In der Anordnung gemäß Fig. 23 werden optische Eigenschaften des Elektrolyts zum Zwecke der Steuerung ausgenützt. Ein Teil der Leitung 961/) vom Arbeitstank 962a zum Reservoir 962 ist durchsichtig und diese Stelle ist auf der einei, Seite mit einer Lampe 970 und dem Linsensystem 970a versehen. Auf der anderen Seite der durchsichtigen Elektrolytleitung ist

eine Aufnahmelinse 970b angeordnet, die das durchscheinende Licht einem Prisma 970c zuführt, von dem es auf eine Kadmiumsulfid-Photozellc 963 gerichtet Wird, Letztere ist mit einer Gleichstromquelle 963a

und einem Potentiometer 963b in Serie geschaltet. Dessen Abgriff steuert zusammen mit einer Bezugsspannungsquelle 964 die Leitfähigkeit eines Transistors 973, Dieses System beruht darauf, daß sich jede Veränderung der Spaltzus_tandsbedingungen infolge von Passivierung in einer Änderung der Lichtdurchlässigkeit des Elektrolyts auswirkt und infolgedessen auch in der Leitfähigkeit des Transistors 973, weiterhin in der Intensität der in Serie mit diesem Transistor und einer Gleichstromquelle 901c⁹ geschalteten

Lampe 901c⁵ und schließlich in der Leitfähigkeit eines Photowiderstandes 935 in der die Impulsdauer bestimmenden Schaltung des monostabilen Multivibrators.

Die Schaltkreise gemäß den Fig. 21 bis 23 können wie die zuvor beschriebenen zur Erzeugung der positiven und negativen Impulse benutzt werden.

Patentschutz wird nur für die Gesamtheit der Merkmale jedes Anspruches, aiso einschließlich seiner Rückbeziehung, begehrt.

Hierzu 13 Blatt Zeichnungen

Claims (15)

1. Patentansprüche:

   ]. Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung von Werkstücken mittels eines Bearbeitungsstromes aus steil ansteigenden und abfallenden Hauptstrormmpulsen einer Polarität und aus in die Pausen der Hauptstromimpulse eingefügten, steil ansteigenden und abfallenden Impulsen umgekehrter Polarität, dadurch ge kennzeich net, ίο daß die Dauer der Umkehrstromimpulse, die Dauer der Zwischenzeiten zwischen der Abfallflanke eines Hauptstromimpulses und der Anstiegsflanke des eingefügten Umkehrstromimpulses sowie die Dauer der Zwischenzeiten zwischen der Abfallflanke eines Umkehrstromimpulses und der Anstiegsflanke des nachfolgenden Hauptstromimpulses jeweils für sich oder in Kombination miteinander oder in Kombination mit der Dauer der Hauptstromimpulse in Abhängigkeit *° von den Sp.-.'tbedingungen und/oder von vorherbestimmten Optimalbedingungen der Bearbeitung gesteuert werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Umkehrstrom- *5 impulse kurzer gewählt wird als die Dauer der Zwischenzeiten zwischen den Hauptstromimpulsen und daß die Verzogerungen zwischen dem jeweiligen Inipulsbeginn jeweils nach dem Ende des viii angegangenen Impulses vorbestimmt auswahlbare Zeitabschnitte sind.
3. 3. Verfahn-n nach einem der Ansprüche 1 oder

   2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest bei den Hauptstromimpulsen Gas während eines jeden Impulses infolge eier AtisfrJdung eines Passivierungsfilmes auf den Oberfläche η bei gleichbleibender Spannung an sich zu beobachtende Absinken der Stromstarke ausgeglichen wird durch eine kompensierend ansteigende Form des jeweiligen Spannungssignals.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis

   3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Amplitude der Umkehrstromimpulse hoher wählt als die Amplitude der Hauptstromimpulse.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstärkenamplitude der Umkehrstromimpulse das 1 - bis 2fachc der Amplitude der Hauptstromimpulse beträgt und das zeitliche Verhältnis der Dauer der Zwischenzeiten zwischen den Hauptstromimpulsen zu der Dauer der Umkehrstromimpulse etwa wie 3: 1 gewählt wird.
6. (V Verfahren nach einem der Ansprüche I ms 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch fortwährende Messung mindestens eines der Parameter iler Spaltbedingungen das Ausmaß des sich hüllenden Passiv ierungsfilms automatisch aufgespürt lind durch Steuerung der im Anspruch 1 genannten Impulszeiten und oder der Amplituden der Impulse der Aufbau dieses Passivicrungsfilms Während eines jeden Hauptstromimpulses auf ein festgelegtes Ausmaß beschränkt ist.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beschränkung der Ausbildung des Passivicrungsfilms oder auch der Ionenanreicherung im Arbeitsspalt die Steuerung der Dauer der Umkehrstromimpulse derart erfolgt, daß sie gerade das nodh ausreichende Minimum darstellt, das zur Entfernung des während des Hauptstromimpulses ausgebildeten Passivierungsfilmes ausreicht.
8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausmaß der Ausbildung eines Passivierungsfilms durch fortwährende Messung mindestens eines der folgenden Parameter gemessen wird:

   a) Geschwindigkeit der servogesteuerten Relativbewegung der Elektrode in Richtung zum Werkstück unter Aufrechterhaltung eines vorbestimmten Spaltes,

   b) Stromstärke über den Arbeitsspalt hinweg bei konstanter Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode,

   c) Spannung über dem Spalt bei konstanter Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode,

   d) Fließgeschwindigkeit der Elektrolytflüssigkeit durch den Spalt hindurch,

   e) Temperaturanstieg der Elektrolytflüssigkeit während der Durchquerung des Spaltes und

   f) Lichtdurchlässigkeit der Elektrolytflüssigkcit nach Verlassen des Arbeitsspaltes.
9. 9. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit einer ersten Gleichstromquelle für den Hauptstrom, einer zweicen Gleichstromquelle für «len Umkehrstrom und elektrt nischen Schaltern zum Ein- und Abschalten der zwei entgegengesetzt gepolten Gleichstromquellen an den Bearbeitungsspalt, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Schalter zur periodischen und abwechselnden Erzeugung von Haupt- bzw. Umkehrstromimpulsen mit einem Taktgeber verbunden sind, daß einstellbare Verzögerungsschaltkreise zur Erzeugung von Zwischenzeiten zwischen dem Abschalten und Einschalten der aufeinanderfolgenden Stromimpulse vorhanden sin j, und daß Fühler vorgesehen sind die mindestens auf einen der Bearbeitungsparameter ansprechen und sowt 'ίΙ die Dauer der Haupt- bzw. Umkehrstromimpulse als auch die Dauer der /wischen diesen Impulsen liegenden Zeitintervalle, insbesondere die Beendigung des Hauptstromimpulses und die Einleitung des Umkehrstromimpulses, steuern
10. 10. Einrichi'ing nach Anspruch y, gekennzeichnet durch einen Transistormultivibrator als Taktgeber.
11. 11. Einrichtung nach einem der Anspruches» bis K)₁ dadurch gekennzeichnet, daß als elektronischer Schalter ein gesteuerter Gleichrichter oder ein Paar in Serie dient.
12. 12. Einrichtung nach einem der Ansprüche V bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als elektronischer Schalter eine Schiene mit parallel verbundenen Transistoren dient, deren Anzahl den Spit zenwert fur die Amplitude der über den Arbeitsspalt geschickten Stromimpulse gibt.
13. 1 3. Einrichtung nach Anspruch 1 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzogcrungsschaltung einen Unijunction-Transistorcnschaltkreis enthält.
14. 14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, daduich gekennzeichnet, daß die Fühler ein Organ zur Abtastung der Lichtdurchlässigkeil des den Arbeitsspalt verlassenden Elektrolyts und zur Ausgabe entsprechender Steuersignale enthält.
15. 15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9

    bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühler ein Organ zur Abtastung des Druckes in der Elektrolytflüssigkeit bei der Durch/Iutung des Arbeitsspaltes und zur Ausgabe entsprechender Steuerungssignale enthält.

    Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung von Werkstücken mittels eines Bearbeitungsstromes aus steil ansteigenden und abfallenden Hauptstromimpulsen einer Polarität und aus in die Pausen der Hauptstromimpulse eingefügten, steil ansteigenden und abfallenden Impulsen umgekehrter Polarität, sowie die Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

    Ein derartiges Verfahren ist bekannt (»Industrie-Anzeiger« 89. Jg., Nr. 23, Seiten 465 bis 467, insbesondere Seite 466 Bild 1), wobei die Impulsdauer der L'rnkchrimpulsc gleich der Zwischenzeit zwischen den Bearbeitungsimpulsen ist.

    Bekannt sind auch die bei den elektrochemischen Bearbeitungssystemen auftretenden Probleme, die vorwiegend darin bestehen, daß in der Gegend der dem Werkstuck angenäherten Werkzeugoberfläche eine Ionenanreicherung und oder auf der Werkstückoberfläche eine Oxydfilmbildung auftritt (US-PS 3 357912). Infolgedessen stellt sich in dem Eiektrodenarbeitsspah eine als »Passivierung« bezeichnete Erscheinung ein, der mit verschiedenen Mitteln entgegengewirkt werden kann. Zur Bearbeitung von Materialien wie Wolframcarbid ist es erforderlich, die Polarität periodisch umzukehren, um eine optimale Bearbeitung zu erzielen. Bei ilen meisten der bisher benutzten Systeme, welche mil periodischer Stromumkehr fur die elektrolytische Bearbeitung arbeiten, sind in Oberlagerung zum Bearbeitungshauptstrom phasenungleiche Wechselstrom- oder pulsierende Gleichstromin.pulse verwendet worden, so daß die Wellenform des Bearbeitungshauptstromes und ebenso auch die Wellenform des Umkehrstromes im allgemeinen als sinusförmig, zumindest als abgerundet auftrat.

    Diese periodische Stromumkehr reicht aber nicht aus, um das Problem der Passivierung befriedigend zu losen. Man hat zusätzlich die verschiedensten Hilfsmittel vorgeschlagen vnd angewendet, wie zusätzliche Funkenentladungen, mechanisch wirkende elektrische Schockwellen ei.ier hohen Energie, Vibrationen, Ultraschall, hoher Druck und hohe Geschwindigkeit der strömenden Eltktrolytflüssigkeii

    Man hat auch, bisher jedoch vergeblich, versucht, die in der letzten Zeit entwickelten Anpassungsstcuerungen auf elektrochemische Bearbeitungssysteme zu übertragen: die Ergebnisse waren unbefriedigend, weil die große Anzahl der zu beachtenden Parameter ui,d ihre gegenseitige Abhängigkeit stört. Die elektrochemische Bearbeitung erfordert namüch eine Relativbewegung des Wertstückes und der Elektrode in Richtung einer gegenseitigen Annäherung, die entweder kontinuierlich ausgeführt oder durch einen Servomechanismus, der auf die Bedingungen im Bearbeitungsspalt anspricht, gesteuert wird; bei diesen Relativbcwcgungen ändert sich nicht nur Druck und Fließgeschwindigkeit des Elektrolytes an den verschiedenen Stellen des Sps'tes, sondern es verändert sich auch seine Zusammensetzung und seine Temperatur und außerdem ändert sich die Stromstärke und die Spannung mit der Ionenanreicherung, der Passivierung, der Unterschiedlichkeit in den Elektrolyteigenschaften und in den Veränderungen der Spaltbreite.

    Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe bestand nun darin, ein verbessertes Verfahren nebst der zugehörigen Einrichtung der eingangs geschilderten

    ίο Art zu schaffen, das durch eine Anpassungssteuerung an den elektrochemischen Bearbeitungsprozeß auch bei Bearbeitung unterschiedlicher Materialien gleichzeitig ein Maximum an Entpassivierung und ein Minimum an Werkzeugabnutzung zwecks Verbesserung von Bearbeitungsgeschwindigkeit und -genaviigkeit gewährleistet. Die Lösung der vorliegenden Aufgabe besteht erfindungsgemäß im wesentlichen in einer Abwandlung der an sich bekannten periodischen Umpolung des Bearbeitungsstromes unter Verwendung

    von Steilfrontwellenimpulsen, derart, daß die Dauer dtr Umkehrstromimpulse, die Dau· der Zwischenzeiten zwischen der Abfaiifianke eines Hauptstromimpulses und der Anstiegsflanke des eingefügten Umkehrstromimpulses sowie die Dauer der Zwischenzeiten zwischen der Abfaiifianke eines Umkehrstromimpulses urd der Anstiegsflanke des nachfolgenden Hauptstromimpulses jeweils für sich oder in Kombination miteinander oder in Kombination mit der Dauer der Hauptstromimpulse in Abhängigkeit von den Spaltbedingungen und oder von vorherbestimmten Optimalbedingungen der Bearbeitung gesteuert werden.

    Die Anpassungssteuerung unter Beeinflussung der Zeitgebung für die jeweilige Impulsdauer ermöglicht einerseits auch bei t-inem kontinuierlichen Elektrodenvorschub die Beibehaltung einer gleichbleibend optimalen Stromstärke, weil die bei einer gleichbleibenden Relativbewegung der Elektrode zum Werkstuck hin erforderliche Regulierung der Beaibeitungsgeschwindigkeit zwecks Aufrechterhaltung eines im wesentlichen konstanten Bearbeitungsspaltes zwischei Werkzeugelektrode und Werkstück leicht durch dip Einschaltung von mehr oder weniger langen impulsfreien Zwischenzeiten zwischen den Bearbeitungsstromimpulsen ermöglicht ist. Andererseits kann durch die Steueiung der Zeitgebung für die jeweilige Dauer der Umkehrstromimpulse eine genaue Einhaltung des gerade noch zulässigen Ausmaßes des Passivierungsfilmes ohne unnötige Werkzeugabnut/ung erzielt werden.

    Darüber hinaus hat es sich aber herausgestellt, daß überraschenderweise auch die zeitliche Zuordnung der jeweiligen impulsfreien Zwischenzeiten zu den verschiedenen Stromimpulsen von Einfluß auf den Bearbeitungserfolg ist: Bei Wolframkarbidkorpern erzielt man die bester Bearbeitungserfolgc. wenn die Anstiegsflanke der Umkehrstromimpulsc im wesentlichen mit der Abfallflanke des vorhergehenden Bearbeitungsstromimpulses übereinstimmt und die impulsfreie Zwischen.eit nachgeschaltet ist; bei der Bearbeitung von Eisenkörpern jedoch erzielt man die besten Ergebnisse, wenn die impulsfreie Zwischenzeit vorangeschaltet ist und die Abfallflanke des. Umkehrstromimpulses mit der Anstiegskante des nachfolgenden Bearbeitungsstromimpulses übereinstimmt; bei der Bearbeitung von Kupfer und von Kupferzinklegierungen erhält man die besten Ergebnisse, wenn die Umkehrstromimpulse praktisch in der Mitte zwischen