DE2100394A1

DE2100394A1 - Verfahren zur Bearbeitung eines Werk Stuckes durch Funkenerosion

Info

Publication number: DE2100394A1
Application number: DE19712100394
Authority: DE
Inventors: Cornells van Veeke Adriaan Abraham van der Emmasingel Eindhoven Osenbruggen (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1970-02-04
Filing date: 1971-01-07
Publication date: 1971-08-12
Also published as: CA921987A; NL7001538A; SE374879B; US3757073A; CH521197A; FR2078198A5; GB1342036A; DE2100394B2

Description

DipL-Ie-. P.-J. KlTFERMANN

Anmelder: N.γ. philips' Gloeiiampenfabriefcen. PHN. 46Og

Akte No. PHlT- 4603
Anmelduna vom» 5. Jan« 1.971 ^{Va WJM#}

Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstückes durch Funkenerosion

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstückes durch Funkenerosion, bei dem in einem Entladungsraum, der durch das Werkstück und eine Arbeitselektrode, die an eine Speisequelle angeschlossen sind, gebildet wird, ein Durchschlag herbeigeführt wird, und bei dem die elektrische Stromdichte in einem Entladungskanal nahezu konstant gehalten wird. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.

Eine derartige Vorrichtung und ein derartiges Verfahren sind aus der niederländischen Patentanmeldung 6704507 (PHN 2377) bekannt. Nach dieser Patentanmeldung soll mit Rücksicht auf die Abnutzung der Arbeitselektrode die Stromdichte

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im Entladungsraum einen bestimmten Wert nicht übersteigen. Andererseits muss die Stromdichte aber genügend gross sein, um eine möglichst grosse Materialabhebung vom Werkstück zu erhalten. Nach der erwähnten Patentanmeldung kann ein optimales Ergebnis dadurch erzielt werden, dass man die Strom— amplitude der elektrischen Impulse während der Impulsdauer zunehmen lässt, wobei die Impulse eine steile Vorder- und Hinterflanke aufweisen. Wenn die Oberfläche des Entladungskanals während der Impulsdauer proportional mit der Stromamplitude zunimmt, ändert sich die Stromdichte im Entladungskanal nahezu nicht. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass die Oberflächen der Entladungskanäle, die nacheinander im Entladungsraum gebildet werden, ungleich sind, so dass bei gleichbleibenden Stromamplituden der elektrischen Impulse die Stromdichten in den sich nacheinander bildenden Entladungskanälen ungleich sind.

Das Verfahren nach der Erfindung beseitigt diesen Nachteil. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass zum Zeitpunkt des Durchschlags eine stabilisierte Spannungsquelle an den Entladungsraum angeschlossen wird.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine optimale Stromdichte in einer Entladung sich mit einem an der Stelle der Entladung konstanten Spannungsabfall über dem Entladungsraum erhalten lässt. Dadurch wird die Stromdichte in einem Entladungskanal pro Entladung geregelt.

Während bei dem Verfahren nach der älteren Patentanmeldung der Strom im Entladungsraum einen vorher eingestellt

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ten Wert aufweist und dio Stromdichte in einem Entladungskanal durch den Verlauf der Stromamplitude des elektrischen Impulses und durch dio Oberfläche des Entladungskanals bestimmt wird, wird bei dem erfindungsgemässen Verfahren der Strom durch den Entladungskanal bestimmt; mit anderen Worten: bei Änderung des Entladungskanals ändert sich auch der Strom.

Es sei bemerkt, dass die Verwendung zweier Spannungsquellen bei Funkenerosion u.a. aus der deutschen Patentschrift 1.29'(.H)O an sich bekannt ist. Nach dieser Patentschrift ist eine Gleichspannungsquelle, deren Spannung die Bogenspannung der Entladung überschreitet, aber die Zündspannungunterschreitet, dauernd über dem Entladungsraum angeordnet. Die Entladung wird durch der Gleichspannung überlagerte Spannungsimpulse gezündet und gelöscht. Dies hat den Zweck, die Energie, die der Impulsgenerator liefern muss, niedrig zu halten.

In der deutschen "Auslegeschrift" 1.2°·9·2θ4 werden von einer Gleichspannungsquelle Entladungen geringer Energie im Entladungsraum gezündet. Auf diese Weise wird geprüft, ob der physikalische Zustand des Entladungsraumes derartig ist, dass darin Arbeitsentladungen hoher Energie mit Hilfe eines Impulsgenerators gezündet werden können.

Sowohl in der erwähnten Patentschrift als auch in der erwähnten "Auslegeschrift" werden die beiden Spannungsquellen zu einem anderen Zweck als bei dem erfindungsgemässen Verfahren verwendet.

Das Verfahren nach der Erfindung ist weiter dadurch

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gekennzeichnet, dass die von der stabilisierten Spannungsquelle gelieferte Spannung von einem Steuersignal über dem Entladungsraurn angelegt wird. Dieses Steuersignal wird mit Hilfe eines Dii'f erenzierungsnetzwerkes von der Spannung über dem Entladungsraum abgoleitet.

Auch kann von der Spannung über dem Entladungsraum ein zweites Steuersignal abgeleitet werden, mit dessen Hilfe die Grosse der von der stabilisierten Spannungsquelle gelieferten Spannung über dem Entladungsraum geregelt wird.

Eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung, bei der in dem Kreis der stabilisierten Spannungsquelle ein Schalter aufgenommen ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem Steuersignalkrois zwischen diesem Schalter und dem Entladungsraum ein monostabiler Multivibrator aufgenommen ist. Dieser monostabile Multivibrator verlängert die Impulsdauer eines an seinen Eingang angelegten Impulses.

Nach .einem weiteren Merkmal einer Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemässen Verfahrens ist zwischen dem monostabilen Multivibrator und dem Schalter ein Verstärker angeordnet.

Dieser Verstärker kann aus zwei als Emitterfolger geschalteten Transistoren bestehen.

Eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemässen Verfahrens, bei der die Spannung über dem Entladungsraum nicht nur geschaltet, sondern auch in der Grosse geregelt wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker ein Differenzverstärker ist, von dem ein Eingang mit einer

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Bezugssparuiungsquelle und der zweite Eingang mit einem über dem Entladungsraum angeordneten Spannungsteiler verbunden ist.

In den erwähnten Vorrichtungen kann in dem Steueraignalkreis zwischen dem Entladungsraum und dem monostabilen Multivibrator ein bistabiler Multivibrator aufgenommen sein.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Figuren 1 und 3 zwei Ausführungsbeispiele einer

Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung, und

Figuren 2 und k die Spannungsimpulse an verschiedenen Punkten in den Vorrichtungen nach den Figuren 1 und 3·

In Fig. 1 ist der Impulsgenerator mit 3 bezeichnet. Die mit den Klemmen des Impulsgenerators verbundene Arbeitselektrode und das Werkstück bilden den Entladungsraum 2. Dieser Entladungsraum ist weiter über eine Diode D₁ und einen Transistor T mit einer stabilisierten Spannungsquelle k verbunden. Zu dem Entladungsraum ist ein Differenzierungsnetzwerk C. ,R₁,R₂ parallel geschaltet. Der Ausgang dieses Differenzierungsnetzwerkes ist an die Basis des Transistors T„ angeschlossen. Ein monostabiler Multivibrator 5 ist über einen Kondensator C₂ mit dem Kollektor des Transistors T„ verbunden, während der Ausgang dieses monostabilen Multivibrators mit der Reihenschaltung zweier Emitterfolger T₁ und T„ verbunden ist. Der Ausgang dieser Schaltung ist an die Basis des Tran sistors T angeschlossen. Zu der Speisequelle k ist ein Puffer-

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kondensator C, para 11 ο I yeschal I-ο t .

Die Schaltungsanordnung wirkt wie l"olgt: Vom Generator 3 werden Zündiinpulse kurzer Zeitdauer und hoher Spannung geliefert; dadurch treten regelmässig Entladungen im Entladungsraum 2 auf. In Fig. 2 sind die Spannungsimpulse, die an den Punkten A (Fig. 2a), B (Fig. 2b), C (Fig. 2c) und D (Fig. 2d) infolge eines Zündimpulses auftreten, dargestellt. In dieser Figur ist die Zeit als Abszisse und sind die positiven und negativen Spannungen als Ordinate aufgetragen. Zum Zeitpunkt des Durchsehlags nimmt die Spannung über dem Entladungsraum in einem sehr kurzen Zeitintervall t₁ auf die Bogenspannung ab (siehe Fig. 2a). Die vom Differenzierungsnetzwerk C.,R₁,R₂ gelieferte zeitliche Ableitung dieses Spannungsabfalls (siehe Fig. 2b) wird an die Basis des Transistors T„ gelegt. Dieser Transistor kehrt das Vorzeichen des Impulses um, wodurch sich dieser Impuls zum Schalten des monostabilen Multivibrators 5 eignet (siehe Fig. 2c). Am Ausgang des monostabilen Multivibrators tritt ein Impuls auf, dessen Impulsdauer t„ durch die einstellbare Zeitkonstante dieses Multivibrators bestimmt wird (siehe Fig. 2d). Die beiden Emitterfolger T₁ ,T~ leiten den vom monostabilen Multivibrator gelieferten Impuls unverzerrt an die Basis des Transistors T weiter, der infolgedessen leitend wird. Die Ausgangsimpedanz der beiden Emitterfolger ist genügend niedrig, um den Impuls in ausreichendem Masse weiterzuleiten. Dadurch, dass der Transistor T leitend ist, wird die Entladung während der Impulsdauer tg von der Speisequelle k und

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dem Puliorkonilensator C auf reehterlialten. Der Pufferkondensator bietet den Vorteil, dass in kurzer Zeit eine grosse Menge Ladung abgegeben werden kann. Der Pufferkondensator wird von der stabilisierten Spannungsquelle k aufgeladen.

Am Ende der Impulsdauer t kehrt der monostabile Multivibrator in seinen ursprünglichen Zustand zurück. Die Transistoren T und T und auch der Transistor T werden sperrend. Die Bogenentladung über dem Entladungsraum erlischt. Bei einem nächsten Impuls des Generators 3 wiederholt sich der Zyklus.

Der Pufferkondensator C~ ist derart gross gewählt, dass die Menge Ladung, die während der Bogenentladung über dem Entladungsraum abgegeben wird, nur eine geringe Spannungsabnahmt!, z.B. von höchstens 0.1 V, zur Folge hat.

In Reihe mit dem Transistor T kann noch eine

Schutzdiode D₁ angeordnet werden, die verhindert, dass der Zündimpuls über dem Transistor T auftreten wird. Die Arbeitspunkte der Transistoren T_t und T„ werden mit Hilfe der negativen Spannungsquelle 6 eingestellt. Zur Herabsetzung des Spannungspegels des Impulses am Eingang des monostabilen Multivibrators sind der Kondensator C₂ und der Widerstand R„ angebracht. Es sei noch bemerkt, dass der Transistor T„ nur für die Umkehr des Vorzeichens des Impulses benötigt wird, damit der Impuls für den monostabilen Multivibrator geeignet gemacht wird. Statt des Impulsgenerators lässt sich auch eine Spannungsquelle zum Erzeugen einer Funkentladung verwenden. In der obenbeschriebenen Vorrichtung besteht der Schalter

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aus einem Transistor, Auch können mehrere Transistoren parallel geschaltet werden. Ferner können auch andere Schalter, wie Thyristoren, Anwendung finden. Der Spannungsabfall über einem leitenden Thyristor ist aber grosser als über einem leitenden Transist'or, Ausserdem können mit einem Thyristor nicht solche hohen Schaltfrequenzen wie mit dem Transistor erreicht werden.

In einem praktischen Ausführungsbeispiel der beschriebenen Vorrichtung wurden vom Generator 3 Zündimpulse von 300 V mit einer Impulsdauer (t) von 2 /usec geliefert. Der Strom während der Funkenentladung betrug h A. Die Bogenspannung war 20 V und wurde in 20 Nanosekunden erreicht.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung. In dieser Figur sind Teile, die denen in Fig. 1 entsprechen, mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Die Vorrichtung nach Fig. 3 unterscheidet sich darin von der nach Fig. 1, dass ein zusätzlicher Spannungsteiler R-,R^ über dem Entladungsraum angeordnet ist. Der Verstärkerschalter 8 ist in dieser Figur ein Differenzverstärker. Schliesslich ist statt einer Umkehrstufe ein bistabiler Multivibrator 7 angebracht.

Der Ausgang des bistabilen Multivibrators 7 ist mit dem monostabilen Multivibrator 5 verbunden, während einer der beiden Eingänge des Multivibrators 7 mit dem Differenzierungsnetzwerk C₁(R₁₁R₂ und der andere Eingang mit dem Ausgang des monostabilen Multivibrators verbunden ist. Das vom Spannungsteiler R-, Rz- herrührende Signal wird im Differenzverstärker 8 mit einer Bezugsspannung V , „ verglichen.

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In Fig. 4 sind wieder die Spannungsimpulse an den Punk ten A (Fig.'la), Π (Fig. 4b) , C (Fig. 4c) und I). (Fig. 4d dargestellt.

Die Vorrichtung wirkt wie i'olgt:

Der vom Differenzierungsnetzwerk herrührende Impuls kurzer Zeitdauer (Fig, 4b) ändert die Ausgangsspannung des bistabilen Multivibrators 7 vom positivem Sinne zu null. (Fig. 4c). Durch diesen Übergang tritt am Ausgang des mono- ' stabilen Multivibrators ein negativer Impuls auf, dessen Zeitdauer durch die Zeitkonstante dieses Multivibrators bestimmt wird (Fig. 4d). Dieser Impuls schliesst den Differenzverstärker an seine (nicht dargestellte ) Speisespannungsquelle an. Bisher war der Transistor T gesperrt, weil die Basisspannung gleich der Spannung an der negativen Klemme der Quelle 4 war. Beim Anschliessen des Differenzverstärkers an seine Speisespannung squelle bestimmt die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers die Basisspannung des Transistors T, Einem der gt Eingänge des Differenzverstärkers 8 wird eine Bezugsspannung V „ zugeführt, während dem anderen Eingang das vom Spannungsteiler R_,R^ herrührende Signal zugeführt wird.

Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 8 steuert den Transietor T derart, dass bei einer die Bezugsspannung unterschreitenden Spannung über Rg der Transistor T stärker leitend wird, wodurch die Spannung über dem Entladungsraum zunimmt. Wenn dagegen die Spannung über R^ die Bezugsspannung überschreitet, wird der Transistor T schwächer leitend und nimmt die Spannung über dem Entladungeraum ab. Die Spannung

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über dem Enlladungsraura wird also durch tilt» Bezugs spannung bestimmt. Der Spannungsabfall über dem Pul*i'erkondensator ist nun nicht mehr besonders wichtig und kann zwischen \ und 1 V variieren. Die Spannungsquelle h liefert eine Spannung, die einige Volts höher als die gewünschte Lichtbogenspannung ist.

Am Ende des vom monostabilen Multivibrator herrührenden Impulses wird der· bistabile Multivibrator geschaltet, wodurch sein Ausgang positiv wird. Die Speisespannung des Differenzverstärkers wird abgeschaltet und die Basisspannung des Transistors T wird wieder negativ, so dass der Transistor T wieder gesperrt wird. Bei einem nächsten Zündimpuls des Generators wiederholt sich der Zyklus.

Um zu verhindern, dass die hohe Zündspannung am Eingang des Differenzverstärkers auftritt, ist parallel zu dem Widerstand R^- eine Zenerdiode Z₁ angeordnet. Auch in diesem Ausfülirungsbeispiel wurden vom Generator 3 Zündimpulse von 300 V mit einer Impulsdauer von 2 /usec geliefert. Der Strom während der Bogenentladung betrug wieder k A. Die Bogenspannung war 20 V und wurde in 20 Nanusekunden erreicht.

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Claims

PHN. 460 3. -11-PATENTANSPRUCHE.

1. / Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstückes durch Funkenerosion, bei dem in einem Entladungsraum, der durch das Werkstück und eine Arbeitselektrode, die an eine Speisequelle angeschlossen sind, gebildet wird, ein Durchschlag herbeigeführt wird, und bei dem die elektrische Stromdichte in einem Entladungskanal im Entladungsraum nahezu konstant gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass zu dem Zeitpunkt des Durchschlags eine stabilisierte Spannungsquelle an den Entladungsraum angeschlossen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem von der Spannung über dem Entladungsraum ein Steuersignal abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Steuersignal die von der stabilisierten Spannungsquelle gelieferte Spannung über dem Entladungsraum schaltet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass von der Spannung über dem Entladungsraum ein zweites Steuersignal abgeleitet wird, mit dem die Grosse der von der stabilisierten Spannungsquelle gelieferten Spannung über dem Entladungsraum geregelt wird.

h_t Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 2, bei der in dem Kreis der stabilisierten Spannungsquelle ein Schalter aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Steuersignalkreis zwischen diesem Schalter und dem Entladungsraum ein monostabiler Multivibrator angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet,

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dass zwischen dem monostabilen Multivibrator und dem Schalter ein Verstärker angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker aus zwei als Emitterfolger geschalteten Transistoren besteht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker ein Differenzverstärker ist, von dem ein Eingang mit einer Bezugsspannungsquelle und der zweite Eingang mit einem über dem Entladungsraum angeordneten Spannungsteiler verbunden ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche k bis 7» dadurch gekennzeichnet, dass in dem Steuersignalkreis zwischen dem Entladungsraum und dem monostabilen Multivibrator ein bistabiler Multivibrator aufgenommen ist.

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