DE2944505A1

DE2944505A1 - Verfahren zur elektrolytischen metallbearbeitung, einrichtung zur durchfuehrung des verfahrens und einrichtung zur elektrolytischen metallbearbeitung

Info

Publication number: DE2944505A1
Application number: DE19792944505
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. 5632 Wermelskirchen Matthes
Original assignee: AEG Elotherm GmbH
Current assignee: SMS Elotherm GmbH
Priority date: 1979-11-03
Filing date: 1979-11-03
Publication date: 1981-05-14
Also published as: IT8050055A0; JPS5695534A; FR2468434A1; GB2062680B; IT1127910B; GB2062680A; JPH0116606B2; CH650434A5; DE2944505C2; FR2468434B1; US4331524A

Description

AEG-Elotherm Gesellschaft mit beschränkter Haftung

081379 Remscheid, 31.1ο.1979

Pat/Seiffert/Sw.

Verfahren zur elektrolytischen Metallbearbeitung, Einrichtung zur Durchführung des Verfahrene und Einrichtung zur elektrolytischen Metallbearbeitung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung eines metallenen Werkstücks, eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens und «ine Einrichtung zur elektrochemischen Bearbeitung eines metallenen Werk-Stücks.

Es ist eine Einrichtung zur elektrochemischen Metallbearbeitung der von der Erfindung getroffenen Art bekannt (▼gl. GB-PS 9kk 613), bei der im Falle eines Kurzschlusses zwischen der Bearbeitungs elektrode und dem zu bearbeitenden Werkstück die Speisung des Arbeitsspaltes mit dem Arbeitsgleichstrom unterbrochen und die Bearbeitungselektrode mittels ihres Antriebsmotors in eine KurzachluB-position zurückgefahren wird. Die Spülung des Arbeitsspalts mit dem flüssigen Elektrolyten wird dadurch erhöht und die Ursache des Kurzschlusses beseitigt. Danach wird die Bearbeitungselektrode mittels ihres Antriebsmotors wieder in ihre ursprüngliche Bearbeitungsposition vorgefahren und der Arbeitsvorgang durch Wiedereinschalten der

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Gleichstromquelle fortgesetzt.

Wegen der in Arbeitsstromkreie der Metallbearbeitungeeinrichtung elektrisch und/oder magnetisch gespeicherten elektrischen Energie, die trotz Abschaltung der Arbeitestromquelle im Kurzschlußfall zu Zerstörungen bzw. Beschädigungen am Arbeitsspalt führen kann, ist es bekannt (vgl. US-PS 37 79 888), parallel zu« Arbeitsspalt der Einrichtung einen oder mehrere parallel geschaltete elektrische Schalter zu schalten, die im Kurzschlußfall durch den Kurzschlußdetektor betätigt einen Entlastungsstromkreis schließen. Der Innemriderstand dieses Entlastungsstromkreises wird klein gegenüber dem Innenwideretand im Arbeitastromkreie gewählt, so daß die im Arbeiteetromkreie gespeicherte magnetische bzw. elektrische Energie über den Entlastungsstromkreis abführbar ist.

Es ist auch bekannt (vgl. US-PS 36 17 680), parallel zum Arbeitsspalt und parallel zur Gleichstromquelle neben dee erwähnten die Kurzschlußschaltvorrichtung enthaltenden Entlastungsstromkreis zur Verbesserung der Umlenkung des Kurzschlußstroms auf den Entlastungsstromkreis einen zweiten Hilfsstromkreis vorzusehen, der eine in Porst eines Kondensators ausgebildete Stromquelle enthält. Die Stromquelle ist mittels eines Übertragers in den zweiten Hilfe-Stromkreis eingeschaltet und wird im Kurzschlußfall mittels eines Thyristorschalters geöffnet. Es wird dadurch in dem zweiten Hilfsstromkreis eine zeitlich abnehmende impulsförmige Hilfsspannung wirksam, die am Arbeitsspalt anliegt und den Kurzechlußstrom über den parallel geschalteten Entlastungeetromkreie treibt.

Diese Einrichtungen weisen den Nachteil auf, daß bei eintretenden Kurzschlüssen Bearbeitungegenauigkeiten am zu bearbeitenden Werkstück eintreten. Die Ungenauigkeiten geben sich z.B. als wellenförmige Unebenheiten in einer ebenen Oberfläche zu erkennen. Diese Unebenheiten sind auf

Ungenauigkeiten in der Rückpositionierung der Bearbeitungs-

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elektrode, die im Kurzschlußfall aus ihrer Arbeitsposition in eine Kurzschlußposition zurückgefahren und nach Behebung der Kurzschlußursache zur Portsetzung des Bearbeitungsvorganges erneut in die Bearbeitungeposition vorgeo5 fahren wird, und ist auf Positionierfehler der Positionsvorrichtung, die die Bearbeitungselektrode verstellt, zurückzuführen· Es gelingt nicht, die ursprünglich· Bearbeitungsposition der Bearbeitungselektrode im Kurzschluß·» fall genau zu reproduzieren.

Bislang hat man derartigen Bearbeitungefehlern wenig Beachtung geschenkt· Die Erfindung befaßt sich mit der
Aufgabe, die im Kurzschlußfall auftretenden Bearbeitungsfehler zu reduzieren und den Zeitaufwand, der sich bei
der Umpositionierung als Pehlzeiten in der Bearbeitung

ergibt, zu mindern. .

Erfindungsgemäß wird dazu ein Verfahr·» entsprechend dem
Oberbegriff des anliegenden Patentanspruchs 1 vorgeschlagen, das sich durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs angegebenen Maßnahmen kennzeichnet.

Bei Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung läßt sich die längerfristige Unterbrechung des Arbeitsvorgangs beim Auftreten von Kurzschlüssen mit Bildung eines Lichtbogens vermeiden, indem beim Auftreten eines solchen Lichtbogens ein Hilfsetrom entgegen der Stromflußrichtung des Ar-

beitsgleichstroms über den Arbeitsspalt geschickt wird,
der den aufgetretenen Lichtbogen loscht. Die Beschädigung des Werkstücks oder der Be ar be itungs elektrode durch den
Lichtbogen wird dadurch vermieden und di· Unterbrechung
des Arbeitsvorgangs durch Abschaltung der Gleichstromspeisung und Rückführung der Bearbeitung·elektrode in ein·
Kurzschlußposition vermieden·

Praktische Erfahrungen haben nämlich gezeigt, daß ein erheblicher Teil der im praktischen Betriebsfall auftreten· den Kurzschlüsse unter Bildung eines im Arbeitsspalt der
Einrichtung stehenden Lichtbogens abläuft· Beim Auftreten

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eines oder mehrerer Lichtbogen in Arbeitsspalt reicht es aus, den oder die Lichtbogen zu löschen und den Arbeitevorgang unbeeinflußt fortzusetzen. Dabei iat es zweckmäßig, den den Lichtbogen (bzw. die Lichtbogen) löschenden o5 Hilfsgleichstrom beim Portbrennen der Lichtbogen wiederholt über den Arbeitsspalt zu schicken.

Beim Auftreten von "satten" Kurzschlüssen, d.h. Kurzschlüssen mit metallischer Berührung zwischen Bearbeitungselektrode und Werkstück, kann bei dem Verfahren nach der Erfindung in üblicher Weise, d.h. mit Unterbrechung des Arbeitsvorgangs durch Rückführung der Bearbeitungselektrode und Abschaltung der Gleichstromspeisung, vorgegangen werden.

Es hat sich gezeigt, daß ein erheblicher Anteil der praktisch vorkommenden Kurzschlüsse unter Bildung eines Lichtbogens zwischen der Bearbeitungselektrode und dem Werkstück verläuft. Unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es deshalb möglich, den Einfluß dieser Störfälle auf die Bearbeitungsgenauigkeit des Werkstücks zu reduzieren.

In Ausgestaltung wird ein Verfahren dieser Art, bei dem beim Auftreten von Kurzschlüssen, die keinen Lichtbogen bilden, die Gleichstromspeisung des Arbeitsspalt« aus der Gleichstromquelle unterbrochen und die Bearbeitungselektrode mittels ihres Antriebsmotor« unter Vergrößerung de* Arbeitespalts durch Umkehr der Vorschubrichtung des Elektrodenantriebs verstellt wird und bei dem nach dem Abschalten der Gleichstromspeisung über den Arbeitsspalt ein zeitlich begrenzter Kurzschlußstrom fließt, vorgeschlagen, das sich dadurch kennzeichnet, daß im lichtbogenfreien Kurzschlußfall an den Arbeitsspalt eine Hilfegleichstromquelle angeschlossen wird, die entgegen der Stromflußrichtung des Arbeitsgleichstroms einen Hilfsstrom von zeitlich begrenzter Dauer über den Arbeitsspalt zur Kompensation oder mindestens teilweisen Kompensation des Kurzechlußstroms treibt.

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Bei diesem Vorgehen werden beim Auftreten "satter" Kurzschlüsse vorhandene Kurzschlußströme kompensiert oder doch soweit reduziert, daß Beschädigungen vermieden werden.

Zur Durchführung des Verfahrene nach der Erfindung wird

°5 eine Einrichtung bestehend aus einer elektrolytischen Bearbeitungevorrichtung mit einem zu bearbeitenden Werkstück, einer gegen das Werkstück mittels eines Antriebsmotors verstellbaren Bearbeitungselektrode, einer an den von Werkstück und Bearbeitungselektrode gebildeten, mit einem flüssigen Elektrolyten gefüllten Arbeitsspalt angeschlossenen Gleichstromquelle, einer an den Arbeitsspalt anschließbaren Hilfsstromquelle zur Erzeugung eines Hilfegleichstroms von zeitlich begrenzter Dauer und einer Detektorvorrichtung zur Ermittlung des Kurzschlusses am Arbeitsspalt, bei der das Ausgangssignal der Detektorvorrichtung die Hilfsgleichstromquelle,schaltet, die über den Arbeitsspalt entgegen der Stromflußrichtung des Arbeitsgleichstroms einen Hilfsgleichstrom von zeitlich begrenzter Dauer treibt, vorgeschlagen, die sich dadurch kennzeichnet, daß die Detektorvorrichtung selektiv auf unter Lichtbogenbildung ablaufende Kurzschlußvorgange empfindlich ausgebildet ist.

Die Detektorvorrichtung kann dazu z.B. lichtelektrisch wirksam sein oder beim Kurzschluß unter Lichtbogenbildung auftretende HP-Schwingungen indizieren·

In Ausgestaltung wird eine Einrichtung dieser Art zur Durchführung des Verfahrene nach der Erfindung vorgeschlagen, die sich dadurch kennzeichnet, daß neben der selektiv auf unter Lichtbogenbildung verlaufende Kurzschlußvorgänge ansprechenden Detektorvorrichtung eine zweite Detektorvorrichtung vorgesehen ist, die selektiv auf lichtbogenfrei verlaufende Kurzschlußvorgänge anspricht, und daß das Ausgangesignal der zweiten Detektorvorrichtung zur Abschaltung der Gleichstromquelle und zur Umsteuerung des

Antriebsmotors dient.

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Ferner wird vorgeschlagen, diese Anordnung def-ärt zu treffen, daß das Ausgangssignal der zweiten Detektorvorrichtung zur Schaltung einer parallel zum Arbeitsspalt schaltbaren Hilfstromquelle dient, die über den Arbeitsspalt ent- °5 gegen der Stromflußrichtung des Arbeitsgleichstroms einen Hilfsgleichstrom von zeitlich begrenzter Dauer treibt.

Die Anordnung kann derart getroffen sein, daß die Stromstärke und/oder Dauer des Hilfsgleichstroms mittels einer ' Steuervorrichtung selbsttätig an die jeweils zu erwarten·? den Verhältnisse im Arbeitsspalt anpaßbar ist.

Zweckmäßig wird die Anordnung dabei derart getroffen, daß die Hilfsgleichstromquelle aus mehreren über Schalter parallel schaltbaren, mittels einer Ladevorrichtung aufladbaren Kondensatoren besteht. Die Kondensatoren können in Entladungsstromkreisen angeordnet werden, die jeweils eine unterschiedliche Entladungszeitkonstante aufweisen, so daß - je nach Bedarf - die einzelnen Kondensatoren entweder einzeln als Stromquelle zur Erzeugung unterschiedlich langer Hilfsströme oder in Überlagerung ihrer La dun gen zur Erzeugung von Hilfegleichströmen unterschiedlicher Dauer, Form und Stromstärke dienen können.

Die Form des jeweiligen Hilfsgleichstroms ist dabei den Verlauf und der Dauer des zu erwartenden Kurzschlußstroms am Arbeitsspalt anzupassen. Der Verlauf und die Dauer des jeweiligen Kurzschlußstroms läßt sich aus dem Aufbau der jeweiligen Einrichtung zur Gleichstromspeisung des Arbeitsspalts und dem Zeitpunkt des Eintritte des Kurzschlusses wenigstens annähernd ermitteln, so daß die Form beziehungsweise die Dauer und die Stromstärke dea Hilfsgleichetroms entsprechend wählbar sind.

Schließlich wird in Weiterbildung und Ausgestaltung eine Einrichtung zur elektrolytischen Metallbearbeitung mit einer gegen das zu bearbeitende Werkstück mittels eines Stellmotors verfahrbaren Bearbeitungselektrode, einem von Bearbeitungselektrode und zu bearbeitenden Werkstück

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eingeschlossenen Arbeitsspalt, einer an den Arbeitsspalt anschließbaren Gleichstromquelle, einer an den Arbeitsspalt anschließbaren Detektorvorrichtung zur Erfassung von Kurzschlüssen und von der Detektorvorrichtung betätigbaren

o5 Schaltmitteln zur Schaltung der Gleichstromquelle und des Stellmotors, bei der parallel zum Arbeitsspalt ein einziger Entlastungsstromkreis vorgesehen ist, der Schaltmittel enthält, die über die Detektorvorrichtung im Kurzschlußfall den Ent1astungsStromkreis schließen, vorgeschlagen, die sich dadurch kennzeichnet, daß der Entlastungsstromkreis eine Hilfsgleichstromquelle enthält, die einen impulsförmigen Gleichstrom von zeitlich begrenzter Dauer treibt·

Die Anordnung ist zweckmäßig derart dimensioniert, daß die vorgeaehene Hilfegleichstromquelle, die auch an die Kl em- »en der Gleichstromquelle angeschlossen ist, den Kurzschlußstrom dea Arbeitsstromkreisea im Kurzschlußfall übernimmt und ao die Bearbeitungselektrode bzw. das zu bearbeitende Werkstück vor Beschädigungen schützt.

Die vorgeschlagene Anordnung weist den Vorzug auf, daß besondere Hilfsgleichstromkreise zur Umlenkung des Kurzschlußstroms vom Arbeitsspalt auf den Entlastungsstromkreis entbehrlich werden und trotz des im Kurzschlußfall sehr geringen Widerstands im Arbeitsgleichstromkreis eine Entlastung des Arbeitsspalte auftritt.

Die anliegenden Zeichnungen dienen zur Erläuterung zweier Ausführungsbeispiele.

Fig. 1 dient zur Erläuterung einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Hauptanspruch.

Fig. 2 dient zur Erläuterung einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2.

In Fig. l bezeichnen 1 ein 5o Hz-Drehstromnetz, das einen Drehstromsteller 2 speist. Der Drehstromsteller 2 besteht

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in bekannter Weise aus antiparallel geschalteten Thyristorschaltern 3, deren Öffnungszeit durch Steuerimpulse über Steuerleitungen 4 aus einem Steuergerät 5 steuerbar ist. Mittels des Drehstromstellers 2 ist ein den Primärwicko5 lungen eines Drehstrom-Leistungstransformators 6 zugeführter Drehstrom einstellbar. Mittels der Steuervorrichtung 5 läßt sich der Stromfluß durch den Drehstromsteller 2 abschalten.

Dem Transformator 6 ist eine Gleichrichterbrückenschaltung 7 nachgeschaltet, deren Ausgangsspannung einem eine Glättungsdrossel 8 enthaltenden Gleichstromnetz 9 zugeführt ist. Die Spannung des Netzes 9 ist mittels Meßleitungen Io dem Eingang eines Regelverstärkers 11 zugeführt, dessen Ausgangssignal über eine Leitung 12 dem Steuergerät 5 zugeführt ist. Die Verstellung des Steuergerätes 5 erfolgt derart, daß die Spannung des Netzes 9 unter stationären Betriebsbedingungen konstantgehalten wird. Der dem Netz 9 entnehmbare Strom beträgt beispielsweise 12 ooo A bei einer Spannung von 12 V.

Mit 13 ist das Gehäuse einer elektrolytischen Bearbeitungsvorrichtung bezeichnet, das zur Bearbeitung eines metallenen Werkstücks l4 in einer Halterungsvorrichtung 15 dient. Es handelt sich z.B. um eine Turbinenschaufel, deren Form elektrolytisch zu formen ist. Mit l6 ist eine entsprechend geformte Bearbeitungselektrode bezeichnet, die mittels eines hydraulischen Stellmotors 17 gegen die Oberfläche des Werkstücks lk verstellt werden kann. Werkstück und Bearbeitungselektrode bilden einen engen Arbeitsspalt l8, der mit einem flüssigen Elektrolyten 19 gefüllt ist. Die Spülung des Arbeitsspalts l8 wird über eine Rohrleitung 2o, die in den Arbeitsspalt einmündet und über eine (nicht dargestellte) Pumpvorrichtung mit dem flüssigen Elektrolyten 19 gespeist ist, vorgenommen. Werkstück lk und Bearbeitungselektrode l6 sind in dem mit dem Elektrolyten gefüllten Behälter 13 angeordnet. Die Anordnung kann aber auch derart getroffen sein, daß das System Bearbeitungselektrode l6-Werkstück ^-Arbeitsspalt l8 nach außen hin druck-

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dicht abgeschlossen und unter Druck mit dem flüssigen Elektrolyten gespeist wird.

Werkstück l*t und Bearbeitungselektrode l6 sind an das Gleichstromnetz 9 angeschlossen, so daß Über den Arbeite-

o5 spalt 18 ein elektrolytischer Arbeitsgleichstrom fließt und vom Werkstück l4 Material abgetragen wird. Die Formung des Werkstücks Ik erfolgt durch Einsenken der Bearbeitungselektrode 16 mittels des Antriebsmotors 17 in die Oberfläche des Werkstücks. Die Stellgeschwindigkeit des Antriebsmotors 17 wird dazu in an sich bekannter und passen· der Weise mittels eines Regelverstärkerβ 21 gesteuert. Der Regelverstärker 21 erhält dazu sein Steuersignal über die Steuerleitung 22. Das Steuersignal der Leitung 22 ist einem geeigneten Regler (nicht dargestellt) entnommen.

An den Arbeitsspalt l8 ist über die Meßleitungen Io der

Eingang einer Lichtbogendetektorvorrichtung 23 angeschlossen, die selektiv auf Lichtbögen am Arbeitsspalt l8 anspricht. Kurzschlüsse, die am Arbeitsspalt 18 unter Lichtbogenbildung ablaufen, werden.mittels der Detektorvorrichtung 23 indiziert und es wird ein entsprechendes Steuersignal auf die Leitung 2% geschaltet.

Die Detektorvorrichtung 23 besteht aus einer Vorrichtung, die hochfrequente elektrische Schwingungen am Arbeitsspalt 18 erfaßt. Sie weist dazu einen HF-Filter auf, der diese Schwingungen, deren Frequenz z.B. oberhalb 5 kHz gelegen ist, einem nachgeschalteten Gleichrichter zuführt. Die Gleichrichterspannung wird mit einer Schwellenspannung, die einstellbar ist, verglichen und die resultierende Vergleichsspannung, die sich beim Überschreiten der Signalspannung über die eingestellte Schwellenspannung ergibt, wird zur Schaltung der Signalspannung der Leitung 2k benützt.

Das Signal der Leitung 24 schaltet über einen Thyristorschalter 25 eine Hilfegleichstromquelle 26 an den Ar-

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//γ

beitsspait l8. Die Hilfsgleichstromquelle 26 erzeugt einen Hilfsgle^chstrom von zeitlich begrenzter Dauer, deren Impulsdauer gegebenenfalls einstellbar ist. Der Hilfsgleichstrom schließt entgegen der Stromflußrichtung des normalen Arbe^tsgleichstroms aus dem Netz 9 über den Arbeite-

spalt l8>

Die bescfiriebene Einrichtung arbeitet wie folgt: Im normalen' stationären Betriebefall ist die Spannung des Netzes 9! mittels des Reglers lo,11,12,5»2 konstantgehalten. Der' Antriebsmotor 17 wird mit konstanter Stellgeschwindijgkeit gegen die Oberfläche dee Werkstücks Ik derart versjtellt, daß sich im wesentlichen unabhängig von der elektrolytischen Abtragung am Werkstück lk eine konstante Arbeitsspaltbreite ergibt. Tritt am Arbeitsspalt l8 zwisehen der Bearbeitungselektrode l6 und dem Werkstück l4 ein Kurzschluß unter Lichtbogenbildung zwischen beiden Werkstücken auf, so machen sich am Arbeitsspalt l8 hochfrequente elektrische Schwingungen bemerkbar, die über die Meßleitung Io abgegriffen und mittels der Detektorvorrichtung 23 gleichgerichtet werden. Übersteigt die Amplitude dieser HP-Schwingungen ein vorgegebenes an der Detektorvorribhtung 23 einstellbares Maß, so wird auf die Signalleituiig 2k ein Signal geschaltet und die HilfsgleichstromqueSLle 26 an den Arbeitsspalt l8 angeschlossen. Der zugehörige Hilfsgleichstrom überlagert sich bei fortlaufendem Antrieb des Antriebsmotors 17 und fortlaufender Speisung des' Arbeitsspaltes aus dem Gleichstromnetz 9 dem Ari

beitsgleichstrom und der gezündete Lichtbogen wird gelöscht, j

Nach demjAnschluß der Hilfsgleichstromquelle 26 an den Arbeitsspalt 18 und der zugehörigen Stromentladung wird der Schalter; 25 wieder geschlossen und die Hilfsgleichstromquelle 2l> zur erneuten Betätigung vorbereitet. 1

Ein erfolgloser Löschungsversuch an dem Lichtbogen im Arbeitsspalt führt zur erneuten zeitlich versetzten Betätigung der Hilfsgleichstromquelle.

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Kurzschlüsse, die lichtbogenfrei ablaufen« werden mittels einer Detektorvorrichtung 27 indiziert. Sie let ebenfalls an die Meßleitung Io angeschlossen und spricht z.B. auf schnelle Spannungsabsenkungen, die bei "satten*¹ Kurzschlü··

o5 sen, d.h. bei metallischem Kontakt zwischen der Bearbeitungselektrode l6 und dem Werkstück Ik auftreten, an. Sie schaltet auf die Auegangsleitung 28 ein Steuersignal, das über die Leitung 29 dem Steuergerät 5 und über die Leitung 3o dem Verstärker 21 zugeführt ist. Durch das Signal der Leitung 29 wird der StromfluB durch den Drehstromsteller 2 gesperrt, und durch das Signal der Leitung 3< > die Antriebsrichtung des Antriebsmotors 17 umgekehrt, so dan der Arbeitsspalt l8 vergrößert wird· Nach Behebung der Kurzschlußursache wird beim Auftreten.von lichtbogenfreien Kurzschlüssen die Bearbeitung am Werkstück l4 unterbrochen und der Arbeitsvorgang nach Behebung der Kurzschlußursache fortgesetzt.

Die Anordnung kann auch derart getroffen sein, daß beim Auftreten von lichtbogenfreien Kurzschlüssen, d.h. bei metallischer Berührung zwischen Werkstück und Bearbeitungselektrode, parallel zum Arbeitsspalt l8 ein Kursschlußschalter 31 geschaltet wird, der Beschädigungen des Werkstücks und der Bearbeitungeelektrode durch Auftreten der Kurzschlußströme durch Kurzschluß des Arbeitsspaltes unterbindet. Der Schalter 31 wird dazu durch das Ausgangssignal der Leitung 3o betätigt·

In Fig. 2 ist ein Drehstromnetz 5o über die offenen Primärwicklungen 51 eines Drehstromtransformators 52 mit einer Stromrichterbrückenschaltung 53 verbunden. Die Strom· richterbrückenachaltung 53 speist an ihrem Gleichstromausgang eine Induktivität bzw. Glättungsdrossel 5k» Die Thyristorschalter 55 der Stromrichterbrückenschaltung 53 sind über Steuerleitungen 56 aus einem Steuergerät 57 gesteuert. Die Steuerung erfolgt entweder derart, daß der Lastkreis des Stromrichters 53 mit einem Gleichstrom steuerbarer Stromstärke gespeist wird oder aber derart, daß

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unter entsprechender Steuerung aus dem Steuergerät 57 die Stromrichterbrückenschaltung 53 in den Wechselrichterbetrieb umgeschaltet wird und von ihrer Lastseite her in das Drehstromnetz 5o zurückspeist.

o5 Die Sekundärwicklungen 58 des Drehstromtransformators 52 sind z.B. im Stern geschaltet und speisen eine Gleichrichterbrückenschaltung 59« die ein Gleichstromnetz 60 speist. Die Spannung des Netzes 60, die z.B* zwischen 12...2o V.gelegen ist, wird mittels eines (nicht dargestellten) Reglers geregelt, der in die Steuervorrichtung zur Steuerung der dem Gleichrichter 59 zugeführten Wechselstromstärke eingreift.

An das Netz 60 ist eine elektrolytische Bearbeitungseinrichtung 6l angeschlossen, die zur Lagerung eines metallenen Werkstücks 62, z.B. einer Turbinenschaufel, und einer gegen die Oberfläche des Werkstücke verstellbaren Bearbeitungeelektrode 63 dient. Die Bearbeitungselektrode 63 wird durch einen Antriebsmotor 65 verstellt, der - wie anhand der Fig. 1 beschrieben - unter Bildung eines Arbeitsspaltes 64 zwischen der Bearbeitungselektrode und dem Werkstück 62 verstellt wird. Der Arbeitsspalt 64 ist mit einem flüssigen Elektrolyten gespült, der unter Druck in den Spalt eingeführt wird.

Die an den Arbeitsspalt 64 über einen Thyristorschalter anschließbare Hilfsgleichstromquelle 66 besteht aus Kondensatoren 68, 69 und 70, die über Thyristorschalter 71» 72 und 73 parallel schaltbar sind. Der Kondensator 68 ist über den Schalter 71 unmittelbar über den Arbeitsspalt 64 entladbar, während in Reihe zu dem Kondensator 69 eine Induktivität und in Reihe zu dem Kondensator 7o ein ohmscher Widerstand geschaltet ist. Die Kondensatoren 68, 69 und sind mittels eines Ladegeräts 74 auf eine mittels eines Reglers 75 vorgebbare Spannung aufladbar. Der Regler wird dazu von einem Meßwert der am Netz 60 meßbaren Gleichspannung mittels eines Meßumformers 76 beaufschlagt. Der Regler 75 stellt am Ladegerät 74 eine Wechselspannung derart

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ein, daß die Kondensatoren 68, 69 und ?o jeweils auf eine Spannung aufgeladen werden, die der Spannung des Netzes angepaßt ist. Sie kann kleiner, größer oder gleiche Spannung dieses Netzes sein. Der Regler 75 verstellt dazu in o5 dem Ladegerät 74 eine Wechselstromquelle, deren Ausgangsspannung über zugehörige Gleichrichter zur Ladung der Kondensatoren dient.

Eine Detektorvorrichtung 80 enthält einen ersten Detektor 8l, der mit der am Arbeitsspalt 64 wirksamen Gleichspannung beaufschlagt ist. Er indiziert Kurzschlüsse am Arbeitsspalt, die nicht unter Bildung, eines Lichtbogens verlaufen. Er mißt dazu z.B. den zeitlichen Verlauf dieser Spannung, deren Abfall unter eine untere Schwelle oder andere Veränderungen der Arbeitsspaltspannung, die im Fall "satter" Kurzschlüsse eintreten. Beim Eintritt solcher Kurzschlüsse schaltet sie auf die Signalleitung 82 eine Signalspannung, die über ein logisches Oder-Gatter 83 der Steuervorrichtung 57 und über eine Verzögerungsvorrichtung 84 ein logisches Und-Gatter 85, ein nachgeschaltetes logisches Oder-Gatter 86 als Zündeignal den Thyristorschaltern 67 und 71 zugeführt ist. Bs schließt dieser Schalter und verbindet den Kondensator 68 mit dem Arbeitsspalt 64. Das Ausgangssignal der Leitung 82 ist ferner einer Vergleichsvorrichtung 87 zugeführt.

Die Vergleichsvorrichtung 87 untersucht die Amplitude des Gleichstroms und Phasenlage des Drehstroms, der den Gleichrichter 59 zum Zeitpunkt des Kurzschlusses zugeführt wird. Aus der Untersuchung ergibt sich, welchen Verlauf ein über den Arbeitsspalt 64 im Kurzschlußfall fließender Kurzschlußstrom etwa nehmen wird. Die Vergleichsvorrichtung schaltet über ein nachgeschaltetes Zündgerät 88 abhängig vom jeweiligen Untersuchungsergebnis - die Thyristorschalter 67 und 71 sowie den Thyristorschalter 72 und/oder 73· Es ergeben sich so abhängig von der zu erwartenden Form und Dauer des zu erwartenden Kurzschlußstroms über den Arbeitsspalt 64 Hilfsgleichströme, die über den Schalter 67 fließen und die den Kurzschlußstrom kompensieren

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oder doch nahezu kompensieren.

Mit 89 ist eine Detektorvorrichtung bezeichnet, deren Ausgangssignal einen unter Lichtbogenbildung am Arbeitespalt 64 ablaufenden Kurzschlußvorgang signalisiert· Es ist über eine Verzögerungsvorrichtung 9o verzögert und eine Signalleitung 91 unverzögert einem logischen Und-Gatter 92 zugeführt, dessen Ausgangssignal an das logische Oder-Gatter 83 und die Vergleichsvorrichtung 87 geführt ist.

Die beschriebene Einrichtung arbeitet wie folgt: Im

stationären Betriebszustand wird die Bearbeitungeelektrode 63 - wie anhand der Fig. 1 näher beschrieben - unter Anlegen einer Arbeitsgleichspannung aus dem Netz 60 an den Arbeitsspalt 6k in das Werkstück 62 eingesenkt· Die Bearbeitungselektrode 63 wird dazu mit vorgegebener Geschwindigkeit über einen (nicht dargestellten) Regler gegen die Oberfläche des Werkstücks 62 verstellt. Die Spannung des Netzes 60 wird über einen (nicht dargestellten) Regler auf einem konstanten vorgegebenen Wert gehalten.

Beim Auftreten eines "satten" Kurzschlusses zwischen der Bearbeitungselektrode 63 und dem Werkstück 62, der ohne Bildung eines Lichtbogens durch metallischen Kontakt zwischen den Werkstücken erfolgt, wird die Detektorvorrichtung 8l betätigt, die über die Signalleitung 82 die Vergleichsvorrichtung 87 und das Zündgerät 88 schaltet· Das Zündgerät betätigt über das Gatter 86 die Thyristorschalter 67 und 71 und den Thyristorschalter 72 und/oder den Schalter 73. Die Art der Betätigung ergibt sich aus der Amplitude und der Phasenlage des der Gleichrichtervorrichtung 59 im Augenblick des Kurzschlusses zugeführten Wechselstroms.

Gleichzeitig wird über das Gatter 83 die Steuervorrichtung 57 betätigt, die die Stromrichterbrückenschaltung von dem Gleichrichterbetrieb in den Wechselrichterbetrieb umschaltet, so daß etwa am Ausgang des Gleichrich-

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ters gespeicherte elektrische Energie (und in der Drossel 5k gespeicherte magnetische Energie) in das Drehstromnetz 5o zurückgespeist wird. Die Gleichstromversorgung des Netzes 60 wird dabei unterbunden.

o5 Die Art der Betätigung der Hilfsgleichstromquelle 66 ergibt sich aus der Amplitude und Phasenlage des der Gleichrichtervorrichtung 59 zum Zeitpunkt des Kurzschlusses, d.h. zum Zeitpunkt der Abschaltung der Gleichstromversorgung, der Gleichrichtervorrichtung 59 zugeführten Wechselströme. Ist die Amplitude und Phasenlage dieses Wechselstroms der Art, daß nach der Abschaltung der Gleichstromspeisung noch eine Stromflußdauer zu erwarten ist, die am Arbeitsspalt einen ansteigenden und dann wieder abfallenden Kurzschlußstrom zur Folge hat, so werden die drei Kondensatoren 68, 69 und 7*> zusammen über den Arbeitsspalt 64 entladen. Ist lediglich ein Abfall des Kurzschlußstroms zu erwarten, so werden - je nach Art des Abfalls - die Kondensatoren 68 und 69 bzw. 68 und 7o entladen.

Aus der Überlagerung der Entladeströme ergibt sich ein Gesamtstrom, dessen Impulsform und Dauer durch passende Parallelschaltung der Kondensatoren wählbar ist.

Tritt am Arbeitsspalt ein Kurzschluß unter Lichtbogenbildung ein, so schaltet die Detektorvorrichtung 89t die z.B. wieder HF-Schwingungen am Arbeitsspalt erfaßt, über die Gatter 85 und 86 den Kondensator 68 an den Arbeitsspalt 6k. Der entsprechende Lichtbogen wird gelöscht. Dabei wird die Speisung des Arbeitsspalts aus dem Gleichstromnetz 60 und der Antrieb der Bearbeitungeelektrode mittels des Antriebsmotors 65 fortgesetzt. Ist der Löschungsversuch vergeb- lieh, so wird über das logische Und-Gatter 92 die Steuervorrichtung 57 wie im Falle eines "satten" Kurzschlusses betätigt und der Arbeitsvorgang unter Entladung der Hilfsstromquelle 66 über den Arbeitsspalt 6k durch Ansteuerung der Hilfsgleichstromquelle aus der Vergleichsvorrichtung 87 unterbrochen.

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Es liegt im Rahmen der Erfindung, elektrolytische Metallbearbeitungseinrichtungen der vorliegenden Art etwa derart auszubilden, daß - wie z.B. in Fig. 2 dargestellt parallel zum Arbeitsspalt 64 eine Hilfsgleichstromquel-

o5 Ie 66 geschaltet ist, die über eine Detektorvorrichtung unter Außerachtlassung einer Differenzierung zwischen Kurzschlüssen, die einen Lichtbogen bilden, und solchen Kurzschlüssen, die keinen Lichtbogen bilden, im Kurzschlußfall die Hilfsgleichstromquelle 66 parallel zum Arbeitespalt 64 schaltet und die Gleichspannungsspeisung über das Netz 6o unterbindet. Der Stellmotor 65 wird dann in üblicher Weise in eine Kurzschlußposition zurückgefahren.

Das Verfahren nach der Erfindung findet zur elektrolytischen Bearbeitung metallener Werkstücke durch Einsenken einer Bearbeitungselektrode in das Werkstück Anwendung. Es kann überall dort benutzt werden, wo häufig Kurzschlüsse zwischen den zu bearbeitenden Werkstücken zu erwarten sind und Arbeitsungenauigkeiten und Beschädigungen zu erwarten sind.

8 Ansprüche 2 Zeichnungen

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ORiGiNAL INSPECTED

Leerseite

Claims

Ansprüche

Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung eines metallenen Werkstücks durch elektrolytisches Einsenken einer Bearbeitungselektrode in das Werkstück unter Anlegen einer Gleichspannung aus einer Gleichstromquelle an einen mit einem flüssigen Elektrolyten gefüllten, von Werkstück und Bearbeitungselektrode berandeten Arbeitsspalt, bei dem die Bearbeitungaelektrode mittels eines Antriebsmotors gegen die Werkstückoberfläche verstellt und Material von der Werkstückoberfläche unter dem Einfluß eines Arbeitsgleichstroms elektrolytisch abgetragen wird und bei dem der Arbeitegleichstrom im Falle eines elektrischen Kurzschlusses zwischen der Bearbeitungselektrode und dem Werkstück, der mittels einer Detektorvorrichtung erfaßt wird, im Sinne der Minimierung von Kurzschlußschäden am Arbeitsspalt gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß beim Auftreten von Kurzschlüssen mit Bildung eines Lichtbogens zwischen der Bearbeitungeelektrode und dem Werkstück die Bearbeitungeelektrode· fortlaufend mittels ihres Antriebsmotor« in Richtung auf die Oberfläche des Werkstücks verstellt, der Arbeitsspalt fortlaufend mit dem Arbeitsgleichstrom gespeist und an den Arbeitsspalt eine Hilfsstromquelle angeschlossen wirdj die über den Arbeitsspalt entgegen der Stromilußrichtung des Arbeitsgleichstroms einen Hilfegleichstrom von zeitlich begrenzter Dauer treibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem bean Auftreten von Kurzschlüssen, die keinen Lichtbogen bilden, die Gleichstromspeisung des Arbeitsspalts aus der Gleichstrom-

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quelle unterbrochen und die Bearbeitungselektrode mittels ihres Antriebsmotors unter Vergrößerung des Arbeitespalts durch Umkehr der Vorschubrichtung des Elektrodenantriebs verstellt wird und bei dem nach dem Abschalten der Gleichstromspeisung des Arbeitsspalts über den Arbeitsspalt ein zeitlich begrenzter Kurzschlußstrom fließt, dadurch gekennzeichnet, daß im lichtbogenfreien Kurzschlußfall an den Arbeitsspalt eine Hilfsgleichstromquel-Ie angeschlossen wird, die entgegen der Stromflußrichtung des Arbeitsgleichstroms einen Hilfsgleichstrom von zeitlich begrenzter Dauer über den Arbeitsspalt zur Kompensation oder mindestens teilweisen Kompensation dee Kurzschlußstroms treibt.

Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einer elektrolytischen Bearbeitungsvorrichtung mit einem zu bearbeitenden Werkstück, einer gegen das Werkstück mittels eines Antriebsmotor· verstellbaren Bearbeitungselektrode, einer an den von Werkstück und Bearbeitungselektrode gebildeten, mit einem flüssigen Elektrolyten gefüllten Arbeitsspalt angeschlossenen Gleichstromquelle, einer an den Arbeitespalt anschließbaren Hilfsstromquelle zur Erzeugung eines Hilfsgleichstroms von zeitlich begrenzter Dauer und einer Detektorvorrichtung zur Ermittlung von Kurzschlüssen am Arbeitsspalt, bei der das Ausgangssignal der Detektorvorrichtung die Hilfsgleichstromquelle schaltet, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorvorrichtung (23*89) selektiv auf unter Lichtbogenbildung ablaufende Kurzechlußvorgänge empfindlich ausgebildet ist.

Einrichtung nach Anspruch 3 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß neben der selektiv auf unter Lichtbogenbildung ablaufende Kurzschlußvorgänge entsprechenden Detektorvorrichtung (23,89) eine zweite Detektorvorrichtung (27t 80) vorgesehen ist, die selektiv auf lichtbogenfrei verlaufende Kurzschlußvorgänge anspricht, und daß das Ausgangssignal der zweiten Detektorvorrichtung zur

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Abschaltung der Gleichstromquelle (7,59) und zur Umsteuerung des Antriebsmotors (l7»65) dient.

5· Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der zweiten Detektorvorrichtung (89) zur Schaltung einer parallel zum Arbeitsspalt schaltbaren Hilfegleichstromquelle (66) dient, die über den Arbeitaspalt (64) entgegen der Stromflußrichtung des Arbeitegleichstroms einen Hilfsgleichstrom von zeitlich begrenzter Dauer treibt (Fig. 2).

6. Einrichtung nach Anspruch 3» 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstärke und/oder Dauer des Hilfsgleichstroms mittels einer Steuervorrichtung (87,88) selbsttätig einstellbar ist.

7· Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsstromquelle (66) duroh mehrere über Schalter (71*72,73) parallel schaltbare Kondensatoren (68, 69,7o) besteht, die mittels eines Ladegerätes (74) ladbar sind.

8. Einrichtung zur elektrolytischen Metallbearbeitung mit einer gegen das zu bearbeitende Werkstück mittels eines Stellmotors verfahrbaren Bearbeitungeelektrode, einem von Bearbeitungselektrode und zu bearbeitenden Werkstück eingeschlossenen Arbeitsspalt, einer an den Arbeitsspalt anschließbaren Gleichstromquelle, einer an den Arbeitsspalt anschließbaren Detektorvorrichtung zur Erfassung von Kurzschlüssen und von der Detektorvorrichtung betätigbaren Schaltmitteln zur Schaltung der Gleichstromquelle und des Stellmotors, bei der parallel zum Arbeite· spalt ein einziger Entlastungsstromkreis vorgesehen ist, der Schaltmittel enthält, die über die Detektorvorrichtung im Kurzschlußfall den EntlastungsStromkreis schließen, vorgeschlagen, die sich dadurch kennzeichnet, daß der Entlastungsstromkreis eine Hilfsgleichstromquelle

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quelle enthält, die einen impulsförmigen Gleichstrom von zeitlich begrenzter Dauer treibt.

AEG-Elotherm G.m.b.H.

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