DE3041128A1

DE3041128A1 - Elektrische bearbeitungsvorrichtung

Info

Publication number: DE3041128A1
Application number: DE19803041128
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Tokyo Inoue
Original assignee: Inoue Japax Research Inc
Current assignee: Inoue Japax Research Inc
Priority date: 1979-10-31
Filing date: 1980-10-31
Publication date: 1981-05-14
Also published as: GB2064398B; FR2468431A1; GB2064398A; DE3041128C2; IT8050054A0; FR2468431B1; IT1145394B

Description

Inoue-Japax Research Incorporated Yokohamashi, Kanagawaken Japan

Elektrische Bearbeitungsvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des .Anspruchs 1.

Die Erfindung betrifft insbesondere das elektrische Bearbeiten, wie die elektroerosive Bearbeitung, die elektrochemische Bearbeitung, die elektroehemisch-erosive Bearbeitung und die galvanische Metallabscheidung. Die Erfindung betrifft im einzelnen eine elektrische Bearbeitungsvorrichtung zum Stabilisieren des Zustande in einem elektrischen Bearbeitungsspalt.

Der hier verwendete Ausdruck "elektrische Bearbeitung" bezieht sich hauptsächlich auf die elektroerosive Bearbeitung, ist aber in gleicher Weise anwendbar auf jede

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andere Form der elektrischen Bearbeitung, wie die elektrochemische Bearbeitung, die elektroe'rosive-chemische Bearbeitung und die galvanische Oberflächenbehandlung.

Der hier verwendete Ausdruck "Bearbeitung" umfasst im weiten Sinn einen Materialentfernungsvorgang, wie das Ansenken, !formen, Schneiden, Bohren oder Schleifen, bei dem Material von einem Werkstück entfernt wird, und umfasst auch einen Materialhinzufügungsvorgang, wie die galvanische Oberflächenbehandlung, das Niederschlagen oder Formen, bei dem Material von einer Bearbeitungsflüssigkeit entfernt und dem Werkstück hinzugefügt wird.

Bei beiden Vorgängen, wie sie speziell hier betroffen sind, ist eine Werkzeugelektrode neben einem Werkstück angeordnet und bildet bei Anwesenheit einer Bearbeitungsflüssigkeit oder eines Bearbeitungsmittels dazwischen einen winzigen Bearbeitungsspalt, wobei zwischen der Elektrode und dem Werkstück durch den flüssigkeitsgefüllten winzigen Bearbeitungsspalt elektrischer Strom hindurchgeleitet wird zum elektrischen Entfernen oder Einzufügen von Material von der oder zur Werkstücksoberfläche. Eine Energiezufuhr zur Lieferung des Bearbeitungsstroms liefert eine Eochstromdichte im Bereich des Bearbeitungsspalts derart, dass die Materialentfernung oder -hinzufügung an der Werkstücksoberfläche in enger Übereinstimmung mit der Form der Werkzeugelektrode stattfinden kann. Es ist für gewöhnlich eine Einrichtung vorgesehen zum gegeneinandererfolgenden Vorschieben der Werkzeugelektrode oder des Werkstücks, um den Bearbeitungsspalt im wesentlichen konstant zu halten, wenn die Materialentfernung oder -hinzufügung an der Werkstücksoberfläche fortschreitet.

Es wurde seit langem erkannt, dass die elektrische Bearbeitung eines leitenden Werkstücks, z. B. die elektroärosive Bearbeitung, die elektrochemische Bearbeitung oder die galvanische Oberflächenbehandlung von neben einer Elek-

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trode angeordneten Werkstücksteilen, sich häufig auszeichnet durch einen ungleichförmige Stromverteilung über dem die Elektrodenfläche von der zu bearbeitenden Werkstücksfläche trennenden Spalt. Diese inhomogene Stromverteilung beruht hauptsächlich auf einer Verunreinigung des Bearbeitungsmittels in Form von Ionenanhäufungen oder -konzentrationen, von Bearbeitungsspänen und anderen Spaltprodukten längs der einen oder anderen Fläche der Elektroden. Darüberhinaus hat sich herausgestellt, dass die ungleichmässige Verteilung des Stromflusses zwischen den Oberflächen teilweise von magnetischen Wirkungen abhängt, die sich aus dem Stromdurchgang zwischen der Elektrode und dem Werkstück ergeben.

In der TJS-PS 3 252 881 ist angegeben, dass ein mechanisches Entfernen von ionischen Verunreinigungen in einem elektrochemischen Bearbeitungsspalt möglich ist durch Ausüben von mechanischen Schwingungen auf die Elektrode zum Werkstück hin und davon weg bei einer verhältnismässig niedrigen Frequenz oder Schallfrequenz (z. B. von 10 Zyklen/sec bis 10 Kilozyklen/sec). Es wurde auch gezeigt, dass ein ähnliches Ergebnis erzielbar ist, wenn gleichzeitig mit der mechanischen Schwingung der Elektrode die Einspritzung eines gasförmigen Fluids in den Elektrolyt ausgeführt oder als Alternative hierzu eine Überschallschwingung-auf den Elektrolyt innerhalb der Elektrode ausgeübt wird. Die Überschallschwingung kann einen Frequenzbereich von im wesentlichen 10 Kilozyklen/sec bis 10 Negazyklen/sec haben und durch einen im Innenraum der rohrförmigen Elektrode angeordneten Elektroschallgeber erzeugt werden.

Es wurde gefunden, dass die Ultraschallschwingung bei der elektroerosiven Bearbeitung und auch bei der galvanischen Oberflächenbehandlung anwendbar ist zur Entfernung von Spaltverunreinigungen bei diesen Vorgängen.Bei der elektroerosiven Bearbeitung wurde z. B. gefunden, dass die UTfcraschallschwingungen zum Stabilisieren des Bearbeitungszu-

stands und zum Schützen des Werkstücks und der Elektrode gegen KurzSchlussschäden dienen. Beim Elektroplattieren wird die -Ansammlung von elektrolytischen Blasen dadurch entfernt, dass auf den Elektrolyt Ultrasehallschwingungen ausgeübt werden, so dass auf der Verkstücksoberfläche ein feiner galvanischer Überzug erzielt werden kann. Bei diesen Vorgängen war es üblich, auf die Bearbeitungsflüssigkeit ultraschallschwingungen durch ein XJltrascnallgeberelement auszuüben, das lediglich in die in einem Arbeit sbehälter befindliche Bearbeitungsflüssigkeit eingetaucht oder an der Wand des .Arbeitsbehälters befestigt wird.

Das in die im Arbeitsbehälter befindliche Bearbeitungsflüssigkeit eingetauchte Geberelement hat für gewöhnlich auf seinen gegenüberliegenden Seiten individuelle schwingende flächen, die in Berührung mit der Bearbeitungsflüssigkeit stehen. Es wurde nun beobachtet, dass die individuell von den beiden Oberflächen ausgehenden ultraschallschwingungen in der Bearbeitungsflüssigkeit in Wechselwirkung geraten, so dass nur die in ihrer Amplitude und Energie stark gedämpfte zusammengesetzte Schwingung im Bereich des Bearbeitungsspalts verfügbar ist. Der Ausgleich für den grossen Energieverlust erfordert eine Erhöhung der Eingangsleistung, was eine übermässige Erhitzung des Geberelements und dessen dadurch bedingte Schädigung oder schädliche Wirkungen auf die Bearbeitungsflüssigkeit ergibt.

Wenn ferner die Form eines Werkstücks unregelmässige Krümmungen, eine tiefe Bohrung oder einen Spalt und somit eine zwei- oder dreidimensionale Formgebung aufweist, wurde gefunden, dass eine gleiche Spaltreinigungswirkung durch ein Geberelement nicht erzielbar ist, wenn dieses in der einen oder anderen bisherigen Weise angeordnet ist. Es bestand daher bei herkömmlichen ultraschallvibratorsystemen

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ein Problem bei der zufriedenstellenden, wirksamen und gleichmässigen Spaltreinigung auf dem gesamten durch, die elektrische Bearbeitung behandelten Arbeitsbereich.

Aufgabe der Erfindung ist demnach die Schaffung einer elektrischen Bearbe/itungsvorrichtung, durch die die Beseitigung von Verunreinigungen im Bereich des Bearbeitungsspalts zufriedenstellend, wirksam und gleichmässig ausgeführt wird und durch die die Beseitigung von Verunreinigungen im Bereich der Bearbeitungsflächen Ton verwickelter Gestalt mit extrem hohen Gleichförmigkeit erzielt wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss durch den Gegenstand des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstaad der XJnteransprüche.

Erfindung betrifft kurz zusammengefasst eine elektrische Bearbeitungsvorrichtung (z. B. mittels elektroerosiver Bearbeitung wirkend) mit einem Arbeitsbehälter, der eine Bearbeitungsflüssigkeit enthält und in dem ein Werkstück eingetaucht ist, und mit einer Werkzeugelektrode, die derart positionierbar ist, dass sie neben dem im Arbeitstank befindlichen Werkstück angeordnet ist zur Bildung eines mit der Bearbeitungsflüssigkeit gefüllten elektrischen Bearbeitungsspalts dazwischen. Die Vorrichtung enthält eine XTltraschallanordnung im Arbeitsbehälter und ein Kopfteil sowie ein Iragteil. Das Kopfteil ist gebildet durch ein Gehäuse mit einem darin gehaltenen Ultraschallgeberelement und einer Öffnung, durch die nur eine der beiden gegenüberliegenden Oberflächen des Ultraschallgeberelements in Berührung mit der Bearbeitungsflüssigkeit gehalten werden und über die Bearbeitungsflüssigkeit mit dem Bereich des Bearbeitungsspalts in Verbindung stehen. Das Kopfteil wird im Arbeitebehälter durch das Tragteil getragen, das ein nachgiebiges Mehrgelenkrohr oder -ge-

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stange enthalten kann, so dass die Öffnung selektiv zum Bereich des Bearbeitungsspalts gerichtet werden kann. Der Geber wird durch eine Energiezufuhr erregt zur Lieferung von Ultraschallschwingungen, vorzugsweise über 50 kHz und bis zu 10 MHz, die durch die Bearbeitungsflüssigkeit vorzugsweise auf den Bearbeitungsspaltbereich übertragen werden.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben. Darin zeigt:

KLg. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht mit einer schematischen Darstellung einer elektrischen Bearbeitungsvorrichtung mit einer TJltraschallanordnung, die gemäss der Erfindung aufgebaut und positioniert ist;

Pig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht mit einer schematischen Darstellung einer weiteren tfltraschallanordnung nach der Erfindung;

Pig. 3 eine schematische Schrägansicht der TJltraschallanordnung von KLg. 2;

Pig. 4· eine teilweise geschnittene Seitenansicht mit einer schematischen Darstellung einer elektrischen Bearbeitungsvorrichtung mit einer Ultraschallanordnung , die derjenigen von Pig. 2 und 3 ähnlich und erfindungsgemäss hinsichtlich ihres Tragteils abgeändert ist;

Pig. 5 eine teilweise geschnittene Seitenansicht mit einer schematischen Darstellung einer elektrischen Bearbeitungsvorrichtung, die derjenigen von Pig. 1 und 4 ähnlich und durch einen Ultraschallkopf mit Pluidkanälen nach der Erfindung abgeändert ist;

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Fig. 6 einen Schnitt VI-VI des Ultraschalldüsenkopfs von Fig. 5;

!"ig. 7 eine teilweise geschnittene Seitenansicht mit einer schematischen Darstellung einer Vorrichtung, die derjenigen von Fig. 1, 4· und 5 ähnlich ist und eine Ultraschallanordnung mit einer Einrichtung zum Abfühlen der Bearbeitungsflüssigkeitsoberfläche aufwei st;

Fig. 8, 9 und 10 Schaltdiagramme mit einer Darstellung einer Ultraschallenergiezufuhr mit zahlreichen Abfühlkreisen zur Verwendung in Verbindung mit dem System von Fig. 7;

Fig.11 eine teilweise geschnittene Seitenansicht mit einer schematischen Darstellung eines Systems nach der Erfindung unter Verwendung von mehreren Ultraschallköpfen, die den Bereich des Bearbeitungsspalts umgeben und jeweils auf diesen gerichtet sind;

Fig.12 einen Querschnitt XII-XII eines Teils der Vorrichtung von Fig. 11.

Gemäss Fig. 1 enthält eine elektrische Bearbeitungsvorrichtung einen Bearbeitungsbehälter 1 mit einer Bearbeitungsflüssigkeit 2, die ein flüssiges Dielektrikum sein kann, etwa destilliertes Wässer, Kerosin oder Transformatoren für die elektroerosive Bearbeitung, ein flüssiger Elektrolyt, etwa Natriumnitratlösung für die elektrochemische Bearbeitung, und ein flüssiger Elektrolyt von beliebiger gewünschter Galvanisierzusammensetzung für die galvanische Oberflächenbehandlung. Im Arbeitsbehälter 1 ist ein Werkstück 3 auf einem Montagetisch 4 sicher befestigt und befindet sich neben einer Werkzeugelektrode 5» die von einem

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Elektrodenhalt et eil 6 nach unten abstellt. Der Arbeitsbehälter 1 hat an seinem Boden eine Basis 7» auf der der Montagetisch 4- sicher gehalten wird. Die Höhe der Seitenwände 1a des Arbeitsbehälters 1 eignet sich zur Aufnahme der Bearbeitungsflüssigkeit 2 derart, dass der neben dem Werkstück 3 befindliche Bereich der Werkzeugelektrode 5 darin ausreichend tief unterhalb der Ilüssigkeitsoberfläche 2a angeordnet ist. Die Werkzeugelektrode 5 und das Werkstück werden durch eine nicht gezeigte elektrische Bearbeitungsenergiezufuhr derart erregt, dass das Material vom Werkstück 3 entfernt wird zur Erzielung einer bearbeiteten Oberfläche 3a, deren Form zur geformten Elektrodenfläche 5a der Werkzeugelektrode 5 komplementär ist, oder das Material aus dem Elektrolyt 2 auf der in gleichmässigem Abstand von der Elektrodenfläche 5a befindlichen geformten Werkstücksfläche 3a niedergeschalgen wird zur Bildung einer gleichmässig dicken Niederschlagsschicht. Die Werkzeugelektrode 5 wird zum Werkstück 3 hin vorgeschoben, wenn das Entfernen von Material fortschreitet, oder wird vom Werkstück 3 weg zurückgezogen, wenn der Materialniederschlag fortschreitet, um den winzigen Bearbeitungsspalt G im wesentlichen konstant zu halten.

Eine XJltraschallanordnung 8 ist ebenfalls in die Bearbeitungsflüssigkeit 2 im Arbeitsbehälter 1 eingetaucht und enthält einen Kopf oder ein Gehäuse 9 mit einem Grundgehäuse 9a und einer äusseren starren BSlIe 9b mit einer divergierenden kegelstumpfförmigen öffnung 9c. Das Grundgehäuse 9a und die äussere Hülle 9b bestehen aus Metall oder hartem Kunstharz und sind zusammengeschraubt.

Ein UltraschallSchwingungsgeber 10 ist zwischen dem Grundgehäuse 9a und der äusseren Hülle 9b so gehalten, dass das Volumen des Gehäuses 9 in einen nach aussen offenen Raum 9d und einem geschlossenen Baum 9e unterteilt ist. Dichtungen 11 dienen zum hermetischen Abdichten des geschlossenen Saumes 9e gegen den Eintritt der Bearbeitungsflüssigkeit

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Als Ergebnis befindet sich, nur eine Seitenfläche 10a des Ultraschallschwingungsgebers ΊΟ in Berührung mit der Bearbeitungsflüssigkeit 2, während sich die andere Seitenfläche 10b in Berührung mit der Luft im geschlossenen Raum 9e befindet und von der Bearbeitungsflüssigkeit vollständig getrennt ist.

Der Ultraschallschwingungsgeber 10 kann aus einem piezoelektrischen (oder elektrostriktiven) oder magnetostriktiven Element bestehen und wird über Leiter 12 durch eine Hochfrequenzenergiezufuhr 13 so erregt, dass er mechanische Schwingungen mit Ultraschallfrequenz erzeugt, die 20 bis 30 kHz, vorzugsweise über 50 kHz und vorzugsweise über 100 kHz bis zu 10 MHz, betragen können.

Das Gehäuse ist starr an einer Montagestange 14- mit einem kugelförmigen Ende 14a getragen, das gleitbar in einer Ausnehmung 15a eines Halteblocks 15 so aufgenommen ist, dass das Gehäuse 9 um das Ende 14a schwenkbar ist. Der Halteblock 15 ist mit einer Einstellschraube 15b versehen,zum sicheren Halten des Endes 14-a, wodurch das Gehäuse 9 in einer gewünschten Winkel- oder Schwenkstellung gehalten wird. Der Halteblock 15 ist sicher an einem magnetischen Halter 16 befestigt, der seinerseits an der Basis 7 lösbar befestigt ist, die aus einem magnetisch durchlässigen Material besteht. Der magnetische Halter 16 hat ein magnetisch durchlässiges Rahmenteil 16a, Elektromagnete 16b und einen Hebelschalter 16c, der die Spulen der Elektromagnete 16b mit einer nicht gezeigten Stromquelle verbindet.

Venn somit der Hebel des Hebelschalters 16c sich in einer Stellung befindet, sind die Elektromagnete 16b aberregt zum Lösen des Halters 16 von der Basis 7· Der Halter 16 befindet sich in einer gewünschten Stellung auf der Basis im Arbeitsbehälter 1 durch Bewegen des Hebels des Hebelschalters 16c in die andere Stellung, was eine Betätigung der Elektromagneten bewirkt zum magnetischen Anziehen des

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Rahmenteils 16a an die Basis 7· Die Einstellschraube 1>5b im Halteblock 15 wird dann betätigt zum Einstellen der Winkelstellung der Haltestange 14, so dass das Gehäuse 9 derart geschwenkt wird, dass die öffnung 9c und der Ultraschallschwingungsgeber 10 selektiv zum Bereich des elektrischen Bearbeitungsspalts G zwischen der Werkzeugelektrode 5 und dem Werkstück 3 gerichtet werden.

Die Anordnung gewährleistet somit, dass die vom Ultraschallschwingungsgeber 10 durch die Öffnung 9c ausgestrahlte Ultraschallschwingung sich durch die Bearbeitungsflüssigkeit selektiv zum Bearbeitungsbereich hin ausbreitet. Ferner befindet sich nur die Aussenfläche 10a des Ultraschallschwingungsgebers 10 in Berührung mit der Bearbeitungsflüssigkeit. Da die andere Seitenfläche 10b des Ultraschallschwingung sgebers 10, die sich entgegengesetzt zur Richtung des Bearbeitungsbereichs befindet, lediglich in Berührung mit der Luft im geschlossenen Raum 9© des Gehäuses 9 steht, besteht praktisch kein Verlust an Schwingungsenergie, die durch die Schwingung dieser zweiten Seitenfläche 10b erzeugt wird. Die Schwingungsenergie von der ersten Seitenfläche 10a wird praktisch ohne Störung und mit maximaler Wirksamkeit auf den Bereich des Bearbeitungsspalts G übertragen.

Als Abänderung der obigen Anordnung des Ultraschallschwingungsgebers 10 im Gehäuse 9 kann der Ultraschallschwingungsgeber 10 an einem Ring aus Hartkunststoff befestigt werden, der seinerseits sicher am Grundgehäuse 9a mit oder ohne Verwendung der Hülle 9b angebracht ist. Möglich ist ebenfalls ein dichtes Abdichten der öffnung des Grundgehäuses 9a mit einer verhältnismässig dünnen biegsamen Scheibe mit anschliessenden Befestigen des Ultraschallschwingungsgebers 10 an einem mittleren Bereich der Scheibe auf deren äusseren Seitenfläche.

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2 und 3 zeigen eine weitere Ausführungsform der Ultraschallanordnung 108 mit einem Gehäuse 109 in Form eines starren rechteckigen Körpers 1O9a einschliesslich einer zylindrischen Bohrung, deren eines Ende mit einer Gummikappe 109f dicht abgedichtet und deren anderes Ende kegelstumpf förmig ist. Der Körper 109a kann ein aus Hartkunststoff oder -gummie geformter Körper sein und hat eine daran derart befestigte Geberscheibe 110, dass das abgedichtete Volumen des Gehäuses 109 in einen nach aussen offenen Raum 109d und einen dicht abgeschlossenen Raum 109e unterteilt ist. Die Geberscheibe 110 und mit einer Isolierhüllse 112a bedeckte Leiter 112 hierfür werden vorher in einer Form in Stellung gebracht, wobei verflüssigter Kunststoff oder Gummi in die Form zur Verfestigung gegossen werden. Da der Körper 109a, die Geberscheibe 110 und die Leiter 112 integral durch Giessen geformt sind, ist das Gehäuse 109 gegen Strom- und Flüssigkeitsleckverluste abgesichert.

Der Körper 109a ist unbeweglich an einem mehrgelenkigen Tragteil 17 befestigt und wird hiervon getragen, das seinerseits sicher an einem magnetischen Halter 116 befestigt ist, der an der Basis 7 lösbar befestigt ist, vgl. Fig. 1. Das Halteteil 17 enthält in jeder Stufe zwei Platten 17a, die dazwischen das untere Ende einer Stange 17b in der vorhergehenden Stufe an ihrem einen Ende und das obere Ende einer Stange 17b an ihren anderen Enden halten. Jedes Paar von Platten 17a ist durch eine Flügelschraube 17c aneinanderbefestigt. Die Flügelschrauben 17c werden somit gelöst zur Höhen- und Winkeleinstellung des Gehäuses 109 oder zu dessen gewünschter Ausrichtung zum Bereich des Bearbeitungsspalts G (Fig. 1), und werden dann zum Halten dieser Höhen- und Winkelstellung des Gehäuses 109 festgezogen. Der magnetische Halter 116 ist grundlegend von derselben Bauart wie in Fig. 1 und enthält einen Betätigungsknopfschalter 116c anstelle des Hebelschalters.

Fig. 4- zeigt eine geinäss Fig. 1 angeordnete elektrische Bearbeitungsvorrichtung und eine Ultraschallanordnung 108' mit dem Gehäuse 109 gemäss Fig. 2 und 3· Das Gehäuse 109 wird von einem nachgiebigen selbsthaltenden Arm oder rohrförmigen Halter 18 anstelle des mehrgelenkigen Halteteils oder Gestänges am magnetischen Halter 116 gehalten. Der Halter 18 kann aus beliebigen geeigneten herkömmlichen nachgiebigen Gelenkwellen oder einem Rohr bestehen, das aus einer Eeihe von miteinander verbundenen rohrförmigen oder massiven Gliedern besteht und betätigt wird zum selektiven Positionieren und Ausrichten des Ultraschällkopfs zum Bereich des Bearbeitungsspalts G in der beschriebenen Weise.

Eine weitere Ausführungsform der in Fig. 5 gezeigten Anordnung 208 verwendet einen abgeänderten Ultraschallkopf 209» der von einer mehrgelenkigen Gestängeeinheit 217 und dem magnetischen Halter 16 gehalten wird, von denen beide bereits beschrieben sind. Gemäss Fig. 6 enthält der Ultraschallkopf 209 einen hohlen Grundkörper 209a und eine hohle Kappe 209f, die miteinander verschraubt sind zum Halten eines UltraschallgebereLents 210 in seiner Stellung in der oben beschriebenen Weise. Bei dieser Ausführungsform ist jedoch eine starre Schale oder Abdeckung 209b mit einen zum Bereich des Bearbeitungsspalts G gerichteten vorstehenden Düse 209c durch Schrauben 209g am Grundkörper 209a befestigt und bildet Fluidkanäle 209h und 209i für die Bearbeitungsflüssigkeit, die durch einen Einlasskanal 2095 ausgehend von einer Leitung 209k eingeführt wird, die mit einer nicht gezeigten Flüssigkeitsquelle einschliesslich einer Pumpe in Verbindung steht. Somit wird eine Zwangsströmung von frischer Bearbeitungsflüssigkeit zwischen dem Bereich des Ultraschallschwingungsgebers 210 und dem Bereich des Bearbeitungsspalts G hergestellt. Die durch den UltraschallSchwingungsgeber erzeugte Ultraschallschwingung wird derart auf die strömende Bearbeitungsflüssigkeit ausgeübt, dass eine sehr günstige

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Bearbeitungsumgebung im Bearbeitungsbereicli erzeugt wird. Die Volumenzunahme der Bearbeitungsflüssigkeit 2 im Arbeit sbehälter 1 wird durch. Rückführen der Bearbeitungsflüssigkeit über einen nicht gezeigten Filter zur Quelle ausgeglichen.

He Ultraschallanordnung von Hg. 7 mit dem vom nachgiebigen Gelenkgestänge 217 am magnetischen Haater 16 gehaltenen Gehäuse 109 enthält ferner Fluidniveau-Sensoren 20a und 20b, die am Grundkörper 109a an ihrer oberen bzw. unteren Stellung a^ bzw. &2 befestigt sind. Die Sensoren 20a und 20b können beispielsweise jeweils einen !Thermistor aufweisen und sind mit der Energiezufuhr 13 verbunden zum Erregen des Ultraschallschwingungsgebers 110 in irgendeiner der in ilg. 8 bis 10 erläuterten irten. Wenn die Oberfläche 2a des Bearbeitungsfluids 2 im .Arbeitsbehälter 1 in eine Stellung A abfällt, ist der Thermistor 20a der Luft ausgesetzt und betätigt eine Steuerschaltung in der Energiezufuhr 13 zum Unterbrechen der Schwingung der Geberscheibe 110.

Gemäss Eig. 8 enthält die Energiezufuhr 13 einen Transformator 21, dessen !Primärwicklung mit einer nicht gezeigten kommerziellen Wechselstromquelle über einen Stecker 22 und einen Schalter 23 verbunden ist und dessen Sekundärwicklung mit dem Ultraschallschwingungsgeber 110 verbunden ist über durch Federkraft in Stellung gehaltene Kontakte 24a eines Magnetschalters 24 und über einen Hochfrequenzgenerator 2§. Der Magnetschalter hat eine Arbeitswicklung 24b, die durch einen mittels eines Verstärkers 27 gespeisten Steuerkreises 26 erregt wird. Die Eingangsklemmen des Verstärkers 27 sind über Anschlüsse P und Q einer Whe at stone' sehen Brücke angeschlossen, die durch in der dargestellten Weise angeordnete Thermistoren 20a und 20 und Widerstände 28, 29 gebildet und durch eine Gleichstromquelle 30 erregt wird. Der Magnetschalter 24 hat zweite Eontakte 24c, die in Reihe

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mit einer zusätzlichen Sekundärwicklung des Transformators 21 und mit einem Schnarrsummer 31 geschaltet sind.

Die Thermistoren 20a und 20b sollen dieselben Betriebseigenschaften und die Widerstände 28, 29 denselben Widerstand haben. Wenn die beiden durch die Gleichstromquelle erregten Thermistoren 20a, 20b in die Bearbeitungsflüssigkeit 2 mit gegebener Temperatur eingetaucht sind, besteht kein Spannungsabfall zwischen den Anschlüssen P und Q in der Whetstone¹sehen Brücke 20a, 20b, 28, 29. Wenn die Oberfläche 2a der Bearbeitungsflüssigkeit in die Stellung A absinkt und der Thermistor 20a der Luft ausgesetzt ist, ändert der Thermistor 20a seinen Wärmeabgabezustand, so dass zwischen den Thermistoren 20a und 20b ein Temperaturunterscheid erzeugt wird. Dies erzeugt einen Spannungsabfall zwischen den Anschlüssen P und Q und das 3?liessen eines Stroms zwischen diesen Anschlüssen Der Strom wird durch den Verstärker 27 verstärkt. Der Steuerkreis spricht auf den verstärkten Strom an und erregt bei Übersteigen eines vorgegebenen Werts die Spule 24b zur Betätigung des Schalters 24. Die Kontakte 24a werden somit unterbrochen zum Trennen der Sekundärwicklung des Transformators 21 vom Oszillator oder Hochfrequenzgenerator 25 zum Aberregen des Ultraschallschwingungsgebers 110, wobei die Kontakte 24c geschlossen werden zum Erregen des Schnarrsummers 31 zur Abgabe eines hörbaren Alarmsignals. Der Schalter 23 kann dann geöffnet werden, wobei eine Zufuhr der Bearbeitungsflüssigkeit in den Arbeitsbehälter 1 geliefert wird zur Zurückstellung der Oberfläche 2a im Arbeitsbehälter auf ein ausreichendes Niveau. Dann kann der Schalter 23 geschlossen werden zur Lieferung von Energie zum Hochfrequenzgenerator 25 über die Kontakte 24a, die zur Wiederaufnahme der Schwingung des TJltraschallschwingungsgebers 110 durch den Federdruck geschlossen wurden.

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Die Schaltungsanordnung von Fig. 9 arbeitet, wie der Sensor 20a, 20b mit einem schwingungsempfindlichen Element 32 zusammen, das ein piezoelektrisches, elektrostriktives oder magnetostriktives Element sein kann, das an einer in Pig. 7 gezeigten Stelle an der kegelstumpf förmigen Fläche 109c des Grundkörpers 109a befestigt ist. Solang das Element 32 in der Bearbeitungsflüssigkeit 2 eingetaucht bleibt, genügen die vom Ultraschal1schwingungsgeber 110 übertragenen Ultraschallwellen zur Erzeugung voller Schwingungen am Element 32. Wenn die Oberfläche 2a auf die Stellung B abfällt und das Element 32 der Luft ausgesetzt ist, verringert das Element 32 plötzlich seinen Ausgangsstrom. Der über den Verstärker 27 an das Element 32 angeschlossene Steuerkreis wird dann zur Erregung der Spule 24b betätigt.

Bei der Anordnung von Hg. 10 dient der Ultraschallschwingungsgeber 110 selbst als Kiveausensor. Bei dieser Ausführungsform sind die Eingangsklemmen zum Steuerkreis 26 über eine Diode 33 an die Sekundärwicklung eines Transformators 34 angeschlossen, dessen Primärwicklung über einen Widerstand 35 angeschlossen ist, der in die Schaltung zwischen dem Oszillator 25 und dem Ultraschallschwingungsgeber 110 angeschlossen ist. Solang der Ultraschallschwingungsgeber 110 in der Bearbeitungsflüssigkeit 2 eingetaucht bleibt, ist seine verbrauchte elektrische Energie praktisch konstant. Wenn die Oberfläche 2a der Bearbeitungsflüssigkeit auf die Stellung C abfällt und der Ultraschallschwingungsgeber 110 der Luft teilweise ausgesetzt ist, tritt eine plötzliche Änderung des Stroms auf, der durch den Ultraschallschwingungsgeber 110 und den abfühlenden Widerstand 35 hindurchtritt, und zwar auf Grund einer Verringerung des Flüssigkeitsdrucks am Ultraschallschwingung sgeber 110, der dessen Belastungscharakteristik bestimmt. Der Steuerkreis 26 spricht hier wiederum über den Transformator 34 und die Diode 33 auf die Änderung an, so dass die Spule 24b erregt wird.

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Fig. 11 zeigt eine weitere Anordnung der Erfindung in Verbindung mit einer Elektroerosionsbearbeitungsvorrientlang. Der die Werkzeugelektrode tragende Schaft 6 ist hier in einem an einem Arm 41 befestigten Maschinenkopf gehalten. Ein Ring 42 für den Schaft 6 ist am Maschinenkopf 40 durch geteilte Eingsegmente 43 und 44 befestigt, die zur Höheneinstellung des Rings 42 dienen. Eine drehbare Scheibe 45 ist mit dem Ring 42 verbunden, über Kugellager 47 auf einer tragenden Drucklagerscheibe 46 drehbar und wird durch einen am Ring 42 befestigten Getriebemotor 48 um die Achse des Schafts 6 gedreht, vgl. auch Fig. 12. Die drehbare Scheibe 45 enthält Segmente 45a, 45b, die durch Schrauben 49 zusammengebaut sind und mehrere Löcher 50a, 50b aufweisen, vgl. Fig. 12. Eines (45b) der Segmente ist auch, mit einem gekrümmten Vorsprung 51 versehen, dessen verzahnter Innenrand 52 in Eingriff mit einem Stirnzahnrad 53 steht, das auf der Welle des Getriebemotors 48 befestigt ist. TJltraschallanordnungen 54 in gewünschter Anzahl (es sind sechs hiervon dargestellt) werden von ihren jeweiligen Haltern 55 gehalten und sind mit der drehbaren Scheibe 45 durch gewählte Löcher 50a', 50b¹ befestigt, die darin ausgebildet sind zur Aufnahme der Halter 55 und zu deren Befestigung durch Muttern 56.Die Anzahl und die jeweiligen Stellungen der verwendeten Ultraschallanordnungen 54 werden entsprechend der besonderen Gestalt und Grosse des Bereichs des Bearbeitungsspalts G bestimmt, der zwischen dea Werkstück 3 und der Werkzeugelektrode 5 ausgebildet ist.

Jede der schematisch dargestellten TJltraschallanordnungen 54 hat vorteilhaft einen von einem Halteteil 55 gehaltenen Kopfteil. Das Kopfteil wird durch eine Gehäuseeinrichtung gebildet mit einem darin gehaltenen XJltraschallgeberelement und einer Öffnung, die nur zulässt, dass eine der beiden gegenüberliegenden Seitenflächen des Elements in Berührung mit der Bearbeitungsflüssigkeit 2 gehalten wird

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und über diese mit dem Bereich, des Bearbeitungsspalts G in Verbindung steht. Die an der drehbaren Scheibe 45 befestigte Ultraschallanordnung 54 ist so positioniert, dass sie die öffnung und das tfltraschallgeberelement selektiv zum Bereich des Bearbeitungsspalts G richtet. Die Ultraschallgeberelemente können über Leiter 57 πΰ.^ einer gemeinsamen Energiequelle von der in Fig. 8 bis 10 gezeigten Art verbunden sein.

Auf Grund der Anordnung, durch die die vielen Ultraschallanordnungen 54 den Bereich des Bearbeitungsspalts G umgeben, um individuell erzeugte Ultraschallschwingungen aus unterschiedlichen radialen Richtungen auszuüben, ergibt sich im Betrieb eine sehr günstige Reinigungswirkung im Bereich des Bearbeitungsspalts G. Der Getriebemotor 48 kann dann durch einen Steuerkreis so gesteuert werden, dass er periodisch seine Drehrichtung ändert, um die drehbare Scheibe 45 und folglich die angebrachten Ultraschallanordnungen 54 gleichzeitig zum SLn- und Herschwenken innerhalb einer gegebenen Winkelspanne zu veranlassen. Auf diese Weise wird die Ultraschallschwingungsenergie so übertragen, dass sie sich gleichförmig über den gesamten Bereich des Bearbeitungsspalts erstreckt, und zwar unabhängig von jeglicher Kompliziertheit der Gestaltung des Bereichs. Folglich wird ein gleichmässiges und vollständiges Entfernen von Bearbeitungsspänen, Gasen und anderen Spaltverunreinigungen gewährleistet, um ein Fortsetzen der Bearbeitung mit erhöhter Stabilität und Wirksamkeit zu ermöglichen.

Auch können die einzelnen Ultraschallanordnungen 54 durch unterschiedliche Energiequellen erregt werden. Somit kann eine Gruppe von Ultraschallanordnungen so erregt werden, dass sie Schwingungen mit einer Frequenz erzeugt, während eine andere Gruppe so erregt werden kann, dass sie Schwingungen mit einer anderen Frequenz erzeugt.

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e e r s e ι τ e

Claims

BEETZ-LAMPRECHT-BEETZ 800.0. München 22 - Stejnsdorfstr. 10 581-31.6o2P(31.6o3H) 31. Okt. 198o Ansprüche

1.) Elektrische Bearbeitungsvorrichtung

- mit einem Arbeit sbehälter, der eine Bearbeitungsflüssigkeit aufnimmt und in dem ein Werkstück eingetaucht ist, und

- mit einer Werkzeugelektrode, die neben dem im Arbeitsbehälter befindlichen Werkstück positionierbar ist zur Bildung eines mit der Bearbeitungsflüssigkeit gefüllten elektrischen Bearbeitungsspalts dazwischen,

gekennzeichnet

- durch eine im Arbeit sbehälter angeordnete Ultraschallanordnung mit einem Kopfteil und einem Tragteil, wobei das Kopfteil durch eine Gehäuseeinrichtung gebildet ist, in der ein ültraschallgeberelement gehalten ist und das eine öffnung derart aufweist, dass nur eine der beiden entgegengesetzten Seitenflächen des Ultraschallgeberelements in Berührung mit der Bearbeitungsflüssigkeit gehalten ist und über die Bearbeitungsflüssigkeit mit dem Bereich des elektrischen Bearbeitungsspalts in Verbindung steht, und wobei das Kopfteil von iüragteil derart in der Bearbeitungsflüssigkeit gehalten ist, dass die öffnung selektiv zum Bereich des Bearbeitsspalts gerichtet ist, und

- durch eine Energiezufuhr für eine Erregung des TJltraschallgeberelements zur Erzeugung von Ultraschall-

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schwingungen in diesem und zur Ausübung von Schwingungen auf die mit der einen Seitenfläche in Berührung stehende Bearbeitungsflüssigkeit zur Übertragung der ausgeübten Ultraschallschwingungen wenigstens vorzugsweise auf den Bereich des Bearbeitungsspalts.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

- dass das Ultraschallgeberelement in der Gehäuseeinrichtung derart gehalten ist, dass deren Innenvolumen unterteilt ist in einen wenigstens teilweise durch die öffnung begrenzten offenen Baum und in einen luftgefüllten und von der Bearbeitungsflüssigkeit getrennten geschlossenen Baum.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

- dass das !Dragteil ein langgestrecktes Teil aufweist, das biegsam ist und sich im Kopfteil selbst halten kann.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3j
dadurch gekennzeichnet,

- dass das langgestreckte Teil ein nachgiebiges Hehrgelenkrohr ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3»
dadurch gekennzeichnet,

- dass das langgestreckte Teil ein Mehrgelenkgestange ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,

- dass das Tragteil einen elektromagnetischen Salter aufweist, um das langgestreckte Teil darauf zu be-

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festigen, und

- dass der Halter auf einem magnetisch, durchlässigen Grundteil im Arbeitsbehälter befestigt ist und ein magnetisch, durchlässiges Körperteil sowie einen Elektromagnet aufweist, der zum Anziehen des Körperteils an das Grundteil magnetisch erregbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

- dass die Gehäuseeinrichtung aufweist: einen Fluidkanal, der mit einer Quelle für die Bearbeitungsflüssigkeit und über eine Düseneinrichtung mit dem Bereich des Bearbeitungsspalts verbunden ist, und eine Pumpeinrichtung zur Erzeugung einer Zwangsströmung der Bearbeitungsflüssigkeit durch den lluidkanal in den Bereich des Bearbeitungsspalts.

8. Vorrichtung nach. Anspruch 1,
gekennzeichnet

- durch eine Einrichtung zum Abfühlen der Oberfläche der im Arbeitsbehälter befindlichen Bearbeitungsflüssigkeit bezüglich der Stellung des darin befindlichen TTltraschallgeberelements und

- durch eine auf die Abfühleinrichtung ansprechende Steuereinrichtung zur Steuerung der Energiezufuhr.

9. Vorrichtung nach. Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,

- dass die Steuereinrichtung das TJltraschallgeberelement von der Energiezufuhr elektrisch trennt, wenn der Bereich des Ultraschallgeber elements wenigstens teilweise der Luft ausgesetzt ist.

10. Vorrichtung nach. Anspruch 8,
dadurch, gekennzeichnet,

- dass die Abfühleinrichtung einen an der Gehäuseeinrichtung befestigten Thermistor aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch. 8, dadurch gekennzeichnet,

- dass die Abfülleinrichtung ein zusätzliches Geberelement aufweist, das dieselbe Arbeitscharakteristik wie das erste Geberelement aufweist und an der Gehäuseeinrichtung befestigt ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,

- dass die Abffihieinrichtung durch das Geberelement gebildet ist.

13. Vorrichtung nach. Anspruch 1, gekennzeichnet

- durch mehrere TJltraschallkopfteile, von denen jedes so aufgebaut und angepasst ist, dass es in der definierten Art arbeitet,

- wobei die TJltraschallkopf teile den Bereich des Bearbeitungsspalts umgeben zur Ausübung von darin individuell erzeugten Ultraschallschwingungen auf den Bearbeitungsbereieh aus unterschiedlichen Richtungen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13» gekennzeichnet

- durch, eine Einrichtung zum Verschieben der Ultraschallkopfteile gegenüber dem Bearbeitungsbereich.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet,

- dass die Verschiebungseinrichtung die Ultraschallkopfteile gemeinsam hin- und herbewegen kann.

16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- dass das Ultraschallgeberelement durch die Energie-

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zufuhr erregt wird zur Erzeugung von TJltraschall schwingungen mit einer Erequenz von 50 kHz bis 10 MHz.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet,
- dass die Frequenz 100 kHz übersteigt.

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