DE4391902C2

DE4391902C2 - Verfahren zur Zubereitung von wäßriger Arbeitsflüssigkeit für die Funkenerodierbearbeitung

Info

Publication number: DE4391902C2
Application number: DE4391902A
Authority: DE
Inventors: Nobuyuki Takahashi
Original assignee: Sodick Co Ltd
Current assignee: Sodick Co Ltd
Priority date: 1992-04-28
Filing date: 1993-04-28
Publication date: 1998-12-10
Anticipated expiration: 2013-04-29
Also published as: DE4391902T1; WO1993022094A1; US5464959A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zubereitung von wäßriger Arbeitsflüssigkeit für die Funkenerodierbearbeitung von Werkstücken der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 an gegebenen Gattung.

Die funkenerosive Werkstückbearbeitung wird in der Regel in einem dielektrischen Medium ausgeführt, wobei in zunehmendem Maße wäßrige schwer entzündbare Arbeitsflüssigkeiten auf Öl- oder Siliconbasis Verwendung finden.

Beim funkenerosiven Drahtschneiden mit einer Laufdrahtelek trode wird meist Wasser als Arbeits- und Spülflüssigkeit verwendet, weil die Bearbeitung dann in Luftatmosphäre durchgeführt werden kann. Für diesen Zweck ist reines Wasser ideal, in welchem nahezu sämtliche Ionen durch Ionenaus tausch beseitigt sind. Das verwendete Wasser sollte jedoch eine spezifische elektrische Leitfähigkeit im Bereich von einigen µS/cm bis zu einigen 10 µS/cm haben, die durch Zu mischen von Leitungswasser eingestellt werden kann. Wenn je doch dieses Wasser Chlorionen enthält, können durch elektro lytische Reaktionen die sog. Grübchenkorrosion (nadelförmige elektrolytische Korrosion) und Oxidationserscheinungen, d. h. Rost, am Werkstück auftreten, was dessen Qualität beein trächtigt.

Aus Kosten- und Emissionsgründen wird in neuerer Zeit die wäßrige Arbeitsflüssigkeit aus der Funkenerodierbearbeitung aufbereitet und in den Kreislauf rückgeführt. Die in einem oder mehreren Speichern gesammelte Arbeitsflüssigkeit durch läuft Filter zur Abscheidung von Feststoffpartikeln und Io nenaustauscher zum Entfernen der in der Arbeitsflüssigkeit enthaltenen Ionen. Wenn in diesen Speichern die Wassermenge z. B. durch Verdampfung unter einen vorgegebenen Wert sinkt, wird zusätzliches Leitungswasser in den Speicher nachgefüllt und die Ionenaustauschbehandlung solange ausgeführt, bis ei ne für den Erodiervorgang geeignete elektrische Leitfähig keit erreicht ist. Bei dieser Aufbereitungsbehandlung durch fließt das Wasser eine mit Ionenaustauschharz gefüllte Säule mit relativ geringer Strömungsgeschwindigkeit, um Kanalbil dungen zu vermeiden. Die spezifische Durchflußmenge SV, d. i. diejenige Wassermenge l_Fl, die eine bestimmte Harzmenge l₄ in einer Zeiteinheit h durchfließt beträgt nur einige l/h.

Die gesättigten Ionenaustauschharze werden verworfen, weil die im Arbeitswasser enthaltenen Metallpartikel in die Io nenaustauschharze eingelagert sind und nur mit hohem Aufwand entfernt werden können.

Aus der EP 0 380 694 A1 ist eine Vorrichtung zur Versorgung einer Errodiervorrichtung mit wäßriger Arbeitsflüssigkeit be kannt, die unter Anwendung des gattungsgemäßen Verfahrens eine automatische Einstellung der elektrischen Leitfähigkeit der Arbeitsflüssigkeit auf vorgegebene Werte ermöglicht. Die aus einem Arbeitstank in einen Sammelbehälter zurückgeführte Arbeitsflüssigkeit wird über eine Pumpe und einen Filter in einen Speicher gepumpt, aus dem sie mittels einer weiteren Pumpe abgezogen und über eine Druckleitung den Spüldüsen der Bearbeitungsmaschine im Bereich des Arbeitsspaltes zugeführt wird. Zur Einstellung der Leitfähigkeit wird die Arbeits flüssigkeit in einem kontinuierlichen Kreislauf mittels ei ner Pumpe aus dem Speicherbehälter abgezogen, wobei die Leitfähigkeit dieses Flüssigkeitsstromes durch einen Sensor gemessen wird. Bei Überschreiten von vorgegebenen Grenzwer ten wird ein Magnetventil geöffnet, so daß eine Teilmenge des geförderten Flüssigkeitsstroms über einen Ionenaustau scher in den Speicher zurückfließt.

Bei der bekannten Ionenaustauschbehandlung von gebrauchter Arbeitsflüssigkeit werden nahezu alle Ionenarten entfernt, was eine geringe relative Durchflußmenge an Wasser pro Ein heitsvolumen der Harze und damit eine relativ kurze Lebens dauer der Harze zur Folge hat. Dies kann beispielsweise bei lang andauerndem aufsichtslosem Betrieb einer Erodiermaschi ne zu betrieblichen Problemen führen, wenn die Ionenaus tauschharze ihre Kapazitätsgrenze erreicht haben und damit die Reinigungswirkung der Arbeitsflüssigkeit rapide sinkt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Zubereitung von wäßriger Arbeitsflüssigkeit für die Funkenerodierbear beitung von Werkstücken aufzuzeigen, das die nutzbare Le bensdauer der Ionenaustauschharze verlängert und die Bereit stellung von gereinigter Arbeitsflüssigkeit mit vorgegebener elektrischer Leitfähigkeit über längere Zeiträume ermög licht.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden die für die Ero dierbearbeitung "schädlichen" Ionen selektiv durch Ionenaus tausch beseitigt und die Zirkulation der Arbeitsflüssigkeit durch den Ionenaustauscher erfolgt mit einer wesentlich er höhten spezifischen Durchflußmenge, bis die elektrische Leitfähigkeit des im Speicher befindlichen Wassers auf einen geeigneten Wert eingestellt ist. Damit vergrößert sich die Menge an behandeltem Wasser pro Einheitsvolumen der Ionen austauschharze, wodurch sich die Lebensdauer dieser Harze verlängert. Demzufolge können die Erodiermaschinen auch über längere Zeiträume ohne manuelle Kontrolle oder Eingriffe be trieben werden.

Im folgenden wird eine bevorzugte Durchführung des erfin dungsgemäßen Verfahrens anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 graphisch die Beziehung zwischen dem Volumen von be handeltem Wasser mit einer spezifischen elektrischen Leitfähigkeit von etwa 10 µS/cm und der Durchfluß menge, wobei Leitungswasser eine Ionenaustauschsäule solange durchfließt, bis die Kapazität des Ionenaus tauschharzes erreicht ist;

Fig. 2 schematisch eine funkenerosive Schneiddrahtmaschine mit einer Vorrichtung zur Zubereitung der Arbeits flüssigkeit;

Fig. 3 schematisch eine Vorrichtung zum Ionenaustausch von Arbeitsflüssigkeit.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die im folgenden beschriebenen Phänomene A bis C ausgenützt, indem die Ionen austauschbehandlung mit einer stark erhöhten spezifischen Durchflußmenge SV durchgeführt wird.

A) Wenn Leitungswasser mit einer üblichen Chlorionen-Kon zentration durch Ionenaustausch mit einer sehr hohen SV von z. B. 345 l_Fl/l_H behandelt wird, bleibt seine elektrische Leitfähigkeit größer als die von auf herkömmliche Weise be handeltem Leitungswasser. Auch mit einer derart großen SV kann jedoch die spezifische elektrische Leitfähigkeit des Wassers im Speichertank auf einen bestimmten Bereich von ca. 10 µS/cm eingestellt werden. Es wurde festgestellt, daß die Chlorionen im behandelten Wasser ausreichend beseitigt sind und diese elektrische Leitfähigkeit auf Ionen zurückgeht, die für die Erodierbearbeitung unschädlich sind.
B) Wenn Leitungswasser kontinuierlich durch Ionenaustausch mit großer SV von z. B. 345 l_Fl/(h_H . h) behandelt wird und die spezifische elektrische Leitfähigkeit des behandelten Was sers am Auslauf des Ionenaustauschers überwacht wird, ergibt sich keine sprunghafte Änderung dieser Leitfähigkeit während der Behandlung, wie dies bei herkömmlichem Ionenaustausch in Harzsäulen durch z. B. Kanalbildung der Fall ist.
C) Wenn die elektrische Leitfähigkeit hauptsächlich durch Chlorionen bewirkt wird, sind bei zwei Proben von Leitungs wasser, die sich in ihrer spezifischen elektrischen Leitfä higkeit z. B. um das 10-fache unterscheiden und die mit einer relativ großen SV von z. B. 65 l_Fl/(l_H . h) im Ionenaustauscher behandelt werden, die spezifischen elektrischen Leitfähig keiten beider Wasserproben nahezu gleich. Wenn diese beiden Proben den Ionenaustauscher mit einer größeren SV von z. B. 345 l_Fl/(l_H . h) durchfließen, sind die elektrischen Leitfähig keiten der beiden behandelten Wasserproben unterschiedlich. Wenn die Proben des behandelten Wassers zusätzlich durch den Ionenaustauscher zirkulieren, wird die gesamte elektrische Leitfähigkeit der beiden Proben im Speichertank konstant.

Beim Ionenaustausch in einem festen Bett fließt das Frisch wasser (Leitungswasser oder gebrauchtes Arbeitswasser) kon tinuierlich von oben durch das Ionenaustauschharz. Dabei werden verschiedene Ionenarten zunächst von der oberen Schicht der Harzphase adsorbiert. Wenn die Adsorptionskapa zität der oberen Schicht gesättigt ist, werden die Ionen in den Harzen der unten angrenzenden Schicht adsorbiert. Auf diese Weise bewegt sich der aktive Teil der Harzphase, d. h. das Ionenaustauschband, mit fortdauerndem Wasserdurchlauf nach abwärts, bis das Ionenaustauschband schließlich den Durchbruchpunkt erreicht.

Wenn für das Ionenaustauschband ein Materialgleichgewicht hinsichtlich der adsorbierten Ionen angenommen wird, ist für die einzelnen Ionen die folgende Gleichung gegeben:

-udc = Kfa(C-C)dz (1).

Hier steht u für eine lineare Oberflächengeschwindigkeit in einer Säule (m³/h . m²) und dc für die Konzentrationsänderung der Ionen in dem ausgetauschten Frischwasser. Daher gibt udc die Konzentrationsänderung der Ionen an, die sich durch den Ionenaustausch im Ionenaustauschband der Länge dz verrin gert, d. h. udc kennzeichnet die Ionenaustauschgeschwindig keit.

C gibt die Konzentration der Ionen im Frischwasser im Ionen austauschband der Länge dz an und C steht für die Gleichge wichtskonzentration der Ionen. C ist eine optionale Konzen tration in einem beliebigen Zeitpunkt in dem Prozeß, in dem die Ionenkonzentration im Frischwasser im Ionenaustauschband der Länge dz abnimmt.

Kfa steht für die volumetrische Gesamt-Stoffübergangszahl (l/h), die durch Multiplikation der Gesamt-Stoffübergangs zahl Kf mit der aktiven Teilchenoberfläche a der Ionenaus tauschharze im Ionenaustauschband der Länge dz erhalten wird.

Die Gesamt-Stoffübergangszahl (Kf) ist ein Koeffizient für den Ionenübergang, d. h. die Ionendiffusion der einzelnen Io nen aus dem Frischwasser in die Ionenaustauschharze.

Die volumetrische Gesamt-Stoffübergangszahl (Kfa) wird er heblich von der Ionendiffusion in die laminare Grenzschicht an der Teilchenoberfläche sowie von der Ionendiffusion in den Harzteilchen bestimmt. Für die Ionenaustauschbehandlung von Leitungswasser oder von gebrauchtem Arbeitswasser sind die Koeffizienten der einzelnen Ionen unbekannt, da viele Arten von Ionen erzeugt werden und im gemischten Zustand vorhanden sind.

Das oben genannte Phänomen (A) kann auf der Grundlage der Gleichung (1) wie folgt erläutert werden.

Auch bei einer sehr großen SV von z. B. 345 l_Fl/(l_H . h) werden die Chlorionen im Leitungswasser von den Harzen adsorbiert, wobei sich die Ionenaustauschgeschwindigkeit (udc) der Chlorionen aufgrund des Phänomens (A) vergrößert, wenn die lineare Oberflächengeschwindigkeit u in einer Säule erheb lich erhöht wird.

Wenn Frischwasser mit einer erheblich erhöhten SV behandelt wird, bis seine elektrische Leitfähigkeit ca. 10 µS/cm oder weniger beträgt, ist die erforderliche Länge des Ionenaus tauschbandes wegen des großen Volumens des behandelten Was sers klein. Daraus ergibt sich, daß die volumetrische Ge samt-Stoffübergangszahl (Kfa) der Chlorionen außerordentlich groß ist.

Wenn die SV erhöht wird, vergrößert sich auch die elektri sche Leitfähigkeit des behandelten Wassers, was bedeutet, daß die die erhöhte Leitfähigkeit verursachenden Ionen eine kleinere volumetrische Gesamt-Stoffübergangszahl (Kfa) be sitzen müssen.

Es hat sich herausgestellt, daß die volumetrische Gesamt- Stoffübergangszahl (Kfa) der Chlorionen außerordentlich groß und von derjenigen der anderen Ionen extrem verschieden ist, wenn der Ionenaustausch mit der erheblich erhöhten SV in ei nem festen Bett ausgeführt wird.

Das Phänomen (B) kann auf der Grundlage der Gleichung (1) folgendermaßen erklärt werden.

Wenn das Leitungswasser durch Ionenaustausch mit großer SV behandelt wird, wird ein plötzlicher Austritt von Chlorionen durch Kanalbildung verhindert, weil die Ionenaustauschge schwindigkeit (udc) und auch die Kfa der Chlorionen auch bei einer solchen Kanalbildung groß sind.

Da die zeitliche Änderung der elektrischen Leitfähigkeit keine Unstetigkeit aufweist, wird davon ausgegangen, daß sich das Ionenaustauschband mit seiner für den Ionenaus tausch erforderlichen Länge (dz) gleichmäßig nach abwärts bewegt.

Ferner kann das Phänomen (C) auf der Grundlage der Gleichung (1) folgendermaßen gelehrt werden.

Die Ionenaustauschgeschwindigkeit der Chlorionen ist im Ver gleich zu derjenigen der schwach elektrolytischen Ionen wie etwa Eisensäure, Kieselsäure, Kohlendioxid usw. erheblich größer. Daher können die Chlorionen im Frischwasser ungeach tet der Größe ihrer Konzentration vollständig ausgetauscht werden.

Fig. 1 zeigt die Beziehung zwischen dem Volumen des behan delten Wassers mit einer elektrischen Leitfähigkeit von ca. 10 µS/cm und der SV bei der Zirkulation von Leitungswasser durch eine Harzsäule für die Ionenaustauschbehandlung.

In Fig. 1 sind auf der Abszisse das Volumen des behandelten Wassers und auf der Ordinate die SV aufgetragen, wobei sich zeigt, daß das Volumen des behandelten Wassers bei 345 l_Fl/(l_H . h) im Vergleich zu demjenigen mit einer herkömm lichen SV von ca. 20 l_Fl/(l_H . h) um ein Mehrfaches höher ist.

Aus Fig. 1 geht deutlich hervor, daß bei einer solchen Erhö hung der SV das Volumen des behandelten Wassers um das Dop pelte zunimmt, wodurch sich die nutzbare Lebensdauer der Io nenaustauschharze um das Doppelte erhöht. Daher können der für die Harze erforderliche Aufwand verringert und die Be triebszeiten der Erodiermaschine wesentlich verlängert wer den.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ionenaustauschbe handlung von Leitungswasser wird experimentell Frischwasser mit zwei Litern Harze in Kontakt gebracht, wobei die spezi fische Durchlaufmenge SV geändert wird.

Die obere Grenze der spezifischen Durchlaufmenge hängt hauptsächlich von der physikalischen Festigkeit der Harze oder der mechanischen Festigkeit der Säule ab, liegt bei spielsweise bei 500 h^-1.

Die spezifische Durchlaufmenge SV sollte 20 l_Fl/(l_H . h) über steigen und eine Größe haben, bei der das Volumen des behan delten Wassers plötzlich ansteigt, wie in Fig. 1 gezeigt. Vorzusweise liegt die SV im Bereich von 30 bis 350 l_Fl/(l_H . h), wobei der Bereich von 75 bis 350 l_Fl/(l_H . h) bevorzugt wird.

Beim Schneiderodieren werden Laufdrahtelektroden aus Mes sing, Molybdän oder Wolfram verwendet, wobei die spezifische elektrische Leitfähigkeit der Arbeitsflüssigkeit im Bereich von 50 bis 10 µS/cm gesteuert wird.

Bei der Erodierbearbeitung ergeben sich hohe Temperaturen im Abtragsbereich, wodurch Elemente der Drahtelektrode und des Werkstücks im Wasser als Ionen gelöst werden. Durch Zunahme der gelösten Ionen erhöht sich die spezifische elektrische Leitfähigkeit der Arbeitsflüssigkeit allmählich. Nach der Bearbeitung kann eine Gruppe von Ionen im Arbeitsfluid ent halten sein, die für die Erodierbearbeitung unschädlich ist. Zu dieser Gruppe gehören Metallionen wie etwa Eisenionen, Zinkionen und Kupferionen sowie Kieselsäureionen und Kohlen dioxidionen, wobei die letzteren aus dem atmosphärischen Kohlendioxid in die Arbeitsflüssigkeit gelangen. Eine weite re Gruppe von für die Elektroerosivbearbeitung schädlichen Ionen bilden Metallionen, wie Molybdän, Chrom, Wolfram, Cobalt, usw., sowie die oben erwähnten Chlorionen.

Die für die Erodierbearbeitung schädlichen Ionen bewirken eine Zunahme der elektrischen Leitfähigkeit der Arbeitsflüs sigkeit, die eine elektrolytische Korrosion zur Folge hat. Ferner können metallische Bindemittel einer gesinterten Le gierung verstärkt abgetragen werden, auf Stahl-Werkstücken können Rostbildungen auftreten. Die "unschädlichen Ionen" verbinden sich mit den Kohlendioxidionen und lagern sich als unlösliche Salze ab. Daher haben diese "unschädlichen Ionen" keinen nachteiligen Einfluß auf die elektrische Leitfähig keit der Arbeitsflüssigkeit. Im Gegensatz dazu erzeugen die "schädlichen Ionen" anorganische Säuren (starke Säuren wie etwa Molybdänsäure, Chromsäure usw.) und üben auf die spezi fische elektrische Leitfähigkeit einen erheblichen Einfluß aus.

Bei der herkömmlichen Ionenaustauschbehandlung mit kleiner spezifischer Durchlaufmenge werden alle Ionenarten besei tigt. Auch wenn die "unschädlichen Ionen" vollständig besei tigt werden, gehen die Metalle und gesättigten Salze wieder in Lösung und werden erneut ionisiert. Dies verlangt einen weiteren an sich nicht notwendigen Ionenaustausch, durch den sich die nutzbare Lebensdauer der Harze verkürzt. Zusätzlich werden bei kleiner Raumgeschwindigkeit Rostverhinderer hin zugefügt, um zu verhindern, daß der Rost des Werkstücks von den Harzen adsorbiert wird.

Gemäß der Erfindung werden dagegen bevorzugt die "schädli chen Ionen" selektiv aus dem Arbeitswasser beseitigt, indem eine Zirkulation des gebrauchten Arbeitswassers durch die Harzsäule mit einer erheblich erhöhten spezifischen Durch flußmenge SV durchgeführt wird. Wenn gebrauchtes Arbeitswas ser durch Ionenaustausch mit einer SV von wesentlich mehr als 20 l_Fl/(l_H . h) solange behandelt wird, bis die Leitfähig keit des behandelten Wassers etwa 10 µS/cm beträgt, dann wird diese Leitfähigkeit von den für die Erodierbearbeitung "unschädlichen Ionen" verursacht, so daß die nutzbare Le bensdauer der Harze verlängert wird.

Die beim Senkerodieren bevorzugten Arbeitsflüssigkeiten ent halten ebenfalls unschädliche und schädliche Ionen nach Durchführung eines Arbeitsvorganges und dementsprechend auch eine erhöhte elektrische Leitfähigkeit, welche durch eine Ionenaustauschbehandlung reduziert werden muß. In gleicher Weise wird auch Frischwasser durch Zirkulation durch einen Ionenaustauscher mit einer SV von mehr als 20 l_Fl/(l_H . h) so lange behandelt, bis seine elektrische Leitfähigkeit 10 µS/cm beträgt, bevor behandeltes Wasser für die Senkerodier bearbeitung eingesetzt werden kann. Wie bei der Draht-ED- Bearbeitung nimmt das Volumen des behandelten Wassers plötz lich zu, wenn die SV mehr als 20 l_Fl/(l_H . h) beträgt.

Obwohl die obere Grenze der spezifischen Durchlaufmenge SV hauptsächlich von der Festigkeit der Harze oder der Säule abhängt, wird zweckmäßig eine SV gewählt, bei der die Leit fähigkeit des behandelten Wassers nach dem Durchlauf durch den Ionenaustauscher kleiner als die gewünschte Leitfähig keit ist.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird Frischwasser (d. h. entweder Leitungswasser oder eine wässerige Arbeitsflüssig keit) von oben durch ein festes Bett aus Ionenaustauschhar zen gefördert und anschließend aus dem unteren Teil des Bet tes entnommen. Es können auch andere Betriebsarten zum Durchschicken von Frischwasser verwendet werden. Im allge meinen besteht das feste Bett aus einer vertikalen mit Io nenaustauschharz gefüllten Säule. Das Verhältnis der Höhe des festen Bettes zu seinem Durchmesser kann 1 : 1 sein und liegt vorzugsweise im Bereich von 2 : 1 bis 4 : 1. Schwierigkei ten bereitet die Erzielung der angestrebt hohen spezifischen Durchlaufmenge SV, wenn das Frischwasser die in der Säule gebildete Harzphase nur auf Grund des Potentialgefälles durchfließt. Daher wird das Frischwasser mittels einer Pumpe unter Druck durch die Säule gefördert.

Leitungswasser wird durch Ionenaustausch gemäß der Erfindung solange behandelt, bis seine Leitfähigkeit auf nicht mehr als 50 µS/cm abgesenkt ist, weil das behandelte Wasser bei größerer Leitfähigkeit von mehr als 50 µS/cm Chlorionen ent halten kann.

Die untere Grenze der elektrischen Leitfähigkeit ist optio nal, solange das Volumen des behandelten Wassers pro Ein heitsvolumen der Harze groß ist. Wenn bei Schneiderodieren das Werkstück nicht in der Arbeitsflüssigkeit eingetaucht ist und nur der Abtragsbereich gespült wird, sollte die spe zifische elektrische Leitfähigkeit der Arbeitsflüssigkeit auf einen Wert im Bereich von 17 bis 20 µS/cm eingestellt sein, um die elektrolytische Korrosion des Werkstücks zu verhindern. Wenn dagegen das Werkstück in die Arbeitsflüs sigkeit eintaucht, sollte die Leitfähigkeit auf einen Wert im unteren Bereich von 5 bis 10 µS/cm eingestellt werden, um die elektrolytische Korrosion des Werkstücks zu verhindern. Wenn beim Senkerodieren Arbeitsflüssigkeit mit einer elek trischen Leitfähigkeit im Bereich von 1 bis 10 µS/cm verwen det wird, ergibt sich ein vergrößertes Volumen des behandel ten Wassers und eine längere nutzbare Lebensdauer der Harze. Eine Leitfähigkeit der Arbeitsflüssigkeit unter 1 µS/cm reicht in der Regel nicht aus, um eine stabile und wirksame Erodierbearbeitung auszuführen. Eine übermäßige Absenkung der Leitfähigkeit bedeutet einen unnötigen Verbrauch von Io nenaustauschharzen. Die maximale Lebensdauer der Harze ist theoretisch zu erwarten, wenn die Leitfähigkeit des behan delten Wassers nicht mehr als ca. 50 µS/cm beträgt, obwohl die erforderliche spezifische elektrische Leitfähigkeit von vielen verschiedenen Bearbeitungsarten abhängt.

Als Arbeitsflüssigkeit für das Schneiderodieren wird durch Ionenaustausch behandeltes Wasser bevorzugt, während beim Senkerodieren Mischungen aus durch Ionenaustausch behandel tem Wasser mit wasserlöslichen, hochmolekularen Verbindungen mit einer Isolationseigenschaft und Volumenanteilen von 50%-50% verwendet werden. Durch das Mischen von behan deltem Wasser einer Leitfähigkeit von ungefähr 50 µS/cm mit den wasserlöslichen, hochmolekularen Verbindungen kann eine Arbeitsflüssigkeit mit einer Leitfähigkeit von 10 µS/cm er halten werden. Dies ist auch auf die Ionenaustauschbehand lung für die Aufbereitung von gebrauchter Arbeitsflüssigkeit anwendbar, indem die Leitfähigkeit des in der Arbeitsflüs sigkeit enthaltenen Wassers auf nicht mehr als 10 µS/cm ein gestellt wird, um in der Arbeitsflüssigkeit eine Leitfähig keit von 50 µS/cm zu erhalten. Wie oben erwähnt, ermöglicht dieser Pegel die längste nutzbare Lebensdauer der Harze, weil keine für die Erodierbearbeitung schädlichen Ionen aus treten.

Solange die untere Grenze der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit in dem Bereich liegt, in dem das Volumen des behandelten Wassers pro Einheitsvolumen der Harze groß ist, sind die vorteilhaften Wirkungen der Erfindung zu erwarten. Genauer kann die Zunahme des behandelten Wassers aufrechter halten werden, wenn die untere Grenze nicht unter 0,2 µS/cm liegt.

Die Ionenaustauschharze sind im allgemeinen Polymere mit dreidimensionaler Netzstruktur mit Ionenaustauschgruppe, wo bei der Ausdruck "Ionenaustauschharz" auch z. B. kugelförmige Träger mit einschließt, deren Oberflächen von einem dünnen Ionenaustauschüberzug bedeckt ist. Die Ionenaustauschharze können aus einer einzigen oder aus mehreren verschiedenen Harzarten bestehen. Hinsichtlich der Funktion der Ionenaus tauschgruppe sind Ionenaustauschharze grob in Kation-Ionen austauschharze und Anion-Ionenaustauschharze klassifiziert. Ferner sind Kation-Ionenaustauschharze in starke Säuren und in schwache Säuren unterteilt, während die Anion-Ionenaus tauschharze in starke Basen und schwache Basen unterteilt sind. Die erfindungsgemäß verwendenden Ionenaustauschharze enthalten wenigstens zum Teil die Anion-Ionenaustauschharze, und zwar allein oder in Kombination mit Kation-Ionenaus tauschharzen. Vorzugsweise werden stark basische Anion-Io nenaustauschharze in Kombination mit Kation-Ionenaustausch harzen verwendet. Für die Behandlung von Arbeitsflüssigkei ten zum Senkerodieren werden stark basische Anion-Ionenaus tauschharze in Kombination mit stark sauren Kation-Ionenaus tauschharzen bevorzugt, wenne eine wässerige Lösung, in der wasserlösliche, hochmolekulare Verbindungen gelöst sind, durch Ionenaustausch behandelt werden. Bevorzugt werden stark basische Anion-Ionenaustauschharze in Kombination mit stark sauren Kation-Ionenaustauschharzen verwendet, wenn das beim Schneiderodieren eingesetzte Arbeitswasser durch Ionen austausch behandelt wird. Typischerweise werden eine quartä re Ammoniumgruppe als stark basisches Anion-Ionenaustausch harz, eine Sulfosäure als stark saures Kation-Ionenaus tauschharz sowie Kohlendioxid als schwach saures Kation- Ionenaustauschharz verwendet.

Die Harze können beliebige Strukturen wie etwa eine Gel struktur, eine poröse Struktur oder eine Trägerhaltestruktur besitzen. Rißfreie gelartige Harze sind für die Behandlung des wässerigen Bearbeitungsfluids wegen ihrer großen Ionen austauschkapazität geeignet. Die "schädlichen Ionen" können insbesondere dann eingefangen werden, wenn in dem erfin dungsgemäßen Verfahren stark basische Anion-Ionenaustausch harze verwendet werden.

Leitungswasser wird durch Ionenaustausch gemäß der Erfindung behandelt, so daß die spezifische elektrische Leitfähigkeit auf nicht mehr als 50 µS/cm und vorzugsweise auf den Bereich von 10 bis 50 µS/cm eingestellt wird. Dann wird das deioni sierte Wasser mit reinem Wasser zu dem Arbeitswasser ver mischt. Zur Zubereitung von Arbeitsflüssigkeit zum Senkero dieren wird das behandelte Wasser mit wasserlöslichen, hochmolekularen Verbindungen gemischt.

Leitungswasser wird mit reinem Wasser vermischt, anschlie ßend wird die Mischung solange durch Ionenaustausch behan delt, bis die spezifische elektrische Leitfähigkeit auf ei nen gewünschten Wert eingestellt ist. Ähnlich wird ein Ge misch aus Leitungswasser und wasserlöslichen, hochmolekula ren Verbindungen solange durch Ionenaustausch behandelt, bis die spezifische Leitfähigkeit auf einen gewünschten Wert eingestellt ist, um als Arbeitsflüssigkeit beim Senkerodie ren eingesetzt zu werden.

Die nach einem Erodiervorgang rückgeführte gebrauchte Ar beitsflüssigkeit wird gefiltert und einem Speicher zuge führt. Die gefilterte Flüssigkeit wird durch das Ionenaus tauschharz in der erfindungsgemäßen hohen spezifischen Durchflußmenge gefördert, so daß eine gewünschte spezifische elektrische Leitfähigkeit erhalten wird. Das behandelte Was ser wird als Arbeitsflüssigkeit direkt in den Bearbeitungs bereich gefördert. Alternativ wird die gebrauchte Arbeits flüssigkeit gefiltert und in einem Speicher gesammelt. Aus dem Speicher wird Flüssigkeit aus dem Speicher durch den er findungsgemäßen Ionenaustausch behandelt und in den Speicher wieder zurückgeführt. Diese Zirkulation wird solange ausge führt, bis die gesamte elektrische Leitfähigkeit der Flüs sigkeit im Speicher einen gewünschten Wert erreicht. In die sem Fall wird somit nur ein Teil der Arbeitsflüssigkeit im Speicher einer Zirkulation durch den Ionenaustauscher unter worfen, wobei die elektrische Leitfähigkeit des gesamten Wassers im Speicher gemessen wird. Wenn diese elektrische Leitfähigkeit unter einen geforderten Wert absinkt, wird die Ionenaustauschbehandlung unterbrochen. Wenn durch Einführen von gebrauchtem Arbeitswasser aus einem Arbeitstank in den Speicher die elektrische Leitfähigkeit ansteigt, wird auf grund eines Ausgangssignals aus einem Leitfähigkeitsdetektor die Ionenaustauschbehandlung wieder aufgenommen.

Die Aufbereitung von gebrauchtem Arbeitswasser wird anhand der Laufdraht-Schneidvorrichtung nach Fig. 2 beschrieben. Bei dieser Vorrichtung dienen Düsen 13a, 13b der Zuführung von Arbeitswasser in den Abtragsspalt zwischen einer Draht elektrode 11 und einem Werkstück 12. Das Arbeitswasser wird aus einem Speicher 17 von einer Pumpe P3 zu den Düsen 13a und 13b über Durchfluß-Steuerventile 14a bzw. 14b gefördert. Das gebrauchte Arbeitswasser 19 wird in einem Arbeitstank 15 gesammelt und fließt in einen Tank 16. Aus diesem Tank 16 wird das Wasser von einer Pumpe P1 über einen Filter F1 in einen Speicher 17 gefördert. Sensoren S1 und S2 erfassen die spezifische elektrische Leitfähigkeit und sind an eine Steu erschaltung 20 zum Antreiben einer Pumpe P2 angeschlossen. Von dieser Pumpe 2 wird Flüssigkeit aus dem Speicher 17 zu einer mit Ionenaustauschharzen gefüllten Säule 4 gefördert.

Das gefilterte Arbeitswasser 18 im Speicher 17 enthält Io nen, die im Bearbeitungsspalt erzeugt wurden und aus der At mosphäre stammen, so daß ihre spezifische elektrische Leit fähigkeit größer wird. Ein vorgegebener Wert der spezifi schen elektrischen Leitfähigkeit wird mittels einer (nicht gezeigten) Einstelleinrichtung eingestellt. Der Sensor S1 erfaßt die spezifische elektrische Leitfähigkeit der Flüs sigkeit 18 im Speicher 17 und liefert ein entsprechendes Ausgangssignal an die Steuerschaltung 20. Wenn der erfaßte Wert den eingestellten Wert übersteigt, betätigt die Steuer schaltung 20 die Pumpe P2, die Flüssigkeit 18 zur Säule 4 fördert. Der Sensor S2 erfaßt die spezifische elektrische Leitfähigkeit des behandelten Wassers am Auslaß der Säule 4 und liefert ein entsprechendes Ausgangssignal zur Steuer schaltung 20. Die Steuerschaltung 20 steuert die Leistung der Pumpe P2, so daß die spezifische elektrische Leitfähig keit des behandelten Wassers am Auslaß der Säule 4 auf einem Wert gehalten wird, der nicht größer als der eingestellte Wert ist. Die Pumpe P2 kann mittels eines Invertierers ge steuert werden. Eine Bedienungsperson kann die Durchflußmen ge anhand eines Durchflußmessers regulieren. Wenn die gesam te spezifische elektrische Leitfähigkeit im Speichertank 17 auf den eingestellten Wert absinkt, wird die Pumpe P2 abge schaltet. Wenn sich die Menge an Arbeitsflüssigkeit z. B. durch Verdampfung verringert, wird Leitungswasser nachge füllt, und der gleiche Behandlungsvorgang wiederholt.

In ähnlicher Weise wird die beim Senkerodieren verwendete Arbeitsflüssigkeit durch Ionenaustausch behandelt, so daß die spezifische elektrische Leitfähigkeit auf einen Wert nicht größer als 10 µS/cm und vorzugsweise im Bereich von 10 µS/cm bis 5 µS/cm eingestellt wird.

Beispiel 1

In diesen Beispielen wird eine Versuchseinrichtung 1 wie in Fig. 3 gezeigt verwendet. In Fig. 3 ist Leitungswasser 2 als Frischwasser in einem Speichertank 1 gespeichert. Das Lei tungswasser 2 wird mittels einer Pumpe 3 von oben zur Säule 4 geliefert, durch die in die Säule 4 geladenen Ionenaus tauschharze 5 geschickt und zum Speichertank 1 zurückge führt.

Die Versuchsbedingungen sind die folgenden:

Volumen des Leitungswassers 2 im Speichertank 1	270 Liter
Kapazität der Säule 4	10 Liter
Harzvolumen in der Säule 4	2 Liter
Durchflußmenge des Leitungswassers zur Säule 4 (Diese Durchflußmenge entspricht der SV von 75 h^-1)	2,5 Liter/min.
spezifische elektrische Leitfähigkeit des Leitungswassers 2	100 µS/cm
spezifische elektrische Soll-Leitfähigkeit	10 µS/cm

Zunächst werden 270 Liter Leitungswasser 2 mit der spezifi schen elektrischen Leitfähigkeit von 100 µS/cm zum Speicher tank 1 geliefert. Dann wird das Leitungswasser 2 zur Säule 4 für den Ionenaustausch gefördert und zum Speichertank 1 zu rückgeführt. Das Leitungswasser 2 wird auf diese Weise einer Zirkulation unterworfen, bis die gesamte spezifische elek trische Leitfähigkeit des Wassers 2 im Speichertank auf 10 µS/cm verringert ist, wobei dieser Zirkulationsprozeß als ein Zyklus definiert ist.

Wenn die gesamte spezifische elektrische Leitfähigkeit des Wassers 2 im Speichertank 1 10 µS/cm erreicht, wird das ge samte Leitungswasser 2 durch 270 Liter neuen Leitungswassers ersetzt, um denselben Prozeß auszuführen. Während des Ver suchs werden die spezifischen elektrischen Leitfähigkeiten des behandelten Wassers am Auslaß der Säule 4 und die Zy kluszeit am Anfang und am Ende eines Zyklus gemessen. Dieser Versuch wird angehalten, wenn die Zyklusdauer 1,5 mal länger als diejenige des vorangehenden Zyklus ist. Das Volumen des behandelten Wassers wird auf der Grundlage der gemessenen Zykluszeit, der Anzahl der Zyklen und der Durchflußmenge des Leitungswassers berechnet. Ferner wird das Volumen des be handelten Wassers pro Liter Harz berechnet.

In den im folgenden beschriebenen Beispielen 2 und 3 wird das Volumen des behandelten Wassers pro Liter Harze auf ähn liche Weise berechnet. Fig. 1 ist ein Graph, der die Bezie hung zwischen dem Volumen des behandelten Wassers pro Liter Harze und der verwendeten SV darstellt.

Beispiel 2

Die Versuchsart ist die gleiche wie in Beispiel 1, mit der Ausnahme, daß die Durchflußmenge des zur Säule 4 gelieferten Leitungswassers 2 11,5 Liter/min. beträgt, was der SV von 345 h^-1 entspricht.

Beispiel 3

Die Versuchsart ist die gleiche wie in Beispiel 1, mit der Ausnahme, daß das Volumen der Harze 5, die in die Säule 4 geladen sind, 10 Liter beträgt und daß die Durchflußmenge des Leitungswassers 2, das zur Säule 4 geliefert wird, 10,5 Liter/min. beträgt, was der SV von 63 h^-1 entspricht.

In diesem Beispiel beträgt bei Beginn des ersten Zyklus die spezifische elektrische Leitfähigkeit des behandelten Was sers am Auslaß der Säule 4 0,2 µS/cm, während sie am Beginn des 15. Zyklus 5,5 µS/cm beträgt. In beiden Zyklen sind je doch die Volumina des behandelten Wassers nahezu gleich, nämlich 630 Liter.

Somit wird in frühen Zyklen (zum Beispiel im ersten Zyklus) die spezifische elektrische Leitfähigkeit des behandelten Wassers am Auslaß der Säule auf einen Wert von beispielswei se 0,2 µS/cm verringert, der erheblich kleiner als der ge wünschte Wert, d. h. 10 µS/cm ist. Die übermäßige Ionenaus tauschbehandlung in frühen Zyklen hat einen verschwenderi schen Verbrauch von Harzen zur Folge.

Es ist daher wünschenswert, daß in frühen Zyklen das Lei tungswasser durch die Ionenaustauschharze mit höherer SV ge schickt wird, so daß die spezifische elektrische Leitfähig keit des behandelten Wassers bis auf 10 µS/cm reduziert wird.

Claims

1. Verfahren zur Zubereitung von wäßriger Arbeitsflüssig keit für die Funkenerodierbearbeitung von Werkstücken, bei welchem

1. die aufzubereitende Rohflüssigkeit in einem Speicher gesammelt wird,
2. Flüssigkeit aus dem Speicher zu einem Ionenaustauscher gepumpt und nach dessen Durchlauf in den Speicher zu rückgeführt wird,
3. die elektrische Leitfähigkeit der gespeicherten Flüs sigkeit gemessen wird und
4. die dem Ionenaustauscher zugeführte Flüssigkeitsmenge auf der Grundlage ihrer gemessenen elektrischen Leit fähigkeit gesteuert wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

1. die spezifische Durchflußmenge (SV) der den Ionen austauscher durchfließenden Flüssigkeit auf einen Wert von 75 bis 350 l_Fl/(l_H . h) eingestellt wird und
2. die elektrische Leitfähigkeit der im Speicher ent haltenen Flüssigkeit auf einen Wert zwischen 1 und 50 µS/cm gesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Leitfähigkeit der aus dem Ionenaus tauscher ausfließenden behandelten Flüssigkeit gemessen wird, und daß die Leistung der die Flüssigkeit aus dem Speicher in den Ionenaustauscher fördernden Pumpe so ge steuert wird, daß die elektrische Leitfähigkeit der Flüssigkeit am Auslaß des Ionenaustauschers unter einem vorgegebenen Wert gehalten wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die spezifische Durchflußmenge (SV) entsprechend der abnehmenden Aktivität des in der Säule enthaltenen Ionenaustausch-Harzes von einem anfangs hohen Wert aus verringert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Ionenaustauscher stark basische Anionen-Tonenaus tausch-Harze verwendet werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Höhe des Ionenaustauschers zu seinem Durchmesser im Bereich von 1 : 1 bis 4 : 1 liegt.