DE4430808A1 - Elektroerosions-Schneidvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einer Drahtführung zum Führen eines Erodierdrahtes (Erodierdrahtführung) sowie mit einer Vorrichtung zum elektroerosiven Schneiden eines Werkstückes mit einem in wenigstens einer derartigen Drahtführung ge­ führten Erodierdraht, wobei - in Drahtvorschubrichtung gesehen - eine Drahtführung vor und ggf. eine andere Draht­ führung hinter dem Werkstück angeordnet ist.

Derartige Vorrichtungen zum elektroerosiven Schneiden sind in vielfältigsten Ausführungsformen bekannt. Eine solche Elektroerosions-Schneidvorrichtung weist im allgemeinen die nachfolgenden Konstruktionselemente auf: ein Maschinenge­ stell mit Antriebsvorrichtungen und ein Führungssystem für eine Drahtelektrode, ein Spülsystem, einen Generator Und/- oder eine NC- oder CNC-Steuerung.

Beim funkenerosiven Schneiden wird - ausgehend von einer Startbohrung oder einer Referenzfläche - mit einer ersten Elektrode (dem Erodierdraht) eine Kontur in eine bzw. aus einer zweiten Elektrode (dem Werkstück) geschnitten. Dabei wird der Erodierdraht im allgemeinen in einer oberen (ober­ halb des Werkstückes angeordneten) und einer unteren (un­ terhalb des Werkstückes angeordneten) Drahtführung geführt. Regelmäßig ist der Drahtantrieb so gestaltet, daß der Ero­ dierdraht von einer Vorratsrolle laufend abgezogen, durch die zwischen den Drahtführungen liegende Bearbeitungszone hindurchgeführt und danach entsorgt wird. Häufig sind die Drahtführungen in einem sogenannten Drahtführungskopf un­ tergebracht, der im allgemeinen auch die Zuführung des Entladestromes und der dielektrischen Spülflüssigkeit um­ faßt.

Ein Problem besonderer Art besteht beim elektroerosiven Schneiden in der Entwicklung von Drahtführungen, die eine zumindest weitgehend eindeutige und geometrisch beherrsch­ bare Bearbeitungslage des Drahtes gegenüber dem zu erodie­ renden Werkstück gewährleisten. Dies gilt insbesondere für konische Schnitte und/oder für Drahtführungen, die in orts­ festen Führungsköpfen angeordnet sind.

So kann zum Beispiel bei bekannten offenen Drahtführungen, wie V-Führungen, bei extremen Schräglagen des Drahtes der Erodierdraht seine definierte Lage in der Drahtführung verlassen - im Extremfall sogar aus der Drahtführung rut­ schen.

Aber auch bei bekannten geschlossenen Drahtführungen, z. B. Toroidführungen, in denen der Erodierdraht allseits von der Drahtführung umgeben ist und daher nicht herausfallen kann, ist v.a. bei kleinen konischen Winkeln nicht immer gewähr­ leistet, daß der Erodierdraht fest am Innenrand der ge­ schlossenen Drahtführung anliegt. Deshalb wird bisher die Drahtdurchtrittsöffnung einer geschlossenen Drahtführung dem Durchmesser des Erodierdrahtes soweit wie möglich ange­ paßt. Bei unterschiedlichen Drahtdurchmessern ist es daher erforderlich, unterschiedliche Drahtführungen zu verwenden - häufig sogar den gesamten Drahtführungskopf auszutau­ schen. Im übrigen treten bei derart "engen", an den jewei­ ligen Drahtdurchmesser angepaßten, geschlossenen Toroidfüh­ rungen Schwierigkeiten beim automatischen Drahteinfädeln auf.

Die Erfindung möchte hier Abhilfe schaffen.

Dieses Ziel erreicht die Erfindung durch die Gegenstände der Ansprüche 1 und 9.

Danach ist eine Erodierdrahtführung für eine Vorrichtung zum elektroerosiven Schneiden eines Werkstückes als eine - während dem Schneidvorgang - geschlossene Drahtführung (20) mit einer in ihrer Größe variablen Drahtdurchtrittsöffnung (55) ausgebildet. Und eine Vorrichtung zum elektroerosiven Schneiden eines Werkstücks der eingangs genannten Gattung weist danach wenigstens eine, bevorzugt zwei, Drahtfüh­ rung(en) auf, die eine - während dem Schneidvorgang - ge­ schlossene Drahtführung mit einer in ihrer Größe variablen Drahtdurchtrittsöffnung ist/sind.

Dies hat insbesondere den Vorteil, daß die Drahtführung durch Verändern der Abmessung der Drahtdurchtrittsöffnung dem Durchmesser eines bestimmten Erodierdrahtes optimal angepaßt werden kann. Je nach Art des Erodiervorganges sowie des zu schneidenden Werkstückes werden in der Praxis Erodierdrähte mit unterschiedlichsten Durchmessern verwen­ det: gebräuchlich sind Drahtdurchmesser zwischen ca. 0,33 und 0,07 mm. Die erfindungsgemäße Drahtführung wird nun dem Durchmesser des Erodierdrahtes so angepaßt, daß dieser im Bereich der Drahtdurchgangsöffnung von wenigstens drei Kontaktpunkten bzw. -flächen der Drahtführung exakt geführt wird. Hierdurch ist für jeden Drahttyp eine eindeutige und geometrisch beherrschbare Bearbeitungslage gegenüber dem zu erodierenden Werkstück gewährleistet.

Unter Umständen kann durch Variieren der Drahtdurchgangs­ öffnung der - durch die Drahtführung auf den Draht ausge­ übte - Anpreßdruck gezielt verändert werden, um die Vor­ schubgeschwindigkeit und/oder den axialen Zug des Erodier­ drahtes zu beeinflussen.

Im Vergleich zu bekannten Drahtführungen paßt die Erfindung ihre Drahtführung in einfacher Weise auf unterschiedliche Erodierdraht- und Schnitttypen derart an, daß:

• - ein beliebiger Erodierdraht immer eine definierte Lage in der Drahtführung einnimmt - so wie es bei bekannten geschlossenen Drahtführungen, z . B. Toroidführungen, nur durch Ersetzen der Drahtführung durch eine neue Drahtführung möglich ist;
• - der Erodierdraht auch bei extremen Schräglagen, nicht verrutschen, insbesondere sich nicht versehentlich aus der Drahtführung lösen kann - so wie es bei bekannten offenen Drahtführungen, z. B. V-Führungen, der Fall sein kann.

Im Ergebnis vereinigt die erfindungsgemäße Drahtführung die Vorteile der bekannten offenen Drahtführungen (Einsatz für verschiedene Drahtdurchmesser) und der geschlossenen Draht­ führung (kein Ausfallen des Erodierdrahtes aus der Draht­ führung) und beseitigt außerdem deren individuelle Nachtei­ le.

Um eine weitestgehende Automatisierung des Bearbeitungsvor­ gangs zu gewährleisten, weist die erfindungsgemäße Elek­ troerosions-Schneidvorrichtung vorzugsweise eine Steuer­ einrichtung auf, insbesondere eine CNC-Steuerung, zum auto­ matischen Verändern der Größe der Drahtdurchtrittsöffnung der Drahtführung in Abhängigkeit des Durchmessers des Ero­ dierdrahtes (Anspruch 10).

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung weist die Elektroerosions-Schneidvorrichtung eine Drahteinfädel-Einrichtung auf, insbesondere nach Art einer Wasserstrahl-Einfädelung, wobei die Drahtführung - in Drahtschubvorrichtung gesehen - hinter der Drahteinfädel- Einrichtung angeordnet ist (Anspruch 11).

Die erfindungsgemäße Drahtführung besitzt besonders große Vorteile im Zusammenhang mit einer automatischen Drahtein­ fädelung. Dabei sorgt eine Drahteinfädel-Einrichtung dafür, daß zum Beispiel bei einem Drahtriß, bei einem Wechsel zu einer neuen Bearbeitung, etc. der Erodierdraht vom oberen Drahtführungskopf durch eine Startbohrung des zu erodieren­ den Werkstückes zum unteren Drahtführungskopf befördert wird. Häufig wird zum Einfädeln ein Hochdruck-Wasserstrahl, der eine Art Einfädelkanal ausbildet, vom oberen Drahtfüh­ rungskopf zum unteren Drahtführungskopf gespritzt. Wie zwi­ schen Leitplanken führt der Wasserstrahl den Erodierdraht in die gewünschte Vorspulrichtung.

Bei einer bekannten "engen" - dem Durchmesser des Erodier­ drahtes angepaßten - geschlossenen Drahtführung läßt sich ein derartiger Hochdruck-Wasserstrahl, der durch die Drahtdurchtrittsöffnung hindurch tritt, nicht realisieren. Für die automatische Drahteinfädelung müssen entweder an­ dersartige Systeme eingesetzt werden oder die geschlossene Drahtführung ist - in Drahtschubvorrichtung gesehen - ober­ halb einer solchen Einfädeleinrichtung angeordnet. Im letztgenannten Fall befindet sich die geschlossene Draht­ führung dann in einem relativ großen Abstand vom zu bear­ beitenden Werkstück und die "freie" ungeführte Drahtlänge zwischen der einen Drahtführung vor und der ggf. anderen Drahtführung hinter dem Werkstück ist entsprechend groß. Daher wirken sich Einflüsse in der Bearbeitungszone, z. B. durch abgetragene Werkstückspartikel, durch die Spülung der Bearbeitungszone mit Spitzendrücken bis zu 12 bar, etc., störend auf die Lage des Drahtes aus. Dies führt u. U. zu einer Abweichung von der Drahtsollage - im Extremfall sogar zu Vibrationen des Drahtes.

Auch hier schafft die vorliegende Erfindung Abhilfe. Sie ermöglicht nämlich die bereits bekannte Wasserstrahl-Ein­ fädelung einzusetzen - ohne den Einfädelvorgang zu beein­ flussen und ohne Einbußen der Drahtlagengenauigkeit. Der Durchmesser der Drahtdurchtrittsöffnung einer erfindungs­ gemäßen Drahtführung kann so groß gewählt werden, daß ein Hochdruck-Wasserstrahl einer Einfädeleinrichtung ohne wei­ teres hindurchtreten und einen Erodierdraht zum Einfädeln hindurchführen kann. Ist weiterhin die erfindungsgemäße Drahtführung - in Drahtschubvorrichtung gesehen - unterhalb der Einfädeleinrichtung angeordnet, so kann der Abstand zwischen der Drahtführung und der Werkstücksoberfläche - und damit der Abstand zwischen der Drahtführung vor und ggf. einer anderen Drahtführung hinter dem Werkstück - sehr klein gewählt werden. Auf diese Weise läßt sich die Un­ schärfe der Drahtlage in der Bearbeitungszone aufgrund der geringeren "freien" Drahtlänge deutlich reduzieren. Daher sind die in der Steuereinrichtung programmierten Geometrien exakter umsetzbar - insbesondere auch bei hoher Drahtdurch­ laufgeschwindigkeit bis zu 500 mm/sec.

Nach einer bevorzugten Variante der Erfindung ist die Steu­ ereinrichtung der hier vorgeschlagenen Vorrichtung zum elektroerosiven Schneiden derart ausgebildet, daß die Größe der Drahtdurchtrittsöffnung der Drahtführung automatisch in Abhängigkeit von wenigstens zwei Betriebsmoden, nämlich einem Einfädelmodus oder einem Schneidmodus eingestellt wird (Anspruch 12). Auf diese Weise wird die ohnehin vor­ handene Steuereinrichtung der Elektroerosions-Schneidvor­ richtung vorteilhaft dafür genutzt, den Einfädelvorgang des Erodierdrahtes z. B. im Falle eines Drahtrisses oder bei Neubeginn einer Bearbeitung vollständig zu automatisieren - und damit das Bedienungspersonal weiter zu entlasten.

Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Drahtführung und die oben genannte Drahteinfädel-Einrichtung in einem gemein­ samen Führungskopf angeordnet (Anspruch 13). Auf diese Weise wird der kompakte Aufbau von Führungsköpfen bekannter Systeme im wesentlichen übernommen - jedoch dahingehend weiterentwickelt, daß die erfindungsgemäße Drahtführung im Führungskopf wesentlich näher am zu bearbeitenden Werkstück angeordnet sein kann.

Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist in der erfindungsgemäßen Funkenerosions-Schneidvorrichtung auch ein Drahtlagesensor vorgesehen (Anspruch 14).

Derartige Drahtlagesensoren sind beispielsweise von der Firma AGIE bekannt. Sie ermöglichen im allgemeinen eine Überwachung einer Drahtlageposition in unmittelbarer Nähe des Werkstückes. In Verbindung mit solchen Drahtlagesenso­ ren hat die erfindungsgemäße Drahtführung zum Beispiel den Vorteil, daß auch kleinste Korrekturen der Drahtlage auf­ grund der definierten Führung des Erodierdrahtes in der erfindungsgemäßen Drahtführung - auch bei großen konischen Winkeln - problemlos möglich sind. Bereits vorhandene Soft­ ware zum Einsatz bei Drahtlagesensoren kann einfach über­ nommen und braucht nicht oder nur um einige wenige Routinen ergänzt werden.

Bei einer bevorzugten Variante der erfindungsgemäßen Ero­ dierdrahtführung ist diese nach Art einer optischen Blende mit variabler Blendenöffnung ausgebildet (Anspruch 2).

Die variable Blendenöffnung ist während dem Schneidvorgang dem Durchmesser des verwendeten Erodierdrahtes angepaßt. Beim Einfädeln des Erodierdrahtes, z. B. mit einer Wasser­ strahl-Einfädeleinrichtung, wird die Blendenöffnung dagegen soweit geöffnet, daß ein Hochdruck-Wasserstrahl koaxial zur Drahtachse hindurchtreten kann. Derartige Blenden, z. B. die Irisblende, sind in der Optik bekannt und dienen im all­ gemeinen der Begrenzung von Strahlenbündeln. Die Feinmecha­ nik derartiger Blenden wird in der Erfindung auf eine vor­ teilhafte Weise genutzt, um eine geschlossenen Drahtführung mit variabler Drahtdurchtrittsöffnung zu realisieren.

Bei einer weiteren bevorzugten Variante der Erfindung ist die Drahtführung aus wenigstens drei, unmittelbar überein­ ander angeordneten Führungsabschnitten aufgebaut, die je­ weils um eine - insbesondere zur Erodierdrahtachse paralle­ le - Achse derart drehbar sind, daß sie mit ihren der Ero­ dierdrahtachse zugewandten Stirnflächen - ggf. durch einen gegenseitigen Überlapp - die Drahtdurchtrittsöffnung aus­ bilden. Bevorzugt sitzen die Führungsabschnitte jeweils auf einem Zahnrad, das in eine - die Führungsabschnitte gemein­ sam umgebende, zu einem koaxialen Ring geformte - Zahnstan­ ge eingreift. Alternativ dazu sind die Führungsabschnitte derart geformt und ggf. auf ihren jeweiligen Achsen vorge­ spannt, daß sie über einen - die Führungsabschnitte gemein­ sam umgebenden - koaxialen Nockenring drehbar sind. (Ansprüche 3, 5 und 6).

Auf diese Weise wird eine besonders einfache Mechanik der erfindungsgemäßen Drahtführung realisiert. Die wenigstens drei Führungsabschnitte können - um ihre Drehachsen herum - aus einer "offenen" Position (wobei der Erodierdraht auch seitlich in das Achszentrum der Drahtführung eingebracht werden kann) in eine "geschlossene" Position (wobei der Erodierdraht in seiner definitiven Bearbeitungslage durch direkten Kontakt mit den Führungsabschnitten gehalten wird) gedreht werden. Im letztgenannten Fall stehen die Stirn­ bzw. Kontaktflächen der Führungsabschnitte - quer zur Drahtachse gesehen - jeweils in einem Winkel zueinander, derart, daß z. B. ein runder Erodierdraht mit jeder einzel­ nen Stirnfläche wenigstens einen Linienkontakt einnimmt.

Die Drahtführung ist dadurch allseits verschlossen. Die Führung des Erodierdrahtes erfolgt gemeinsam durch die Stirnflächen der wenigstens drei Führungsabschnitte, wobei jeder Führungsabschnitte einen Gegenanschlag zu einem be­ nachbarten Führungsabschnitt ausübt - und umgekehrt.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist die zuvor beschrie­ bene Drahtführung mit wenigstens einem - an die Steuerein­ richtung der Elektroerosion-Schneidvorrichtung angeschlos­ senen - Steuerantrieb zum automatischen Drehen der Füh­ rungsabschnitte um ihre Achsen ausgestattet (Anspruch 4). Mit einem solchen z. B. an einem CNC-Rechner angeschlossenen Steuerantrieb besteht die Möglichkeit, die erfindungsgemäße Drahtführung vollautomatisch nach einem vorgegebenen Ero­ dierdrahttyp oder einem bestimmten Betriebsmodus einzustel­ len. Vorteilhaft ist ein derartiger Steuerantrieb in den Führungskopf mitintegriert. Die Istposition wird dabei beispielsweise mit einem induktiven Drehgeber überwacht und der Steuereinrichtung als Regelgröße übermittelt.

Um den Verschleiß des Erodierdrahtes, insbesondere beim konisch Schneiden zumindest weitgehend zu vermeiden, sind die Führungsabschnitte an ihren Kontaktflächen mit dem Erodierdraht abgerundet, insbesondere mit progressiv ge­ krümmter Kontur ausgebildet. Insbesondere die Veränderung der Krümmung der Drahtführung wird den unterschiedlichen Zugspannungen des Erodierdrahtes bei verschieden großen konischen Winkeln gerecht (Anspruch 7).

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Führungsabschnitte an ihren Stirn- bzw. Kontaktflächen mit einer Diamantschicht beschichtet. Hierdurch wird weiter eine plastische Verformung des Drahtes durch Drahtver­ schleiß verhindert, insbesondere bei hohen Drahtdurchgangs­ geschwindigkeiten. Andererseits werden die Drahtführungs­ abschnitte auch vor mechanischen Einflüssen geschützt.

Zusammenfassend realisiert die Erfindung insbesondere fol­ gende Vorteile:

• - Vermeidung des Austausches der Drahtführung bei unter­ schiedlichen Durchmessern des Erodierdrahtes, woraus weniger Maschinenstillstand resultiert;
• - automatische Anpassung der Drahtführung an unter­ schiedliche Drahtdurchmesser und/oder Bearbeitungs­ moden, so daß sich geringere Betriebskosten ergeben;
• - es werden aufwendige Systeme zur Einfädelung des Ero­ dierdrahtes vermieden, womit sich die Funktionszuver­ lässigkeit erhöht;
• - Vermeidung von Formfehlern durch definierte Lagerung beliebiger Erodierdrähte in der Drahtführung;
• - Verringerung der Drahtlagenunschärfe in der Bearbei­ tungszone durch geringe "freie" Drahtlänge;
• - Verringerung des Einflusses des Spüldruckes auf die Drahtlage in der Bearbeitungszone;
• - Verbesserung des Hochdruckwasserstrahl-Drahteinfä­ delns, insbesondere bei Erodierdrähten mit geringem Durchmesser.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Aus­ führungsbeispiele. In der Beschreibung wird auf die bei­ gefügte schematische Zeichnung Bezug genommen. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Teilschnitt durch eine Elektroerosions- Schneidvorrichtung zur Veranschaulichung der An­ ordnung der erfindungsgemäßen Drahtführung;

Fig. 2 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Drahtführung in einem "offenen" Zustand;

Fig. 3 eine Schnittansicht der Drahtführung in Fig. 1 im "geschlossenen" Zustand für große Drahtdurchmes­ ser;

Fig. 4 eine Schnittansicht der Drahtführung in Fig. 1 im "geschlossenen" Zustand für kleine Drahtdurchmes­ ser;

Fig. 5 eine Schnittansicht einer weiteren erfindungsge­ mäßen Drahtführung im "offenen" Zustand; und

Fig. 6 eine Schnittansicht der Drahtführung in Fig. 5 in einem vollständig "geschlossenen" Zustand.

Nachfolgend wird eine Terminologie verwendet, die der leichteren Lesbarkeit der Beschreibung dient, jedoch nicht einschränkend zu verstehen ist. Beispielsweise beziehen sich die Ausdrücke "oben" bzw. "unten" auf Elektroerosions- Schneidvorrichtungen üblicher Arbeitsaufstellung und -größe sowie auf in üblicher Weise angeordnete Werkstücke.

Zunächst beschränkt sich Fig. 1 auf eine rein schematische Darstellung der wesentlichen - zum Verständnis der Erfin­ dung erforderlichen - Teile eines Führungskopfes einer erfindungsgemäßen Elektroerosions-Schneidvorrichtung. Grundelemente, wie Maschinengestell mit Antrieben und Drahtversorgungssystem, Spülsystem sowie eine CNC-Steuerung sind nicht dargestellt, da sie als selbstverständlich vor­ ausgesetzt werden.

Im Falle einer Elektroerosions-Schneidvorrichtung wird mit einem - mit elektrischen Impulsen beaufschlagten - Erodier­ draht eine Kontur in ein Werkstück geschnitten. Damit der Erodierdraht gegenüber dem zu schneidenden Werkstück eine geometrisch beherrschbare Bearbeitungslage erhält, wird dieser im allgemeinen in einer oberen und ggf. auch einer unteren Drahtführung geführt. Die Drahtführungen sind meist in einem oberen bzw. einem unteren Drahtführungskopf unter­ gebracht, welcher im allgemeinen auch die Zuführung des Entladestromes und der dielektrischen Spülflüssigkeit sowie eine Drahtspannvorrichtung umfaßt.

Fig. 1 zeigt nur einen Ausschnitt einer derartigen Schneid­ vorrichtung mit einem (oberen) Drahtführungskopf 10. Der dargestellte Pfeil P gibt die Drahtvorschubrichtung eines Erodierdrahtes 12 an, der durch den Drahtführungskopf 10 von oben nach unten in Richtung der Bearbeitungszone ge­ führt wird. Dabei tritt der Erodierdraht 12 oben in den Drahtführungskopf 10 ein, vorbei an einer Stromzuführungs­ einheit 14, weiter durch eine Wasserstrahldrahteinfädel- Einrichtung 16 hindurch sowie durch eine Drahtführung 20, und tritt schließlich durch eine Spüldüse 22 aus dem (obe­ ren) Drahtführungskopf 10 aus und durchläuft ein zu bear­ beitendes Werkstück 24.

Ein - hier nicht dargestellter - (unterer) Drahtführungs­ kopf ist in Bezug auf das Werkstück 24 spiegelsymmetrisch zum (oberen) Drahtführungskopf 10 angeordnet. Er enthält ebenfalls eine Drahtführung, welche im Aufbau der Drahtfüh­ rung 20 des (oberen) Drahtführungskopfes entspricht und - in Drahtvorschubrichtung gesehen - hinter einer Spüldüse des (unteren) Drahtführungskopfes angeordnet ist.

Nach der Erfindung ist die (obere) Drahtführung 20 und die hier nicht dargestellte (untere) Drahtführung als eine während dem Schneidvorgang geschlossene Drahtführung ausge­ bildet mit einer in ihrem Durchmesser variablen Drahtdurch­ trittsöffnung, z. B. nach Art einer optischen Blende. Ist der Durchmesser der Drahtdurchtrittsöffnung dem Durchmesser des Erodierdrahtes 12 angepaßt, so wird der Erodierdraht 12 zwischen der Drahtführung 20 des oberen Drahtführungskopfes 10 und der Drahtführung des unteren Drahtführungskopfes präzise geführt.

Gemäß Fig. 1 befindet sich die (obere) Drahtführung 20 (und damit auch die hier nicht dargestellte (untere) Drahtfüh­ rung) in unmittelbarer Nähe des Werkstücks 24 - zumindest ist die obere Drahtführung 20 in Drahtvorschubrichtung gesehen nach der Drahteinfädel-Einrichtung 60, 61, 62 an­ geordnet. Diese Anordnung ist möglich, da die Drahtführung 20 im Durchmesser der Drahtdurchtrittsöffnung derart ver­ änderbar ist, daß auch ein Hochdruckwasserstrahl der Ein­ fädeleinrichtung zum Einfädeln des Erodierdrahtes 12 ohne weiteres hindurchtreten kann. Der Abstand der (oberen) Drahtführung 20 - aber auch der nicht gezeigten (unteren) Drahtführung - zum Werkstück 24 wird im Extremfall nur noch durch die Abmessung der (oberen) Spüldüse 20 bzw. (unteren) Spüldüse bestimmt.

Im Vergleich dazu sind z. B. herkömmliche geschlossene Drahtführungen, z. B. Toroidführungen, zumindest im oberen Führungskopf in einem deutlich größeren Abstand von dem Werkstück angeordnet, jedenfalls - in Drahtschubvorrichtung gesehen - vor einer etwaigen Einfädelvorrichtung. Bei Ver­ wendung bekannter Drahtführungen ist daher die "freie" Drahtlänge im Bereich zwischen einer oberen und einer unte­ ren Drahtführung deutlich größer als bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Drahtführungen. Dies bringt den Nachteil mit sich, daß die Unschärfe der Drahtlage in der Bearbei­ tungszone ein Vielfaches von dem beträgt, wie sie in Fig. 1 mit gepunkteten Linien und dem Doppelpfeil L dargestellt ist. Im allgemeinen ist die Drahtlage in der Bearbeitungs­ zone beeinflußt durch die Spülung, insbesondere bei hohen Spüldrücken, sowie durch anderer, z. B. elektromagnetische, auf den Draht einwirkende Kräfte während der Bearbeitung.

Fig. 2 zeigt eine konstruktive Darstellung in Draufsicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Drahtführung.

Diese befindet sich in einem "offenen" Zustand, d. h. mit einer geöffneten Drahtdurchtrittsöffnung, die beispiels­ weise den Durchtritt eines Hochdruck-Wasserstrahls einer Einfädeleinrichtung erlaubt.

Die dargestellte Drahtführung enthält Führungsabschnitte 30, 31, 33, die - in Drahttransportrichtung gesehen - un­ mittelbar übereinander angeordnet und jeweils um eine zur Erodierdrahtachse parallele Achse drehbar sind. Die Dreh­ achsen der Führungsabschnitte 30, 31, 32 sind in Fig. 2 durch Koordinatenkreuze A, B, C gekennzeichnet und spannen quer zur Drahtachse ein gleichschenkliges Dreieck auf, dessen Schwerpunkt mit der Drahtachse zusammenfällt.

Die Führungsabschnitte 30, 31, 33 haben jeweils ein im wesentlichen dreieckiges Querschnittsprofil mit einem stem­ pelartigen Vorsprung 30′, 31′, 33′, der in Richtung Draht­ achse gerichtet ist. Die Drehachsen A, B, C der Führungs­ abschnitte 30, 32, 32 liegen jeweils in unmittelbarer Nähe und etwa auf halber Länge der - der Drahtachse abgewandten - Seite eines jeweiligen Querschnittdreiecks der Führungs­ abschnitte. Die Führungsabschnitte 30, 31, 33 sind von einem gemeinsamen, zur Drahtachse konzentrischen Ring 40 umgeben, von dessen äußerem Umfang aus ein langer Steg 42 und ein - dem langen Steg gegenüberliegender - kurzer Steg 44 vorspringen. Die gesamte Drahtführung ist in einem Ge­ häuse 46 untergebracht.

Der Antrieb der drehbaren Führungsabschnitte 30, 31, 33 ist hier im einzelnen nicht dargestellt. Bei einer bevorzugten Variante des Antriebes ist jeder Führungsabschnitt 30, 31, 33 mit einem Zahnrad ausgestattet, das in eine Verzahnung am inneren Umfang des Rings 40 eingreift. Der Ring 40 ist ebenfalls drehbar um die Drahtachse gelagert und wird durch drei Antriebsstifte 51, 52, 53 bewegt. Diese sind tangenti­ al zum Ring 40 derart im Gehäuse 46 verschiebbar gelagert, daß sie mit den Stegen 42 und 44 seitlich in Kontakt treten und darauf eine Drehkraft ausüben können. Die An­ triebsstifte 51, 52, 53 werden entweder hydraulisch, pneu­ matisch und/oder mechanisch angetrieben.

In der in Fig. 2 gezeigten Stellung der Führungsabschnitte 30, 31, 33 ist der Antriebsstift 51 im Anschlag mit dem Steg 44 vollständig ausgefahren. Der Antriebsstift 52 ist im eingefahrenen Zustand - ohne den Steg 42 zu berühren, und der Antriebsstift 53 ist ebenfalls im eingefahrenen Zustand - jedoch im Anschlag mit dem langen Steg 42.

Beim Übergang vom "offenen" Zustand in einen "geschlosse­ nen" Zustand wird der Antriebsstift 53 eine vorgegebene Distanz ausgefahren, der Antriebsstift 52 bleibt unverän­ dert und der Antriebsstift 51 um eine entsprechende Distanz eingefahren. Gleichzeitig mit der hierdurch verursachten Drehung des Rings 40 gegen den Uhrzeigersinn drehen sich ebenfalls die Führungsabschnitte 30, 31, 33, die mit dem Ring 40 getriebemäßig verbunden sind. Diese drehen sich ebenfalls gegen den Uhrzeigersinn, wobei sich die stempel­ artigen Vorsprünge 30′, 31′, 32′ der Führungsabschnitte 30, 31, 33 mit fortschreitender Drehung in Richtung der Draht­ achse bewegen und sich dabei gegenseitig derart annähern, daß sie eine dazwischenliegende Drahtdurchtrittsöffnung ausbilden.

Fig. 3 zeigt z. B. eine hieraus resultierende Lage der Füh­ rungsabschnitte 30, 31, 33 (der Drahtführung in Fig. 1), d. h. eine "geschlossene" Position der Drahtführung mit einer definierten Drahtdurchtrittsöffnung 55. Der Einfach­ heit halber sind die gleichen Konstruktionselemente mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

In diesem Zustand der Drahtführung überlappen die Führungs­ abschnitte 30, 31, 32 in unmittelbarer Umgebung der Draht­ achse mit ihren stempelartigen Vorsprüngen 30′, 31′, 32′ derart, daß sich - in Drahttransportrichtung gesehen - die durch die Stirnflächen der stempelartigen Vorsprünge 30′, 31′, 32′ allseits begrenzte Drahtdurchtrittsöffnung 55 ausbildet. Dabei begrenzen die Stirnflächen der stempel­ artigen Vorsprünge 30′, 31′, 32′ der Führungsabschnitte 30, 31, 32 quer zur Drahtachse ein - im Idealfall - gleich­ schenkeliges Dreieck. Der Erodierdraht 12 - wie im Zusam­ menhang mit Fig. 1 beschrieben - tritt während dem Schneid­ vorgang durch die Durchtrittsöffnung 55 hindurch und wird dort an den Stirnflächen der stempelartigen Vorsprünge 30′, 31′, 32′ präzise geführt. Zwischen dem Erodierdraht 12 und den Stirnflächen der stempelartigen Vorsprünge 30′, 31′, 32 bilden sich dabei drei Linienkontakte aus, an denen der Draht 12 entlang gleitet. Vorzugsweise sind die Stirnflä­ chen mit einer Diamantschicht beschichtet, um die Reibung und damit den Verschleiß des Erodierdrahtes zu mindern.

Je nach Winkelposition des drehbaren Ringes 40 - und damit der Führungsabschnitte 30, 31, 33 - ist die Drahtdurch­ trittsöffnung 55 in ihrer Größe verstellbar und somit dem Durchmesser des Erodierdrahtes anpaßbar. Diese Anpassung kann auch automatisch erfolgen, indem der Antrieb der An­ triebsstifte mit einer CNC-Steuerung der Elektroerosions- Schneidvorrichtung in Verbindung steht.

Fig. 4 zeigt ebenfalls die in Fig. 2 und 3 beschrieben Drahtführung - allerdings mit einer noch engeren Draht­ durchtrittsöffnung 55 für Erodierdrähte mit entsprechend geringerem Drahtdurchmesser.

Im Vergleich zu Fig. 3 ist der Ring 40 um einen weiteren Winkelabschnitt gegen den Uhrzeigersinn durch Ausfahren des Antriebsstiftes - 53 sowie Einfahren der Antriebsstifte 52 und 51 gedreht worden. Dadurch nimmt der Überlapp der stem­ pelartigen Vorsprünge der Führungsabschnitte 30, 31, 33 im Bereich der Drahtachse zu - und umgekehrt die Fläche der Drahtdurchtrittsöffnung 55 zwischen den Stirnflächen der stempelartiger Vorsprünge 30′, 32′, 32′ ab.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungs­ beispiel einer erfindungsgemäßen Drahtführung. Auch Fig. 5 beschränkt sich auf die Darstellung der wesentlichen - zum Verständnis der Erfindung erforderlichen - Teile der erfin­ dungsgemäßen Drahtführung.

Diese weist ebenfalls drei Führungsabschnitte 60, 61, 62 auf, die - in parallelen Ebenen quer zur Drahtachse - über­ einander angeordnet und an drei - zur Drahtachse parallelen - Achsen A, B, C drehbar gelagert sind. Die Form der Füh­ rungsabschnitte 60, 61, 62 ist im Prinzip vergleichbar mit denjenigen der Führungsabschnitte 30, 31, 33 der Fig. 2 bis 4: sie haben ein im wesentlichen dreieckiges Quer­ schnittsprofil jeweils mit einem zur Drahtachse hin gerich­ teten stempelartigen Vorsprung 60′, 61′, 62′. Ferner sind die Führungsabschnitte 60, 61, 62 von einem gemeinsamen, zur Drahtachse konzentrischen Ring 64 umgeben; die gesamte Anordnung der Drahtführung ist in einem Gehäuse 66 unterge­ bracht.

Die Drahtführung in Fig. 5 unterscheidet sich von derje­ nigen der Fig. 2 bis 4 im wesentlichen im Antrieb der drehbar gelagerten Führungsabschnitte 60, 61, 62. Bevorzugt sind diese unter einer Vorspannung auf ihren jeweiligen Achsen A, B, C gelagert, die sie im Uhrzeigersinn gegen den inneren Umfang des Ringes 64 vorspannen. Am inneren Umfang des Ringes 64 sind drei nockenartige Vorsprünge in der Form eines "Doppelhöckers" in Winkelabschnitten von etwa 120° ausgebildet, die jeweils einem der Führungsabschnitte 60, 61, 62 zugeordnet sind.

Im dargestellten Betriebszustand liegen die Führungsab­ schnitte 60, 61, 62 mit einer Ecke ihres Querschnittdrei­ eckes jeweils an einem der nockenartigen Vorsprünge 68, 69, 70 an - bevorzugt unter Einwirkung der Vorspannung. Dabei befindet sich die gezeigte Drahtführung in ihrem "offenen" Zustand, z. B. beim Einfädeln des Erodierdrahtes.

Wird nun der Nockenring 64 gegen den Uhrzeigersinn gedreht, so gleiten die Führungsabschnitte 60, 61, 62 mit ihren dem inneren Umfang des Nockenringes 64 zugewandten Seite ent­ lang der nockenartigen Vorsprünge 68, 69, 70, werden dabei aufgrund der Formgebung der Vorsprünge 68, 69, 70 exakt geführt und bewegen sich mit ihren stempelartigen Vorsprün­ gen 60′, 61′, 62′ in Richtung der Drahtachse. Auf diese Weise nähern sich die Stirnflächen der stempelartigen Vor­ sprünge einander an, bis sie schließlich überlappen und eine allseits verschlossene Drahtdurchtrittsöffnung aus­ bilden.

Fig. 6 veranschaulicht die Drahtführung in Fig. 5 - etwa nach einer 30° Drehung des Nockenringes 64 aus der in Fig. 5 gezeigten Stellung.

Die nockenartigen Vorsprünge 68, 69, 70 sind nunmehr über die gesamte Länge der - dem inneren Umfang des Ringes 64 zugewandten - Dreiecksseite des zugeordneten Führungsab­ schnitts 60, 61, 62 geglitten. Hierdurch wurden die stem­ pelartigen Vorsprünge 60′, 61′, 62′ der Führungsabschnitte 60, 61, 62 so weit zusammengerückt, daß sie derart über­ lappen, daß - in Drahttransportrichtung gesehen - die Drahtdurchtrittsöffnung vollkommen verschlossen ist.

Im Ergebnis realisiert die Erfindung in diesem Ausführungs­ beispiel eine besonders einfache Steuerung der Drahtdurch­ trittsöffnung der erfindungsgemäßen Drahtführung auf der Basis eines Nockengetriebes. Je nach Form und Geometrie des zu führenden Erodierdrahtes ist die Anordnung der nocken­ artigen Vorsprünge 68, 69, 70 und die Form der Füh­ rungsabschnitte 60, 61, 62 entsprechend zu wählen.

Claims (14)

1. Erodierdrahtführung für eine Vorrichtung zum elektroe­ rosiven Schneiden eines Werkstückes (24), die als eine - während dem Schneidvorgang - geschlossene Drahtfüh­ rung (20) mit einer in ihrer Größe variablen Draht­ durchtrittsöffnung (55) ausgebildet ist.

2. Erodierdrahtführung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie nach Art einer optischen Blende mit variabler Blendenöffnung ausgebildet ist.

3. Erodierdrahtführung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie wenigstens drei übereinander ange­ ordnete Führungsabschnitte (30, 31, 33; 60, 61, 62) aufweist, die jeweils um eine - insbesondere zur Ero­ dierdrahtachse parallele - Achse (A, B, C) drehbar sind, derart, daß sie mit ihren der Erodierdrahtachse zugewandten Stirn- bzw. Kontaktflächen die Drahtdurch­ trittsöffnung (55) ausbilden.

4. Erodierdrahtführung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch wenigstens einen an eine Steuereinrichtung ange­ schlossenen Steuerantrieb zum automatischen Drehen der Führungsabschnitte (30, 31, 33; 60, 61, 62) um ihre Achsen (A, B, C).

5. Erodierdrahtführung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsabschnitte (30, 31, 33; 60, 61, 62) jeweils auf einem Zahnrad sitzen, das in eine - die Führungsabschnitte gemeinsam umgebende, zu einem koaxialen Ring geformte - Zahnstange (40) eingreift.

6. Erodierdrahtführung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsabschnitte (30, 31, 33; 60, 61, 62) derart geformt und ggf. auf ihren jeweiligen Achsen (A, B, C) vorgespannt sind, daß sie über einen - die Führungsabschnitte gemeinsam umgeben­ den - koaxialen Nockenring (64) drehbar sind.

7. Erodierdrahtführung nach den Ansprüchen 3-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsabschnitte an ihren Kontaktflächen mit einem Erodierdraht (12) abgerundet, insbesondere mit progressiv gekrümmter Kontur ausge­ bildet sind.

8. Erodierdrahtführung nach einem der Ansprüche 3-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsabschnitte an ihren Kontaktflächen mit dem Erodierdraht (12) mit einer Diamantschicht beschichtet sind.

9. Vorrichtung zum elektroerosiven Schneiden eines Werk­ stückes (24) mit einem in wenigstens einer Drahtfüh­ rung (20) geführten Erodierdraht (12), wobei - in Drahtvorschubrichtung gesehen - eine Drahtführung (20) vor und ggf. eine andere Drahtführung hinter dem Werk­ stück (24) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet daß die wenigstens eine Drahtführung (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung, insbesondere eine CNC-Steuerung, zum automatischen Einstellen der Größe der Drahtdurch­ trittsöffnung (55) in Abhängigkeit des Durchmessers des Erodierdrahtes (12).

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch eine Drahteinfädel-Einrichtung (16), insbesonde­ re nach Art einer Wasserstrahl-Einfädelung, wobei die Drahtführung (20) - in Drahtvorschubrichtung gesehen - hinter der Drahteinfädel-Einrichtung (16) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung zum automatischen Einstellen der Größe der Drahtdurchtrittsöffnung (55) in Abhän­ gigkeit von wenigstens zwei Betriebsmoden, nämlich einem Einfädelmodus und einem Schneidmodus.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die wenigstens eine Drahtführung (20) und die Drahteinfädel-Einrichtung (16) in einem ge­ meinsamen Führungskopf (10) angeordnet sind.

14. Vorrichtung nach einem Ansprüche 9-13, gekennzeichnet durch einen Drahtlagesensor.