DE60018086T2

DE60018086T2 - Vorrichtung zur Reinigung von Bearbeitungsflüssigkeiten in einer Funkenerosionsmaschine

Info

Publication number: DE60018086T2
Application number: DE60018086T
Authority: DE
Inventors: Rene Demellayer
Original assignee: Agie Charmilles New Technologies SA
Current assignee: Agie Charmilles New Technologies SA
Priority date: 2000-12-22
Filing date: 2000-12-22
Publication date: 2006-02-23
Anticipated expiration: 2020-12-23
Also published as: EP1216778B1; DE60018086D1; JP2002219617A; ATE288807T1; US20020079213A1; EP1216778A1; ES2234508T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reinigung von Bearbeitungsflüssigkeiten für eine Funkenerosionsmaschine, die mit einer Elektrode versehen ist, die dazu bestimmt ist, ein Werkstück zu bearbeiten, wobei die Bearbeitungsflüssigkeit aus einer dielektrischen Flüssigkeit besteht, die zumindest erste Teilchen eines Zusatzstoffes enthält, die dazu bestimmt sind, die Funkenerosion zu erleichtern, sowie zweite Teilchen einer von der Elektroden und/oder dem Werkstück kommenden Verschmutzung, die eine höhere Dichte als die ersten Teilchen aufweisen.
Es hat sich gezeigt, dass bei einer Bearbeitung durch eine Funkenerosionsmaschine das Hinzufügen eines pulverförmigen Zusatzstoffs mit Teilchen in der Größenordnung von einigen Mikron die Leistungen der Bearbeitung stark verbessert, siehe zum Beispiel das Patent CH 670.785 .
Bei der Bearbeitung durch Funkenerosion mit Pulvern und Teilchen als Zusatzstoffen ist das ungelöste Hauptproblem die Filtrierung und die Reinigung der benutzten und verschmutzten Bearbeitungsflüssigkeit.
In dieser Flüssigkeit findet man die Teilchen des Zusatzstoffs, Teilchen in Form von Metallkügelchen des Werkstoffs des Werkstücks und der Elektrode, sowie Teilchen von kolloidalem Kohlenstoff in Form von submikronischen. Anhäufungen im Fall von kohlenstoffhaltigen dielektrischen Flüssigkeiten.
Eine ideale Filtrierung dürfte nur die dielektrische Flüssigkeit und die Teilchen des Zusatzstoffs zurückhalten. Die herkömmlichen Filtrierungen ermöglichen aber nicht die Durchführung der gewünschten Filtrierung, da eine Grobfiltrierung (>20 μm) viele feine Metallkügelchen durchlässt. Eine Feinfiltrierung dagegen entfernt zusätzlich zu den Metallkügelchen die Zusatzpulver. Eine magnetische Trennung ist nur für magnetische Metallkügelchen möglich, aber nicht für alle anderen Kügelchen.
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, diese Nachteile zu beseitigen und eine Reinigungsvorrichtung herzustellen, die es ermöglicht, einen hohen Reinigungsgrad zu erhalten, und dies mit einfach anzuwendenden und kostengünstigen Mitteln. Zu diesem Zweck ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zumindest eine Ultraschall-Dekantiervorrichtung mit einem ersten Dekantiergefäß für die Bearbeitungsflüssigkeit umfasst, in dem ein erstes Ultraschall-Sendeorgan angeordnet ist, das mit einem ersten Ultraschallgenerator verbunden ist, dessen Leistung so geregelt werden kann, dass die zweiten Teilchen dekantieren, während die ersten Teilchen in der dielektrischen Flüssigkeit suspendiert bleiben.
Diese Merkmale ermöglichen es, eine wirkungsvolle Reinigung der Bearbeitungsflüssigkeiten und eine Vorrichtung mit geringen Herstellungskosten zu erhalten, die einfach anzuwenden ist und schnell und zuverlässig arbeitet.
Die Vorrichtung kann außerdem vorteilhafterweise Mittel zur Einleitung der verschmutzten Bearbeitungsflüssigkeit in das erste Dekantiergefäß sowie zumindest eine Öffnung aufweisen, die in letzterem für den Austrag der die ersten Teilchen enthaltenden, gereinigten Bearbeitungsflüssigkeit vorgesehen ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zusätzliche Mittel, um dritte Teilchen einer Verschmutzung abzutrennen, die aus kolloidalem Kohlenstoff bestehen, der seinen Ursprung in der Zersetzung der Bearbeitungsflüssigkeit hat, wobei diese zusätzlichen Mittel eine zweite Ultraschall- Dekantiervorrichtung mit einem zweiten Dekantiergefäß umfassen, in dem ein zweites Ultraschall-Sendeorgan angeordnet ist, das mit einem zweiten Ultraschallgenerator verbunden ist, wobei die Leistung dieses Generators so geregelt wird, dass die ersten Teilchen dekantieren, während die dritten Teilchen in der Bearbeitungsflüssigkeit suspendiert bleiben, wobei dieses zweite Dekantiergefäß einen mit der Öffnung verbundenen Eingang aufweist.
Diese Ausführungsform ist besonders geeignet für die Behandlung von Bearbeitungsflüssigkeiten mit kohlenstoffhaltigem Dielektrikum, wie zum Beispiel Öl, da sie es ermöglicht, mit einem beträchtlichen Reinheitsgrad zu reinigen.
Vorzugsweise besitzen die zusätzlichen Mittel ein Mischgefäß mit Mischorganen, Filtrierelemente für die durch Dekantieren erhaltene Bearbeitungsflüssigkeit am Ausgang des zweiten Dekantiergefäßes, die so eingerichtet sind, dass sie die dritten Teilchen durch Filtrieren zurückhalten, eine Zuleitung für die filtrierte dielektrische Flüssigkeit von den Filtrierelementen zum Mischgefäß, sowie Mittel für den Austrag und Transport, die dafür eingerichtet sind, die dekantierten ersten Teilchen vom zweiten Dekantiergefäß zum Mischgefäß zu transportieren.
Durch diese Merkmale können die kohlenstoffhaltigen dielektrischen Flüssigkeiten wirksam gereinigt werden, und eine Wiederherstellung der gesamten Bearbeitungsflüssigkeit kann zuverlässig und kostengünstig durchgeführt werden.
Weitere Vorteile gehen aus den Merkmalen der abhängigen Ansprüche und der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung anhand der Zeichnungen hervor, die schematisch und als Beispiel zwei Ausführungsformen darstellen.
Die 1 und 2 sind schematische Ansichten einer ersten und einer zweiten Ausführungsform.
In 1 ist eine Funkenerosionsmaschine 10 mit einer ersten Ausführungsform der Dekantiervorrichtung 11 ausgestattet.
Diese Funkenerosionsmaschine weist ein Arbeitsgefäß 12 auf, in dem eine Bearbeitungsflüssigkeit 14 und ein zu bearbeitendes Werkstück 15 enthalten sind, das auf einen Arbeitstisch 16 montiert ist. Die Funkenerosionsmaschine weist außerdem eine Elektrode 17 auf, die als Bearbeitungswerkzeug dient, das auf eine Spindel 18 montiert ist.
Die Bearbeitungsflüssigkeit 14 wird im Arbeitsgefäß 12 in Umlauf versetzt und thermostatgesteuert mit Hilfe einer Umwälzanlage 20, die einen Pumpkreislauf 21 mit einer Saugpumpe 22 und einen Wärmetauscher 23 aufweist, der mit einem Kühlwasserkreislauf verbunden ist.
Die Bearbeitungsflüssigkeit 14 besteht aus einer dielektrischen Flüssigkeit, in der erste Teilchen eines Zusatzstoffes, der dazu bestimmt ist, die Funkenerosion zu erleichtern, und zweite verschmutzte Teilchen suspendiert sind, die von der Elektrode und/oder dem zu bearbeitenden Werkstück 15 stammen. Die ersten Teilchen könnten zum Beispiel Graphitteilchen mit einer Dichte von 2 bis 2,2 g/cm³ und mit einer zwischen 1 und 100 μm, vorzugsweise zwischen 1 und 10 μm ausgewählten Körnchengröße sein. Die zweiten Teilchen haben im Allgemeinen die Form von Metallkügelchen, die vom zu bearbeitenden Werkstück und von der Elektrode bei den erosiven Entladungen abgerissen und ausgestoßen wurden. Ihre Dichte, die höher ist als diejenige der ersten Teilchen, liegt zwischen 4 und 20 g/cm³.
Die Körnchengröße dieser Kügelchen liegt im Allgemeinen zwischen 1 und 40 μm.
Wenn die dielektrische Flüssigkeit kohlenstoffhaltig ist, kann die Bearbeitungsflüssigkeit außerdem dritte Teilchen in Form von Teilchen aus kolloidalem Kohlenstoff enthalten, die von der Zersetzung der dielektrischen Flüssigkeit unter der Wirkung der erosiven Entladungen stammen und die Tendenz haben, in submikronischen Ansammlungen auszuflocken. Die Dichte dieser dritten Teilchen liegt unter 2 g/cm³, und ihr Durchmesser liegt allgemein unter 0,5 μm. Selbstverständlich sind diese dritten Teilchen im Fall von Wasser als dielektrische Flüssigkeit nicht vorhanden.
Die erste Ausführungsform der Dekantiervorrichtung 11 besitzt ein Dekantiergefäß 30 für die Bearbeitungsflüssigkeit, in dem ein Ultraschall-Sendeorgan 31 in Form einer Sonotrode angeordnet ist. Letztere ist über eine Verbindung 32 mit einem Ultraschallgenerator 33 auf einer Frequenz von 40 kHz verbunden, dessen Leistung zum Beispiel von 10 bis 200 Watt geregelt werden kann. Ein mit einer Saugpumpe 35 versehener Kanal 34 dient als Zuleitungsmittel für die verschmutzte Bearbeitungsflüssigkeit in das Dekantiergefäß 30. Mindestens eine mit einem Ausgangskanal 37 verbundene Öffnung 36 ermöglicht es, die von den zweiten Verschmutzungsteilchen gereinigte Bearbeitungsflüssigkeit zur Funkenerosionsmaschine zurückzuleiten, entweder in einen Nebentank oder direkt in das Arbeitsgefäß.
Ultraschallwellen sind ein sehr wirksames Mittel, um Teilchen in der Größe der ersten Teilchen der Zusatzpulver zu suspendieren. Die Energie der Ultraschallwellen zum Suspendieren von Teilchen muss umso größer sein, als die Dichte der Teilchen hoch und ihre Größe groß ist. Es ist anzumerken, dass für das Suspendieren durch Diffusion unterhalb einer kritischen Größe die Dichte weniger wichtig ist als die Größe. Das Dekantieren wird außerdem verlangsamt, wenn die Viskosität der Bearbeitungsflüssigkeit ansteigt. Es ist also möglich, eine Vorrichtung zum selektiven Dekantieren herzustellen, die von Ultraschallwellen mäßiger Energie unterstützt wird. Die Leistung des Ultraschallgenerators 30 wird für jede Dichte und Viskosität der Bearbeitungsflüssigkeit und jede Dichte und Größe der zu trennenden Teilchen geregelt. Die optimale Regelung ermöglicht das Dekantieren und Ansammeln der zweiten Verschmutzungsteilchen 38, d.h. der Metallkügelchen, am Boden des Gefäßes, während die ersten, leichteren Teilchen 39 des Zusatzstoffs, wie zum Beispiel Graphit, suspendiert bleiben.
Die Leistung dieses Generators 33 wird dann allgemein zwischen 10 und 150 Watt geregelt, vorzugsweise zwischen 40 und 100 Watt.
Eine solche Dekantiervorrichtung reicht aus, wenn Wasser als dielektrische Flüssigkeit verwendet wird. Sie kann auch in dieser Form verwendet werden, wenn man akzeptiert, dass mit den ersten Teilchen die dritten Kohlenstoffteilchen übrig bleiben, die aus der Zersetzung einer kohlenstoffhaltigen dielektrischen Flüssigkeit, wie zum Beispiel Öl, entstehen.
Die Trennung und das Abführen der dritten Teilchen erfordern eine vollständigere Reinigungsvorrichtung, von der eine Ausführungsform unter Bezugnahme auf 2 beschrieben wird.
Diese zweite Ausführungsform weist eine erste Dekantiervorrichtung 11 gleich oder ähnlich derjenigen auf, die unter Bezugnahme auf 1 beschrieben wurde. Sie ist außerdem mit zusätzlichen Mitteln 40 versehen, die dazu bestimmt sind, die dritten Verschmutzungsteilchen 41 von der Bearbeitungsflüssigkeit zu trennen, von der bereits die zweiten Teilchen 38 dekantiert wurden. Diese zusätzlichen Mittel weisen eine zweite Dekantiervorrichtung 45, Filtrierelemente 46 und ein Mischgefäß 47 und ein Dekantiergefäß 50 auf, in das ein zweites Ultraschall-Sendeorgan 51 in Form einer zweiten Sonotrode eingesetzt ist, die über eine Verbindung 52 mit einem zweiten Ultraschallgenerator 53 verbunden ist.
Der Ausgangskanal 37 der ersten Dekantiervorrichtung 11 dient als Einleitungskanal für die die ersten und dritten Teilchen enthaltende Bearbeitungsflüssigkeit.
Der zweite Ultraschallgenerator 53 hat eine Frequenz von 40 kHz, und seine Leistung kann zum Beispiel zwischen 1 und 30 Watt, vorzugsweise zwischen 5 und 20 Watt eingestellt werden. Seine Leistung ist also niedriger eingestellt als die des ersten Generators 33. Sie ist eingestellt, um die dritten Teilchen 41 suspendiert zu halten, während die ersten Teilchen dekantieren und sich auf einem Förderband 55 sammeln, das als Austrag- und Transportmittel dient, um diese ersten Teilchen 39 über das Mischgefäß 47 zu bringen, wo sie entladen werden.
Ein mit einer Pumpe 57 versehener Ausgangskanal 56 leitet die Bearbeitungsflüssigkeit mit den dritten Teilchen 41 zu den Filtrierelementen 46. Letztere sind so gestaltet, dass sie die Gesamtheit der dritten Teilchen 41 zurückhalten, und weisen zu diesem Zweck mindestens ein feines Filter, zum Beispiel ein Papierröhrchenfilter, auf. Die so gereinigte dielektrische Flüssigkeit 58 wird über einen Kanal 59 in das Mischgefäß 47 gebracht, wo sie durch Mischorgane 60, wie zum Beispiel Schaufeln oder eine Luftzirkulation usw., mit den ersten Teilchen vermischt wird. Die gereinigte und so wiederhergestellte Bearbeitungsflüssigkeit wird anschließend über ein Rohr 61 und eine Pumpe 62 zur Funkenerosionsmaschine zurückgeleitet.
Diese Reinigungsvorrichtungen sind besonders wichtig bei der Rohlings- und der Halbfertig-Bearbeitung und ermöglichen es, die gröbsten Metallteilchen zu entfernen, die bei der folgenden Endbearbeitung äußerst störend wären.
Selbstverständlich haben die oben beschriebenen Ausführungsformen keinerlei einschränkende Bedeutung und können jeder wünschenswerten Veränderung im Rahmen dessen unterzogen werden, was durch den Anspruch 1 definiert wird. Insbesondere könnten weitere Vorrichtungen hinzugefügt werden, zum Beispiel ein Waschvorgang und jede andere Bearbeitung der ersten Teilchen des Zusatzstoffs, die aus dem zweiten Dekantiergefäß 50 austreten, eine Dosiervorrichtung für die ersten Teilchen, die es ermöglicht, eine genaue Konzentration der ersten Teilchen in der im Mischer 47 enthaltenen Bearbeitungsflüssigkeit zu erhalten, eine Austragvorrichtung, zum Beispiel über Förderband, der zweiten metallischen Schmutzteilchen aus dem ersten Dekantiergefäß 30. Die Gesamtheit der Reinigungsvorrichtung könnte in eine Funkenerosionsmaschine integriert werden oder eine von letzterer getrennte Einheit bilden.

Claims

Vorrichtung zur Reinigung von Bearbeitungsflüssigkeiten für eine Funkenerosionsmaschine (10), die mit einer Elektrode (17) versehen ist, die dafür bestimmt ist, ein Werkstück (15) zu bearbeiten, wobei die Bearbeitungsflüssigkeit (14) aus einer dielektrischen Flüssigkeit besteht, die zumindest erste Teilchen (39) eines Zusatzstoffes enthält, der dafür bestimmt ist, die Funkenerosion zu erleichtern, sowie zweite Teilchen (38) einer von der Elektrode (17) und/oder dem Werkstück (15) kommenden Verschmutzung, die eine höhere Dichte als die ersten Teilchen (39) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zumindest eine Ultraschall-Dekantiervorrichtung (11) mit einem ersten Dekantiergefäss (30) für die Bearbeitungsflüssigkeit (14) umfasst, in der ein erstes Ultraschall-Sendeorgan (31) angeordnet ist, das mit einem ersten Ultraschallgenerator (33) verbunden ist, dessen Leistung so geregelt werden kann, dass die zweiten Teilchen (38) dekantieren, während die ersten Teilchen (39) in der dielektrischen Flüssigkeit suspendiert bleiben.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel für eine Einleitung (34, 35) der verschmutzten Verarbeitungsflüssigkeit in das erste Dekantiergefäss (30) sowie zumindest eine Öffnung (36) umfasst, die in letzterem für den Austrag der die ersten Teilchen (39) enthaltenden, gereinigten Bearbeitungsflüssigkeit vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzliche Mittel (40) umfasst, um dritte Teilchen (41) einer Verschmutzung abzutrennen, die aus kolloidalem Kohlenstoff bestehen, der seinen Ursprung in der Zersetzung der Bearbeitungsflüssigkeit hat, wobei diese zusätzlichen Mittel (40) eine zweite Ultraschall-Dekantiervorrichtung (45) mit einem zweiten Dekantiergefäss (50) umfassen, in dem ein zweites Ultraschall-Sendeorgan (51) angeordnet ist, das mit einem zweiten Ultraschallgenerator (53) verbunden ist, wobei die Leistung dieses Generators so geregelt werden kann, dass die ersten Teilchen (39) dekantieren, während die dritten Teilchen (41) in der Bearbeitungsflüssigkeit suspendiert bleiben, wobei dieses zweite Dekantiergefäss (50) einen mit der benannten Öffnung (36) verbundenen Eingang umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Mittel (40) ein Mischgefäss (47) mit Mischorganen (60), Filtrierelemente (46) für die durch Dekantieren am Ausgang des zweiten Dekantiergefässes (50) erhaltene Bearbeitungsflüssigkeit, die so eingerichtet sind, dass sie die dritten Teilchen (41) durch Filtrieren zurückhalten, eine Zuleitung (59) für die filtrierte dielektrische Flüssigkeit von den Filtrierelementen (46) zu dem benannten Mischgefäss (47) sowie Mittel für den Austrag und Transport (55) umfassen, die dafür eingerichtet sind, die dekantierten ersten Teilchen (39) vom zweiten Dekantiergefäss (50) zum Mischgefäss (47) zu transportieren.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die benannten Mittel für den Austrag und Transport aus einem Förderband (55) bestehen, das im Boden des zweiten Dekantiergefässes (50) angeordnet ist und bis zu einem Punkt über dem Mischgefäss (47) führt, um die ersten Teilchen (39) in dieses Gefäss zu entladen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ultraschallgenerator (33) auf eine Leistung geregelt ist, die zwischen 10 und 150 Watt, bevorzugt zwischen 40 und 100 Watt liegt, während der zweite Ultraschallgenerator (53) auf eine schwächere Leistung geregelt ist, die zwischen 1 und 30 Watt, bevorzugt zwischen 5 und 20 Watt liegt.