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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektrochemische
Bearbeitung. Bei der elektrochemischen Bearbeitung findet
eine Bearbeitung statt, wenn ein Elektrolyt einen Spalt
zwischen einer Werkstückanode und einer Werkzeugkatode
überbrückt und ein elektrisches Feld in diesem Spalt erzeugt
wird. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf
das Unwirksammachen des elektrochemischen
Bearbeitungswerkzeugs und betrifft sowohl Verfahrens- wie auch
Vorrichtungsaspekte.
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In unserem US-Patent Nr. 4 545 874 diskutieren wir ein
Verfahren zum Unwirksammachen eines elektrochemischen
Bearbeitungswerkzeugs durch Nachweis der Lichtbogenbildung zwischen
dem Werkstück und dem Werkzeug. In der US-PS 4 545 874 wurde
die Bearbeitungsspannung überwacht, um das durch
Funkenüberschläge erzeugte Rauschen nachzuweisen, und so betrieben,
daß, wenn Funkenbildung mindestens so lange wie eine
vorgegebene Verzögerungszeit andauerte, eine Auslöseschaltung
betätigt wurde, um den Bearbeitungsstrom zu unterbrechen.
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Jedoch gibt es Situationen, in denen Defekte in dem
Elektrobearbeitungsvorgang nicht mittels des Systems nach der US-
PS 4 545 874 nachgewiesen werden könnten, weil keine Funken
erzeugt werden. Beispielsweise wenn eine Blockierung der
Elektrolytströmung eintritt oder eine Passivierung, kann ein
direkter elektrischer Kontakt zwischen dem Werkstück und dem
Werkzeug stattfinden. Es fließt dann ein Strom mit nur wenig
oder keiner Funkenbildung und folglich wird nur wenig oder
kein elektrisches Rauschen erzeugt, das mittels des Systems
nach der US-PS 4 545 874 nachgewiesen werden kann. Wenn ein
solcher Kontakt stattfindet, konzentriert sich der
Bearbeitungsstrom auf die Kontaktstelle, und dies kann Schaden
hervorrufen. Wenn dieser konzentrierte Strom aufgrund des
Kontaktes andauern kann, werden das Werkzeug und das Werkstück
an der Kontaktstelle erhitzt, und dies setzt sich fort, bis
Material von der Kontaktstelle weggeschleudert wird. Dies
unterbricht den Kontakt und erzeugt Funken, deren Rauschen
mittels des Systems nach der US-PS 4 545 874 nachgewiesen
werden kann, jedoch ist es dann zu spät und ein Schaden ist
bereits eingetreten.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt daher die Schaffung eines
Systems, in welchem ein solcher Kontaktstrom festgestellt
werden kann.
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In der allgemeinsten Form schlägt die vorliegende Erfindung
vor, das Strommaxima in aufeinanderfolgenden Zeitperioden
verglichen werden, um festzustellen, wenn ein Stromanstieg
stattfindet. Wenn ein Kontakt auftritt, findet ein momentaner
Sprung des Bearbeitungsstroms statt, und dies kann dann
festgestellt werden. Wenn der Stromstoß festgestellt worden ist,
kann die Bearbeitung unterbrochen werden.
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Demgemäß kann die vorliegende Erfindung gemäß einem ersten
Aspekt eine Einrichtung zum Unwirksammachen eines
elektrochemischen Bearbeitungswerkzeugs vorsehen, die Mittel zum
Überwachen der Stromzufuhr zu dem Bearbeitungswerkzeug
aufweist, wobei die Überwachungsmittel für eine Tätigkeit in
einer Reihe aufeinanderfolgender Zeitperioden ausgebildet
sind, weiter Mittel zum Feststellen des Stromwertmaximums für
jede Zeitperiode, Mittel zum Vergleich des Stromwertmaximums
für jeden vom mindestens einigen dieser Zeitperioden mit dem
Stromwertmaximum für eine entsprechende nachfolgende
Zeitperiode, wobei die Vergleichsmittel für die Bestimmung der
Stromdifferenz zwischen den verglichenen Stromwertmaxima
ausgelegt sind, und Mittel zum Unwirksammachen des
elektrochemischen Bearbeitungswerkzeugs aufweist, wenn die
Stromdifferenz größer als ein vorgegebener Wert ist.
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Des weiteren kann nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden
Erfindung ein Verfahren zum Unwirksammachen eines
elektrochemischen Bearbeitungswerkzeugs vorgesehen sein, das umfaßt:
Überwachen der Stromzufuhr zum Bearbeitungswerkzeug während
einer Reihe von aufeinanderfolgenden Zeitperioden,
Feststellen des Stromwertmaximums für jede Zeitperiode, Vergleichen
des Stromwertmaximums für jede von mindestens einigen der
Zeitperioden mit dem Stromwertmaximum einer entsprechenden
nachfolgenden Zeitperiode, um eine Stromdifferenz zu
erhalten, und Unwirksammachen des elektrochemischen
Bearbeitungswerkzeugs, wenn die Stromdifferenz größer als ein
vorgegebener Wert ist.
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Wenn der Bearbeitungsstrom glatt ist, kann die Zeitdauer
jeder Zeitperiode kurz sein. In der Praxis ist dem Strom
aufgrund seiner Gleichrichtung jedoch eine Welligkeit
überlagert, und deshalb muß die Dauer jeder Zeitperiode lang genug
sein, um mindestens eine, vorzugsweise aber mehrere der
Wellen zu umfassen, so daß die Arbeitsweise nicht durch die
normalen Stromschwankungen beeinflußt wird.
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Mit der vorliegenden Erfindung, wie oben erörtert, wird
irgend ein Anstieg des Stromwertmaximums festgestellt. Um
sicherzustellen, daß kleinere, bedeutungslose
Stromschwankungen nicht das Unwirksammachen des elektrochemischen
Bearbeitungswerkzeugs verursachen, ist ein Schwellenwert
solcher Schwankungen vorgesehen, unterhalb dessen die
Schwankungen ignoriert werden. Natürlich kann dieser Schwellenwert je
nach der erforderlichen Empfindlichkeit eingestellt werden.
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Normalerweise, obwohl dies nicht wesentlich ist, wird das
Stromwertmaximum einer Zeitperiode mit dem Stromwertmaximum
der unmittelbar darauffolgenden Zeitperiode verglichen, und
dies wird von einer Zeitperiode zur nächsten wiederholt. Um
dies zu bewerkstelligen, können zwei Spitzendetektoren
vorgesehen sein, die ein dem Bearbeitungsstrom für alternierende
Zeitperioden entsprechendes Signal erhalten. Jeder
Spitzendetektor speichert das Stromwertmaximum über eine
nachfolgende (normalerweise die unmittelbar nachfolgende)
Zeitperiode, so daß der gespeicherte Wert mit dem vom anderen
Spitzendetektor während der nachfolgenden Zeitperiode
festgestellten Wert verglichen werden kann, der so dann
gespeichert wird, um wiederum mit dem vom ersteren Spitzendetektor
während einer weiteren Zeitperiode festgestellten Maximalwert
verglichen zu werden.
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Anzumerken ist, daß die vorliegende Erfindung in Verbindung
mit einem Funkendetektor eingesetzt werden kann, wie er in
der US-PS 4 545 874 beschrieben ist.
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Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird
nunmehr im einzelnen beispielsweise unter Bezugnahme auf die
anliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen zeigt:
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Fig. 1 eine schematische Darstellung
eines elektrochemischen
Bearbeitungswerkzeugs nach der
vorliegenden Erfindung,
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Fig. 2 ein Blockdiagramm einer
Einrichtung zum Unwirksammachen des
elektrochemischen
Bearbeitungswerkzeugs, und
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Fig. 3 ein Schaltungsdiagramm der
Einrichtung nach Fig. 2.
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Um zuerst auf Fig. 1 Bezug zu nehmen, ein Werkstück 10 wird
durch elektrochemische Bearbeitung mittels einer geeignet
geformten Bearbeitungswerkzeugelektrode 14 so herausgearbeitet,
daß es eine Fläche mit einem Profil 12 hat. Eine
Speiseenergieeinheit 16 liefert die zur Durchführung des
Bearbeitungsvorgangs notwendige elektrische Energie, und bei dem
Bearbeitungsvorgang kann es sich um einen Standardvorgang handeln.
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Eine Einrichtung 18 nach der vorliegenden Erfindung zum
Unwirksammachen des elektrochemischen Bearbeitungswerkzeugs ist
so geschaltet, daß die Einrichtung 18 den von der
Speiseenergieeinheit zum Werkstück 10 und zur Bearbeitungselektrode 14
zugeführten Strom erfaßt. Wie später noch mehr im einzelnen
beschrieben wird, erzeugt die Einrichtung 18 auf einer
Leitung 22 ein Signal zum Unwirksammachen des
Bearbeitungswerkzeugs, wenn eine Änderung dieses Stromes eintritt, die einem
direkten elektrischen Kontakt zwischen dem Werkstück 10 und
der Bearbeitungselektrode 14 über dem Spalt 20 entspricht.
Anzumerken ist, daß Fig. 1 der Fig. 1 der US-PS 4 545 874
entspricht, und in der Tat kann eine Vorrichtung nach jener
Beschreibung in Verbindung mit der Einrichtung 18 vorgesehen
werden.
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Die Einrichtung 18 nach Fig. 1 wird nun unter Bezugnahme auf
Fig. 2 mehr im einzelnen erörtert. In der in Fig. 2
dargestellten Einrichtung 18 wird ein dem Bearbeitungsstrom
darstellendes Signal von der Einrichtung 18 über eine Leitung
empfangen und mittels eines Verstärkers 32 verstärkt. Das
Ausgangssignal dieses Verstärkers 32 wird zwei
Spitzendetektoren 34, 36 zugeführt, und die Verarbeitung des von diesen
Spitzendetektoren 34, 36 empfangenen Signals wird jedoch
durch einen Oszillator 38 gesteuert. Dieser Oszillator 38
triggert Torschaltungen derart, daß der Spitzendetektor 34
ein Signal vom Verstärker 32 während einer ersten Zeitperiode
verarbeitet, danach bewirkt der Oszillator, daß der zweite
Spitzendetektor 36 das Signal vom Vorverstärker 32 während
einer zweiten Zeitperiode verarbeitet, und dann wird die
Verarbeitung wieder dem ersteren Spitzendedektor 34 zugewiesen,
und dieser Zyklus wiederholt sich.
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In jedem Verarbeitungszyklus bewirkt jeder Spitzendetektor 34
die Feststellung des Maximalwerts des Stromes während dieser
Zeitperiode. Normalerweise wird das elektrochemische
Bearbeitungswerkzeug durch eine Energiequelle gespeist, die
gleichgerichteten ungeglätteten Gleichstrom entweder durch einen
Thyristor oder einen Magnetverstärker erzeugt, und so hat der
Strom eine Welligkeit. Die Arbeitsweise des Oszillators 38
muß demzufolge ermöglichen, daß jeder Spitzendetektor 34, 36
über mindestens eine vollständige Welle der Welligkeit
arbeitet, und in der Praxis werden mehrere Wellen verwendet.
Wenn also die Welligkeit eine Periode von 3,3 ms hat, bewirkt
eine von dem Oszillator 38 erzeugte Zeitperiode von 20 ms,
daß jeder Spitzendetektor während jeder Zeitperiode 6
Wellenzyklen erfaßt.
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Es sei nun angenommen, daß der Oszillator 38 so arbeitet, daß
das Ausgangssignal des Vorverstärkers 32 während einer ersten
Zeitperiode zum ersten Spitzendetektor 34 zugeführt wird.
Während dieser Zeitperiode stellt der Spitzendetektor 34
einen Maximalwert des Stromes fest und führt ein dieses Maximum
darstellendes Signal auf einer Leitung 40 zu einem
Differenzverstärker 42. Am Ende der Zeitperiode geht der Maximalwert
nicht verloren, sondern wird gespeichert, so daß das Signal
auch während der nächsten Zeitperiode auf der Leitung 40
bleibt. Während dieser nächsten Zeitperiode wird der
Maximalwert des Stromes durch den zweiten Spitzendetektor 36
festgestellt, der ein dieses Maximum darstellendes Signal auf eine
Leitung 44 gibt, die ebenfalls zum Differenzverstärker führt.
In diesem Zeitpunkt stellen daher die Signale auf den
Leitungen 40 und 44 die Maximalwerte des Stromes für zwei
aufeinanderfolgende Zeitperioden dar. Daher kann der
Differenzverstärker 42 feststellen, ob eine Änderung des Maximalwerts
des Stromes eingetreten ist. Während der nächsten Zeitperiode
wird der Maximalwert des Stromes durch den ersten
Spitzendetektor 34 festgestellt und folglich liegen nun die
aufeinanderfolgenden Maximalwerte auf den Leitungen 44 und 40.
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Wie oben schon erörtert wurde, bewirkt ein elektrischer
Kontakt zwischen dem Werkstück 10 und der Werkzeugelektrode 14
einen Stromanstieg, und dieser wird als Differenz zwischen
dem in einer Zeitperiode erfaßten Stromwertmaximum und dem in
einer weiteren Zeitperiode erfaßten Stromwertmaximum
festgestellt. Es ist darauf hinzuweisen, daß das Vorzeichen dieser
Differenz sich ändert. Dies ist beim Betrachten der Fig. 2
ersichtlich, wobei angenommen sei, daß der
Differenzverstärker das Signal auf der Leitung 40 von demjenigen auf der
Leitung 44 subtrahiert. In einem Zyklus, wenn der zweite
Spitzendetektor 36 das Signal empfängt und der Maximalwert des
Stromes mit dem Maximalwert des Stromes in der vorhergehenden
Zeitperiode verglichen wird, das vom ersten Spitzendetektkor
erfaßt wurde, für jede Stromänderung zu einem positiven
Ausgangssignal des Differenzverstärkers 42. Während der nächsten
Zeitperiode wird jedoch eine Steigerung des Stromes dazu
führen, daß das Ausgangssignal des ersten Spitzendetektors 34
größer als das Ausgangssignal des zweiten Spitzendetektors 36
ist, so daß die Differenz zu einem negativen Ausgangssignal
des Differenzverstärkers 42 führt.
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Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 42 wird über
einen Fensterdetektor 46 geleitet, der feststellt, ob der
Anstieg des Stromes einen Schwellenwert übersteigt. Der
Fensterdetektor 46 muß sowohl positive wie negative
Veränderungen erfassen, und deshalb ist der Schwellenwert als
positiver und negativer Wert mit Bezug auf 0 vorgegeben.
Differenzen innerhalb des Schwellenbereichs unter einem
geeigneten Pegel werden als bedeutungslos ignoriert. Der
Fensterdetektor 46 kann also beispielsweise feststellen, ob das
Ausgangssignal des Differenzverstärkers + 2 Volt übersteigt oder
kleiner als - 2 Volt ist. Anzumerken ist, daß die vom
Festerdetektor 46 vorgegebenen Pegel einstellbar sind, um die
Empfindlichkeit des Systems einzustellen.
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Wenn der Fensterdetektor 46 feststellt, daß der Schwellenwert
überschritten worden ist, erzeugt er ein Signal an einen
Schalter 48, der das elektrochemische Bearbeitungswerkzeug
unwirksam macht. Normalerweise ist dieser Schalter 48 ein
geeignetes Relais. Fig. 2 zeigt außerdem eine Energiequelle 50
für die Einrichtung 18.
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Fig. 3 zeigt ein detaillierteres Schaltbild der Einrichtung
nach Fig. 2. Die Schaltungskomponenten dieser Schaltung sind
als solche herkömmlich, und Herstellung und Arbeitsweise der
Schaltung nach Fig. 3 wird vom Fachmann unmittelbar
verstanden. Jedoch sind einige Merkmale einer näheren Beachtung
wert.
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Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß der Oszillator 38
Torschaltungen 60, 62 steuert, die wiederum die Eingangssignale zu
den Operationsverstärkern 64, 66 der Spitzendetektoren 34
bzw. 36 steuern. Diese Operationsverstärker 64, 66 haben
gleiche Signalabfallzeiten, so daß der abfallende Strom in
beiden gleiche Effekte erzeugt. Fig. 3 zeigt außerdem den
Aufbau des Fensterdetektors 46 mehr im einzelnen.
Operationsverstärker 68, 70 sind als Vergleicher angeordnet, um
positive oder negative empfangene Abweichungen vom Ausgangssignal
des Differenzverstärkers 42 festzustellen. In jedem Fall wird
das Signal vom Differenzverstärker 42 mit einem Triggerpegel
verglichen, der durch Widerstände R 16 bzw. R 17 festgelegt
ist, und Signale, die in positive Richtung größer oder in
negative Richtung kleiner als der Schwellenwert sind, führen
dazu, daß ein Signal zu einem integrierten Schaltkreis 72
zugeführt wird, der als monostabile Kippschaltung arbeitet,
welche das Relais 48 auslöst. Es ist auch ersichtlich, daß
das Relais 48 lichtaussendende Dioden aufweist, die als
Anzeige wirken, wenn die Einrichtung die Bearbeitung sperrt.