DE1001436B - Verfahren und Vorrichtung zur Funkenerosion - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Funkenerosionsvorrichtung, bestehend aus Einrichtungen zum Halten des Werkstückes in einer dielektrischen Flüssigkeit aus einer Elektrode und Vorschubvorrichtungen für diese Elektrode zur Aufrechterhaltung der Funkenstrecke aus einem Kondensator, einem Ladekreis, der den Kondensator mit einer Gleichstromquelle verbindet, aus einem Entladungskreis, der den Kondensator mit dem Werkstück und der Elektrode verbindet, und die Erfindung besteht darin, daß ein Leiter geringer Induktivität, der in Reihe mit dem Entladungskreis geschaltet ist und eine solche Form hat, daß er beim Fließen eines Stromes die Induktivität des Entladu.ngskrei.ses vermindert, wodurch der Spitzenentladungsstrom wesentlich erhöht und seine Dauer wesentlich vermindert ward.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Funkenerosion, bei dem erfindungsgemäß der Spitzenstrom und die Dauer jeder solchen Funkenentladung dadurch gesteuert wird, daß die Eigeninduktivität des die Entladung anwendenden Kreises geregelt wird.

Die Funkenerosion hat sich zur Bearbeitung extrem harter Materialien, wie beispielsweise Wolframkarbid und anderer Karbide, Hartstähllegierungen u. dgl., als besonders nützlich erwiesen. Dieses Verfahren läßt erfahrungsgemäß eine viel schnellere Bearbeitung zu als die üblichen Bearbeitungsmethoden mit Diamanten oder Diamantstaub und hat Bearbeitungsvorgänge ermöglicht, die sonst nicht durchgeführt werden könnten.

Obgleich Funken mit höherem Strom bei einer größeren Frequenz für schnelleres Abtragen zweckmäßig sind, ist es auch erwünscht, daß der Preis und die Unterhaltungskosten der Vorrichtung nicht übermäßig anwachsen. Ein Nachteil bei der praktischen Verwirklichung ist die Tatsache, daß die bekannten praktischen Ausführungsformen der Funkenentladungskreise den erforderlichen schnellen Stromänderungen eine so wesentliche Reaktanz bieten, daß eine wirksame Verwertung der sonst verfügbaren Funkenbearbeitungsenergie verhindert wird.

Es ist deshalb eineAufgabe der Erfindung, eine verbesserte Funkenbearbeitungsvorrichtung zu schaffen.

Eine andere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer verhältnismäßig einfachen und billigen Funkenbearbeitungsvorrichtung, die mit verbesserter Geschwindigkeit arbeiten kann.

Ein anderes Ziel der Erfindung ist die Entwicklung eines Funkenentladungskreises zur leistungsfähigeren Ausnutzung der elektrischen Energie, die von der Funkenspeisevorrichtung geliefert wird·.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist auch die praktische Anordnung des Funkenentladungskreises zur Verbesserung seiner elektrischen Kennwerte.

Verfahren und Vorrichtung
zur Funkenerosion

Anmelder:
Firth Sterling Inc., Pittsburgh, Pa. (V. St.A.)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Ruschke, Berlin-Eriedenau,

und Dipl.-Ing. K. Grentzenberg, München 13,

Ainmillerstr. 26, Patentanwälte

Everard M. Williams, Pittsburgh, Pa. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

Die somit allgemein offenbarten Ziele der Erfindung werden zusammen mit anderen Zielen und zusätzlichen Vorteilen mit der Konstruktion und Anordnung erreicht, die als Beispiel in der Zeichnung veranschaulicht ist. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild dies Lade- und Entladungsstromkreises zur Verwendung in einer typischen Vorrichtung der Erfindung;

Fig. 2 einen waagerechten Schnitt durch die Funkenstrecke, zwischen Werkstück und Elektrode;

Fig. 3 eine Seitenansicht der mechanischen Anordnung der Vorrichtung, bei der in geeigneter Weise der Entladungskreis nach Fig. 1 verwendet wird und die praktische Anordnung des Werkstückbehälterkreises dargestellt ist;

Fig. 4 eine vereinfachte Darstellung eines abgeänderten Weikstückbehälters und Werkstückbehälterkreises ;

Fig. 5 eine vereinfachte Darstellung eines anderen abgeänderten Werkstückbehälters und Werkstückbehälterkreises;

Fig. 6 eine Darstellung eines Entladungs'kreises und einer Vorrichtung nach der Erfindung, wobei im besonderen eine gekoppelte geschlossene Schleife zur weitestgehenden Herabsetzung der Induktivität offenbart ist;

Fig. 7 ein Schaltschema einer abgeänderten Ausführungsform der gekoppelten geschlossenen Schleife nach Fig. 6;

Fig. 8 ein SdIi alt schema einer anderen abgeänderten Ausführungsform der gekoppelten geschlossenen Schleife nach Fig. 6;

Fig. 9 eine Ansicht eines Werkstückbehälters in Verbindung mit einer gekoppelten geschlossenen

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Schleife und einem Kc.ndensatorkreis mit geringer Induktivität und

Fig. 10 eine der Fig. 9 ähnliche Ansicht einer WerkstückbehälteranoTdnung, die aber einen abgeänderten Aufbau der gekoppelten Schleife hat.

Obgleich die Erfindung viele verschiedene Abänderungen und geänderte Konstruktionen nahelegt, sind in der Zeidhnung bestimmte bevorzugte Ausfuhrungsformen dargestellt und werden im folgenden ausführlich beschrieben. Es wird jedoch darauf hinge\viesen, daß Abänderungen, Äquivalente und geänderte Konstruktionen im Rahmen der Erfindung möglich sind, wie er in. den Ansprüchen zum Ausdruck kommt.

Zur Erläuterung des allgemeinen Aufbaues einer Funkenbearbeitungsvorrichtung kann aus dem Schaltbild der Fig. 1 entnommen werden, daß eine solche Vorrichtung in vereinfachte? Darstellung einen Gleichspannungsnetzteil 1 mit einem Doppelweggleichrichter und einem Siebteil aufweist, der über ein Verbindungsglied 2 an einen kapazitiven Speicherkreis angeschlossen ist, der zur Veranschaulichung als einzelner Kondensator 3 dargestellt ist. Diese Bauteile sind die Grundbestandteile des Ladekreises. Ein Entladungskreis wird durch Zusammenwirken des Kondensators 3 mit einer angeschlossenen Funkenstrecke 4 gebildet, die zwischen einer Oberfläche eines Werkstückes 5 und der gegenüberliegenden Oberfläche einer Funkenbearbeitungselektroöe 6 verläuft. Die Elektrode ist zu gesteuerter Längs- und/oder Drehbewegung durch eine schematisch dargestellte Elektrodenvorschubvorrichtung? eingerichtet. Die Funkenstrecke ist mit dem Kondensator 3 in der Weise verbunden, daß das Werkstück 5 die Anode und die Elektrode die Kathode des Entladungskreises ist.

Die Schaltung ist für wiederholte Speicherung und Entladung der Energie entwickelt, um eine Reihe kurzer, in zeitlichem Abstand auftretender Funkenentladungeii hoher Stromstärke über die Strecke zu erzeugen. Jede Entladung in der kapazitiven Speicheranlage erfolgt bei der Spannung, die einen Durchschlag des Stoffes zwischen der Elektrode und dem Werkstück erzeugt. Die Ionisierung der Flüssigkeit in der Funkenstrecke zwischen der Elektrode und: dem Werkstück wird in idealer Weise nur für die wenigen MikiOsekunden aufrechterhalten, die erforderlich sind, um die gespeicherte Energie bis zu dem Punkt zu entladen, an dem die Spannung der Funkenstrecke nicht mehr ausreicht, den ionisierten Funkenstromweg aufrechtzuerhalten. Die kapazitive Speicheranlage ladet sich infolgedessen dann wieder auf eine Entladungsspannung über die Impedanz des Laddereises 2 auf, wobei der Kondensator 3 mit einer kleineren Geschwindigkeit als der gewünschten Entladungsgeschwindigkeit aufgeladen wird.

Eine typische Funkenstrecke im defizierten Sinne zwischen einem leitenden Werkstück, das aus Wolframkarbid: bestehen kann, und einer vorzugsweise aus Messing hergestellten Elektrode ist in einem Funkenbohrarbeitsgang in Fig. 2 dargestellt. Es ist wesentlich, daß die Funkenstrecke mit einer dielektrischen Flüssigkeit 8 z. B. Kerosin, gefüllt ist, durch die ein ionisierter Stromweg während des Durchschlages beim Funkenüberschlag kurzzeitig erhalten wird.

Die mechanische Anordnung der Funkenbearbeitungsvorrichtung zusammen mit einer bevorzugten praktischen Anordnung der Entladungslcreisbauteile in einem Werkstückbehälter gemäß der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt.

Das Maschinengestell entspricht in gewisser Weise einer Bohrmaschine mit einem Untergestell 21 und einer senkrechten Tragsäule 22, an der sich ein senkrecht verstellbarer radialer Tragarm oder eine Plattform 23 befindet, auf dem der Kraftübertragungsmechanismus der Vorschubvorrichtung angeordnet ist. Eine am Ende des radialen Armes 23 abgestützte Elektrode 6 wird gegzn das darunter befindliche Werkstück 5 für einen Funkenbearbeitungsvorgang gehoben oder gesenkt. Ein unterhalb der senkrechten Welle 24 auf dem Untergestell 21 angeordneter Werkstückbehälter 29 wird benutzt, um das Werkstück in einem Bad aus Kerosin oder einem anderen flüssigen Dielektrikum zu halten, wie es für den Funkenbearbeitungevorgang erforderlich ist.

Betrachtet man nun den Entladungskreis, d. h. die Stromkreisschleife des Kondensators 3 und die Funkenstrecke 4, so findet man, daß seine Induktivität einen Begrenzungsfaktor in zwei Beziehungen darstellt. Einmal ist der Spitzenstrom des Funkens begrenzt, da der schnellen Stromänderung induktiver Widerstand entgegengesetzt wird, zum anderen wird eine Schwingung des Funkenstromes verursacht. Dies ist unerwünscht, da einseitig gerichteter Elektrodeustrom über die Strecke in das anodische Werkstück verlangt wird und da eine Schwingung die Entionisierumg der Strecke und die Wiederaufladung des Kondensators verzögert. Erfindungsgemäß wurde festgestellt, daß die Beseitigung der konzentrierten Induktivitätsbauteile nicht ausreicht und daß die Eigeninduktivität des Entladungskreises so weit wie möglich vermindert werden muß. So wird durch Herabsetzung der normalen Induktivität der Entladungsleiter die Einscihwing- oder Resonanzfrequenz erhöht sowie auch die Dämpfung vergrößert. Obgleich die vorhandenen Induktivitätswerte sehr klein sind, ist ihre Verminderung bedeutend bei der Erhöhung des Verhältnisses von Strom zu Zeit in der ersten Halbperiode des Funkenstromes und der Entladungsfrequenz.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, dient der Werkstückbehälter 29 als Teil eines Entladungskreises niedriger Induktivität für den Kondensator 3. Infolgedessen ist der Werkstückbehälter vorzugsweise aus leitendem Material, z. B. aus Kupfer oder aus Stahl mit einer inneren Kupferauflage, hergestellt. In dem dargestellten Beispiel befindet sich das Werkstück 5 auf einer Grundplatte 34, die in geeigneter Weise aus Kupfer liesteilt und gegen den Behälterboden durch Isolierfüße 35 isoliert gelagert ist. Das Werkstück ist auch durch Abstandsanordnung gegen die Wände des Behälters isoliert, wobei aber der Behälterdurchmesser genügend klein ist, damit die Wandlungen verhältnismäßig dicht an den Stromkreiselementen der Funkenstrecke liegen. Klemmbügel oder Klemmen 36 geeigneter Art und Größe sind vorgesehen, um das Werkstück 5 auf der Oberseite der Grundplatte 34 in gut leitendem Kontakt mit dieser zu befestigen. Der Kondensator 3 kann in geeigneter Weise die Form eines Hochspannungsölkondensators annehmen, der ein Metallgehäuse hat, das als eine der Elektroden dient und eine Isolierhülse auf dem oberen Gehäuseende aufweist, durch die ein senkrechter Klemmbolzen 37 abgedichtet gelagert verläuft. Bei dieser Kondensatorkonstruikti-on ist der Kondensator unterhalb des Werkstücks in leitender Verbindung mit dem Werkstückbehälter durch Kontakt der unteren Gehäuseseite mit der inneren Bodenfläche des Behälters angeordnet. Es können aber andere Kondensatorbauarten ver-

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wendet und entsprechend geschaltet werden. Der Kon- die elektromagnetische Abschirmung und die Vermindensator ist an seinem Platz vorzugsweise ver- derung der Induktivität infolge der Beschränkung des schraubt, um die Möglichkeit eines Lichtbogenkon- magnetischen Feldes in dem Werkstückbehälter teiltaktes durch Schrauben zu verhindern, die durch un- weise aufgehoben. Infolgedessen wird es bevorzugt, tere Kondensatorgehäuselaschen 38 verlaufen. Ein 5 eine größere Anzahl Leiter 40 zu verwenden, um biegsames leitendes Band 39, das in geeigneter Weise praktisch den Behälter abzudecken, soweit es die Abaus Kupferkabel hergestellt ist, ist zwischen die senk- schirmung betrifft. Die Abschirmwirkung wird durch rechte Klemme 37 und die untere Fläche der Werk- das Heben und Senken des Elektrodenwerkzeuges Stückgrundplatte 34 geschaltet, um die Kondensator- nicht wesentlich beeinflußt, da ausreichend Längenklemme in wirksamer Weise in leitende Verbindung io Zuschlag in den biegsamen Streifen zu Anpassung an mit dem Werkstück 5 zu bringen. den gewünschten Bewegungsgrad vorgesehen ist.

Obgleich Kondensatoren verschiedener Größe ver- Wenn dem Elektrodenwerkzeug auch eine Drehwendet oder erforderlichenfalls ausgetauscht werden bewegung gegeben werden soll, wie es für solche Bekönnen, je nach Zweckmäßigkeit, kann eine Anzahl arbeitungsgänge, wie Gewindeschneiden, erforderlich Kondensatoreinheiten. in dem Werkstückbehälter an- 15 ist, wird die Muffe 41, mit der die oberen Enden der geordnet und in Reihe oder parallel zwischen den Be- Bänder 40 verbunden sind, drehbar auf der Welle 24 halter und das Werkstück geschaltet werden, um die angeordnet, an der das Elektrodenwerkzeug 6 gegewünschte Kapazitätsgröße oder Spannungsbemes- lagert ist.
sung zu erhalten. Ladekreisverbindungen sind in geeigneter Weise für

Die Verbindung der anderen Klemme des Konden- 20 den Kondensator 3 in dem Werkstückbehälter 29 vorsators 3 mit dem Elektrodenwerkzeug 6 wird durch gesehen. Wie dargestellt, kann der negative oder Erdwenigstens einen biegsamen Leiter 40 zwischen der leiter mit einem Ansatz 43 verbunden, sein, der durch oberen Seite des Werkstückbehälters und dem leiten- Verschraubung oder Schweißung an dem Werkstückden Elektrodenwerkzeughalter vorgesehen. In der dar- behälter 29 leitend befestigt ist, und ein positiver gestellten Konstruktion ist eine größere Anzahl 25 Leiter 44 ist isoliert durch die Werkstückbehältersolcher biegsamer leitender Streifen von einem wand bei 45 geführt und an dem Schraubbolzen, 37 Muffenbund 41, der auf dem Elektrodenwerkzeug- befestigt, der die positive Kondensatorelektrode bildet, halter leitend gelagert ist, ausgehend mit in einheit- die gegen, das Kondensatorgehäuse und den Werklichem Abstand angeordneten Bereichen eines Be- Stückbehälter isoliert ist. Diese Leiter haben natürlich festigungsflansches 42 auf dem Werkstückbehälter- 30 wegen ihrer Länge und ihrer Anordnung eine merkrand verbunden. Die biegsamen Streifen schließen liehe Induktivität. Ein Chassis oder Gehäuse (nicht praktisch den, Behälteroberteil und definieren, einen dargestellt), das die Elemente des Ladekreises enthält, sehr geringen Wellenwiderstand, wobei eine im ist vorzugsweise an oder in der Nähe der Maschinenwesentlichen koaxiale Übertragungsleitungsverbin- säule angebracht. Da die Induktivität in. dem beschriedung zwischen dem Kondensator, dem Werkstück und 35 benen besonderen Ladekreis 2 erforderlich ist, kann dem Elektrodenwerkzeug durch den. Behälter selbst natürlich der Wert des Induktivitätselementes mit gebildet wird. Durch eine solche Verwendung des dem von den Leitungen gebildeten Induktivitätswert Werkstückbehälters selbst als Außenleiter in. dem so gewählt werden, daß die Gesamtinduktivität den Entladungskreis und durch Beseitigung aller Ent- gewünschten Betrag nicht überschreitet. Erfahrungsladungsleiter außerhalb des Werkstückbehälters wird 40 gemäß ist es jedoch am zweckmäßigsten, die Ladedie Induktivität des Entladungskreises auf einen kreisleitungen kurz und somit die Induktivität ziem-Bruchteil des Wertes reduziert, der vorhanden wäre, lieh niedrig zu halten, so daß die Bedeutung der Komwenn der Behälter 29 weggelassen würde. Das ma- pensation oder der für die Leitungsinduktivität vorgnetische Feld wird zwischen den so definierten zunehmenden Kompensationsänderungen auf ein Mi-Innen- und Außenleitern beschränkt, so daß eine starke 45 nimum verringert wird.

Kopplung vermieden wird. Diese Abschirmwirkung In Fig. 4 ist eine abgeänderte Form des Werkverringert auch weitgehend die Möglichkeiten zur stückbehälterkreises mit geringer Induktivität darge-Induktivitätserhöhung infolge magnetischer Stoffe, stellt, wobei der Kondensator 3 zur Vereinfachung die sich in der Nähe des Entladungskreises befinden,. schematisch gezeichnet ist. Ein geschlossener, leiten-Der Behälter oder wenigstens seine Innenfläche ist 50 der, unmagnetischer Werkstückbehälter 46 ist vorgeunmagnetisch, so daß magnetische Kopplung für den sehen. In dem Behälter 46 befindet sich ein offener Behälter ebenfalls weitgehend verringert wird. Ob- Trog oder inneres Gefäß 47, d"as ebenfalls aus einem gleich der Werkstückbehälter verschiedene Formen leitenden Metall besteht. Das Gefäß 47 ist auf Isolierannehmen kann, wird die den Koaxialleitungen eigene teilen 48 gelagert, die am Boden des umschließenden Verminderung der Induktivität im wesentlichen, inso- 55 Behälters 46 aufliegen. Das Werkstück 5 ist an fern beibehalten, als der Außenleiter oder Werkstück- seinem Platz in geeigneter Weise in dem Trog 47 in behälter, der den Strom in einer Richtung leitet, den leitender Verbindung mit diesem festgespannt, und Innenleiter oder die Funkenstrecke und den zugeord- der Kondensator 3 ist zwischen den Trog und den neten Stromkreis umgibt, der den Strom in der an- Werkstückbehälter geschaltet und befindet sich in der deren Richtung leitet. Die Form des Kondensators 60 Nähe der Behältermitte zwischen dessen Bodenfläche oder auch jeder anderen Entladungsstromquelle ist und unterhalb des Troges. Der Behälter 46 ist oben nicht kritisch, solange er in den umschlossenen Strom- mit einem abnehmbaren leitenden Deckel 49 gekreis gekoppelt werden kann. schlossen, in dessen Mitte sich ein leitender Kontakt-

Obgleich die Vorteile der kurzen Leiterlänge und dturchführutigsteil 50 befindet, durch den das Elek-

in diesem Zusammenhang der verringerten Induk- 65 trodenwerkzeug 6 eingeführt wird. Zu dem Konden-

tivität, die durch Verwendung des Werkstückbehälters sator 3 sind in geeigneter Weise Verbindungen von

als Leiter ermöglicht werden, noch durch die Ver- einem Ladekreis hergestellt, wobei der äußere Behäl-

wendung von beispielsweise nur einem leitenden ter 46 der negative Pol ist und eine positive Leitung

Streifen 40 zwischen dem Elektroden-Werkzeughalter durch eine öffnung 51 in der äußeren Behälterwan-

und der Behälteroberseite beibehalten werden, werden 70 dung verläuft. Die Funkenstrecke wird dadurch er-

halten, daß die Elektrode 6 durch den oberen Durchführungsteil geschoben wird, wobei das Arbeitsende der Elektrode und die zugewandte, zu bearbeitende Werkstückfläche in das Kerosin oder ein anderes Dielektrikum in dem inneren Gefäß oder Trog 41 eingetaucht sind. Eine Entlüftungsöffnung 52 in dem Deckel ist zweckmäßig, falls der Behälter 46 auf andere Weise abgedichtet ist, um das Entweichen von Gasen bei Zersetzung des Kerosins· zu ermöglichen.

wird durch solche Mittel geschlossen, wie sie im Zusammenhaiig mit Fig. 3 oder 4 beschrieben wurden, wobei in der Zeichnung ein Paar leitende Bänder 61 dargestellt sind. Die Einlaß- und· AuslaßiOhrabschnitte 62 und 63 sind ebenfalls in einer solchen Weise dargestellt, in der die dielektrische Flüssigkeit zirkulieren kann.

Der Übertragungsleitungsabschnitt 57 schirmt den Teil des Stromkreises gegen die Wirkung magnetih Sff d ß

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Mit der Konstruktion nach Fig. 4 wird eine voll- io scher Stoffe oder äußerer Stromkreise ab, die sonst

ständigere Umschließung des Entladungskreises erhalten, da der äußere Behälter 46 um den Kondensator 3 herum vollständig geschlossen ist. Auf diese Weise wird der Spitzenfunkenstrom erhöht und die

49 durch die magnetischen Felder gekoppelt werden könnten, die dem Entladekreis zugeordnet sind, so daß dessen Induktivität erhöht würde. Praktisch ist der äußere Leiter 59 in dem Übertragungsleitungsbhi Vä

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Sdhwingung weiter gedämpft. Der Behälterdeckel 49 15 abschnitt eine Verlängerung des leitenden Werkstückwirkt in diesem Fall auch als mechanische Vorrich- behälters, der die innere Leitung zu dem Kondensator tung zum Schutz des Arbeiters gegen Herausspritzen umgibt. Die Vorteile des Werkstückbehälters als

stromführender Leiter, der den wirksamen Innenleiter umgibt, der den Entladungsstrom in der entgegen-

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der dielektrischen Flüssigkeit, das durch Wirbelung bei hohen Schnittgeschwindigkeiten auftreten kann.

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Die Verwendung des getrennten inneren Troges 41 20 gesetzten Richtung führt, werden beibehalten.

zum Einschluß des dielektrischen Stoffes kann beseitigt werden, falls es erwünscht ist, nur ein Gehäuse zur Begrenzung der Flüssigkeit und der magnetischen Felder des Entladungskreises zu verwenden. Die An-Eine andere Art zur Anordnung der Leitungen des Entladungskreises für kleinste Induktivität, wenn sich der Kondensator 3 aus verschiedenen Gründen nicht in dem Werkstückbehälter befindet, ist in Fig. 6 dar-

ordnung des Kondensators in dem flüssigen Dielektri- 25 gestellt. In diesem Fall ist eine geschlossene leitende

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kran bewirkt auch eine Kühlung des Kondensators und ermöglicht die Anwendung eines schwächer bemessenen oder in der Abmessung kleineren Kondensators für einen gegebenen Durchschnittsstrom.

Ein anderer abgeänderter Werkstückbehälterentladungskreis ist in Fig. 5 dargestellt, wobei der Kondensator3 verhältnismäßig groß gegen den Werkstückbehälter 53 ist. In diesem Fall wäre es unzweckmäßig, wenn der Werkstückbehälter den oder die Schleife 65 angeordnet, um das magnetische Feld zu koppeln, das von der Schleife des Entladungskreises selbst erzeugt wird. Obgleich keine konzentrierte Induktivität vorhanden ist, wird natürlich notwenigerweise eine verteilte oder Eigeninduktivität infolge der von dem Stromkreis umschlossenen Fläche wirksam, durch die der Strom fließt, wenn Funkenstreckenentladung erfolgt. Wenn auf diese Weise ein Leiter 66 zwischen der positiven Elektrode des· Kondensators 3

Kondensatoren mit einschließt. Die Spannung, auf die 35 und dem Werkstück 5 liegt und ein Leiter 67 von der d K i Elkd d Kd 3 d

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der Kondensator geladen wird, kann nur in der Größenordnung von 100 Volt liegen und die Kapazität nur einige Mikrofarad betragen. Die physikalische Größe des Kondensators kann verhältnismäßig groß sein, da große Stromänderungsgesöhwindigkeiten erförderlich sind, die den Änderungen von Sinusfrequenzen entsprechen und um ein Vielfaches höher als die Funlkenfrequenz sind. Der Werkstückbehälter 53 in Fig. 5 kann in geeigneter Weise ein unnegativen Elektrode des Kondensators 3 zu dem Elektrodenwerkzeug· 6 verläuft, hat die so· definierte Schleife eine Induktivität in dem Ausmaße des AbStandes zwischen den Leitern 66 und 67. Sofern die Punkenstrecken- und KondensatOTbauteile eine beträchtliche Abmessungsgröße haben, ist die Selbstinduktivität des Kreises bei der Funkenbearbeitung beträchtlich.

Wie außerdem aus Fig. 6 zu entnehmen ist, ist die

magnetisches Innenfutter 54 haben, das aus einem 45 Kurzschlußschleife 65 so ausgebildet, daß sie dem

größten Teil des Umrisses oder dem gesamten Umriß des Entladungskreisweges folgt und dicht an die Leiter 66 und 67 angrenzt, so daß sie im wesentlichen die gleiche Fläche umschließt. Der Schleifenleiter ist in

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besser leitenden Material als der Behälter selbst hergestellt ist. Das Werkstück 5 ist an einer Grundplatte 55 leitend befestigt, die von dem Werkstückbehälter durchisolierendeAbstand'steileSöisoliertabgestütztist. g

Gemäß Fig. 5 ist der Kondensator 3 unterhalb des 50 geeigneter Weise durch ein Isolierband isoliert und Werkstückbehälters mit diesem durch einen ko- an den Entladungsleitern mit Band oder Faden angeaxialen Übertragungsleitunigsabschnitt 57 verbunden, bunden. Da der größte Teil des durch die feldwobei die Leitung einen Innenleiter 58 hat, der iso- erzeugende Entladungsschleife verlaufenden magnetilierende Abstandsteile trägt, die ein biegsamer Außen- sehen Feldes, wenn nicht sogar angenähert das gesamte leiter 59 umgibt. Der Innenleiter 58 verläuft durch 55 magnetische Feld, auch durch die geschlossene Schleife ö 65 verläuft, wird die durch die Schleife 65 gekoppelte

Energie als ein /²i?-Wärmeverlust in dieser zerstreut, um auf diese Weise der Induktivität der Entladungsschleife wirksam entgegenzuwirken oder diese aufzu-59 ist durch Lötung oder Sdhweißung an dem Werk- 60 heben. Eine ähnliche Wirkung ist bei einem Transstückbehälter rings um die Öffnung für den Innen- formator vorhanden, dessen primäre Eingangsinduk-

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eine öffnung in dem Werkstückbehälter und ist mit der Grundplatte 55 verbunden. Das andere Ende des Innenleiters 58 ist an die positive Elektrode des Kondensatoirs 3 angeschlossen. Ein Ende des Außenleiters

leiter befestigt, und: das andere Ende ist an den negativen Pol des Kondensators 3 angeschaltet. Der Kondensator 3 wird in geeigneter Weise durch einen Ld

tivität durch Kurzschließen oder starke Belastung seiner Sekundärwicklung vermindert wird.

Obgleich der Kopplungskoeffizient K gemäß der den Wert 0,1 unter teilweisen

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Ladekneis geladen, wie vorher beschrieben wurde. 65 üblichen Definition

Eine Dichtungsscheibe 60 in der Werkstückbehälter- Kopplungsbedingungen bis ungefähr 0,9 bei günstiger

öffnung verhindert ein Ausströmen oder Aussickern Schaltungsanordnung erreichen kann, ist ein hoher

der dielektrischen Flüssigkeit in den koaxialen Über- Kopplungsgrad natürlich vorzuziehen. Der Leiter der

tragungsleitungsabschnitt. Der Entladungskreis von Schleife 65 hat einen gewissen Widerstand, der aber

dem Werkstückbehälter zu dem Elektrodenwerkzeug 6 70 normalerweise weniger als 0,005 Ohm Widerstand für

seine Gesamtlänge betragen würde. Dieser Wert kann als Äquivalent für einen kurzen Stromkreis betrachtet werden, soweit es sich um die Induktivitätsverminderung für eine wirksame Dämpfung handelt.

Obgleich die geschlossene oder kurzgeschlossene Schleife 65 isoliert dargestellt ist, ist sie noch wirksam isoliert, wenn sie den Entladungskreis berührt, solange die Berührung keinen leitenden Weg um den Kondensator 3 oder über die Funkenstrecke 4 herstellt. Die Fig. 7 und 8 veranschaulichen die gestellten Anforderungen. In diesen schematischen Darstellungen des Entladungskreises und der geschlossenen oder kurzgeschlossenen Schleife ist die Richtung des Entladungsstromes des Funkens in dem Entladungskreis mit den Pfeilen I₁ bezeichnet. Der umgekehrte induzierte Strom in der Schleife 65 oder der wirksamen Sekundärwicklung ist mit den Pfeilen L₁ gekennzeichnet. Wenn die geschlossene Schleife 65 in Berührung mit der Primärschleife längs ihrer negativen Leitung zwischen der negativen Elektrode des Kondensators und der Funkenstrecke, wie in Fig. 7 dargestellt ist, oder längs ihrer positiven Leitung zwischen der positiven Elektrode des Kondensators und der Funkenstrecke, wie in Fig. 8 dargestellt, gelangt oder sich in Kontakt damit befindet, bleibt die induktivitätsaufhebende Wirkung die gleiche, als wenn eine vollständig isolierte geschlossene Schleife 65 verwendet würde. Die eigentliche Wirkung in dem Teil des Stromkreises, der den Entladungsstrom und den umgekehrten induzierten Strom führt, besteht einfach darin, daß der reine Stromfluß nur in diesem Teil des Entladungskreises vermindert wird.

In Fig. 9 ist eine Kombination der geschlossenen Schleife und des koaxialen Werkstückbehälterentladungskreises in halbschematischer Form dargestellt. Dabei ist ein mit einem oberen Deckel 69 versehener leitender Werkstückbehälter 68 als Außenleiter dargestellt, der einen Innenleiter sowie die Funkenstrecke 4 und den Kondensator 3 umgibt. Der Kondensator ist schematisch zwischen dem Werkstück 5 und dem Boden des Werkstückbehälters eingezeichnet, wobei er in geeigneter Weise mit einem Ladekreis gemäß der Ausführungsform in Fig. 3 verbunden ist. Außerdem ist eine kurzgeschlossene oder geschlossene Schleife 70 in dem Werkstückbehälter vorhanden. Diese Schleife kann zweckmäßig die Form des isolierten Leiters 65 gemäß Fig. 6 haben. Die Schleife liegt in einer radialen Ebene, die sich senkrecht längs der Innenwandung des Behälters, des Deckels und des Bodens und senkrecht nahe der senkrechten Mittelachse des Behälters längs der Funkenstrecke 4 und längs des Kondensators erstreckt. Im Hinblick auf den koaxialen Verlauf des Werkstückbehälterentladungskreises wird im wesentlichen der gesamte magnetische Fluß des Entladungskreises durch die Schleife 70 gekoppelt. Dies ergibt sich, da das von dem Fluß induzierte magnetische Feld kreisförmig rings um den wirksamen Innenleiter gerichtet ist. Falls der Werkstückbehälter besonders groß ist, kann sich die induktivitätsaufhebende Wirkung der Schleife 70 als besonders nützlieh bei der weiteren Verminderung der Gesamtinduktivität des Entladungskreises erweisen.

Da längs der geschlossenen Wege in einem leitenden Blech oder einem leitenden Block mit einem zur Richtung des induzierten Feldes senkrechten Bereich Ströme induziert werden können, braucht die ge- · schlossene Schleife nicht in Form eines Schleifenumrisses besekränkt zu werden. Eine abgeänderte Ausführungsform der geschlossenen Schleife 70 aus Fig. 9 ist in Fig. 10 entsprechend dargestellt. Hier ist der Kondensator 3 wiederum in einem Werkstückbehälter 71 zwischen dessen unterem Ende und dem Werkstück 5 angeordnet, wobei sich die Elektrode 6 von dem Deckel des Werkstückbehälters zur Bildung der Funkenstrecke 4 im Zusammenwirken mit dem Werkstück erstreckt. In diesem Fall ist als Beispiel der Kondensator 3 in Röhrenform dargestellt und mit der senkrechten Mittelachse des Behälters ausgerichtet. Das untere Ende 72 des aufrecht stehenden Rohres ist die negative Elektrode des Kondensators und steht mit dem Behälter in leitender Verbindung, und das obere Ende 73 des röhrenförmigen Kondensators ist an das Werkstück angeschlossen. Der positive und¹ negative Pol des Ladekreises ist mit dem Kondensator in der vorher beschriebenen Weise verbunden.

Die geschlossene oder kurzgeschlossene Schleife gemäß Fig. 10 hat vorzugsweise die Form einer radial ausgerichteten leitenden Rippe 74, die zweckmäßig aus Kupferblech besteht. Diese Rippe ist zwischen dem Deckel und dem Boden des Werkstückbehälters angeordnet, und ihre Außenkante steht in leitender Verbindung mit der Seitenwand des Behälters, während die innere radiale Kante des Teiles 74 Abstand zu dem Kondensator und der Funkenstrecke hat. Dabei ist es wesentlich, daß die Rippe weder den Kondensator noch die Funkenstrecke kurzschließt, um ihre wirksame elektrische Isolierung gegen den Entladungskreis beizubehalten. Wie in der Ausführungsform nach Fig. 9 induziert wiederum die kreisförmige Richtung des magnetischen Flusses in dem Werkstückbehälter umgekehrte Ströme in der Rippe 74. In diesem Fall werden trotz der Tatsache, daß die Schleife infolge ihrer Ausführungsform als festes leitendes Blech wirksam geschlossen ist, eine größere Anzahl geschlossener induzierter Stromwege hergestellt. Der kürzere Entladungsstromweg möglicherweise längs der Innenkante der Rippe 74 hebt die Wirksamkeit der Rippe nicht auf, da die koaxiale Leiteranordnung des Entladungskreises die Entladungsstromverteilung und das magnetische Flußbild wesentlich bestimmt.

Bei kurzer Zusammenfassung der verbesserten Entlad'Ungskreisanordraang ergibt sich, daß die verteilte oder Eigenindiuktivität des Entladungskreises zur Kopplung des Kondensators an die von dem Werkstück und der Werkzeugelektrodie definierte Funkenstrecke durch eine Leiteranordnung vermindert wird, die den Strom von der Energieimpulsquelle durch die Funkenstrecke verteilt, so daß die von den Stromimpulsen erzeugten Magnetfelder eine auf ein Minimum herabgesetzte induktive Wirkung haben. Somit wird durch Verwendung des Werkstückbehälters als Hohlleiter, der Strom in der entgegengesetzten Richtung zu dem von ihm umgebenen restlichen Stromkreis führt, die Selbstinduktivität für einen bestimmten Leiterabstand vermindert. Durch Verwendung eines geschlossenen Kreises, der mit dem Entladungskreis magnetisch gekoppelt ist, wird auch die Selbstindiuktivität vermindert. Daraus ergibt sich ein Anwachsen des Spitzenstromes, eine Verminderung der Dauer des Anfangsstromimpulses sowie auch eine schnellere Dämpfung der Schwingung des Funkenstromes, so daß schnellere Wiederaufladung und somit höhere Funkenfrequenzen ermöglicht werden.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Funkenerosionsvorrichtung, bestehend aus Einrichtungen zum Halten des Werkstückes in einer dielektrischen Flüssigkeit, aus einer Elek-

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trode und Vorschubvoirrichtungen für diese Elektrode zur Aufrechterhaltung der Funkenstrecke, aus einem Kondensator, einem Ladekreis, der den Kondensator mit einer Gleichstromquelle verbindet, aus einem Entladungskreis, der den Kondensator mit dem Werkstück und der Elektrode verbindet, gekennzeichnet durch einen Leiter geringer Induktivität, der in Reihe mit dem Entladungskreis geschaltet ist und eine solche Form ha,t, daß er beim Fließen, eines Stromes die Ind.uktivität des Entladungskreises vermindert, wodurch der Spitzenentladungsstrom wesentlich erhöht und seine Dauer wesentlich, vermindert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter aus einem leitenden Behälter mit an sich bekannter isolierter Lagerung des Werkstückes in der dielektrischen Flüssigkeit besteht und daß Vorrichtungen zur leitenden Verbindung des zwischen dem Behälter und dem Werkstück gelegenen Kondensators und weiterhin Vorrichtungen, zur leitenden Verbindung des Behälters mit der Elektrode vorhanden sind, um den Entladungskreis geringer Induktivität zu schließen.

3. Vorrichtung nach: Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen zur leitenden Verbindung des Behälters mit der Elektrode eine größere Anzahl biegsamer Leiter umfassen, die mit einem Ende an der Elektrode und mit dem anderen Ende am Behälter liegen, und zwar an in Abstand um den Behälterrand verlaufenden Bereichen.

4. Vorrichtung nach, Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Leiter, der eine kurzgeschlossene Schleife bildet, die magnetisch mit dem Entladungskreis gekoppelt und in dem Behälter angeordnet ist, um einen Teil des magnetischen Feldes zu neutralisieren, das durch den Strotnfluß in dem Entladungskreis hervorgerufen wird.

5. Funkenerosionsvorrichtung mit einer elektrischen Impulsquelle und mit leitenden Vorrichtungen, welche die Funkenstrecke und die Impulsquelle in einem Reihenkreis verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Verrichtung einen hohlen, leitenden Teil des Stromkreises umfaßt, der einen die Funkenstrecke einschließenden, leitenden, inneren Teil umgibt.

6. \'^Tcirrichtung nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Vorrichtung einen im wesentlichen geschlossenen, hohlen, leitenden Hauptteil aufweist, der den. Kondensator und die Funkenstrecke umgibt, wobei die gegenüberliegenden. Seiten des Hauptteiles mit der Funkenstrecke und dem Kondensator verbunden sind, um den Entladungskreis zu schließen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine elektrisch leitende, geschlossene Schleife, die magnetisch mit dem Entladungskreis gekoppelt, aber elektrisch gegen diesen isoliert ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladungskreis Leiter enthält, die den Kondensator mit dem Werkstück und mit der Elektrode verbinden, und daß die geschlossene Schleife einen geschlossenen Kreis mit niedrigem Widerstand enthält, dessen Leiter an die Leiter des Entladungskreises angrenzen, um die Induktivität in dem Entladungskreis auf ein Minimum herabzusetzen.

9. Verfahren zur Funkenerosion, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzenstrom und die Dauer jeder solcher Funkenentladung dadurch gesteuert wird, daß die Eigeninduktivität des die Entladung anwendenden Stromkreises geregelt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzenstrem und die Dauer jeder Funkenentladung durch Verwendung eines kurzgeschlossenen Leiters mit vernachlässigbarem Widerstand, gesteuert wird,, der mit dem die Entladung anwendenden. Kreis magnetisch gekoppelt,, aber gegen diesen, elektrisch, isoliert ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 650 979.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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