DE1100205B - Vorrichtung zur Elektro-Erosion mit in Achsrichtung vibrierender Elektrode - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine bekannte Vorrichtung zum Bearbeiten von Metallen mittels einer elektrischen Spannung, die zwischen einem Werkstück und einer in Achsrichtung schwingenden, von einer elektromagnetischen Vorrichtung periodisch angetriebenen Elektrode liegt, wobei der Elektrodenhalter in einem auf einer Halterung mit Reibung verschiebbar angebrachten Führungsorgan federnd aufgehängt und mit einem Nocken versehen ist, derart, daß nach Maßgabe des Eindringens der Elektrode in das Werkstück der Nocken bei der periodischen Bewegung der Elektrode zum Werkstück hin mit dem Führungsorgan zusammenstoßen kann, das folglich über einen geringen Abstand längs der Halterung zum Werkstück hin verschoben wird. Die Elektrode wird dabei periodisch mit dem Werkstück in Kontakt gebracht.

Bei einer solchen Vorrichtung, die einfacher ist als eine von einem Servomotor angetriebene, wird die elektromagnetische Vorrichtung mit einer niedrigen Frequenz, z. B. der Netzfrequenz, gespeist, so daß die Elektrode bei einer Frequenz von 50 Hz sich lOOmal in jeder Sekunde dem Werkstück nähert und zwischen der Elektrode und dem Werkstück auch 100 Entladungen je Sekunde auftreten. Wenn wegen der Beschaffenheit der Oberfläche und der Maßgenauigkeit die je Entladung zugeführte Energie beschränkt wird, nimmt die Zerspanungsgeschwindigkeit erheblich ab, denn bei diesem System läßt sich die Frequenz zwecks Ausgleich nicht steigern.

Die Erfindung vermeidet diesen Nachteil, indem erfindungsgemäß eine Schaltanordnung verwendet ist, durch welche die von Spannungsimpulsen mit einer wesentlich niedrigeren Frequenz als die Entladungsfrequenz gespeiste elektromagnetische Vorrichtung nach jedem Impuls und somit nach jedem Zusammenstoß an das Führungsorgan entsprechend dem mittleren Elektrodenstrom derart erregt wird, daß die Elektrode in einen geringen Abstand vom Werkstück gebracht wird, wobei die Funkenerosion mit einer von der mechanischen Vibrationsfrequenz unabhängigen hohen Entladungsfrequenz erfolgt, worauf durch Abnahme des mittleren Elektrodenstromes infolge des durch die auftretende Erosion größer werdenden Abstandes zwischen der Elektrode und dem Werkstück die Elektrode sich zum Werkstück hin bewegt und sodann durch einen nächsten Spannungsimpuls ein neuer Zusammenstoß mit dem Führungsorgan erfolgt. Im Gegensatz zu der eingangs genannten Vorrichtung erfolgt also keine beabsichtigte periodische Berührung zwischen Elektrode und Werkstück.

Die Spannungsimpulse können z. B. mit einem Intervall von 3 Sekunden gegeben werden, so daß ungefähr nach je 3 Sekunden ein Zusammenstoß erfolgt; in diesem Intervall erfolgt die Funkenerosion Vorrichtung zur Elektro-Erosion
mit in Achsrichtung vibrierender Elektrode

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dr. rer. nat. P, Roßbach, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 27. Februar 1958

Hendrik Elias de Bruijn, Eindhoven (Niederlande),
ist als Erfinder genannt worden

mit einer hohen Frequenz, z. B. von 1000 bis 10 000 Hz, so daß 3000 bis 30 000 Funken in 3 Sekünden überschlagen gegenüber z. B. 300 mit dem bekannten Gerät. Die Bearbeitungsgeschwindigkeit wächst daher auf z. B. das 5- bis 50fache.

An Hand der schematischen Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. In

Fig. 1 ist eine Vorrichtung nach der Erfindung und in

Fig. 2 die Wirkung der Vorrichtung schematisch dargestellt.

Gemäß Fig. 1 besteht die Vorrichtung 1 aus einer Grundplatte 2 mit einer aus zwei Säulen bestehenden Halterung 3, auf der ein Führungsorgan 4 mit Reibung verschiebbar angeordnet ist. Ein Elektrodenhalter 5' mit einer Elektrode 5 und einem Nocken 7 ist durch Blattfedern 6 mit dem Führungsorgan 4 verbunden. Dabei kann in der Ruhelage der Nocken 7 auf dem Organ 4 ruhen, oder der Nocken 7 kann von den Federn 6 in kurzem Abstand vom Organ 4 gehalten werden. Unter der Elektrode 5 befindet sich das Werkstück 8. Sämtliche Relais in der Schaltung sind im Rühezustand dargestellt.

Die Vorrichtung arbeitet wie folgt, wobei angenommen wird, daß im Anfangszustand das Führungsorgan 4 so hoch heraufgeschoben ist, daß die Elektrode 5 das Werkstück 8 nicht berührt.

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Wird eine Gleichspannungsquelle an die Klemmen 9 angeschlossen, so werden die Kondensatoren 10 und 11 über die Widerstände 12 und 13 aufgeladen. Außerdem wird das Relais 14 mit dem Verzögerungskondensator 15 erregt, so daß der Anker 16 angezogen wird und die Kontakte 17 geschlossen werden. Folglich wird die elektromagnetische Vorrichtung 18 zum Antrieb der Elektrode 5 über die Kontakte 19, 17 und das Relais 20 mit dem Verzögerungskondensator 21 erregt, so daß die Elektrode entgegen der Wirkung der Blattfedern 6 heraufgezogen wird.

Darauf wird der Anker des Verzögerungsrelais 20 angezogen, so daß die Kontakte 19 unterbrochen und die Kontakte 22 geschlossen werden sowie die elektromagnetische Vorrichtung 18 mit dem Punkt 23, der das gleiche Potential wie die positive Klemme 9 hat, verbunden wird. Folglich fällt der Anker 25 und demnach die Elektrode ab, so daß der Nocken 7 mit dem Organ 4 zusammenstößt. Dieses wird um ein gewisses Stück auf der Halterung 3 samt der Elektrode 5, dem Anker 25 und der Vorrichtung 18 herabgeschoben. Hat die Elektrode 5 das Werkstück 8 noch nicht erreicht, so fällt nach kurzer Zeit der Anker des Relais 20 ab, und die Kontakte 19 werden erneut geschlossen, wodurch der Zyklus so lange wiederholt wird, bis sich die Elektrode 5 dem Werkstück 8 genähert hat. Bemerkt wird, daß die Kontakte 17 vorläufig stets geschlossen bleiben.

Ist dann der Abstand zwischen der Elektrode 5 und dem Werkstück 8 so klein geworden, daß sich der Kondensator 11 über die Elektrode 5 und das Werkstück 8 entlädt, so beginnt ein Aufladestrom über den Widerstand 12 zu fließen, so daß an diesem ein Spannungsabfall entsteht, der das Relais 20 im erregten Zustand halten kann, so daß die Kontakte 22 geschlossen bleiben und von der Vorrichtung 8 nicht erneut ein Zusammenstoß herbeigeführt wird. Der Spannungsabfall am Widerstand 12 tritt dann auch an der Vorrichtung 18 auf. Infolge des Stromes durch 18, der dann viel geringer als im Falle der vorhergenannten Impulse ist, wird die Elektrode 5 über einen geringen Abstand heraufgezogen, so daß der Abstand zwischen dem Nocken 7 und dem Führungsorgan 4 größer wird und zwischen der Elektrode und dem Werkstück sich ein bestimmter Abstand einstellt; über diesen Abstand wird der inzwischen wieder teilweise aufgeladene Kondensator 11 entladen und dann über den Widerstand 13 aufgeladen usw., so daß mit hoher Frequenz Funken überschlagen. Hierdurch wird das Werkstück erodiert und der Abstand Elektrode — Werkstück größer. Dies hat zur Folge, daß der Kondensator auf eine stets höhere Spannung aufgeladen wird, bevor ein Funkenüberschlag auftritt. Jedoch der durch den Widerstand 12 fließende mittlere Elektrodenstrom nimmt dadurch etwas ab. Der Kondensator 10, der gegenüber dem Kondensator 11 eine hohe Kapazität hat (z. B. 500 μΡ gegenüber 1 p,F), dient zum Glätten der Spannung am Widerstand 12. Der Spannungsabfall am Widerstand 12 sinkt ab, so daß der Strom durch die Vorrichtung 18 abnimmt und der Anker mit der Elektrode 5 langsam sinkt, so daß der Abstand zwischen der Elektrode und dem Werkstück möglichst konstant gehalten wird und nur sehr langsam zunimmt. Nach z. B. 3 Sekunden ist die Elektrode so weit herabgesunken, daß sie infolge der Gegenwirkung der Blattfedern 6 oder durch ein Anstoßen des Nockens an das Organ 4 nicht weiter herabsinken kann. Infolge der weitergehenden Funkenerosion wird der Luftspalt immer größer, woraus sich eine solche Abnahme des mittleren Elektrodenstromes durch den Widerstandl2 ergibt, daß der Anker des Relais 20 abfällt, die Kontakte 22 geöffnet und die Kontakte 19 geschlossen werden. Hierdurch wird die Vorrichtung 18 wieder voll erregt, die Elektrode 5 heraufgezogen, das Relais 20 erregt, die Kontakte 19 geöffnet und die Kontakte 22 geschlossen, so daß dann wieder ein Zusammenstoß erfolgt und das Organ 4 herabsinkt. Der Zyklus wiederholt sich dann stets aufs neue.

Dieser Vorgang ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. Auf der Abszissenachse ist die Zeit abgetragen, und auf der Ordinate sind im oberen Teil der Figur die bei jedem Zusammenstoß vom Organ 4 zum Werkstück hin zurückgelegten Wege und im unteren Teil die Spannungen am Kondensator 11 wiedergegeben.

Die Kurven 26 zeigen das Heraufziehen und Herabsinken der Elektrode 5 gegenüber dem Organ 4 bei jedem an der Vorrichtung 18 auftretenden Spannungsimpuls. Im Augenblick 27 stößt der Nocken 7 auf das Organ 4, so daß dieses in die Lage 4' gelangt. Der Kondensator 11 wird in diesem Augenblick entladen, was mit 28 bezeichnet ist, so daß ein Aufladestrom zu fließen anfängt, durch den die Spannung am Kondensator 11 gemäß 29 zunimmt; durch den mittleren Aufladestrom bewegt sich die Elektrode 5 nach oben und kommt frei vom Organ 4', wie durch die Linie 30 dargestellt. Der Kondensator 11 wird viele Male aufgeladen und entladen, wie es durch die Kurven 29', 29" usw. wiedergegeben ist. Infolge der Abnahme des durch den Widerstand 12 fließenden Stromes sinkt die Elektrode langsam gemäß der Linie 30 bis zum niedrigsten Punkt 31 herab. Ist der mittlere Elektrodenstrom weit genug gesunken, so fällt schließlich das Relais 20 ab, und ein Spannungsimpuls gelangt wieder an die Vorrichtung 18, so daß ein neuer Zusammenstoß im Zeitpunkt 27' auftritt, usw. Die zwischen 27 und 27' verflossene Zeit kann z. B. 3 Sekunden sein (je nach der Maschine, dem Material des Werkstücks, der Größe des Elektrodenquerschnittes usw.), wobei die Funkenzahl während dieser Zeit z.B. 20000 be-

tragt.

Es ist möglich, daß nach einem Zusammenstoß die Elektrode im entstandenen Loch im Werkstück steckenbleibt, so daß ein bleibender Kurzschluß des Kondensators 11 entsteht. Das Relais 20 bleibt dann erregt infolge des dann höheren mittleren Elektrodenstromes.

Infolge dieses Kurzschlusses fällt die Spannung am Verzögerungsrelais 14-15 weg, die Kontakte 17 werden geöffnet und die Kontakte 32 geschlossen. Dadurch fließt zeitweise ein starker Strom von der negativen Klemme 9 durch die Leitung 33, den nicht geladenen Kondensator 34, die Kontakte 32, die Vorrichtung 18 und das Relais 20 zur positiven Klemme 9. Folglich wird die Elektrode 5 vom Werkstück abgerissen. Der Strom wird durch das Aufladen des Kondensators 34 allmählich abnehmen, so daß bei richtiger Bemessung der elektrischen Werte die Elektrode nach dem schnellen Erreichen der höchsten Lage sich wieder langsam dem Werkstück nähert, so daß die Möglichkeit eines erneuten Kurzschlusses durch Festklemmen ausgeschlossen ist und gleichzeitig verhütet wird, daß ein dann sehr unerwünschter Zusammenstoß zwischen dem Nocken 7 und dem Organ 4 stattfinden würde. Inzwischen wurde das Verzögerungsrelais 14 wieder erregt, so daß die Kontakte 17 geschlossen wurden. Der ursprüngliche Zustand ist dann wiederhergestellt, und der Kondensator 34 wird über den Widerstand 35 entladen.

Statt eines einzigen Relais 20, 21 können auch zwei Relais mit mehreren Kontakten verwendet werden, so

daß die Verzögerungszeiten leichter eingestellt werden können, wobei 20, 21 durch Kontakte ersetzt sind.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Bearbeiten von Metallen mittels einer elektrischen Spannung zwischen einem Werkstück und einer in Achsrichtung schwingenden, von einer elektromagnetischen Vorrichtung periodisch angetriebenen Elektrode, bei der der Elektrodenhalter in einem auf einer Halterung mit Reibung verschiebbar angebrachten Führungsorgan federnd aufgehängt und mit einem Nocken versehen ist, derart, daß nach Maßgabe des Eindringens der Elektrode in das Werkstück der Nocken bei der periodischen Bewegung der Elektrode zum Werkstück hin am Führungsorgan anprallt, welches daher samt der elektromagnetischen Vorrichtung zum Antrieb der Elektrode um ein kleines Stück längs der Halterung zum Werkstück hin verschoben wird, gekennzeichnet durch eine Schaltanordnung, durch welche die von Spannungsimpulsen mit einer wesentlich niedrigeren Frequenz als die Entladungsfrequenz gespeiste elektromagnetische Vorrichtung (18) nach jedem Impuls und somit nach jedem Anprall an das Führungsorgan (4) in Abhängigkeit vom mittleren Elektrodenstrom derart erregt wird, daß die Elektrode (5) in einen geringen Abstand vom Werkstück (2) gebracht wird, wobei eine Funkenerosion mit einer von der mechanischen Vibrationsfrequenz unabhängigen hohen Entladungsfrequenz erfolgt, worauf durch die Abnahme des mittleren Elektrodenstromes infolge des durch die auftretende Erosion größer werdenden Abstandes zwischen der Elektrode und dem Werkstück die Elektrode sich zum Werkstück hin bewegt, und sodann durch einen nächsten Spannungsimpuls ein neuer Anprall an dem Führungsorgan (4) erfolgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Spannungsimpulse zum Erregen der elektromagnetischen Vorrichtung (18) mittels eines Verzögerungsrelais (20) festgelegt wird, welches in Abhängigkeit vom mittleren Elektrodenstrom gesteuert wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 mit einem von einem Widerstand aus einer Gleichspannungsquelle aufgeladenen Kondensator, der über die Elektrode und das Werkstück periodisch entladen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Gleichspannungsquelle (9) und dem Widerstand (13) ein zweiter Widerstand (12) mit einer Glättungsvorrichtung (10) angebracht ist und diesem Widerstand (12) die dem mittleren Elektrodenstrom proportionale Steuerspannung entnommen wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung eines Relais (14) mit zwei Paar Kontakten (17, 32) parallel zur Elektrode (5) und dem Werkstück (2) liegt, wobei bei Erregung des Relais (14) ein Kontaktpaar (17) geschlossen ist, so daß die Wicklung (18) der elektromagnetischen Vorrichtung an die Erregung entsprechend dem mittleren Elektrodenstrom angeschlossen ist, und wobei das zweite Kontaktpaar (32) in nicht erregtem Zustand des Relais geschlossen ist, wodurch die Wicklung (18) in Reihe mit einem Kondensator (34) mit der Spannungsquelle (9) für den Elektrodenstrom verbunden wird.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1 078 857.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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