DE2030657C3 - Verfahren und Vorrichtung zum elektrolytischen Bearbeiten eines Werkstücks - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum elektrolytischen Bearbeiten eines WerkstücksInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrolytischen Bearbeiten eines Werkstücks, wobei die Arbeitselektrode und das Werkstück mit konstanter Geschwindigkeit
aufeinander zu bewegt werden und wobei die Arbeitsspannung in Abhängigkeit vom Elektrolytwiderstand
geregelt wird sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Ein derartiges Verfahren
ist aus der GB-PS 11 41 022 bekannt
Die Arbeitsgenauigkeit eines solchen Verfahrens hängt bekanntermaßen von der Weite des Arbeitsspaltes
ab. Es ist somit erwünscht, die Weite des Arbeitsspaltes während der gesamten elektrolytischen
Bearbeitung konstant zu halten. Dies gelingt jedoch in vielen Fällen nicht ohne weiteres, da eine Vielzahl von
Faktoren die Weite des Arbeitsspaltes beeinflussen.
Wenn man davon ausgeht, daß die Weite des Arbeitsppaltes der folgenden Gleichung gehorcht
g = — r-
Il J
wobei g die Weite des Arbeitsspaltes, V die am Arbeitsspalt anliegende Arbeitsspannung, ρ den spezifischen
Widerstand des Elektrolyten und /die elektrische Arbeitsstromdichte im Arbeitsspalt bedeuten, so können
Änderungen des spezifischen Widerstandes ρ infolge von Änderungen der Temperatur und Dichte
während der Bearbeitung kompensiert werden, z. B. durch entsprechende Änderung der Arbeitsspannung V
bei konstanter Stromdichte /. Aus Gleichung (1) ergibt sich für die Arbeitsspannung Kdie folgende Formel:
V = gJ,j. (2)
Die elektrische Stromdichte / kann auf einem konstanten Wert gehalten werden, indem man die
Vorschubgeschwindigkeit konstant hält. Die Weite g des Arbeitsspaltes wird ebenfalls während der Bearbeitung
konstant gehalten. Das Produkt gj ist somit eine Konstante A und man erhält die folgende Formel:
V=A
Wenn somit die Arbeitsspannung ^proportional zum spezifischen Widerstand ρ geregelt wird, so kann die
Weite g des Arbeitsspaltes während der Bearbeitung annähernd konstant gehalten werden. Ein solches
Verfahren ist in der DT-OS 19 49 844.1 vorgeschlagen worden.
Es ist jedoch bekannt, daß die Spannung am Arbeitsspalt gleich der Summe einer Spannung Vo,
welche dem Ohmschen Gesetz gehorcht, und der Elektrolysierspannung Vc/ist:
V = Vo +- Vd = s J η + Vd.
Daraus ergibt sich
8 =
V-Vd
U J
Hier tritt der Ausdruck V— Vd an die Stelle der Arbeitsspannung Vgemäß Gleichung (1).
Wenn nun bei konstanter Vorschubgeschwindigkeit die elektrische Stromdichte J sowie die Weite g des
Arbeitsspaltes während der Bearbeitung konstant gehalten wird, so gilt g]=A (Konstante) und es ergibt
sich die Beziehung (6):
V=An+ Vd.
Aus Gleichung (6) erkennt man, daß bei Regelung der Arbeitsspannung als Summe eines Terms Aq, welcher
dem spezifischenWiderstand ρ proportional ist, und eines konstanten Terms Vd, welcher der Elektrolysierspannung
entspricht, die Weite g des Arbeitsspaltes mit größerer Genauigkeit auf einem konstanten Wert
gehalten werden kann, als bei Regelung gemäß Gleichung (3).
Ferner muß berücksichtigt werden, daß während der Elektrolyse in dem Arbeitsspalt Gas gebildet wird. Das
Gas besteht im wesentlichen aus Wasserstoff. Das gebildete Gas mischt sich mit dem Elektrolyten und
beeinflußt daher in hohem Maße den elektrischen Äquivalentwiderstand des Arbeitsspaltes.
Ferner ist es bekannt, der Elektrolytlösung zur Steuerung der Arbeitsgenauigkeit Gas zuzumischen
(US-PS 32 84 327, »Industrieanzeiger« 89. Jahrgang Nr. 84,1967, Seiten 32-36).
Bei den bisher bekannten bzw. vorgeschlagenen Regelverfahren gemäß den Beziehungen (3) und (fi) wird
das Verhältnis der im Arbeitsspalt vorhandenen Gasmenge (durch Elektrolyse gebildete Gasmenge und
die gegebenenfalls zugemischte Gasmenge) zu der im Arbeitsspalt vorhandenen Elektrolytmenge nicht berücksichtigt,
da der spezifische Widerstand des Elektrolyten üblicherweise außerhalb des Arbeitsspaltes gemessen
werden muß.
Deshalb wird bei diesen Regelverfahren die Weite des Arbeitsspaltes nicht konstant gehalten, wodurch die
Genauigkeit der Bearbeitung beeinträchtigt wird.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur elekirolytischen
Bearbeitung eines Werkstückes zu schaffen, wobei die Arbeitsspaltgröße unter Berücksichtigung der im
Arbeitsspalt vorhandenen Gasmenge konstant gehalten wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der genannten Art gelöst, bei dem die
Arbeitsspannung proportional einer Summenspannung, deren erster Summand dem spezifischen Widerstand
des in den Arbeitsspalt einfließenden Elektrolyten und deren zweiter Summand dem Verhältnis der Gasmenge
im Arbeitsspalt zu Elektrolytmenge im Arbeitsspalt proportional ist, gehalten wird.
Erfindungsgemäß wird ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens geschaffen, welche
eine Steuereinrichtung mit einem ersten Signalgeber zur Erzeugung eines ersten der Arbeitsspannung
proportionalen Signals, mit einem zweiten Signalgeber zur Erzeugung eines zweiten Signals, welches dem
spezifischen Widerstand des in den Arbeitsspalt einfließenden Elektrolyten proportional ist, sowie mit
einem dritten Signalgeber zur Erzeugung eines dritten Signals, welches dem Verhältnis von Gasmenge zu
Eiektrolytmenge im Arbeitsspalt proportional ist, umfaßt, sowie eine Regeleinrichtung für die Arbeitsspannung, welche das erste Signal gleich der Summe des
zweiten und des dritten Signals hält
Wenn die Gasmenge im Arbeitsspalt mit QH und die Elektrolytmenge im Arbeitsspalt mit Qe bezeichnet
wird, so ergibt sich anstelle der Gleichung (1) die Beziehung:
g =
da der Strom im Arbeitsspalt aus einem durch den Elektrolyten (Teilquerschnitt F,, spezifischer Widerstand
Qe) und aus einem vernachlässigbaren, durch das
Gas (Teilquerschnitt F2, spezifischer Widerstand Qg>Qe) fließenden Teil besteht:
'Ji, ■ g
VF,
VF1
Für die Stromdichte gilt somit:
j = 1 = Σ
=
F F1+ F,
Anstelle der Gleichung (5) ergibt sich die folgende Beziehung:
V - Vd
Ji
i,j
K\Qe
Aus (7) ergeben sich die Beziehungen (9):
V=A I«
In ähnlicher Weise ergeben sich aus (8) die Beziehungen (10):
(10)
V=A
Jl
Vd.
Wenn nun die Arbeitsspannung V gemäß den Beziehungen (9) oder (10) geregelt wird und nicht
gemäß den Beziehungen (3) oder (6), so wird die Weite g des Arbeitsspaltes während der Bearbeitung auf einem
konstanten Wert gehalten und die Bearbeitungsgenau-
fts igkc-'t wird erhöht.
Die Regelung der Arbeitsspannung gemäß den Formeln (9) oder (10) kann auf zwei Wegen erfolgen.
Der erste Weg besteht in der Ableitung eines Signals,
welches dem Term \~q~\proportional ist und in der
Eingabe dieses Signals in das Regelsystem für die Arbeitsspannung V. Der zweite Weg besteht darin, den
auf einem konstanten Wert zu halten und ein
diesem Wert entsprechendes Signal zu erzeugen und in das Regelsystem für die Arbeitsspannung Veinzugeben.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt ι ο
F i g. 1 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
F i g. 2 ein detailliertes Blockschaltbild eines Teils der Fig. 1,
F i g. 3 ein Schaltbild eines Teils der F i g. 2. ι s
Fig.4 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
F i g. 5 ein Blockschaltbild eines Teils der F i g. 4,
F i g. 6 ein Blockschaltbild einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
F i g. 7 ein Blockschaltbild eines Teils der F i g. 6,
F i g. 8 ein Blockschaltbild einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
F i g. 9 ein Blockschaltbild eines Teils der F i g. 8.
F i g. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Arbeitstank 10,
in welchem die elektrolytische Bearbeitung durchgeführt wird. Der Arbeitstank 10 ist oben offen dargestellt;
in der Praxis kann jedoch auch ein allseitig geschlossener Arbeitstank verwendet werden. Auf einer im
Arbeitstank 10 befindlichen Unterlage 14 ist ein Werkstück 12 aus elektrisch leitendem Material fest
angeordnet. Gegenüber dem Werkstück 12 ist eine Arbeitselektrode 16 mit einer Öffnung 18 zum
Durchleiten eines Elektrolyten angeordnet. Ein schma-Ier
Arbeitsspalt 20 befindet sich zwischen dem Werkstück 12 und der Arbeitselektrode 16. Die Größe g
des Arbeitsspaltes 20 kann vorzugsweise 0,1 mm bis 0,5 mm betragen. Es ist ferner ein Tank 22 mit einem
Elektrolyten 23 vorgesehen. Der Elektrolyt 23 kann z. B. aus salzhaltigem Wasser bestehen; es kann jedoch je
nach dem Material des Werkstückes 12 auch ein anderer Elektrolyt verwendet werden. Eine Rohrleitung 25 ist
mit dem Einlaß einer Pumpe 24 verbunden und taucht in den Elektrolyten 23 ein. Durch eine Rohrleitung 26 wird
der Elektrolyt 23 von der Pumpe 24 in die Öffnung 18 geleitet. Der Elektrolyt 23 steht unter einem Druck von
z. B. 10 bis 20 kg/cm2, so daß er mit hoher Geschwindigkeit
durch den Arbeitsspalt fließt Ferner ist ein Durchflußmesser 27 in der Rohrleitung 26 vorgesehen,
z. B. vom herkömmlichen elektromagnetischen Typ. Der Durchflußmesser erzeugt ein elektrisches Signal
Ve, welches dem Durchfluß Qe proportional ist. Eine
Rohrleitung 28 verbindet den Auslaß der Pumpe 24 mit dem Tank 22 über ein einstellbares Ventil 29. Am Boden
des Arbeitstanks 10 mündet eine Rohrleitung 32 ein, welche den nach Durchströmung des Spaltes 20 sich am
Boden des Arbeitstanks 10 ansammelnden Elektrolyt wieder in den Tank 22 zurückführt
Eine dreiphasige Wechselstromquelle 34 üblicher Frequenz ist über eine dreiphasige Steuerdrossel 42 mit
der Primärwicklung 38 in Dreiecksschaltung eines dreiphasigen Abwärtstransformators 36 verbunden. Ein
dreiphasiger Vollweggleichrichter 52 ist mit der Sekundärwicklung 40 des Abwärtstransformators verbunden.
Der positive Gleichstromanschluß des Gleichrichters 52 ist über eine Leitung 54 mit dem Werkstück
12 und der negative Gleichstromanschluß über eine Leitung 56 mit der Arbeitselektrode 16 verbunden.
Vorzugsweise benutzt man eine Spannung von z. B. 5 bis 20 Volt bei einem Strom von z. B. 3000 bis 5000 Ampere.
Ein Vorschub 58 dient in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel zur Bewegung der Arbeitselektrode
16 in Richtung auf das Werkstück 12. Es kann aber auch statt dessen das Werkstück 12 bewegt werden.
Eine Vorschubstange 60 ist mit der Elektrode 16 verbunden und verschiebbar gelagert, so daß die
Elektrode 16 zum Werkstück hin und von diesem weg bewegt werden kann. Die Vorschubstange 60 trägt eine
Verzahnung, welche mit einem Ritzel 64 kämmt, das auf der Welle eines Elektromotors 66 sitzt. Der Motor 66 ist
ein Gleichstrom-Nebenschlußmotor mit einem Anker 68 und einer Feldspule 70.
Wenn an den Anker 68 und an die Feldspule 70 eine konstante Spannung (aus der Wechselstromquelle 72,
Gleichrichter 74) angelegt wird und wenn das Potentiometer 80 in eine vorbestimmte Stellung
gebracht wird, so arbeitet der Motor 66 mit konstanter Drehgeschwindigkeit und bewegt dabei die Arbeitselektrode
60 während des Bearbeitungsvorgangs mit konstanter Geschwindigkeit auf das Werkstück 12 zu.
Demzufolge wird die elektrische Stromdichte / im Arbeitsspalt 20 auf einem konstanten Wert gehalten.
Die Vorschubgeschwindigkeit der Arbeitselektrode 16 kann durch Veränderung des Potentiometerwiderstandes
80 leicht variiert werden. Hierdurch verändert sich jedoch auch die elektrische Stromdichte / und somit
sollte das Potentiometer 80 während der Bearbeitung nicht verstellt werden.
Es ist ferner eine einphasige Wechselstromquelle 82 mit konstanter Spannung vorgesehen, sowie ein
einphasiger Vollweggleichrichter 84. Eine Verbindungsleitung 86 verbindet den positiven Gleichstromanschluß
des Gleichrichters 84 über einen Widerstand 88 mit der Steuerspule 50 der Steuerdrossel 42. Eine Verbindungsleitung 90 verbindet den negativen Gleichstromanschluß
des Gleichrichters 84 mit der Steuerspule 50.
Zwei Thyristoren 92 und 94 liegen antiparallel im Wechselstromkreis des Gleichrichters 84.
Durch Einstellen der Zündphase der Thyristoren 92 und 94 kann die Gleichspannung des Gleichrichters 84,
somit der durch die Steuerspule 50 fließende elektrische Strom Ic und damit die Reaktanz der Spulen 44,46 und
48 geändert werden. Über die Reaktanz der Spulen 44, 46 und 48 kann die Eingangsspannung des Transformators
36, und damit die am Arbeitsspalt 20 anliegende Arbeitsspannung Veingestellt werden.
Eine Zündeinrichtung 96 zum Einstellen der Zündphase der Thyristoren 92 und 94 wird über einen Verstärker
98 von einer Signalvergleichsschaltung 100 beaufschlagt Die Signalvergleichsschaltung 100 bildet die
Differenz aus zwei Eingangssignalen V 'und Vs.
Eine Schaltung 102 liegt zwischen den Leitungen 54 und 56 und umfaßt gemäß F i g. 2 ein Potentiometer 104,
welches parallel zum Arbeitsspalt 20 liegt Das Potentiometer 104 weist einen Abgriff 106 auf, dessen
Spannung V' proportional der Arbeitsspannung V ist (V'=aV).
Eine Einrichtung 107 zur Erzeugung eines Signals (3), welches proportional dem spezifischen Widerstand ρ
des Elektrolyten ist, umfaßt einen Hochfrequenzoszillator 108, dessen Ausgangssignal in ein Meßgerät 110 zur
Messung des spezifischen Widerstandes gegeben wird. Das Meßgerät 110 taucht in den im Tank 22 befindlichen
Elektrolyten 23 ein, oder es kann auch in den Rohrleitungen 25, 26 oder 32 vorgesehen sein. Es
besteht aus einem Elektrodenpaar von gleicher vorbestimmter Gestalt und Fläche. Die Elektroden, die
z. B. aus Platinrohr bestehen, stehen sich mit einem vorbestimmten Abstand gegenüber, und der Elektrolyt
23 befindet sich zwischen den Elektroden. Das Ausgangssignal des Oszillators 108 beaufschlagt die
Elektroden und bewirkt einen konstanten Strom (i) zwischen den Elektroden, selbst bei sich änderndem
Widerstand des Elektrolyten. Bei einem konstanten Stromfluß zwischen den Elektroden führt aber jede
Änderung des spezifischen Widerstandes ρ des Elektrolyten zu einer proportionalen Änderung der Klemmenspannung
der Elektroden. Der Grund für die Verwendung eines Hochfrequenzoszillators 108 besteht darin,
daß jegliche Ausbildung einer elektromotorischen Kraft ι .s an den Elektroden aufgrund von Polarisation verhindert
werden soll.
Die Spannung (e) zwischen den Elektroden des Meßgerätes 110 kann durch folgende Formel dargestellt
werden:
e = /ι, / ο. /i, = Konstante (11)
und da die Stromstärke konstant gehalten wird, durch
= lh ij: Hu = Ί, /).
(12)
Eine Signalwandlungs- und Verstärkungsschaltung 112 wird mit dem vom Meßgerät 110 für den
spezifischen Widerstand kommenden Signal (e) beaufschlagt. Das Ausgangssignal dieser Schaltung 112
beaufschlagt eine Signaladditionsschaltung 114. Wie in F i g. 2 gezeigt, umfaßt die Signalwandlungs- und
Verstärkungsschaltung 112 einen Verstärker 116, einen
Gleichrichter 118 und eine primäre Verzögerungsschaltung
120. Die Verzögerungsschaltung 120 umfaßt einen Eingangswiderstand 122, einen Nebenschlußwiderstand
126 und einen Nebenschlußkondensator 128 und dient zur Glättung des Ausgangssignals des Gleichrichters
118. Sie erzeugt ein Signal Vp, welches die Additionsschaltung 114 beaufschlagt.
Eine Schaltung 129 erzeugt ein Signal (-5^) das
proportional dem Verhältnis des Gasdurchflusses durch den Arbeitsspalt zum Elektrolytdurchfluß durch den
Arbeitsspalt ist. Die Schaltung 129 umfaßt eine Einrichtung 130 zur Erzeugung eines Signals, welches
proportional der Gasmenge ist, die pro Zeiteinheit während der Elektrolyse des Elektrolyten im Arbeitsspalt
20 gebildet wird. Diese Gasmenge ist proportional der elektrischen Stromstärke des Elektrolysenstroms.
Daher kann ein Signal, welches der im Spalt gebildeten Gasmenge QH proportional ist, indirekt aus der
Arbeitsstromstärke gewonnen werden. Hierzu ist ein herkömmlicher Gleichstromtransformator 132 vorgesehen,
welcher induktiv mit der Verbindungsleitung 54 gekoppelt ist Wie in Fig.2 dargestellt, sind zwei
Wicklungen 134 und 136 in Reihe miteinander und mit einer Wechselstromquelle 138 von konstanter Spannung und üblicher Frequenz sowie einem einphasigen
Vollweggleichrichter 140 geschaltet An den Gleich-Stromanschlüssen des Gleichrichters 140 liegt ein
Potentiometer 142 mit einem Abgriff 144. Eine primäre Verzögerungsschaltung 148 zur Glättung des Gleichstroms des Potentiometers 142 ist über einen Widerstand 146 mit dem Abgriff 144 verbunden. Ein
LJmkehrverstärker 150 dient zur Umkehr-der Polarität
des Ausgangssignals der primären Verzögerungsschaltung 148. Dabei wird ein Signal VH gebildet, welches
proportional der pro Zeiteinheit gebildeten Gasmenge QH ist. Zwischen der primären Verzögerungsschaltung
148 und dem Umkehrverstärker 150 ist ein Widerstand 152 vorgesehen. Parallel zur primären Verzögerungsschaltung 148 liegen ein Kondensator 156 und ein
Widerstand 154, und parallel zum Umkehrverstärker 150 liegt ein Widerstand 158.
Der Durchflußmesser 27 erzeugt ein Signal Ve, welches proportional dem Durchfluß Qe Jes mittels der
Pumpe 24 in den Arbeitsspalt 20 geförderten Elektrolyten 23 ist.
Es ist ferner ein Rechenwerk 160 vorgesehen, welches das der Gasmenge QH proportionale Signal VH und das
dem Elektrolytdurchfluß Qe proportionale Signal Ve dividiert und dabei das Signal (-p^-j erzeugt. Gemäß
F i g. 3 umfaßt das Rechenwerk 160 einen Servomotor 162 mit einem Rotor 164, einer Erregerspule 166 und
einer Steuerspule 168. Eine Wechselstromquelle 170 von konstanter Spannung und üblicher Frequenz ist über
einen Kondensator mit der Erregerspule 166 verbunden. Ein erstes Potentiometer 174 und ein zweites Potentiometer
176 weisen Abgriffe 178 bzw. 180 auf, die aufgrund einer Verriegelung beide mit der gleichen
Winkelgeschwindigkeit gemeinsam durch den Anker 164 gedreht werden. Eine Gleichstromquelle 182
konstanter Spannung beaufschlagt das erste Potentiometer 174 mit einem konstanten Gleichstrom. Eine
Signalvergleichsschaltung 184 vergleicht das Signal Ve mit dem am Abgriff 178 anstehenden Signal. Ein
Verstärker 186 verstärkt das Ausgangssignal der Signalvergleichsschaltung 184. Eine weitere Signalvergleichsschaltung
188 vergleicht das Signal VH mit dem Signal des Abgriffs 180. Ein Verstärker 190 verstärkt das
Ausgangssignal der Signalvergleichsschaltung 188. Das Ausgangssignal dieses Verstärkers bildet einerseits das
Ausgangssignal des Rechenwerks 160 und beaufschlagt andererseits das zweite Potentiometer 176.
Wenn der Drehwinkel des ersten Potentiometers 174 mit θ bezeichnet wird, dann gilt für das am Abgriff 178
erscheinende Signal Vy die Beziehung: Vy=GlO,
wobei G1 eine Konstante ist. Wenn nun der
Servomotor 162 derart gedreht wird, daß das Signal Vy gleich dem Signal Ve wird (Ve= Vy), so gilt Θ= Ve/G 1.
Das zweite Potentiometer 176 hat den gleichen Drehwinkel θ wie das erste Potentiometer. Wenn man
nun das am Abgriff des zweiten Potentiometers erscheinende Signal mit Vz bezeichnet und das
Ausgangssignal des Verstärkers 190 mit eo, dann gilt die folgende Beziehung:
Vz =
(-) = ψ= Veeo
(Gl ist eine Proportionalitätskonstante).
Bezeichnet man die Verstärkung des Verstärkers 190 mit Λ 1, so gilt:
(VH -Vz)Ai = eo
= eo
eo =
Αί· VH
+ ^ Ve A\
&1
&1
Wenn die Verstärkung A 1, genügend größer als 1 gewählt wird, so gilt
Gl
Gl
Gl
V Ve)
(13)
und, wenn ferner angenommen wird, daß die Beziehung G XIG2 = 1 gilt, so ergibt sich für das Ausgangssignal
eo der Wert VH/Ve.
Die Verstärkung der Verstärker 186 und 190 wird derart eingestellt, daß die Beziehung (13) gilt. Das
Ausgangssignal des Rechenwerks 160 wird in die Additionsschaltung 114 eingegeben und dort zu dem
vom Verstärker 120 kommenden Signal addiert. Die Additionsschaltung 114 umfaßt eine Signalzusammenführung
192, einen Widerstand 194 mit dem Widerstandswert Ri, einen Widerstand 196 mit dem
Widerstandswert Rg, einen Umkehrverstärker 198 und einen parallel zum Verstärker 198 liegenden Nebenschlußwiderstand
200, dessen Widerstandswert Rf ist. Der Verstärkungsgrad des Umkehrverstärkers 198 wird
so groß genug gewählt, daß sein Ausgangssignal der folgenden Beziehung genügt:
[Ri
M(
Rg \ Ve
Wenn Rf= Ri und Rf/Rg= k gilt, so ergibt sich die folgende Beziehung:
Vz = - {Vο + k
Ve
(14)
Es ist ferner eine Umkehrschaltung 202 zur Umkehr des Signals Vz vorgesehen. Die Umkehrschaltung 202
umfaßt einen Umkehrverstärker 203 und einen damit verbundenen Widerstand 204 sowie einen Rückkopplungswiderstand
206 zur Erzeugung eines Signals des Wertes — Vz. Das Signal — Vz wird sodann in die
Additionsschaitung 208 eingegeben.
Es ist ferner eine Schaltung 210 zur Erzeugung eines Signals - Vd' vorgesehen. Das Signal - Vd' ist
proportional der Elektrolysierspannung Vd (Vd'= AVd). Die Schaltung 210 umfaßt eine Gleichstromquelle
212 und ein Potentiometer 214 mit Abgriff 216. Die Additionsschaltung 208 umfaßt eine Signalzusammenführung
218, einen Umkehrverstärker 220 mit hohem Verstärkungsgrad, ein Potentiometer 222 mit
dem Widerstandswert Rj, einen Widerstand 224 mit dem Widerstandswert Rk und einen Widerstand 226 mit
dem Widerstandswert Rh parallel zum Verstärker 220.
Das Ausgangssignal Vs des Verstärkers 220 gelangt zur Vergleichsschaltung 100. Das Signal Vs gehorcht
folgender Beziehung:
Wenn die Widerstände so eingestellt oder gewählt
werden, daß die Beziehungen
Rh
und
Rh
gelten, so ergibt sich die folgende Beziehung:
Vs = A'
+ k
VH
Ve
+ Vd'.
(15)
Bei der beschriebenen Ausführungsform wird das Gerät derart gesteuert, daß das Signal V' stets gleich
ίο dem Signal KSist. Wenn zu irgendeiner Zeit das Signal
V' größer als das Signal Vs wird, so erhöht die
Zündeinrichtung 96 die Zündphase der beiden Thyristoren 92 und 94 um einen Wert, welcher der Differenz
zwischen V und Vs entspricht. Dies wiederum verringert die Gleichspannung des Gleichrichters 84
und der Strom Ic, welcher durch die Steuerspule 50 fließt, nimmt derart ab, daß die Reaktanz der Spulen 44,
46 und 48 zunimmt und die Arbeitsspannung Vabnimmt. Wenn die Arbeitsspannung Vabnimmt, nimmt ebenfalls
das dazu proportionale Signal V' ab, bis es gleich dem Signal Vs ist. Wenn das Signal V 'kleiner als das Signal
Vs ist, so findet der umgekehrte Vorgang statt und die Arbeitsspannung V wird erhöht unter gleichzeitiger
Erhöhung des Signals V 'bis dieses gleich dem Signal Vs wird. Mit Vs= V 'gilt folgende Beziehung:
= A'\V„ +/el
♦ "■
(16)
wcraus man unter Heranziehung der Beziehung (14) die folgende Beziehung erhält:
Vergleicht man die Beziehung (16) mit der Beziehung (10) so erkennt man, daß bei Substitution der
Arbeitsspannung V durch das Signal V' (V '= a V) der erste und zweite Term auf der rechten Seite der
Beziehung (16) um den Faktor a größer sein müssen als die entsprechenden Terme auf der rechten Seite der
Beziehung (10).
Wenn die Konstante A ' durch das Verhältnis Rh/Rj
gegeben ist, so kann die Beziehung A ' —aA leicht verwirklicht werden. Das Signal Vd' wird wie oben
beschrieben, derart gewählt, daß die Beziehung Vd'=aVd gilt. Man erkennt, daß bei Erfüllung der
Beziehung (10) die Arbeitsspannung Vgeregelt werden kann.
Bei einer alternativen Ausführung wird die Arbeitsspannung V derart geregelt, daß die Beziehung (9)
erfüllt ist. Bei solch einer Ausführungsform werden die Schaltung 210 und die Additionsschaltung 208 weggelassen,
so daß das Signal — Vz oder ein daraus durch Umkehr der Polarität erhaltenes Signal, als Signal Vs in
die Signalvergleichsschaltung 100 gemäß Beziehung (14) eingegeben wird.
Im folgenden sollen die Vorteile der Ausführungsform gemäß F i g. 1 und 2 näher erläutert werden. Der
Wert QH/Qe ändert sich, wenn sich bei fortschreitender
Bearbeitung der Arbeitsbereich ändert (wenn z. B. ein konisches Loch eingeätzt wird). Wenn der spezifische
Widerstand ρ des Elektrolyten den Wert 3Ωοητ, die
elektrische Stromdichte /den Wert 100 Ampere/cm2, die Elektrolysierspannung Vd den Wert 1,5 Volt, der
Durchfluß Qs des Elektrolyten den Wert 70 l/min, die Konstante K der Beziehung (8) den Wert 18, der
Gasdurchfluß QH den Wert 7 l/min und die Arbeitsspannung V den Wert 7,5 Volt hat, so ergibt sich die
Weite des Arbeitsspaltes aus der Beziehung (8):
G =
7,5 - 1,5
100
= 0,125 mm.
iQ"\
Wenn andererseits der Term \q-)nicht berücksichtigt
wird, dann folgt gemäß der Beziehung der Formel (4) für den Arbeitsspalt der folgende Wert:
Somit erkennt man, daß gemäß obiger Formel bei Vernachlässigung des Terms \fy~) ein Fehler von
0,075 mm auftritt.
Im folgenden soll nun ein Beispiel gemäß vorliegender Erfindung dargestellt werden, bei dem der
Arbeitsbereich zunimmt und der Arbeitsspalt sich dennoch nicht ändert. Wenn z. B. die Arbeitsstromstärke
um einen Faktor 2 zunimmt, dann verdoppelt sich auch die Gasmenge QH, d. h. in obigem Beispiel nimmt
QHden Wert 14 l/min an. Die Arbeitsspannung Vergibt
sich aus der Gleichung (10) in folgender Weise:
V= A
und da die Beziehung A =£/=0,0125 cm χ 100 Ampere/
cm2 = 1,25 Ampere/cm gilt, so erhält man für V den Wert:
V= 1,25 χ 6,6 +1,5 = 9,75 Volt.
In diesem Fall wird die Weite des Arbeitsspaltes g in folgender Weise erhalten:
9,75 - 1.5
100
= 0,125 mm .
Man erkennt so, daß der Wert g konstant gehalten wird im Gegensatz zu dem Fall, daß der Term QH/Qe
vernachlässigt wird.
Im folgenden soll unter Bezug auf die F i g. 4 und 5
eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Bei dieser Ausführungsform
ist ein Gasbehälter 302 über eine Rohrleitung 300, welche zwischen der öffnung 18 und dem Durchflußmesser
27 in die Rohrleitung 26 einmündet, angeschlossen. Der Gasbehälter 302 kann z. B. komprimierte Luft
oder Kohlendioxyd enthalten. Ein Steuerventil 304 dient zur Steuerung der Gasmenge, welche dem Elektrolyten
23 zugemischt wird. Durch eine solche Gaszufuhr können in bekannter Weise Unebenheiten in der
Oberfläche des Werkstückes vermieden werden (US-PS 32 84 327). Bei dieser Ausführungsform bestimmt sich
der Durchfluß des Gases im Arbeitsspalt 20 als Summe der durch Elektrolyse erzeugten Gasmenge QHund des
durch die Rohrleitung 300 eingeführten Gasdurchflusses QG. Hierdurch bekommt die Gleichung (8) für die Weite
gdes ArbeJtsspaltes die folgende Gestalt:
V-Vd
(M)
Daraus folgt für die Arbeitsspannung V:
Ferner ist bei dieser Ausführungsform ein Signalgeber 306 vorgesehen, welcher ein dem von dem
Gasbehälter 302 kommenden Gasdurchfluß QG proportionales Signal erzeugt und gemäß Fig. 5 eine
Gleichspannungsquelle 308 mit konstanter Spannung und ein Potentiometer 310 mit Abgriff 312 aufweist. Das
am Abgriff 312 erhaltene Signal Vg wird sodann über einen Widerstand 314 dem Eingang des Verstärkers 150
zugeführt. Somit gelangt das Signal VH+ Vg zum
ίο Rechenwerk 160.
Bei dieser Ausführungsform ist der Term (QH+ QG)ZQe veränderlich und die Arbeitsspannung V
wird entsprechend geändert, um eine Veränderung der Weite gdes Arbeitsspaltes zu vermeiden.
is Im folgenden soll unter Bezugnahme auf die Fig. 6
und 7 eine weitere Ausführungsform der Erfindung erläutert werden, bei der eine Einrichtung vorgesehen
ist, um den Term QH/Qe während der Bearbeitung konstant zu halten. In Fig.6 ist eine Regeleinrichtung
:o 400 vorgesehen, welche das Regelventil 29 in der Nebenleitung 28 automatisch einstellt. Die Regeleinrichtung
400 umfaßt eine Druckluftquelle 402 von konstantem Druck und eine Rohrleitung 404 zur
Beaufschlagung des Regelventils 29 mit Luftdruck. In der Rohrleitung 404 ist ein Druckregler 406 vorgesehen,
welcher auf elektrische Signale anspricht. Eine Änderung des Luftdruckes führt zu einer Änderung der
Ventilöffnung des Regelventils 29, so daß der Durchfluß <?edes Elektrolyten durch den Arbeitsspalt 20 geändert
wird. Wenn z. B. die Ventilöffnung des Regelventils 29 vergrößert wird, so nimmt der durch die Nebenleitung
28 fließende Elektrolytdurchfluß entsprechend zu und der Durchfluß Qe des Elektrolyten durch den Arbeitsspalt
20 wird verringert. Hierdurch kann der Term QH/Qe auf einem konstanten Wert gehalten werden.
Die Regeleinrichtung 400 kann auch einen herkömmlichen Elektromotor umfassen und das Regelventil 29
kann derart ausgebildet sein, daß die Ventilöffnung entsprechend der Motordrehung verändert wird.
Das Gerät gemäß F i g. 6 umfaßt ferner eine Steuerschaltung 410 zur Bereitstellung eines elektrischen
Signals für den Druckregler 406. Die Steuerschaltung 410 umfaßt eine Schaltung zur Erzeugung eines
Signals, welches dem Verhältnis QH/Qe proportional ist. Bei dieser Ausführungsform entspricht die zweite
Signalgeberschaltung 129 zur Erzeugung eines Signals VH/Ve der anhand der F i g. 1 und 2 beschriebenen
Schaltung. Da das Signal VH/Ve proportional dem Wert QH/Qe ist, so gibt man dieses Signal in eine
Signalvergleichsschaltung 412 ein. Die Steuerschaltung 410 umfaßt ferner eine Einrichtung 414 zur Erzeugung
eines Standardsignals (VH/Ve)s, welche gemäß F i g. 7 eine Gleichstromquelle 416 konstanter Spannung und
ein Potentiometer 418 mit Abgriff 420 umfaßt. Der Signalvergleichspunkt 412 erzeugt ein Signal, welches
gleich der Differenz ±Δ Ve zwischen dem Signal VH/Ve
und dem Signal (VH/VeJs ist Die Steuerschaltung 410
umfaßt ferner einen weiteren Signalgeber 422 mit einer Gleichstromquelle 424 konstanter Spannung und ein
Potentiometer 426 zur Erzeugung eines Standardsignals Ves für den Durchfluß am Potentiometerabgriff 428.
Das Signal ±4 Veund das Standardsignal Veswerdenin
einer Additionsschaltung 430 zu Ves± Δ Ve addiert
Dieses Signal dient zur Steuerung des Druckreglers 406.
Die Additionsschaltung 430 umfaßt gemäß F i g. 7 einen Verstärker 432 und Widerstände 434,436 und 438.
Wenn die in dem Arbeitsspalt 20 erzeugte Gasmenge zunimmt so wird das Sienal VH/Ve erößer als Ha«
Signal (VHZVe)S. Sodann bewirkt das Signal Ves+Δ Ve
ein Ansteigen des Elektrolytdurchflusses durch den Arbeitsspalt 20. Wenn die im Arbeitsspalt 20 erzeugte
Gasmenge abnimmt, wird das Signal VHZVe kleiner als
das Signal (VHZVs)S, und dits Signal Ves-Δ Ve führt zu
einer Verringerung des Elektrolytdurchflusses durch den Arbeitsspalt 20. Somit kann das Verhältnis QHZQe
konstant gehalten werden. Die beschriebene Einrichtung ist insbesondere bei sich veränderndem Arbeitsbereich
vorteilhaft Bei dieser Vorrichtung muß die Vorschubgeschwindigkeit konstant gehalten werden,
um die elektrische Stromdichte / im Arbeitsspalt auf einem konstanten Wert zu halten. Wenn nun die
Bearbeitung fortschreitet und wenn dabei z. B. die Arbeitsfläche zunimmt so wird die in dem Arbeitsspalt
20 erzeugte Gasmenge erhöht, da die Stromdichte J
konstant gehalten wird. Bei den bisher bekannten Vorrichtungen wird dabei das Verhältnis QHZQe
erhöht so daß die Bearbeitung des Werkstücks nicht gleichförmig erfolgt. Dies hat zum Ergebnis, daß der
Arbeitsspalt 20 kurzgeschlossen wird und Funken gebildet werden, wodurch das Werkstück 12 beschädigt
wird. Wenn jedoch das Verhältnis QHZQe konstant gehalten wird, wie im vorliegenden Fall, so treten diese
Nachteile nicht auf.
Auch wenn das Signal VHZVe im wesentlichen konstant gehalten wird, so ist es doch schwierig, die
Weite g des Arbeitsspaltes konstant zu halten, ohne das Signa! VHZVe bei der Regelung der Arbeitsspannung V
zu berücksichtigen. Dies ist aus der Tatsache ersichtlich
daß ein Fehler auftritt, wenn der Term K (QHZQe) in den Formeln (7) und (8) Null wird. Wenn somit der
spezifische Widerstand ρ verändert wird, so hängen Änderungen des Terms {ρ+Κ (QHZQeJi weitgehend
von der Existenz oder Nichtexistenz des Terms (QHZQe) ab.
Ferner kann bei den Einrichtungen gemäß F i g. 6 und 7 die Arbeitsspannung V* derart gesteuert werden, daß
die Gleichung (9) erfüllt wird. In diesem Fall werden der Signalgeber 210 und die Additionsschaltung 208
weggelassen.
Gemäß den F i g. 8 und 9 kann bei der Ausführungsform gemäß Fig.6 und 7 der Gasbehälter 302, die
Leitung 300, das Regelventil 304 und der Signalgeber 306 (entsprechend den F i g. 4 und 5) vorgesehen sein. In
diesem Fall wird der Term (QH+QG)ZQe konstant gehalten.
Bei den verschiedenen Ausführungsformen gemäß vorliegender Erfindung wurde jeweils ein Signal
erzeugt, dessen Wert proportional den Werten QHZQe, (QH+ QG)ZQe ist. Dis Erfindung ist in dieser Hinsicht
jedoch nicht beschränkt und sie gilt in ähnlicher Weise auch für die reziproken Werte.
Hierzu 9 Blatt Zeichnungen
Claims (12)
1. Verfahren zum elektrolytischen Bearbeiten eines Werkstücks, wobei die Arbeitselektrode und
das Werkstück mit konstanter Geschwindigkeit aufeinander zu bewegt werden und wobei die
Arbeitsspannung in Abhängigkeit vom Elektrolytwiderstand geregelt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die Arbeitsspannung proportional ι ο einer Summenspannung, deren erster Summand dem
spezifischen Widerstand des in den Arbeitsspalt einfließenden Elektrolyten und deren zweiter
Summand dem Verhältnis von Gasmenge zu Elektrolytmenge im Arbeitsspalt proportional ist,
gehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem in den Arbeitsspalt eingegebenen
Elektrolyten Gas zugemischt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Gasmenge im
Arbeitsspalt zu Elektrolytmenge im Arbeitsspalt auf einem konstanten Wert gehalten wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Summenspannung
einen dritten Summand enthält, der der Elektrolysierspannung
proportional ist
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Anspruch: 1 bis 4, gekennzeichnet
durch eine Steuereinrichtung mit einem ersten Signalgeber (102) zur Erzeugung eines ersten der
Arbeitsspannung proportionalen Signals, mit einem zweiten Signalgeber (110) zur Erzeugung eines
zweiten Signals, welches dem spezifischen Widerstand des in den Arbeitsspalt (20) einfließenden
Elektrolyten proportional ist, sowie mit einem dritten Signalgeber (129) zur Erzeugung eines
dritten Signals, welches dem Verhältnis von Gasmenge zu Elektrolytmenge im Arbeitsspalt
proportional ist, wobei eine Regeleinrichtung (82 bis 100) für die Arbeitsspannung vorgesehen ist, weiche
das erste Signal gleich der Summe des zweiten und des dritten Signals hält.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Signalgeber (110) zwei sich
gegenüber stehende, mit einer Stromquelle (108) verbundene Elektroden umfaßt, zwischen denen sich
der Elektrolyt befindet.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle (108) ein Hochfrequenzoszillator
ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Signalgeber
(129) ein Meßgerät (132) zur Bestimmung der Gasmenge im Arbeitsspalt (20) und ein Meßgerät
(27) zur Bestimmung der Elektrolytmenge im Arbeitsspalt (20) umfaßt, wobei eine Einrichtung
(160) vorgesehen ist, welche ein dem Quotienten der Ausgangssignale der Meßgeräte (132,27) proportionales
Signal bildet.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Meßgerät (27) ein Durchflußmesser
ist, welcher in einem Zuleitungsrohr (26) für den Elektrolyten liegt.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder <\s
9, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Meßgerät (132) die elektrische Stromstärke im Arbeitsspalt
(20) bestimmt.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis
10, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (300 bis
304) zum Zumischen von Gas zu dem in den Arbeitsspalt (20) einfließenden Elektrolyten.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis
11, gekennzeichnet durch eine Regeleinrichtung (400
bis 440) zum Konstanthalten des Verhältnisses der Gasmenge im Arbeitsspalt (20) zu der Elektrolytmenge
im Arbeitsspalt (20).
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4958769A JPS5020556B1 (de) | 1969-06-23 | 1969-06-23 | |
JP4958769 | 1969-06-23 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2030657A1 DE2030657A1 (de) | 1971-01-14 |
DE2030657B2 DE2030657B2 (de) | 1977-06-08 |
DE2030657C3 true DE2030657C3 (de) | 1978-02-16 |
Family
ID=
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