DE1086362B

DE1086362B - Metallbearbeitungsmaschine zum Abtragen des metallischen Werkstoffes durch die erodierende Wirkung eines elektrischen Funkens

Info

Publication number: DE1086362B
Application number: DEM13725A
Authority: DE
Inventors: Edmund Egbert Teubner; Everard Mott Williams
Original assignee: Firth Sterling Inc
Current assignee: Firth Sterling Inc
Priority date: 1951-07-20
Filing date: 1952-04-12
Publication date: 1960-08-04
Also published as: LU31405A1; FR1062480A; GB748544A; BE510988A

Description

Die Erfindung betrifft eine Metallbearbeitungsmaschine zum Abtragen des metallischen Werkstoffes durch die erodierende Wirkung eines elektrischen Funkens, der in einer dielektrischen Flüssigkeit durch Kondensatorentladungen zwischen einer als Kathode geschalteten Elektrode und dem als Anode geschalteten Werkstück erzeugt wird, mit einem eine konstante Spannungsquelle und eine Impedanz enthaltenden Ladekreis für den Kondensator und mit einer Vorrichtung zum selbsttätigen Regeln des Abstandes zwischen Elektrode und Werkstück in Abhängigkeit vom mittleren Betriebsstrom des Ladekreises.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art erfolgt die Vorschubregelung der Elektrode mit Hilfe eines in den Ladekreis geschalteten und auf mittleren Betriebsstrom eingeregelten Relais, das bei jeder Abweichung vom mittleren Betriebsstrom den Vorschubmotor ein- bzw. ausschaltet. Durch diese Anordnung ist nicht eine kontinuierliche, sondern nur eine unstetige, d. h. sprunghafte Regelung des Elektroden-Vorschubes möglich, die demgemäß nicht genau ist und einen präzisen Ablauf des Metallabtrags nicht zuläßt.

Zur Vermeidung dieses Nachteils und zur Erreichung eines vom Abtragungsvorgang zwangläufig abhängigen Elektrodenvorschubes schlägt die Erfindung eine Regelvorrichtung mit einem Umkehrmotor zum Betrieb der Elektrode, mit einem den Motor speisenden Generator und mit einer Einrichtung zum Steuern der Stromrichtung und Spannung des Generators vor, wobei außerdem die Steuerspannung für den Generator an der Impedanz im Ladekreis des Kondensators abgegriffen ist und als weitere Steuerspannung für den Generator die Spannung an der Entladungsstrecke dient.

Eine Regelvorrichtung mit einem Umkehrmotor zum Antrieb der Elektrode, mit einem den Motor speisenden Generator und mit einer Einrichtung zum Steuern der Stromrichtung und Spannung des Generators ist an sich bei Lichtbogenschweißmaschinen bekannt. Der Ablauf des Betriebsvorganges beim Lichtbogenschweißen als auch der Aufbau von Lichtbogenschweißmaschinen ist jedoch wesentlich unterschiedlich gegenüber dem Funkenerosionsverfahren, so daß unmittelbare Vergleiche nicht möglich sind. Bei Lichtbogenschweißanlagen ist z. B. kein Lade- und kein Entladekreis vorhanden, während bei dem Funkenerosionsverfahren die Spannung an den Elektroden stark schwankt, so daß die Steuerung aus dem Entladekreis erschwert ist. Diese Schwierigkeit überwindet die Erfindung dadurch, daß neben der von der Entladungsstrecke abgenommenen Spannung zur Steuerung des Elektrodenvorschubes noch eine an der Impedanz im Ladekreis abgegriffene Spannung ver-Metallbearbeitungsmaschine

zum Abtragen des metallischen

Werkstoffes durch die erodierende

Wirkung eines elektrischen Funkens

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

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

und Dipl.-Ing. K. Grentzenberg,
München 27, Pienzenauer Str. 2, Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 20. Juli und 2. November 1951

Edmund Egbert Teubner, Upper Darby, Pa.,

und Everard Mott Williams, Pittsburgh, Pa. (V. St. Α.),

sind als Erfinder genannt worden

wendet wird, da die Spannung im Ladekreis der Spannung im Entladekreis gegenläufig ist. .

In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt .

Fig. 1 ein Schaltbild, das schematisch die verschiedenen die Anlage bildenden Elemente und die zwischen ihnen verlaufenden- Schaltverbindungen, darstellt, und

Fig. 2 ein Schaubild def einzelnen Parameter.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist ein Werkstück 10, das in ein Bad 11 aus einer Isolierflüssigkeit, wie etwa Kerosin, eingetaucht ist, einer gesteuerten und konzentrierten Anfressung oder einem Verschleiß durch die Funkenbildung. unterworfen, die zwischen ihm und einer Elektrode· 12 auftritt, wodurch das Werkstück gegebenenfalls durchgeschnitten oder längs einer vorbestimmten Linie 'perforiert oder an einem Punkt durchbohrt wird. Die Funkenbildung wird verursacht, wenn ein Kondensator 13 so aufgeladen wird, daß ein Spannungsunterschied zwischen der Elektrode und dem Werkstück entsteht, der ausreicht, um das dazwischen befindliche Medium zu ionisieren und zu durchschlagen. Die Entladung des Kondensators ist bekannterweise eine kurzzeitige Schwingungserscheinung in Form eines Stromes, der anfangs auf hohe Spitzenwerte ansteigt, aber innerhalb weniger Perioden auf Null absinkt. Dieser Vorgang spielt sich abhängig von den Konstanten des Entladungskreises

009 569/353

3 4

innerhalb des Bruchteiles einer Sekunde ab. Dieser oder »Rototrol« allgemein bekannt ist. In dem letzten Kreis besteht aus Leitern 14 und 15, die von dem Fall dient die gesamte magnetomotorische Kraft der Kondensator zu der Elektrode bzw. zu dem Werk- Wicklungen 25 und 26 einfach als Pilot- oder Steuerstück verlaufen. Ein Ladekreis für den Konden- feld, um die Polarität des Flusses zu bestimmen oder sator besteht aus einer Gleichstromquelle, beispiels- 5 »auszulösen«, der von einer nicht dargestellten Hauptweise einem Generator 17, aus einem Schalter 5¹ und feldwicklung induziert wird. In beiden Fällen werden einem geeigneten Reihenwechselstromwiderstand, der die Polarität und die Größe der von dem Generator aus einem Widerstand 18 und einer Spule 19 zu- erzeugten Spannung von der gesamten MMK oder sammengesetzt sein kann. Die Werte des Wider- der Differenz zwischen den magnetomotorischen Standes und der Spule sind so gewählt, daß der Lade- io Kräften der Wicklungen 25 und 26 bestimmt. Um die kreis die gewünschte Zeitkonstante erhält. Die nega- gewünschte Regelung der Elektrodeneinstellung zu tive Klemme des Generators 17 ist mit derselben bewirken, dient als Steuerspannung für die Erreger-Klemme des Kondensators wie die Elektrode 12 ver- wicklung 25 des Generators die Spannung an der Entbunden, und die positive Generatorklemme ist an ladungsstrecke zwischen dem Werkstück 10 und der dieselbe Kondensatorklemme wie das Werkstück 10 15 Elektrode 12. Die Generator- und Motorverbindungen angeschlossen. sind dabei so angeordnet, daß.der Motor 22 die Elek-

Wenn der Schalter S geschlossen ist, lädt der Gene- trodenbewegungsvorrichtung im Sinne eines Vorrator 17 den Kondensator 13 mit einer Geschwindig- Schubes der Elektrode betätigt, wenn die MMK der keit auf, die von den Werten des Widerstandes 18 und Wicklung 25 die MMK der Wicklung 26 überwiegt, der Spule 19 bestimmt ist, bis die Spannungsdifferenz ao Die weitere Steuerspannung für den Generator wird zwischen dem Werkstück 10 und der Elektrode 12, an der Impedanz im Ladekreis des Kondensators abd. h. die Kondensatorspannung, ausreicht, um die da- gegriffen und der Erregerwicklung 26 zugeführt. Die zwischen befindliche flüssige Isolation zu durch- Steuerspannungen werden zweckmäßig von Spanschlagen. Danach entlädt sich der Kondensator schnell nungsteilern abgegriffen.

durch das Auftreten eines Übergangsstromes an dem 25 Ein Spannungsteiler 27 ist parallel zu dem Wechsel-Spalt, der sich durch sichtbare Funkenbildung an- stromwiderstand in dem Ladekreis geschaltet, und ein zeigt. Dieser Strom verursacht eine geringe An- Ende der Wicklung 26 des Generators 23 ist mit dem fressung des Werkstückes in der unmittelbaren Nach- einen Ende des Spannungsteilerwiderstandes verbarschaft der Elektrode. Bei Beendigung der Ent- bunden, während das andere Ende an dessen bewegladung des Kondensators wird dieser wieder von dem 30 liehen Kontakt angeschlossen ist. Ein ähnlicher Span-Generator aufgeladen, und der Vorgang wiederholt nungsteiler 28 liegt parallel zu der Entladungsstrecke sich mit einer Frequenz, die von den verschiedenen zwischen dem Werkstück 10 und der Elektrode 12, Stromkreiskonstanten bestimmt wird. wobei das eine Ende der Wicklung 25 mit dem einen

Derartige bekannte Metallbearbeitungsmaschinen Ende dieses Spannungsteilers und das andere Ende

weisen noch eine Vorrichtung zum selbsttätigen 35 der Wicklung 25 mit dessen beweglichem Kontakt

Regeln des Abstandes der Elektrode von dem Werk- 28 m verbunden ist.

stück in Abhängigkeit von dem mittleren Betriebs- Die Elektrodenbewegungsvorrichtung 21 weist ein

strom des Ladekreises auf. Die Erfindung bezieht Spannfutter 29 auf, in das die Elektrode eingesetzt ist

sich auf eine spezielle Steuerung der Regelvorrich- und in dem sie festgehalten wird. Das Spannfutter

tung zum selbsttätigen Einstellen des Elektroden- 40 bildet das untere quadratisch ausgebildete Ende einer

abstandes bei derartigen Metallbearbeitungsmaschinen. Schraubenwelle 30, die in einer Führungsmuffe 31 nur

Hierzu wird bei der Maschine nach der Erfindung vertikal gleiten, sich aber nicht drehen kann. Die

eine bei Lichtbogenschweißmaschirten bekannte Regel- Führungsmuffe ist auf einem geeigneten Gestell oder

vorrichtung mit einem Umkehrmotor zum Antrieb der einer Tragstütze angeordnet, beispielsweise einem

Elektrode, mit einem den Motor speisenden Generator 45 über dem Werkstück 10 hängenden Arm 32. Eine mit

und mit einer Einrichtung zum Steuern der Strom- Innengewinde versehene, die Schraubenwelle 30 auf-

richtung und Spannung des Generators verwendet. nehmende Hülse oder Mutter 33 ist in einem an der

Diese Vorrichtung ist als Ganzes mit 21 bezeichnet Oberseite der Muffe 31 befindlichen Lager 32 a dreh-

und wird von einem Umkehrmotor 22 angetrieben. bar. An der Mutter 33 ist ein Kegelrad 34 befestigt,

Der Motor kann ein Gleichstromnebenschlußmotor 50 so daß beim Drehen des Kegelrades eine senkrechte

sein. Seine Feldwicklung 22/ ist an eine beliebige, Bewegung der Welle 30 erfolgt. Das Kegelrad wird

geeignete Gleichstromquelle angeschlossen und wird von einem Kegelritzel 35 angetrieben, das auf der

ununterbrochen erregt. Der Anker des Motors 22 ist langsam laufenden Welle eines Untersetzungsgetriebes

direkt mit dem Anker eines Gleichstromgenerators 23 36 sitzt, dessen schnell laufende Welle mit dem Motor

verbunden. Der Generator wird mit konstanter Dreh- 55 22 gekuppelt ist.

zahl von einer beliebigen, geeigneten Vorrichtung, DieAnordnung ist so getroffen, daß bei Überwiegen beispielsweise einem Motor 24, angetrieben, der der MMK der Wicklung 25 über die MMK der Wickzweckmäßig als Einphasenwechselstrommotor eines lung 26 sich der Motor 22 in der Richtung dreht, bei beliebigen, gewünschten Typs ausgebildet sein kann. der die Elektrode in Richtung des Werkstückes vor-Bei dieser Kraftversorgung ist es offensichtlich, daß 60 geschoben wird. Wenn umgekehrt die MMK der der Motor 22 bei einer Drehzahl und in einer Rieh- Wicklung 26 größer wird als die der Wicklung 25, tung arbeitet, die von der Polarität und der Größe läuft der Motor 22 in entgegengesetzter Richtung um, der Spannung an den Generatorklemmen bestimmt so daß die Elektrode zurückgezogen wird. Das heißt, werden. die Drehzahl und die Umlaufrichtung des Motors 22

Der Generator 23 kann entweder ein gewöhnlicher 65 werden durch den Ausdruck S = K₀ (I₂₅ — J₂₆) beGleichstromgenerator sein, der zwei getrennte, ent- stimmt, wobei K₀ eine von den Kennwerten des Genegegengesetzte Feldwicklungen 25 und 26 aufweist, die rators und des Motors abhängige Konstante und /₂₅ unabhängig erregt werden, oder ein elektrodyna- und /₂₆ die Ströme in den Wicklungen 25 bzw. 26 mischer Verstärker, wie er beispielsweise in der sind. I₂₅ ist der Durchschnittsspannung B_w an dem Elektroindustrie als Querfeldgenerator (Amplidyne) 7° Spalt zwischen der Elektrode und dem Werkstück

proportional, welche die Differenz zwischen der an gelegten Spannung E und dem durchschnittlichen Spannungsabfall an dem Wechselstromwiderstand 18, 19 ist, der E_x genannt werden soll. Die relativen Werte von E_w und E_x für verschiedene Abstände der Elektrode von dem Werkstück sind in Fig. 2 dargestellt. Dort ist auch die angelegte Spannung E als konstanter Wert aufgetragen. Aus der Darstellung erkennt man, daß sich bei einer Vergrößerung des Elektrodenabstandes entsprechend E_w vergrößert und E_x \^rermindert.

Wie sich deutlich aus dem Vorhergehenden ergibt, schafft die Erfindung ein einfaches, aber leistungsfähiges Gerät zur Steuerung des Vorschubes oder zur Einstellung der Elektrode in einer Funkenschneideanlage. Die Steuerung kann in hohem Grade genau gemacht und bequem an normalerweise zu erwartende Betriebsbedingungen angepaßt werden. Die einzelnen verwendeten Generatoren und Motoren haben eine geringe Nennleistung, so daß die Gesamtkosten der Anlage nicht übermäßig groß sind.

Claims

Patentanspruch:

Metallbearbeitungsmaschine zum Abtragen des metallischen Werkstoffes durch die erodierende Wirkung eines elektrischen Funkens, der in einer dielektrischen Flüssigkeit durch Kondensatorentladungen zwischen einer als Kathode geschalteten Elektrode und dem als Anode geschalteten Werkstück erzeugt wird, mit einem eine konstante Spannungsquelle und eine Impedanz enthaltenden Ladekreis für den Kondensator und mit einer Vorrichtung zum selbsttätigen Regeln des Abstandes zwischen Elektrode und Werkstück in Abhängigkeit vom mittleren Betriebsstrom des Ladekreises, dadurch gekennzeichnet, daß eine bei Lichtbogenschweißmaschinen bekannte Regelvorrichtung mit einem Umkehrmotor zum Antrieb der Elektrode, mit einem den Motor speisenden Generator und mit einer Einrichtung zum Steuern der Stromrichtung und Spannung des Generators verwendet ist, daß die S teuer spannung für den Generator an der Impedanz im Ladekreis des Kondensators abgegriffen ist und daß als weitere Steuerspannung für den Generator die Spannung an der Entladungsstrecke dient.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 741 249, 741 290;

schweizerische Patentschriften Nr. 247 050,
469, 277 390;

französische Patentschrift Nr. 937 762;

USA.-Patentschrift Nr. 2 311 462;

Zeitschrift »American Maschinist«, 1947, S. 120, 121;

Russische Zeitschrift »Stanki instrument«, Nr. 12, 1946, S. 8 bis 11; Nr. 2, 1947, S. 4 bis 8 (Fortsetzung des !.Teils).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 009 569/353 7.60