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Regeleinrichtung mit Einschaltüberwachung und für die automatische Einstellung der ausgeglichenen Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeuges bei der elektrochemischen Bearbeitung von Metallen
Die Erfindung bezieht sich auf die Schaltungsanordnung einer Regeleinrichtung mit Einschaltüberwachung und für die automatische Einstellung der ausgeglichenen Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeuges bei der elektrochemischen Bearbeitung von Metallen. Unter ausgeglichener Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeuges versteht man eine Geschwindigkeit, bei welcher sich die Grösse des gewählten Bezugsabstandes zwischen den Elektroden während der elektrochemischen Bearbeitung des Metalles nicht verändert. Das bedeutet, dass die Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeuges der Geschwindigkeit der Materialabtragung gleich ist.
Falls aus irgendeinem Grunde die Geschwindigkeit der Materialabtragung von der Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeuges abweicht, stellt der Regelkreis automatisch eine neue Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeuges derart ein, dass sich wieder der Gleichgewichtszustand erneuert, d. h., dass die neue Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeuges der neuen Geschwindigkeit der Materialabtragung gleich ist. Die Abweichung der Geschwindigkeit der Materialabtragung von der Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeuges wird mittels eines Fühlers für die Grössendifferenz des wirklichen Abstandes und des Bezugsabstandes in geeigneten, automatisch eingestellten Zeitintervallen ermittelt.
Falls das Zeitintervall, in welchem die genannte Abweichung kontrolliert wird, kürzer als die Zeitdauer ist, während der das Werkzeug die Strecke des Bezugsabstandes durchlaufen würde, stellt der Regelkreis infolge seiner Tätigkeit gleichzeitig auch einen Schutz gegen einen Kurzschluss zwischen dem Werkzeug und Werkstoff dar.
Die gegenwärtig bekannten Schaltanordnungen der Regler für elektrochemische Prozesse sind keineswegs auf eine komplexe Schaltung eingerichtet, sondern verfolgen nur die Einwirkung einiger, insbesondere der wesentlichsten Parameter und sichern demgemäss einen bestimmten Fähigkeitsgrad des Betriebes. Es ist ein Regler bekannt, bei welchem in den Arbeitsstromkreis ein Fühler eingereiht ist, welcher auf Übergangsvorgänge im Vorkurzschlussintervall oder während der Kurzschlusseinwirkung anspricht und die Aufgabe hat, die Stromquelle abzuschalten. Dies kann nur bis zu einem Nennstrom von etwa 1000 A realisiert werden. Bei Strömen über 1000 A kann ein empfindlicher und vor allem selektiver Schutz nicht durchgeführt werden.
Anders bekannte Ausführungen des Reglers ermöglichen die Aufrechterhaltung des Abstandes zwischen den Elektroden in Abhängigkeit vom Druck des Elektrolyts, wobei einer bestimmten Abstandgrösse ein bestimmter Druck entspricht. Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, dass ein kleiner lokaler Vorsprung am bearbeiteten Material keineswegs eine Druckveränderung und somit auch eine Korrektur des Abstandes zwischen den Elektroden veranlassen muss und so ein Kurzschluss entstehen kann.
Die genannten Nachteile werden bei der Regeleinrichtung mit Einschaltüberwachung und für die automatische Einstellung der ausgeglichenen Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeuges bei der elektrochemischen Bearbeitung von Metallen nach der Erfindung vermindert ; hiebei weist die Regeleinrichtung eine Arbeitsstromquelle auf, deren Pluspol an das Werkstück und deren Minuspol an das Werkzeug angeschlossen ist und deren Eingang an den ersten Ausgang einer Arbeitsvorschubstufe angeschlossen ist, deren zweiter Ausgang an den Eingang eines Leistungsreglers angeschlossen ist dessen Ausgang an den Eingang eines Verschiebestellgliedes
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angeschlossen ist, dessen weiterer Eingang an eine Reversierstufe angeschlossen ist, wobei ein Hauptzeitrelais mit seinem Eingang und dem ersten Ausgang an die Arbeitsvorschubstufe angeschlossen ist.
Die Regeleinrichtung der vorstehenden Art ist gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ausgang des Hauptzeitrelais an den ersten Eingang einer Steuerstufe angeschlossen ist, deren erster Ausgang im eingeschalteten Zustand an das Steuerventil angeschlossen ist und deren zweiter Ausgang an ein Hilfszeitrelais angeschlossen ist und deren dritter Ausgang im ausgeschalteten Zustand an eine Messfühlerstufe angeschlossen ist und deren zweiter Eingang an den Ausgang eines Hilfszeitrelais angeschlossen ist, dessen Eingang an den ersten Ausgang der Reversierstufe angeschlossen ist, deren zweiter Ausgang in eingeschaltetem Zustand an einen Hilfsregler angeschlossen ist, dessen Ausgang an den Leistungsregler angeschlossen ist, wobei der Eingang der Reversierstufe an den Ausgang eines Verstärkers angeschlossen ist,
dessen Eingang an den Ausgang eines Dreipunktrelais angeschlossen ist, dessen erster Eingang an den Halter des Werkzeuges und dessen zweiter Eingang an den Ausgang der mit dem Gleitstück verbundenen Messfühlerstufe angeschlossen ist.
Der Vorteil der erfindungsgemässen Regeleinrichtung besteht teilweise darin, dass sie die Veränderung jedes der den elektrochemischen Prozess beeinflussenden Parameter wahrnimmt. Der weitere Vorteil ist, dass sie in jedem Fall auch einen sicheren Schutz gegen Kurzschluss darstellt. Vorteilhaft sind neben den verhältnismässig niedrigen Gestehungskosten der störfreie Betrieb der Regeleinrichtung.
Ein beispielsweises Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung als Blockschaltung einer Regeleinrichtung dargestellt. Eine Regeleinrichtung für die Kurzschlussüberwachung und die automatische Einstellung der ausgeglichenen Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeuges beim elektrochemischen Bearbeiten gemäss der Erfindung ist beispielsweise wie folgt zusammengestellt. An
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--2-- undgegliedert : a) Die Einschaltüberwachung im stromlosen Zustand, deren Zeitdauer die funktionslose Periode des Zyklus darstellt. b) Die Arbeitsfunktion, d. i. der Verlauf des elektrochemischen Prozesses, dessen Dauer die Arbeitsperiode des Zyklus darstellt.
Vor dem Beginn der elektrochemischen Bearbeitung muss das Dreipunktrelais--13--derart eingestellt werden, dass es beim Herausschieben des Halters--14-- des Werkstückes --3-- um den Bezugsabstand zwischen den Elektroden ein Nullsignal aussendet.
Dann wird mittels eines nicht eingezeichneten Schalters die Regeleinrichtung in Tätigkeit gesetzt. Falls bei einer Berührung der Stirnfläche des Werkzeuges--3--mit dem Werkstück --2-- vorher der richtige Abstand zwischen den Elektroden eingestellt war, sendet das Dreipunktrelais --13-- das Nullsignal aus, welches der Verstärker-12-in die Reversierstufe --8-- überträgt, die im
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welches im Falle einer Abweichung der Grösse des wirklichen Abstandes vom Bezugsabstand der Elektroden zum Einschalten der Reversierstufe--8--dient. Das Hilfszeitrelais--7--bringt nach seinem Einschalten die Steuerstufe --6-- zum Ansprechen, welche das Einschalten der Messfuhlerstufe--15--für die Lage des Halters--14--,
ferner das Umschalten des Steuerventils - für den Elektrolytdruck in dem Bereich zwischen den Elektroden und die Erregung des als
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Verzögerungsglied für das erwähnte Einschalten dienenden Hilfszeitrelais--5--sichert, wobei sich der Bereich zwischen den Elektroden in dieser Zeit vor dem Einschalten mit dem Elektrolyt füllen soll. Das
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mitHauptzeitrelais--18--, wobei sein Zeitintervall der Verzögerung die Arbeitsperiode des Zyklus darstellt. Diese Periode ist direkt proportional der Grösse des gewählten Abstandes 5 zwischen den Elektroden und indirekt proportional der Geschwindigkeit des Arbeitsvorschubes und wird automatisch gemeinsam mit dem Vorschub eingestellt.
Nach Ablauf der Arbeitsperiode schaltet das Hauptzeitrelais - 18-- die Arbeitsvorschubstufe --4-- aus, die hierauf das Leistungsrelais --17-- ausschaltet, wodurch der Arbeitsvorschub zum Stillstand gebracht und die Arbeitsstromquelle --1-- abgeschaltet wird. Gleichzeitig schaltet das Hauptzeitrelais--18--auch die Steuerstufe--6--ab, die wieder die Messfühlerstufe --15--, sowie den Elektrolytdruck mittels des Steuerventils --11-- abschaltet und unterbindet so seinen Zufluss in den Bereich zwischen den Elektroden. Dann gibt die Messfühlerstufe - 15-- den Halter --14-- des Werkzeuges --3-- frei, wobei dieses Werkzeug --3-- an das Werkstück --2-- angelegt wird und das Dreipunktrelais --13-- ermittelt dann, ob es zu einer Abweichung des Ist-Abstandes vom Bezugsabstand gekommen ist.
Die Feststellung der wirklichen Grösse des Arbeitsspaltes bzw. ihrer Abweichung vom Bezugsspalt geht, genauer gesagt, folgendermassen vor sich : Der Halter --14-- des Werkzeuges --3-- ist an seinem dem Werkzeuge-3-
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--141-- versehen,--14-- samt dem Arbeitswerkzeug --3-- im feststehenden Gleitstück-16-abwärts geschoben, so dass das Werkzeug --3-- mit seiner wirksamen Fläche auf die zu bearbeitende Fläche des Werkstückes --2-- zu liegen kommt ; das Werkzeug stützt sich also gegen das Werkstück --2-- ab und es setzt sich auf das Werkstück-2-auf. Die Grösse dieser Verschiebung ist dem wirklichen Spalt S gleich, der während des Arbeitszyklus zwischen dem Werkzeug --3-- und dem Werkzeug --2-- entstanden ist.
Während der Messphase scheint dieser Spalt zwischen der Stirnfläche--141-- des Halters --14-- und der Anschlagfläche --161-- des Gleitstückes --16-- auf. Das Dreipunktrelais-13--, welches in der Abnahmephase die Grösse der Verschiebung des Halters --14-- aufnimmt, ist folgendermassen eingestellt :
Sobald die Verschiebung des Halters--14-, welcher, wie schon gesagt, sich in der Abnahmephase um den wirklichen Spalt zwischen dem Werkzeug --3-- und dem Werkstück --2-- verschiebt, gleich ist der Grösse des erforderlichen Bezugsspaltes bzw. sobald diese Verschiebung von der Grösse des Bezugsspaltes um die zulässige Toleranz abweicht,
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über die Steuerstufe --6-- in die Messfühlerstufe--15--, die nach dem Empfang dieses Signals, also durch Einschalten eines Elektromagneten od. dgl., die Verschiebung des das Werkzeug-3-
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dem Werkstück --2-- der gewünschte Abstand S entsteht.
Zugleich öffnet die Steuerstufe-6die Zufuhr des Elektrolyts und schaltet über das Hilfszeitrelais--5--und die Arbeitsvorschubstufe - den Bearbeitungsstrom und den Arbeitsvorschub ein, d. h. den Vorschub des Gleitstückes - mit dem damit in Eingriff befindlichen Werkzeug-3-, wodurch der Arbeitszyklus beginnt.
Wenn jedoch bei den vorstehend beschriebenen Messzyklus das Dreipunktrelais--13--, dessen Unempfindlichkeitsbereich die zulässige Toleranz, z. B. : t 0, 001 mm zwischen dem tatsächlichen Abstand und dem Bezugsabstand angibt, feststellt, dass eine Abweichung im Abstand 6 eingetreten ist, so
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--12-- die Reversierstufe --8-- ein,Hauptzeitrelais --18-- ein. Die Einstellung des Bezugsabstandes erfolgt derart, dass beim Anlegen des Werkzeuges --3-- an das Werkstück-2-, das Verschiebestellglied --9-- das Gleitstück - -16-- in derjenigen Richtung verschiebt, die eine richtige Einstellung des Abstandes zwischen den Elektroden ermöglicht.
Somit gelangt der mittlere Kontakt des Dreipunktrelais --13-- in den Bereich
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der Unempfindlichkeit und das ausgesendete Spannungssignal verwandelt sich in ein Nullsignal, welches über den Verstärker --12-- in die Reversierstufe--8--übertragen wird. Die Reversierstufe--S-- kommt in ihren Ruhezustand und erregt über ihre Ruhekontakte das Hilfsrelais--7--, worauf sich der beschriebene Arbeitszyklus wiederholt, nämlich das Einschalten des Messfühlerkreises --15-- und damit auch das Abheben des Werkzeuges-3-vom Werkstück-2-um den Bezugsabstand, das Einsetzen der Elektrolytzuführung, das Einschalten des Bearbeitungsstromes und des Arbeitsvorschubes.
Das Einregeln der Geschwindigkeit des Arbeitsvorschubes, und der Einschaltdauer (des Beharrens im eingeschalteten Zustande) des Hauptzeitrelais--18--, welches die Länge des eigentlichen Arbeitsintervalls bestimmt, wird mittels üblicher technischer Mittel vorgenommen und geht von den nachstehenden Bedingungen aus :
a) Die Dauer des Arbeitsintervalls, insbesondere des Intervalls, während welches sich das
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Vorschubgeschwindigkeit eine dem eingestellten Bezugsabstand gleiche Bahn zurücklegen würde, wenn angenommen wird, dass die Materialabnahme des Werkstückes-2-Null wäre, mit andern Worten, der Vorschub des Arbeitswerkzeuges in den Eingriff muss früher zum Stillstand kommen, bevor das Werkzeug-3-das Werkstück-2-bei der gegebenen Vorschubgeschwindigkeit und beim
Aufhören der Materialabtragung, aus welchem Grunde immer, berühren würde.
b) Wenn nach beendigtem Arbeitsintervall im Messintervall mittels des Dreipunktrelais--13-- eine Abweichung des wirklichen Abstandes vom Bezugsabstand festgestellt wurde, muss die
Vorschubgeschwindigkeit so eingestellt werden, dass diese Abweichung im nachfolgenden
Arbeitsintervall nicht entsteht, d. h. die Einschaltdauer des Zeitrelais --18-- muss so eingeregelt werden, dass sie indirekt proportional ist der Geschwindigkeit des Arbeitsvorschubes, damit die unter a) angeführte Bedingung eingehalten wird.
Praktisch vollzieht sich diese Einregelung folgendermassen : Wenn beispielsweise der gemessene
Abstand grösser war als der Bezugsabstand, bedeutet dies, dass die Vorschubgeschwindigkeit während des abgelaufenen Arbeitsintervalls keine ausreichende war. Es muss daher während des Messintervalls aus der Reversierstufe --8-- ein Signal gleichzeitig dem Verschiebestellglied-9-und dem Hilfsregler --10-- zugeführt werden.
Das Verschiebestellglied-9-verschiebt das Gleitstück --16-- so lange nach abwärts, bis zwischen der Stirnfläche-141-und der Anschlagriäche-161-ein Spalt entsteht, der dem Bezugsabstand gleich ist. Zugleich mit dem Verschiebestellglied-9-erhält während der gleichen Zeit auch der Hüfsregler --10- ein Signal, in welchen, z. B. durch einen Servomotor, das die Drehzahl des Vorschubmotors überwachende Potentiometer gedreht wird. In dem angegebenen Beispiel, wo der wirkliche Spalt grösser war, wird nun das Potentiometer so verstellt, dass die Drehzahl des Vorschubmotors auf einen höheren Wert geregelt wird, dass also der Vorschub beschleunigt wird.
Proportional zur Steigerung der Vorschubgeschwindigkeit wird durch den Hilfsregler-10-gleichzeitig die eingestellte Einschaltdauer des Zeitrelais --18-- herabgesetzt (in der Zeichnung ist dies durch eine strichpunktierte Linie angedeutet). Wenn in dem nachfolgenden Arbeitsintervall die Vorschubgeschwindigkeit höher sein wird, muss die Dauer dieses Intervalls im Zusammenhang mit der unter a) angeführten Bedingung verkürzt werden.
Das Einregeln der Grösse des Bezugsabstandes wird durch das Dreipunktrelais--13--indiziert, das im Augeblick des Erreichens des Bezugsabstandes ein Nullsignal aussendet, welches bewirkt, dass die dem Verschiebestellglied--9--und dem Hilfsregler --10-- zugeführten Signale aufhören und ein weiteres Arbeitsintervall beginnt. Auf diese Weise ist das Werkzeug --3-- gegen Kurzschlussbeschädigung gesichert. Desgleichen ist damit die Einrichtung gegen mechanische Beschädigungen durch Vorschubdrücke geschützt, welche zur Geltung kommen können, wenn z. B. nichtleitende Einschlüsse auf der zu bearbeitenden Fläche vorkommen oder wenn die elektrolytische Lösungsfähigkeit einzelner Teile der zu bearbeitenden Fläche ungleich ist.