DE2030657B2 - Verfahren und vorrichtung zum elektrolytischen bearbeiten eines werkstuecks - Google Patents

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 Arbeitsspaites 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 Arbeitsspaltes der folgenden Gleichung gehorcht

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, <;o 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 Vdie folgende Formel:

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 g] ist somit eine Konstante A und man erhält die folgende Formel:

l· = .4

Wenn somit die Arbeitsspannung Vproportional 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 Elektrohsierspannung

Daraus ergibt sich

Q —

V- Vd

.,Γ

(5)

Hier tritt der Ausdruck V— Vd an die Stelle der Arbeitsspannung KgemäßGleichung(l).

Wenn nun bei konstanter Vorschubgeschwindigkeit die elektrische Stromdichte / 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=A..+ Vd.

16)

Signals, welches dem Verhältnis von Gasmenge zu Elektrolytmenge 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:

Aus Gleichung (6) erkennt man, daß bei Regelung der Arbeitsspannung als Summe eines Terms Αρ, 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 Elektrolyter und beeinflußt daher in hohem Maße den elektrischen Äquivalentwiderstand des Arbeitsspaltes.

Ferner ist es bekannt, der Elektrolytlösung zui 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 (6) 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 Elektro lyten üblicherweise außerhalb des Arbeitsspaltes gemessen werden muß.

Deshalb wird bei diesen Regelverfahrcn 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 elektrolytischen 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 mn einem ersten Signalgeber zur Erzeugung eines ersten der Arbeitsspannung proportionalen Signals, mit einem zweiten Signalgeber zur Erzeugung eines zweiten Signais, welches dem spezifischen Widerstand des in den Arbeitsspalt einfließenden Elektrolyten proportional ist, sowie mit einem dritten Signalgeber zur Erzeugung eines drit'op S =

is da der Strom im Arbeitsspalt aus einem durch den Elektrolyten (Teilquerschnitt F₁, spezifischer Widerstand gf) und aus einem vernachlässigbaren, durch das Gas (Teilquerschnitt F2, spezifischer Widerstand Qc>Qe) fließenden Teil besteht:

I F₁ VF, FF₁

Vi S '.'<, ■ R K ' 'J,

Für die Stromdichte tiilt somit:

F₁ , F₂

-(·■ Il

Anstelle der Gleichung (5| ergibt sich die folgende Beziehung:

Aus (7) ergeben sich die Beziehungen (9):

+ κ

(QH

Γ = A

In ähnlicher Weise ergeben sich aus (8) die Beziehungen(IO):

(10)

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 Bearbeitungsgenauigkeit 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 ( „ J proportional ist und in der

Eingabe dieses Signals in das Regelsystem für die Arbeitsspannung V. Der zweite Weg besteht darin, den Term( n_e)^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 Ausführungs form 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.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfin- :s dungsgemäßen 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 \o 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 schmaler 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, 5" 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 Dreiecksschaitung eines dreiphasigen Abwärtstransformators 36 verbunden. Ein dreiphasiger Vollweggleichrichter 52 ist mit der Sekundärwicklung 40 des Abwärtstransformators ver- f>s bunden. 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 kämmi, das auf der Welle eines Elektromotors 66 sitzt. Der Motor 66 ist ein Gleichstrom-Nebenschlußmotor mit einem Anker 68und einer Feldspule70.

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 Arbsitselektrode 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'Vj

(j

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

oesteht 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 to 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: ^o

i' - /i, in. Ji₁ = Konstante (II)

und da die Stromstärke konstant gehalten wird, durch

= h₂ i): (Ji₂ = K i) ■

(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 Fig.2 gezeigt, umfaßt die Signalwandlungs- und Verstärkungsschaltung 112 einen Verstärker 116, einen Gleichrichter 118 und eine primäre Verzögerungsschaltung 120. Die Verzögerungsschaitung 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. -4°

Eine Schaltung 129 erzeugt ein Signal ( _Vg;} 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 VoHweggleichrichter 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 Wider stand 146 mit dem Abgriff 144 verbunden. Ein Umkehrverstärker 150 dient zur Umkehr der Polarität des Ausgangssignals der primären Verzögerungsschaltune 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 (Jedes mittels der Pumpe 24 in den Arbeitsspalt 20 geförderten Elektrolyten 23 ist.

Es ist ferner ein Rechenwerk 160 vorgesehen, welches das der Gasmenge QWproportionale Signal VHund das dem Elektrolytdurchfluß Qe proportionale Signal Ve dividiert und dabei das Signal \yI 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 Ausgangssigna! 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 f Ve= VyJl 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 = G₂eo θ = ^- Veeo
Gl

(G2 ist eine Proportionalitätskonstante).

Bezeichnet man die Verstärkung des Verstärkers 19( mit Λ l.so gilt:

(VH - Vz)Ai = eo

(vH-<*

= eo

AX · VH

Wenn die Verstärkung A I, genügend größer als
gewählt wird, so gilt

Gl

ei

113)

und, wenn ferner angenommen wird, daß die Beziehung G MG 2 = 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 1% 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:

- " Ικ/-

Wenn Rf= Ri und Rf/Rgfolgende Beziehung:

I ■ /

? V

Rg

--k gilt, so ergibt sich die

r = - >V„ + k

(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 Additionsschaltung 208 eingegeben.

Es ist ferner eine Schaltung 210 zur Erzeugung eines Signals - Vd ' vorgesehen. Das Signal - Vd ' ist proportional der Elekirolysierspannung 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 Vi des Verstärkers 220 gelangt zur Vergleichsschaltung 100. Das Signal Vs gehorcht folgender Beziehung:

Rh Rk

(-1

Vs =

T)W

Rh Rk

■ Vd\

woraus man unter Heranziehung der Beziehung (14) die folgende Beziehung erhält:

Wenn die Widerstände so eingestellt oder gewähli

η L· η L

werden, daß die Beziehungen 5. = 1 und „. — Λ

Kk κ j

gelten, so ergibt sich die folgende Beziehung:

All

+ k

(15)

Bei der beschriebenen Ausführungsform wird das Gerät derart gesteuert, daß das Signal V'stets gleich dem Signal VS ist. 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:

(16)

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 ah die entsprechenden Terme auf der rechten Seite der Beziehung (10).

Wenn die Konstante A 'durch das Verhältnis RhZR₁ gegeben ist, so kann die Beziehung A ' =aA leicht verwirklicht werden. Das Signal Vd' wird wie oben beschrieben, derart gewählt, daß die Beziehung Vd'= a Vd 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 ir 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 fortschreitendet Bearbeitung der Arbeitsbereich ändert (wenn z. B. ein konisches Loch eingeätzt wird). Wenn der spezifische Widerstand ρ des Elektrolyten den Wen 3ncm, 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 I/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

U)O

= 0.125 mm.

(QH

Wenn andererseits der Term \Q_ej nicht berücksichtigt

wird, dann folgt gemäß der Beziehung der Formel (4) für den Arbeitsspalt der folgende Wert:

7.5 - 1.5
IOD ■ 3

0.2 mm .

Somit erkennt man, daß gemäß obiger Formel bei Vernachlässigung des Terms ("^J 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:

,1 3 + 18

("⁴V

Wl

und da die Beziehung -4=g/=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 Arbeitsspalt g in folgender Weise erhalten:

9.75 KX) (.1 -

= 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 QH und des durch die Rohrleitung 300 eingeführten Gasdurchflusses QG. Hierdurch bekommt die Gleichung (8) für die Weite jrdes Arbeitsspaltes die folgende Gestalt:

σ τ=

V- Vd (QH + QG\\ ^K{ Qe ))

(17)

Daraus folgt für die Arbeitsspannunu V:

Ferner ist bei dieser Ausführungsform ein Signalgeber 306 vorgesehen, welcher ein dem von dem Gasbehälter 302 kommenden Gasdurchfluß QC 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 Rechenwerk 160.

Bei dieser Ausführungsform ist der Term (QH+ QG)ZQc veränderlich und die Arbeitsspannung V wird entsprechend geändert, um eine Veränderung der Weite gdes Arbeitsspaltes zu vermeiden.

Im folgenden soll unter Bezugnahme auf die F i g. 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 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 Qe des Elektrolyten durch den Arbeitsspalt 20 geändert wird. Wenn 7. B. die Ventilöffnung des Regelventil 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 Fig. 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, welche^ 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, weiche 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/Vt und dem Signal (VH/Ve)s ist Die Steuerschaltung 41C umfaßt ferner einen weiteren Signalgeber 422 mit einei Gleichstromquelle 424 konstanter Spannung und eir Potentiometer 426 zur Erzeugung eines Standardsignal! Ves für den Durchfluß am Potentiometerabgriff 428 Das Signal ±Δ Ve und das Standardsignal Ves werden ir einer Additionsschaltung 430 zu Ves±AVe addiert Dieses Signal dient zur Steuerung des Druckreglers 406 Die Additionsschaltung 430 umfaßt gemäß F i g. 7 einer Verstärker 432 und Widerstände 434,436 und 438.

Wenn die in dem Arbeitsspalt 20 erzeugte Gasmengt zunimmt so wird das Signal VH/Ve größer als da;

Signal (VHZVe)S. Sodani, 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 (VHZVe)S, und das 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 haltea Wenn nun die Bearbeitung fortschreitet und wenn dabei z. B. die Arbeitsfläche zunimmt, so wird die in dem Arbeitsspalt >5 20 erzeugte Gasmenge erhöht, da die Stromdichte / 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 gdes Arbeitsspaltes konstant zu halten, ohne das Signal VH/Ve 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 Formern (7) und (8) NuU wird. Wenn somit der spezifische Widerstand ρ verändert wird, so hängen Änderungen des Terms {q +K(QHZQe) weitgehend von der Existenz oder Nichtexistenz des Terms (QHZQeJab.

Ferner kann bei den Einrichtungen gemäß F ι g. 6 und 7 die Arbeitsspanming V derart gesteuert werden, daß die Gleichung (9) erfüllt wird. In diesem Fall werden der Signalgeber 210 und die Additionsschaltung 208 weggelassen.

Gemäß den Fig.8 und 9 kann bei der Ausführungsform gemäB 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 FaH 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 QH/Qe, (QH+ QG)ZQe ist Die 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)

Patentansprüche:

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 einer Summenspannung, deren erster Summand dem spezifischen Widerstand des in den Arbeitsspalt einfließenden Elektrolyten und deren zweiter Summand dem Verhältnis von Gasmer.ge 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 gekennfceichnet, 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 Elcktrolysierspannung proportional ist.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 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, welche das erste Signa! 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 Hochfrequenzoszillatorist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Signalgeber (129) ein Meßgerät (132) zur Bestimnvjng 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 gekenn zeichnet, 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 9, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Meßgerät (132) die elektrische Stromstärke im Arbeitsspalt (2Q) 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).