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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur funkenerosiven
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Bearbeitung von metallischen Werkstücken, bei dem eine Elektrode senkrecht
zur Vorschutrichtung derart kreisend translatorisch bewegt wird, daß sie nacheinander
eine Reihe von gleich weit von einer Mittelstellung entfernten Positionen einnimmt,
und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. - Unter kreisender Bewegung
wird hier nicht nur eine einfache Kreisbahn, sondern eine periodische Umlaufbewegung
in einer geschlossenen Bahn verstanden.
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Bei diesem z.B. in der US-PS 2,773,963, der DE-PS 16 90 763 u.a. beschriebenen
Verfahren werden sämtliche Arbeitsgange zur Herstellung z.B. einer Hohlform mit
einer einzigen geometrisch ähnlichen, aber in ihren Abmessungen um einen bestimmten
Betrag kleineren Elektrode ausEeführt, die in Richtung auf das Werkstück vorgeschoben
und ohne Drehung um ihre eigene Achse senkrecht zur Vorschubrichtung kreisend translatorisch
bewegt wird. Dabei wird zunächst während der Grobbearbeitung mit großen Energien
und Spaltbreiten gearbeitet, um viel Material pro Zeiteinheit abzutragen, und anschließend
während der Feinbearbeitung wird die Energie mehr und mehr herabgesetzt und die
Spaltbreite verkleinert, um in dem Werkstück eine saubere Oberfläche von sehr geringer
Rauhigkeit zu erzeugen.
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Die Translationsbewegung als Relativbewegung zwischen Elektrode und
Werkstück in einem horizontalen Achsenkreuz (XY) wird äe nach Bauart der Funkenerosionsmaschine
mit dem Maschinentisch, mit dem Pinolenkopf oder -ständer oder auf Tisch und Pinole
verteilt, bevorzugt jedoch in einem zwischen Pinole und Elektrodenhalter angeordneten
Getriebe erzeugt, das oft als Planetär - oder Orbital-Getriebe bezeichnet wird.
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Nun treten während des Erodierens im Arbeitsspalt zwischen Elektrode
und Werkstück ungewollt Kurzschlüsse auf, die meist durch abgetragene Metallpartikel
hervorgerufen werden, die nicht oder nicht schnell genug aus dem Spalt herausgespült
wurden. Das Verfahren ist so eingerichtet, daß im Falle eines Kurzschlusses die
Elektrode in die Mittelstellung zurück- und von dem Werkstück ab-, d.h. aus der
Hohlform herausgezogen wird. Diese Rückzugbewegung aus der Arbeitsposition und anschließende
Vorschubbewegung zurück in die Arbeitsposition geschieht mittels einer pneumatisch,
hydreulisch oder elektromagnetisch betätigten Antriebsvorrichtung möglichst schlagartig,
um den Zeitverlust klein zu halten und eine gewisse Dreinagewirkung in dem Arbeitsspalt
zu erzeugen (DE-AS 10 62 361). Die hierbei bewegten Massen einer Funkenerosionsmeschine
sind verhältnismäßig groß, so daß die Gefahren eines Überschwingens und als dassen
Folge eines neuen Kurzschlusses bis zur Selbsterregung von Pendelschwingungen schwer
zu beherrschen sind.
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Zudem wird die Gefahr eines Kurzschlusses zur so größer, je enger
der Arbeitsspalt wird, also gerade während der Feinbearbeitung, mit der die endgültige,
saubere Oberfläche hergestellt werden soll. Jeder Kurzschluß, auch bei schwacher
Energie, hinterläßt aber auf der Oberflache einen wenn auch kleinen, so doch sichtbaren
Krater, der nicht mehr zu beseitigen ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, das bekannte Verfahren
so zu verbessern, daß Kurzschlüssen wirksam vorgebeugt wird, und hierfür eine einfache
Vorrichtung anzugeben Diese Aufgabe läßt sich dadurch lösen, daß der kreisend translatorischen
Bewegung (O eine pulsierende Rückzugbewegung (##) in Richtung auf die Mittelstellung
überlagert
wird. Vorzugsweise wird die transletorische Bewegung
während der Rückzugbewegung unterbrochen. Dies kann durch eine Koordinierung der
Antriebe für die translatorische Bewegung und für die Rückzugbewegung in der Maschinensteuerung
erfolgen.
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As ist zwar aus der US-PO 2,902,584 bekarnft, der Translationsbewegung
der Elektrode kleine Schwingungen ähnlich dem Blatt einer Stichsäge zu überlagern,
um eine saubere Oberfläche zu erhalten, jedoch liegt die Ebene dieser Schwingungen
parallel zur Werkstückoberfläche, so daß eine Reinigung des Arbeitsspaltes allenfalls
bei zylindrischen Elektroden zu erzielen ist, die der Werkstückoberflache nur längs
einer Mantellinie gegenüberstehen, beiderseits deren sich der Arbeitsspalt verbreitert.
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Mit dem Verfahren nach der Erfindung wird einer Verschmutzung des
Arbeitsspaltes unabhängig von der Elektrodenform,insbesondere auch bei flächig begrenzten
Arbeitsspalten, wirksam vorgebeugt. Der Hub der Rückzugbewegung (##) kann für jede
Arbeitsspaltbreite unabhangig von der Größe der Exzenterbewegung (#), d.h. der Flanetär-
oder Orbitalbewegung der Elektrode selbst, gewählt werden.
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Die erfindungsgemäß pulsierende Rückzugbewegung kann auch z.Beispiel
über die Maschinensteuerung, mit der axialen Zustell- und Rückzugbewegung der Elektrode
bzw.
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Pinole kombiniert werden, und zwar mit einer beliebigen Phasenverschiebung
der einen gegenüber der anderen Beweg mg, so daß z.B. auch hinterschnittene Hohlformen
an sämtlichen Arbeitsspalten von Verschmutzungen freigehalten werden können.
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An die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind verhältnismäßig
hohe Forderungen zu stellen, da sehr
kleine Bewegungen schlagartig
mit hoher Weggenauigkeit in großer Zahl ausgeführt werden müssen.
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Ausgehend von einer zwischen Pinole und Elektrode angeordneten Vorrichtung
mit einem Elektrodenhalter, der von einem drehenden Exz enter angetrieben als Schlitten
in zwei rechtwinklig zueinander verlaufenden Koordinatenführungen eines Supports
verschiebbar gelagert ist, ist erfindungsgemäß die Exzentrizität (#) des Exzenters
mittelr einer pulsierend erregten Antriebsvorrichtung um einen vorgebbaren Betrag
(##) verringerbar.
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Besonders geeignet ist eine Vorrichtung, bei der die Einstellung der
Exzentrizität (t) über eine zur Elektrodenachse schräge Ebene erfolgt, längs deren
sich ein in dem Support drehbar gelagerter und in Richtung der Elektrodenachse gegen
eine Rückstellkraft verschiebbar geführter Stellkörper und der im Schlitten drehbar
gelagerte Exzender kraftschlüssig berühren, bei der erfindungsgemäß die Antriebsvorrichtung
an dem Support angeordnet und über eine in ihrem Hub einstellbare Hebelübersetzung
mit dem Stellkörper gekuppelt ist. Die Antriebsvorrichtung kann in bekannter Weise
ein pneumatisch oder hydraulisch betätigter Arbeitszylinder oder ein Elektromagnet
sein.
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In einer bevorzugten Ausführung weist die Hebelübersetzung hierfür
einen zwischen zwei Anschlägen bewegbaren Hebel auf, von denen der eine Anschlag
mittels einer Spindel verstellbar ist; mit ihr wird über den Hub das Maß der radialen
Rückzugbewegung eingestellt.
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Von besonderem Vorteil ist hierbei, daß auch die Exzentrizität (6)
des Exzenters - als Maß für die kreisend translatorische Bewegung - mittels eines
Stellgliedes in die Hebelübersetzung eingebbar ist. Dieses Stellglied kann während
des Erodierens von Hand oder mittels eines
Servomotors gestellt
werden, so daß die Balmlwrve der translatoris chen Bewegung der Elektrode beliebige
Gestalt annehmen kann.
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Eine Vorrichtung dieser Art ist sehr kompakt und weist nur kleine
bewegte Massen auf, so daß mit geringem Kraftbedarf hohe Beschleunigungen erreicht
werden. Die der kreisend translatorischen Bewegung überlagerte pulsierende Bewegung
der Elektrode verläuft daher schlagartig.
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Harte Anschläge halten das Bewegungsspiel innerhalb der Vorrichtung
konstant.
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In Anbetracht der geforderten hohen Genauigkeiten müssen auch die
Toleranzen innerhalb des Exzenters und innerhalb der Schlittenführung so klein wie
möglich gehalten werden.
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Bevorzugt wird daher die schräge Ebene zwischen dem Exzenter und seinem
Stdlkörper durch zwei parallel nebeneinander angeordnete Führungsstangen mit auf
diesen laufenden Kugelbüchsen gebildet, von denen die Führungsstangen an dem Stellkörper
und die Kugelbüchsen in dem Exzenter angeordnet sind oder umgekehrt. Diese Führungen
sind durch reine drehende spanabhebende Bearbeitung2 nämlich Drehen und Schleifen,
sehr genau und preisgünstig zu fertagen und gegeneinander austauschbar. Die toordinatenführungen
des Schlittens im Support werden zweckmäßig als Prismen-Rollenführungen ausgebildet.
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Die Erfindung wird nunmehr an einem Ausführungsbeispiel näher- erläutert,
das in der Zeichnung dargestellt ist. In dieser zeigen Fig. 1 eine Draufsicht auf
eine Vorrichtung zur Eins tellung der translatorischen und pulsierenden Elektrodenbewegung;
Fig.
2 einen Längsschnitt längs der Linie II-II Fig. 1; Fig. 3 eine Seitenansicht der
Vorrichtung nach Fig. 1 in Richtung A; Fig. 4 verschiedene Diagramme zur Erläuterung
der Eleka-d trodenbewegung; Fig. 5 eine Seitenansicht der Vorrichtung nach Fig.
1 in Richtung B.
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In Fig. 1 - 7 ist mit 1 ein an der (nicht dargestellten) Pinole der
Funkenerosionsmaschine zu befestigender Support bezeichnet, an dem in bekannter
Weise ein Kreuzschlitten 4 horizontal verschiebbar gelagert ist. An der Oberseite
des Supports 1 sind angeordnet (Fig. 1, 2): ein Elektromagnet 5, dessen Anker 6
sich bei Erregung des magneten in Pfeilrichtung nach oben bewegt; eine Hülse 7,
in der mittels einer Kugelbüchse 8 der Schaft 9.2 eines Stellkörpers 9 für den später
zu besprechenden Exzenter 41 der Vorrichtung parallel zur Pinolenachse drehbar und
gegen die Rückstellkraft einer Schraubenfeder 10 längsverschiebbar gelagert ist;
in einer Gabel 11 um einen Lagerbolzen 12 schwenkbar gelagert ein zweiteiliger Stellhebel
13, 14, dessen einer Schenkel 13 bis über den Schaft 9.1 reicht und dessen anderer
Schenkel 14 seitlich an der Suportfläche 1.1 nach unten geführt ist.
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Der Anker 6 des Elektromagneten 5 ist über eine Zugstange 6.1 mit
dem freien Ende eines an der Unterseite des Swports 1 um einen Bolzen 15 schwenkbaren
Zughebels16 verbunden, der in einer kurzen Nase 16.1 ausläuft.
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Der zweiteilige Stellhebel 13, 14 besteht aus einem in der Gabel 11
um den Lagerbolzen 12 schwenkbar gelagerten Tfinkelhebel 14 und aus einem wiederum
in diesem um einen Lagerbolzen 17 schwenkbar gelagerten Winkelhebel 13.
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Der Winkelhebel 14 liegt mit einer Rolle 16 an der Nase 15.1 des Zughebels
16 @@, die ihrerseits @@ der Sei@emwand 1.1 des Supports 1 einen Anschlag findet.
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Der Winkelhebel 13 liegt mit einer Rolle 19 auf der Oberseite einer
den Scheft 9.1 abschließenden und die Schra@-@onfeder 10 überfangenden Kappe 20
auf.
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Die nach aufwärts wirkende Schraubenfoder 10 stellt einen Kraftschluß
zwischen dem Bolzen 9.1 des Stellkörpers 9 über den zweiteiligen Stellhebel 13,
14 mit dem Zughebel 16 her. Die Spreizung der beiden Schenkel 13, 14 des Stellhebels
und denen die Grundstellung der gesamten Hebelübersetzung ist durch eine in dem
Winkelhebel 14 gelagerte Stellschraube 21 einstellbar.
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Wenn der Elektromagnet 5 erregt wird, so zieht sein Anker 6 über die
Zugstange 6.1 den Zughebel 16 nach oben, dessen Nase 16.1 hebt von dem Anschlag
an der Seitenwand 1.1 ab und drückt den unteren Schenkel 14 des Stellhebels nach
rechts. Infolgedessen bewegt sich der andere Schenkel 13 nach abwärts und drückt
Kappe 20 und Schaft 9.1 des Stellkörpers 9 gegen die Wirkung der Schraubenfeder
10 nach unten. Der Hub des um den Bolzen 15 schwenkenden Zughebels 16 und damit
das Bewegungsspiel der gesamten Hebelübersetzung von 6 nach 9 laßt sich mit einer
im Support 1 gelagerten, mittels des Stellknopfes 22 einstellbaren Anschlagspindel
22.1 einstellen.
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Auf der Oberseite des Schlittens 4 ist in einem Madellagerring 40
eine Exzenterscheibe 41 drehbar gelagert, auf deren an der Unterseite heraustretenden
Wellenzapfen 41.1 ein Riemenscheibe 42 aufgekeilt ist. An dem Schlitten 4 ist seitlich
ein Elektromotor 43 befestigt, auf dessen Welle eine Rolle 44 aufgekeilt ist, die
über einen Riomen 45 die
Riemenscheibe 42 antreibt. Der Stellkörper
9 und die Exzenterscheibe 41 sind miteinander über zwei zylindrische, mit Kugelbüchsen
46 bestückte Führungsstangen 9.1 gekuppelt, die unter 450 windschief zur Achse des
Stellkörpers 9 in diesen eingesetzt in (Fig. 2, 3).
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Alle e beweglichen Teile der Vorrichtung sind eng bei ein ander um
den und in dem Support 1 angeordnet. An der Unterseite des Schlittens 4 sitzt seitlich
das Spannfutter 47 für die Elektrode.
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Die Arbeitsweise der Vorrichtung: Man erkennt aus Fig. 2, daß je nach
der Einstellung der Stellschraube 21 und der dadurch gegebenen Höhenlage des Stellkörpers
9 innerhalb der Vorrichtung die Achse der Exzenterscheibe 41 gegenüber der Achse
des Stellkörpers 9 eine Exzentrizität zwischen 0 und 6 einnimmt, und zwar ist al
grund der 45°-Stellung der Führungsstangen 9.1 der Betrag der Exzentrizität gleich
dern Betrag des Abwärtshubes des Stellkörpers 9.
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Man erkennt ferner, daß bei Erregung des Elektromagneten 5 über die
Hebelübersetzung 16 - 14 - 13 der Stellkörper 9 nach abwärts gedrückt und dadurch
die vorgegebene Exzentrizität C um einen Betrags # verringert wird, der durch den
Abstand zwischen der Spitze der mittels des Stellknopfes 22 eingestellten Anschlagspindel
22.1 und dem Zughebel 16 bestimmt ist.
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Der Einfluß der Vorgänge auf die Bewegung der Elektrode seien anhand
der Fig. 4 erläutert.
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Der Kreis 50 in Fig. 4a mit dem Durchmesser 2# stellt den Umlauf der
Achse des Spannfutters 47, allgemeiner irgendeines Punktes der Elektrode, bei einer
zirkularen translatorischen bewegung der Elektrode dar. Die pulsierende Rück-
zugbewegung
um den Betrag ß6 führt auf den inneren Kreis 51 zurück. - Links daneben ist in einem
Längsschnitt durch eine Fläche des Werkstücks eine Oberfläche 52 desselben angedeutet
und dieser gegenüber die Arbeitsposition A der Elektrode, aus der sie durch die
beschriebene Vorrichtung auf die Pos. B zurückgezogen wird. Zwischen der Oberfläche
52 und der Arbeitsposition A ergibt sich die Arbeitsspaltbreite s, während der Abstand
zwischen den Positionen A und B gleich ## ist, wobei im allgemeinen## > s ist.
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Es versteht sich, daß die Kreisbahn 50 jede andere geschlossen Bahngestalt
annehmen kann, wenn die Stellschraube 21 während eines Umlaufes des Exzenters 41
von einem (nicht dargestellten) Servomotor nach einem in die Steuerung der Funkeneros
i onsmas chine eingegebenen Programm verstellt wird.
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Fig. 4b erläutert in einem Zeit-/Weg-Diagramm s = f (t) den Verlauf
der pulsierenden Rückstellbewegung in Intervallen #t der Umlaufzeit tn, , währendderen
der Motor 43 kurz gestoppt wird, so daß die Translationsbewegung jewejls kurz unterbrochen
wird, Es versteht sich, daß die Wiederholungszeit (Pulsfolge) nicht konstant sein
muß, sondern je nach der Konfiguration der Elektrode ggf. über die allgemeine Steuerung
und den Motor 49 an einigen Stellen der Umlaufbahn kürzer sein kann als an anderen.
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Bisher wurde die Zustellbewegung der Elektrode gegen das Werkstück
unberücksichtigt gelassen sie kann O sein Fig. 4c erläutert, daß die Rückzugbewegung
in der Ebene der Translationsbewegung auch mit einer Rückzugbewegung der Elektrode
in der Zustellrichtung, d.h. in der Z-Richtung kombiniert werden kann, wobei der
Winkel der
resultierenden Bahn eines Elektrodenpunktes gegenüber
dieser Ebene von der Wahl des Geschwindigkeitsverhältnisses beider Teilbewegungen
abhängt.
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Fig. 4d erläutert ergänzend dazu, daß die Teilbewegungen zeitlich
auch phasenverschoben gesteuert werden können, so daß es möglich ist, nicht nur
die peripheren, sondern auch die stirnseltigen Arbeitsspalte durch pulsierende Rückzugbewegungen
in der Elektrode von Verschmutzungen freizuhalten.
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Aus der Beschreibung der Arbeitsweise der Vorrichtung ist deutlich
geworden, daß die Vorgänge der translatorischen Bewegungen in der XY-Ebene, also
parallel zum Maschinentisch, völlig unabhängig von der Elektrodenbewegung in der
Z-Richtung, also senkrecht zum Maschinentisch (Zustellbewegung gegen das Werkstück)
verlaufen.
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Es wurde bereits gesagt, daß über die Stellschraube 21 programmgesteuerte
Bahnbewegungen in die Vorrichtung eingegeben werden können. Dasselbe gilt für den
Stellknopf 22 in Fällen, wo der Hub der pulsierenden Rückzugbewegung bahnabhängig
geändert werden soll. Schließlich kann auch in die Schaltleitung zum Elektromagneten
5 von der Regeleinrichtung der Maschine ein Kurzschlußsignal eingespeist werden,
um j Jederzeit innerhalb der Bahnwinkel-abhängigen Pulsfolge (Fig. 4b) die Elektrode
in der XY-Ebene zurückzuziehen, wenn doch ein Kurzschluß im seitlichen Arbeitsspalt
s auftreten sollte.
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Es wurde bereits gesagt, daß die Rückzugbewegung in der XY-Ebene auch
mit einer Rückzugbewegung in der Z-Richtung kombiniert werden kann (Fig. 4c,4d).
In Fig. 5 ist eine Zusatzvorrichtung dargestellt, die es ermöglichtX diese Kopplung
in der erfindungsgemäßen Vorrichtung selbst
vorzunehmen, so daß
diese sehr wichtige Kombination auch bei älteren Funkenerosionsmaschinen nachgerustet
werden kann, deren Steuer- und Regeleinrichtung solche Programme nicht ausführen
kann.
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Hierzu ist an den Support 1 ein prismatischer Körper 59 angebaut,
der von einer Stange 55 parallel zur Z-Richtung durchsetzt wird. Diese Stange 55
kann entweder auf einem bei 60 angedeuteten Tischanschlag aufsitzen oder in einen
bei 61 angedeuteten Halter am Pinolenkopf eingehängt sein.
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Diese Stange 55 nimmt also an der Zustellbewegung des Supports 1 in
Z-Richtung nicht teil. - In einem Fenster 58 des Körpers 59 ist ein Stein 56 mit
zwei parallelen Bohrung gen mit geringem elastischem Spiel gelagert. Mit der einen
Bohrung gleitet der Stein 56 mit leichter Reibung auf der Stange 55, ist also bestrebt,
wie diese zu verharren. In der anderen Bohrung ist ein Gewindebolzen 57 höhenverstellbar,
der als Schaltglied für einen in einer Traverse des Körpers 59 angeordneten Mikroschnlter
64 dient. Dieser Schalter 64 liegt parallel zum Erregerstromkreis des Elektromagneten
5 und ist in seiner Ruhestellung geschlossen.
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Die Zusatzvorrichtung 55 bis 64 arbeitet wie folgt: Solange der Support
1 mit der Elektrode gegen das Werkstück bzw. den Naschinentisch zugestellt wird,
liegt der durch seine Reibung auf der Stange 55 zurückbleibende Stein 56 an der
Oberseite 62 des Fensters 5& an, und der Gewindebolzen 57 hält den Schalter
64 geöffnet. Sobald der Support aber durch einen Kurzschluß an der Stirnfläche der
Elektrode (am Grunde der erodierten Hohlform) um einen Betrag a7 z zurückgezogen
wird, fällt der Stein 56 auf die Uterseite 63 des Fensters 58 herunter, und der
Schalter 64 schließt den Parallelstromkreis zum Elektromagneten 5, der den Schlitten
4 mitder Elektrode in der zuvor beschriebenen
Weise um den Betrag
SE gegen die Mitte der Translationsbewegung zurückzieht. Wenn der Kurzschluß unterbrochen
ist und der Support 1 wieder zugestellt wird, bleibt der Stein 56 gegenüber dieser
Bewegung zurück, legt sich wieder gegen die Oberseite 62 und öffnet den Schalter
64, so ,daW der Schlitten 4 auf seine vorgegebene Exzenterbahn zurückgestellt wird.
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Die Ausführung der Vorrichtung ist nicht auf das ausführlich geschilderte
und in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. In diesem wird
der Schlitten 4 zu seiner Translationsbewegung von dem Motor 43 über den Riementrieb
44 - 45 - 42 unmittelbar durch den Exzenter 41 angetrieben. Der Schlitten 4 könnte
aber auch mittelbar über den Stellkörper 9 angetrieben werden, wenn dessen Schaft
9.2 über einen Zahn- oder Riementrieb vom Motor 43 angetrieben wird, wie dies an
sich z.B. aus der DE-OS 25 50 749 bekannt ist, der dann statt am Schlitten 4 am
Support 1 befestigt ware.
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L e e r s e i t e