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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reinigung von
Bearbeitungsflüssigkeiten
für eine
Funkenerosionsmaschine, die mit einer Elektrode versehen ist, die
dazu bestimmt ist, ein Werkstück
zu bearbeiten, wobei die Bearbeitungsflüssigkeit aus einer dielektrischen
Flüssigkeit
besteht, die zumindest erste Teilchen eines Zusatzstoffes enthält, die
dazu bestimmt sind, die Funkenerosion zu erleichtern, sowie zweite
Teilchen einer von der Elektroden und/oder dem Werkstück kommenden Verschmutzung,
die eine höhere
Dichte als die ersten Teilchen aufweisen.
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Es
hat sich gezeigt, dass bei einer Bearbeitung durch eine Funkenerosionsmaschine
das Hinzufügen
eines pulverförmigen
Zusatzstoffs mit Teilchen in der Größenordnung von einigen Mikron
die Leistungen der Bearbeitung stark verbessert, siehe zum Beispiel
das Patent
CH 670.785 .
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Bei
der Bearbeitung durch Funkenerosion mit Pulvern und Teilchen als
Zusatzstoffen ist das ungelöste
Hauptproblem die Filtrierung und die Reinigung der benutzten und
verschmutzten Bearbeitungsflüssigkeit.
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In
dieser Flüssigkeit
findet man die Teilchen des Zusatzstoffs, Teilchen in Form von Metallkügelchen
des Werkstoffs des Werkstücks
und der Elektrode, sowie Teilchen von kolloidalem Kohlenstoff in Form
von submikronischen. Anhäufungen
im Fall von kohlenstoffhaltigen dielektrischen Flüssigkeiten.
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Eine
ideale Filtrierung dürfte
nur die dielektrische Flüssigkeit
und die Teilchen des Zusatzstoffs zurückhalten. Die herkömmlichen
Filtrierungen ermöglichen
aber nicht die Durchführung
der gewünschten
Filtrierung, da eine Grobfiltrierung (>20 μm)
viele feine Metallkügelchen
durchlässt.
Eine Feinfiltrierung dagegen entfernt zusätzlich zu den Metallkügelchen
die Zusatzpulver. Eine magnetische Trennung ist nur für magnetische
Metallkügelchen möglich, aber
nicht für
alle anderen Kügelchen.
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Die
vorliegende Erfindung hat zum Ziel, diese Nachteile zu beseitigen
und eine Reinigungsvorrichtung herzustellen, die es ermöglicht,
einen hohen Reinigungsgrad zu erhalten, und dies mit einfach anzuwendenden
und kostengünstigen
Mitteln. Zu diesem Zweck ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorrichtung zumindest eine Ultraschall-Dekantiervorrichtung mit einem ersten
Dekantiergefäß für die Bearbeitungsflüssigkeit
umfasst, in dem ein erstes Ultraschall-Sendeorgan angeordnet ist,
das mit einem ersten Ultraschallgenerator verbunden ist, dessen
Leistung so geregelt werden kann, dass die zweiten Teilchen dekantieren,
während
die ersten Teilchen in der dielektrischen Flüssigkeit suspendiert bleiben.
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Diese
Merkmale ermöglichen
es, eine wirkungsvolle Reinigung der Bearbeitungsflüssigkeiten und
eine Vorrichtung mit geringen Herstellungskosten zu erhalten, die
einfach anzuwenden ist und schnell und zuverlässig arbeitet.
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Die
Vorrichtung kann außerdem
vorteilhafterweise Mittel zur Einleitung der verschmutzten Bearbeitungsflüssigkeit
in das erste Dekantiergefäß sowie
zumindest eine Öffnung
aufweisen, die in letzterem für
den Austrag der die ersten Teilchen enthaltenden, gereinigten Bearbeitungsflüssigkeit
vorgesehen ist.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform umfasst
die Vorrichtung zusätzliche
Mittel, um dritte Teilchen einer Verschmutzung abzutrennen, die
aus kolloidalem Kohlenstoff bestehen, der seinen Ursprung in der
Zersetzung der Bearbeitungsflüssigkeit hat,
wobei diese zusätzlichen
Mittel eine zweite Ultraschall- Dekantiervorrichtung
mit einem zweiten Dekantiergefäß umfassen,
in dem ein zweites Ultraschall-Sendeorgan angeordnet ist, das mit
einem zweiten Ultraschallgenerator verbunden ist, wobei die Leistung
dieses Generators so geregelt wird, dass die ersten Teilchen dekantieren,
während
die dritten Teilchen in der Bearbeitungsflüssigkeit suspendiert bleiben,
wobei dieses zweite Dekantiergefäß einen
mit der Öffnung
verbundenen Eingang aufweist.
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Diese
Ausführungsform
ist besonders geeignet für
die Behandlung von Bearbeitungsflüssigkeiten mit kohlenstoffhaltigem
Dielektrikum, wie zum Beispiel Öl,
da sie es ermöglicht,
mit einem beträchtlichen
Reinheitsgrad zu reinigen.
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Vorzugsweise
besitzen die zusätzlichen
Mittel ein Mischgefäß mit Mischorganen,
Filtrierelemente für
die durch Dekantieren erhaltene Bearbeitungsflüssigkeit am Ausgang des zweiten
Dekantiergefäßes, die
so eingerichtet sind, dass sie die dritten Teilchen durch Filtrieren
zurückhalten,
eine Zuleitung für die
filtrierte dielektrische Flüssigkeit
von den Filtrierelementen zum Mischgefäß, sowie Mittel für den Austrag
und Transport, die dafür
eingerichtet sind, die dekantierten ersten Teilchen vom zweiten
Dekantiergefäß zum Mischgefäß zu transportieren.
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Durch
diese Merkmale können
die kohlenstoffhaltigen dielektrischen Flüssigkeiten wirksam gereinigt
werden, und eine Wiederherstellung der gesamten Bearbeitungsflüssigkeit
kann zuverlässig
und kostengünstig
durchgeführt
werden.
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Weitere
Vorteile gehen aus den Merkmalen der abhängigen Ansprüche und
der nachfolgenden ausführlichen
Beschreibung der Erfindung anhand der Zeichnungen hervor, die schematisch
und als Beispiel zwei Ausführungsformen
darstellen.
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Die 1 und 2 sind
schematische Ansichten einer ersten und einer zweiten Ausführungsform.
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In 1 ist
eine Funkenerosionsmaschine 10 mit einer ersten Ausführungsform
der Dekantiervorrichtung 11 ausgestattet.
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Diese
Funkenerosionsmaschine weist ein Arbeitsgefäß 12 auf, in dem eine
Bearbeitungsflüssigkeit 14 und
ein zu bearbeitendes Werkstück 15 enthalten
sind, das auf einen Arbeitstisch 16 montiert ist. Die Funkenerosionsmaschine
weist außerdem eine
Elektrode 17 auf, die als Bearbeitungswerkzeug dient, das
auf eine Spindel 18 montiert ist.
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Die
Bearbeitungsflüssigkeit 14 wird
im Arbeitsgefäß 12 in
Umlauf versetzt und thermostatgesteuert mit Hilfe einer Umwälzanlage 20,
die einen Pumpkreislauf 21 mit einer Saugpumpe 22 und
einen Wärmetauscher 23 aufweist,
der mit einem Kühlwasserkreislauf
verbunden ist.
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Die
Bearbeitungsflüssigkeit 14 besteht
aus einer dielektrischen Flüssigkeit,
in der erste Teilchen eines Zusatzstoffes, der dazu bestimmt ist,
die Funkenerosion zu erleichtern, und zweite verschmutzte Teilchen
suspendiert sind, die von der Elektrode und/oder dem zu bearbeitenden
Werkstück 15 stammen.
Die ersten Teilchen könnten
zum Beispiel Graphitteilchen mit einer Dichte von 2 bis 2,2 g/cm3 und mit einer zwischen 1 und 100 μm, vorzugsweise
zwischen 1 und 10 μm
ausgewählten
Körnchengröße sein.
Die zweiten Teilchen haben im Allgemeinen die Form von Metallkügelchen,
die vom zu bearbeitenden Werkstück
und von der Elektrode bei den erosiven Entladungen abgerissen und
ausgestoßen
wurden. Ihre Dichte, die höher
ist als diejenige der ersten Teilchen, liegt zwischen 4 und 20 g/cm3.
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Die
Körnchengröße dieser
Kügelchen
liegt im Allgemeinen zwischen 1 und 40 μm.
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Wenn
die dielektrische Flüssigkeit
kohlenstoffhaltig ist, kann die Bearbeitungsflüssigkeit außerdem dritte Teilchen in Form
von Teilchen aus kolloidalem Kohlenstoff enthalten, die von der
Zersetzung der dielektrischen Flüssigkeit
unter der Wirkung der erosiven Entladungen stammen und die Tendenz haben,
in submikronischen Ansammlungen auszuflocken. Die Dichte dieser
dritten Teilchen liegt unter 2 g/cm3, und
ihr Durchmesser liegt allgemein unter 0,5 μm. Selbstverständlich sind
diese dritten Teilchen im Fall von Wasser als dielektrische Flüssigkeit
nicht vorhanden.
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Die
erste Ausführungsform
der Dekantiervorrichtung 11 besitzt ein Dekantiergefäß 30 für die Bearbeitungsflüssigkeit,
in dem ein Ultraschall-Sendeorgan 31 in
Form einer Sonotrode angeordnet ist. Letztere ist über eine
Verbindung 32 mit einem Ultraschallgenerator 33 auf einer
Frequenz von 40 kHz verbunden, dessen Leistung zum Beispiel von
10 bis 200 Watt geregelt werden kann. Ein mit einer Saugpumpe 35 versehener
Kanal 34 dient als Zuleitungsmittel für die verschmutzte Bearbeitungsflüssigkeit
in das Dekantiergefäß 30.
Mindestens eine mit einem Ausgangskanal 37 verbundene Öffnung 36 ermöglicht es,
die von den zweiten Verschmutzungsteilchen gereinigte Bearbeitungsflüssigkeit
zur Funkenerosionsmaschine zurückzuleiten,
entweder in einen Nebentank oder direkt in das Arbeitsgefäß.
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Ultraschallwellen
sind ein sehr wirksames Mittel, um Teilchen in der Größe der ersten
Teilchen der Zusatzpulver zu suspendieren. Die Energie der Ultraschallwellen
zum Suspendieren von Teilchen muss umso größer sein, als die Dichte der
Teilchen hoch und ihre Größe groß ist. Es
ist anzumerken, dass für
das Suspendieren durch Diffusion unterhalb einer kritischen Größe die Dichte
weniger wichtig ist als die Größe. Das
Dekantieren wird außerdem
verlangsamt, wenn die Viskosität
der Bearbeitungsflüssigkeit
ansteigt. Es ist also möglich,
eine Vorrichtung zum selektiven Dekantieren herzustellen, die von
Ultraschallwellen mäßiger Energie
unterstützt
wird. Die Leistung des Ultraschallgenerators 30 wird für jede Dichte
und Viskosität
der Bearbeitungsflüssigkeit
und jede Dichte und Größe der zu
trennenden Teilchen geregelt. Die optimale Regelung ermöglicht das
Dekantieren und Ansammeln der zweiten Verschmutzungsteilchen 38,
d.h. der Metallkügelchen,
am Boden des Gefäßes, während die
ersten, leichteren Teilchen 39 des Zusatzstoffs, wie zum
Beispiel Graphit, suspendiert bleiben.
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Die
Leistung dieses Generators 33 wird dann allgemein zwischen
10 und 150 Watt geregelt, vorzugsweise zwischen 40 und 100 Watt.
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Eine
solche Dekantiervorrichtung reicht aus, wenn Wasser als dielektrische
Flüssigkeit
verwendet wird. Sie kann auch in dieser Form verwendet werden, wenn
man akzeptiert, dass mit den ersten Teilchen die dritten Kohlenstoffteilchen übrig bleiben,
die aus der Zersetzung einer kohlenstoffhaltigen dielektrischen
Flüssigkeit,
wie zum Beispiel Öl,
entstehen.
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Die
Trennung und das Abführen
der dritten Teilchen erfordern eine vollständigere Reinigungsvorrichtung,
von der eine Ausführungsform
unter Bezugnahme auf 2 beschrieben wird.
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Diese
zweite Ausführungsform
weist eine erste Dekantiervorrichtung 11 gleich oder ähnlich derjenigen
auf, die unter Bezugnahme auf 1 beschrieben
wurde. Sie ist außerdem
mit zusätzlichen Mitteln 40 versehen,
die dazu bestimmt sind, die dritten Verschmutzungsteilchen 41 von
der Bearbeitungsflüssigkeit
zu trennen, von der bereits die zweiten Teilchen 38 dekantiert
wurden. Diese zusätzlichen
Mittel weisen eine zweite Dekantiervorrichtung 45, Filtrierelemente 46 und
ein Mischgefäß 47 und ein
Dekantiergefäß 50 auf,
in das ein zweites Ultraschall-Sendeorgan 51 in
Form einer zweiten Sonotrode eingesetzt ist, die über eine
Verbindung 52 mit einem zweiten Ultraschallgenerator 53 verbunden
ist.
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Der
Ausgangskanal 37 der ersten Dekantiervorrichtung 11 dient
als Einleitungskanal für
die die ersten und dritten Teilchen enthaltende Bearbeitungsflüssigkeit.
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Der
zweite Ultraschallgenerator 53 hat eine Frequenz von 40
kHz, und seine Leistung kann zum Beispiel zwischen 1 und 30 Watt,
vorzugsweise zwischen 5 und 20 Watt eingestellt werden. Seine Leistung
ist also niedriger eingestellt als die des ersten Generators 33.
Sie ist eingestellt, um die dritten Teilchen 41 suspendiert
zu halten, während
die ersten Teilchen dekantieren und sich auf einem Förderband 55 sammeln,
das als Austrag- und Transportmittel dient, um diese ersten Teilchen 39 über das
Mischgefäß 47 zu
bringen, wo sie entladen werden.
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Ein
mit einer Pumpe 57 versehener Ausgangskanal 56 leitet
die Bearbeitungsflüssigkeit
mit den dritten Teilchen 41 zu den Filtrierelementen 46. Letztere
sind so gestaltet, dass sie die Gesamtheit der dritten Teilchen 41 zurückhalten,
und weisen zu diesem Zweck mindestens ein feines Filter, zum Beispiel
ein Papierröhrchenfilter,
auf. Die so gereinigte dielektrische Flüssigkeit 58 wird über einen
Kanal 59 in das Mischgefäß 47 gebracht, wo
sie durch Mischorgane 60, wie zum Beispiel Schaufeln oder
eine Luftzirkulation usw., mit den ersten Teilchen vermischt wird.
Die gereinigte und so wiederhergestellte Bearbeitungsflüssigkeit
wird anschließend über ein Rohr 61 und
eine Pumpe 62 zur Funkenerosionsmaschine zurückgeleitet.
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Diese
Reinigungsvorrichtungen sind besonders wichtig bei der Rohlings-
und der Halbfertig-Bearbeitung und ermöglichen es, die gröbsten Metallteilchen
zu entfernen, die bei der folgenden Endbearbeitung äußerst störend wären.
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Selbstverständlich haben
die oben beschriebenen Ausführungsformen
keinerlei einschränkende Bedeutung
und können
jeder wünschenswerten
Veränderung
im Rahmen dessen unterzogen werden, was durch den Anspruch 1 definiert
wird. Insbesondere könnten
weitere Vorrichtungen hinzugefügt
werden, zum Beispiel ein Waschvorgang und jede andere Bearbeitung
der ersten Teilchen des Zusatzstoffs, die aus dem zweiten Dekantiergefäß 50 austreten, eine
Dosiervorrichtung für
die ersten Teilchen, die es ermöglicht,
eine genaue Konzentration der ersten Teilchen in der im Mischer 47 enthaltenen
Bearbeitungsflüssigkeit
zu erhalten, eine Austragvorrichtung, zum Beispiel über Förderband,
der zweiten metallischen Schmutzteilchen aus dem ersten Dekantiergefäß 30.
Die Gesamtheit der Reinigungsvorrichtung könnte in eine Funkenerosionsmaschine
integriert werden oder eine von letzterer getrennte Einheit bilden.