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Senk-Erodiermaschine
Die wahrscheinlich kleinste funktionsfähige Erodiermaschine der Welt!
Normale Erodiermaschinen sind große, tonnenschwere Maschinen. Meine Maschine ist etwa so groß wie ein Schuhkarton.
Weil das Erodierverfahren nicht sehr bekannt ist, folgt hier erst einmal eine Beschreibung.
Das Prinzip
Es gibt 2 Arten: das Draht- und das Senk-Erodierverfahren. Hier beschreibe ich nur das Senk-Erodierverfahren. Das Senkerodieren ist
ein abbildendes und berührungsfreies Verfahren. Ein Werkzeug wird in das Werkstück langsam hinein erodiert so das ein fast exakter
Abdruck des Werkzeugs im Werkstück entsteht. Das Werkzeug kann eine beliebige Form haben. Beide Teile müssen elektrisch leitfähig
sein. Der Vorgang findet unter einer Flüssigkeit
(”Dielektrikum”) statt.
In diesen Beispiel besteht das Werkzeug aus einen 1mm-
Kupferdraht und das Werkstück aus einen verchromten
Drehknopf aus Stahl. Als Dielektrikum wird hier destilliertes
Wasser verwendet. Am Werkzeug liegt eine positive
Impulsspannung von 120V an, der Minuspol ist mit den
Werkstück verbunden. Die Impulse dauern hier 50us und die
darauf folgende Pause beträgt 20us. Zwischen Werkzeug und
Werkstück entsteht ein Funken, der mikroskopisch kleine
Teilchen aus dem Werkstück heraus schleudert. Ein
Lichtbogen darf auf keinen Fall entstehen. Dafür sorgt die
Impulspause.
Das Werkzeug wird in Z-Richtung mit einen DC-Motor
langsam nach unten geregelt. Dabei darf das Werkzeug
keine direkte Berührung mit den Werkstück bekommen. Es
muss ein Funkenspalt möglichst konstant eingehalten
werden. Der dabei entstehende Abbrand vom Werkstück wird
mit einer Spülung fortlaufend entfernt. Dazu wird das
Dielektrikum mit einer Pumpe umgewälzt. Ein Filter entfernt
den darin enthaltenen Abbrand.
Die für den Z-Antrieb notwendige Regelung ist nicht einfach weil der Erodiervorgang sehr kaotisch abläuft.
Es gibt viele Metoden zur Erzeugung einer Führungsgröße, die zur Z-Regelung verwendet werden. Ich verwende eine einfache und
bewährte Methode. Später werde ich noch andere Methoden einbauen und testen.
Die Elektronik ist im “Generator”. Die Maschine wird über eine Steuerleitung (25 poliger
SubD) und eine 120V-Impuls-Powerleitung (2 polig) mit den Generator verbunden.
Hier ist das elektrische Prinzip im Erodiergenerator angedeutet. Eine Betriebsspannung
von 120V wird mit einen VMOS auf das Werkzeug geschaltet. Ein Widerstand, hier 40
Ohm, begrenzt den Strom. Das Werkstück ist mit den Minuspol verbunden.
Die Schaltung mit den VMOS ist im Generator erdfrei und kann auch umgedreht werden,
also Minus ans Werkzeug. Geerdet wird das Ganze erst in der Maschine am Werkstück.
Mein Generator hat 3 solcher Stufen mit den Widerständen 80, 40 und 20 Ohm. Damit
kann man einen Strom von 1,5A bis 10,5A in 7 Stufen wählen.
Spühlung
Werkstück
Werkzeug
Z
Funkenspalt
Die fertige Maschine
Die Anlage besteht aus 3 Teilen: der Maschine, den Generator und den Behälter fürs Dielektrikum. Der Behälter ist nicht wie üblich mit
der Maschine verbunden. Die Maschine kann einfach auf den Rand irgend eines Behälters gesetzt werden.
Generator
Maschine
Behälter
Die Erodierleistung des Generators beträgt 600W. Für
kleinere Arbeiten reicht das.
Die Größe des Werkstücks ist nicht auf die
Abmessungen des Behälters begrenzt. Die Höhe der
Maschine kann mit den verstellbaren Füßen
angehoben werden. Wenn das Werkstück einen
größeren Abstand des Werkzeugs zur Maschine
erfordert kann die Z-Einheit mit Abstand zur übrigen
Maschine montiert werden. Die Z-Einheit ist deswegen
mit 4 Schrauben angeschraubt und mit einer
Steckverbindung mit der Maschine verbunden.
Die Maschine kann auch komplett in einen großen
Behälter gesetzt werden, die elektrischen Teile sind
oben außer Reichweite.
Zur Demonstration wie es gemeint ist, hier ein Foto mit
der Maschine in der Duschwanne.
Z-Einheit
Bedienung
Die Bedienung ist sehr einfach. Die Daten sind
permanent im LCD sichtbar und können auch im
laufenden Betrieb verändert werden. Mit den
Drehschalter wird ein Datum gewählt, eine LED unter
den Daten zeigt darauf, und mit einen Drehknopf wird
der gewünschte Wert eingestellt.
Zuerst muss das Werkstück unter das Werkzeug
positioniert werden. Dann mit der Wippe die Z-Achse
nach unten bewegen. Sobald das Werkstück berührt
wird, stoppt die Z-Achse und der Zähler für die
Istpositon wird auf 0,00 gesetzt. Die Istposition steht
im LCD über der Bohrtiefe.
Nach START beginnt die Erodierung. Wenn die
Istposition die Bohrtiefe erreicht, stoppt die Maschine.
Das funktioniert auf einen hundertstel mm genau.
Mit den beiden Potis “Stabilität” und “Funkenspalt”
muß ein möglichst stabiler und konstanter Vorschub
erreicht werden. Die Stabilität ist am Messwerk gut zu
beurteilen. Die Größe des Funkenspaltes ist an der
Spannungsanzeige rechts in der oberen Zeile
abzuschätzen.
Die Spülung ist mit dem Poti “Pumpe” stufenlos
einstellbar. Das darf nicht zu klein, aber auch nicht zu
heftig sein, sonst bläst man den Funken aus.
Damit der Abbrand den Vorgang nicht blockieren kann,
dieser kann einen Kurzschluss bewirken, muss das
Werkstück ab und zu angehoben werden.
Dazu dient der “Timer”. Nach der gewählten Zeit wird
das Werkzeug kurz auf +3mm übers Werkstück
angehoben.
Die Daten:
1 = Leistung (Spitzenstrom), 1,5A bis 10,5A
2 = Impuls, von 2us bis 99us
3 = Pause, von 2us bis 99us
4 = Timer, von 0 (=aus) bis 99 Sekunden
5 = Bohrtiefe in 1/100 mm
6 = Polarität, plus, minus, wechselnd
Netzschalter
NOT-AUS
Stabilität
Funkenspalt
Pumpe
STOP
START
Z auf/ab