DE1615369A1 - Steuerung fuer die Bearbeitung mit elektrischer Entladung - Google Patents

Description

F, Jos. Lamb Company Incorporated I Ό- I O O 0 J

Detroit / Michigan, USA

Steuerung für die Bearbeitung mit elektrischer Entladung

Die Erfindung betrifft im allgemeinen die Technik der Entfernung von Material von einem Werkstück durch elektrische Entladung und insbesondere ein Verfahren und ein Gerät zur Aufrechterhaltung eines vorbestimmten Entladungsspalts zwischen einer Elektrode und einem Werkstück während einet· Bearbeitung.

Gewisse bekannte Verfahren zur Aufrechterhaltung eines vorbestimmten Spalts während einer Bearbeitung mit elektrischer Entladung verwenden ein Servosystem mit geschlossenem Kreis. Derartige Servosysteme ergeben eine laufende Steuerung der relativen Bewegung zwischen der Elektrode und dem Werkstück nach einem Fehlersignal, das von der Spannung an dem Entladungsspalt abgeleitet ist. Bei einem bekannten Verfahren wird ein elektrohydraulisch.es Servoventil durch ein Differenzsignal gesteuert,¹ das durch direkten Vergleich der Spaltspannung mit einer einfachen ^Referenzspannung erhalten wird, die einen vorbestimmten optimalen Spalt zwischen der Elektrode und dem Werkstück darstellt. Die ,Polarität des Differenzsignals bestimmt die Richtung; in der die Elektrode relativ zum Werkstück bewegt

wird, während die Größe des Differenzsignals die Geschwindigkeit bestimmt, mit der die Elektrode bewegt wird. Anders ausgedrückt wird die Elektrode in einer Richtung und mit einer Geschwindigkeit bewegt, die direkt proportional der Größe oder dem Zustand des Spalts ist, Z.B. ist bei offenem Kreis, wenn die Elektrode einen Abstand vom Werkstück hat und keine Entladung am Spalt stattfindet, die Zuführgeschwindigkeit der Elektrode maximal und sie liegt in einer solchen Richtung, daß der Spalt geschlossen wird. Wenn sich die Elektrode dem Werkstück nähert, beginnt die Zündung und die Spaltspännung nimmt ab, die ihrerseits die Geschwindigkeit Verringert, mit der die : Elektrode zum Werkstück Jiin bewegt wird. Bei Kurzschluß wird die Elektrode mit maximaler Geschwindigkeit vom Werkstück weg bewegt und die Geschwindigkeit nimmt ab, wenn sich die Elektrode vom Werkstück entfernt. Die Zuführgeschwindigkeit wird automatisch und nicht durch den Bedienungsmann gesteuert. Ein wesentlicher Nachteil der Steuerung dieser Art mit angemessen guter Empfindlichkeit besteht darin, daß das System die Tendenz hat, zu pendeln. Die Elektrode kann starten, anhalten, sich umkehren und wieder anhalten, wobei sie sich in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung um den Bezugswert bewegt, der einem vorbestimmten optimalen Spalt entspricht. Durch Anhalten der Elektrode während der Bearbeitung wird die Geschwindigkeit

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verringert, mit der das Material entfernt wird. Im Idealfall* soll sich die Elektrode laufend in Vorwärtsrichtung und gerade mit der maximalen Geschwindigkeit bewegen, bei der das Material beieiner optimalen Spaltgröße entfernt wird. Wenn ■ auch durch Herabsetzen der Empfindlichkeit eines Servo systems . mit geschlossenem Kreis das durch das System verursachte Pendeln herabgesetzt werden kann, stellt dies doch nur einen Kompromiß dar, da der optiinale Spalt während der Bearbeitung nicht genau eingehalten wird und somit die Geschwindigkeit der Entfernung des Materials herabgesetzt wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, den Entladungsspalt während einer Bearbeitung durch ein Verfahren und ein Gerät zu steuern, das das Mäterialmit einer Geschwindigkeit entfernt, die im Verhältnis zu bekannten Verfahren groß ist, daß ferner der Bedienuhgsmann in die Lage versetzt wird, die Zuführgeschwindigkeit zu ändern, so daß er für eine Bearbeitung eine optimale Zuführgeschwindigkeit bestimmen und einstellen kann, daß weiterhin im Idealfall eine im wesentlichen stetige Bewegung der Elektrode in Vorwärts richtung relativ zum Werkstück mit einer im wesentlichen konstanten Geschwindigkeit erreicht wird, ohne daß die Elektrode relativ zum Werkstück angehalten und/oder umgekehrt wird, daß weiterhin das Pendeln des Systems bei einem vorbestimmten Spalt ohne kostspielige Antipendeleinrich-

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tungen mit geschlossenem Kreis kleingehalten wird, daß weiterhin eine hohe Eingangsempfindliehkeit und eine hohe Ausgangsauflösung und damit eine genaue Steuerung des Spalts erreicht wird, und daß schließlich eine wirksame zuverlässige und wirtschaftliche Bearbeitung mit elektrischer Entladung erzielt wird.

Erfindungsgemäß wird der Spalt während einer Bearbeitung durch Bewegen der Elektrode relativ zum Werkstück in kleinen diskreten Verschiebungs Sprüngen geregelt, wobei sich der Spalt von einer optimalen Größe aus innerhalb enger vorbestimmter Grenzen ändern kann. Die Zuführgeschwindigkeit der Elektrode relativ ι zum Werkstück und die optimale Spaltgröße können unabhängig voneinander vom Bedinungsmann geregelt werden, so daß sich die Elektrode bei einer gegebenen Bearbeitung fortlaufend vorwärts in genauen Sprüngen, mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt, bei der eine optimale Entfernung des Materials erzielt wird. Die zugelassenen Änderungen des Spalts ergehen eine tote Zone, so daß wenn der Spalt innerhalb der toten Zone liegt, die relative Bewegung zwischen der Elektrode und dem Werkstück aufhört. Wenn der Spalt größer als die maximale Grenze der toten Zone oder kleiner als die minimale Grenze dieser Zone ist, wird die Elektrode relativ zum Werkstück so bewegt,, daß der Spalt in die tote Zone zurückgebracht wird. Bei dieser Anordnung

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kann ein Bedienungsmann die ideale Zuführgeschwindigkeit für die Elektrode einstellen, so daß sie sich ohne Anhalten vorwärts bewegt, abgesehen davon, wenn ein Span den Spalt kurzschließt. Anders ausgedrückt, wird die Elektrode mit der schnellstmöglichen Geschwindigkeit zugeführt, welche der Geschwindigkeit entspricht, mit der das Material vom Werkstück entfernt wird, während die Bearbeitung mit dem optimalen Entladungsspalt vor sich geht. Das Überschwingen, das Pendeln, das Anhalten und Starten durch das Steuersystem werden während der normalen Bearbeitung klein gehalten oder vollständig beseitigt. Wenn jedoch die Elektrode zu schnell zugeführt wird, wird sie augenblicklich innerhalb der toten Zone angehalten wenn sich der Spalt schließt, doch wird sie nicht über die tote Zone hinausschießen, da sich die Elektrode in kleinen Sprüngen bewegt. Durch Verwenden der Steuerung mit toter Zone kann eine hohe Eingangsempfindlichkeit und eine hohe Ausgangsauflösüng ohne wesentliche Beeinträchtigung der Genauigkeit der Steuerung oder ohne durch die Steuerung verursachte Pendelung erzielt werden. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein impulsgetriebener Schrittmotor verwendet, ■ um die Elektrode in. diskreten Verschibebungs Sprüngen zu bewegen. Im allgemeinen wird der Motor unter dem Einfluß eines Vergleichs der mittleren Spaltspannung mit zwei Referenzsignalen gesteuert, die der. maximalen bzw. der minimalen Grenze der toten Zone entsprechen. Γ

Im folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein teilweise in Blockform dargestelltes Schaltschema einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung für die Bearbeitung mit elektrischer Entladung;

Fig. 2 eine Übertragungsfunktion, die zur Erklärung der Arbeitsweise der in Fig, 1 dargestellten Einrichtung dient;

Fig. 3 eine Abänderung der in Fig. 1 dargestellten

Schaltung, um verschiedene Zuführ- und Rückführgeschwindigkeiten zu erhalten;

Fig. 4 eine weitere Abänderung der Schaltung der Fig. um eine quasi proportionale Steuerung zu erhalten.

Zur Erläuterung und nicht zur Eingrenzung zeigt die Fig. 1 ein Werkstück 10, das mit einer Elektrode 12 durch eine elektrische Entladung bearbeitet werden soll, die an einem Spalt auftritt, der allgemein zwischen der Elektrode 12 und dem Werkstück 10 definiert ist und der mit 13 bezeichnet ist. Die Elektrode 12 hat bei der bevorzugten Ausführung die Form eines Rades, wenn auch andere Elektrodenformen benutzt werden können. Die Leistung für die Bearbeitung mit elektrischer Entladung wird durch eine Gleichstromimpulsquelle 14 geliefert, die durch eine Bürste 16

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"mit-der Radelektrode 12 und außerdem mit dem Werks tüek 10 verbunden ist, das geerdet ist. Die Radelektrode 12 ist drehbar auf einem Schlitten i8angebracht, der. seinerseits leitend auf einen Maschinenbett 20 liegt, derart daß er sich in Figj, 1 in entgegengesetzten horizontalen Richtungen bewegen kann. Die Elektrode 12 ist durch herkömmliche (nicht dargestellte) Mittel drehend angetrieben. Entsprechendeinem wichtigen Aspekt der Erfindung wird der Schlitten 18 durch einen impuls getriebenen Schrittmotor 22 angetrieben, der mit dem Schlitten 18 durch eine Fräzisionsftihrungsschraube 24 verbunden ist» Die Schraube 24 ist durch ein geeignetes Mittel wie eine Präzisionsmutter (nicht dargestellt) mit dem Schlitten 18 verbunden» Entsprechend, einem weiteren wichtigen Aspekt der Erfindung wird der Motor 22 so gesteuert, daß die Schraube 24 während einer Bearbeitung in diskreten Drehsprüngen angetrieben um den Sehlitten 18 und die Elektrode 12 in diskreten Verschiebungssprüngen entweder in Vorwärtsrichtung (in Fig. 1 von rechts nach links) öder in Rück-

wärtsrichtung (von links nach rechts) zu bewegen, so daß der Spalt 13 innerhalb vorbestimmter Grenzen aufrechterhalten bleibt, bei denen das Material mit der schnellstmöglichen Geschwindigkeit vom Werkstück 10 entfernt wird.

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Die Radelektrode 12 ist elektrisch über einen Leiter 32 mit einer Spaltabtastschaltung 34 verbunden, die einen Ausgang liefert, der sich entsprechend den Änderungen der mittleren Spannung am Spalt 13 ändert. Der Ausgang der Schaltung 34 stellt den Zustand des Spalt 13.dar, er ändert sich insbesondere mit der Größe des Spalts oder dem Abstand zwischen der Elektrode 12 und dem Werkstück 10. Die Spaltabtastschaltung 34 ist allgemein herkömmlicher Art und besteht aus einem Gleichrichter 36, einem Reihenwiderstand 38 und einem Speicher- öder Integrier kondensator 40. Ein parallel zum Kondensator 40 liegendes Potentiometer 32 besitzt einen Schleifkontakt 44 mit dessen Hilfe der Ausgangspegel der Schaltung 34 eingestellt werden kann. Der Ausgang am Schleifkontakt 44 geht zu zwei Schwellwertkomparatoren 46 und ' 48 und zwar zusammen mit entsprechenden Bezugs Signalen einer Be zugs schaltung 50. Die Bezugs schaltung 50 enthält ein erstes Potentiometer 52, das mit einer Gleiehstromreferenzquelle 54 verbunden ist. Das Potentiometer 52 weist einen Schleifkontakt 56 auf, an dem das Referenzsignal für den Komporator 48 entsteht. Ein zweites Potentiometer 58 liegt in Reihe mit einem festen Widerstand 60 an der Quelle 54 und weist einen Schleifkontakt 62 auf, an dem das Referenzsignal für den Komparator 46 entsteht. Bei der bevorzugten Ausführung sind die Schleifkontakte 56 und 62 zusammengekuppelt, so daß die Potentiometer 52 und 58 gleichzeitig eingestellt werden können. Der Widerstand 60 ergibt

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eine Differenz der Referenzsignale für die Kompäratoren 46 und 48 um die Breite einer toten Zone für die Steuerung zu bestimmen oder änderst ausgedrückt, um die maximale und minimale Grenze zu bestimmen, innerhalb deren der Spalt 13 sich ändern kantig ohne eine Bewegung der Elektrode 12 zu verursachen, wie später eingehender erklärt wird.,

Die Vorwärtsbewegung der Elektrode 12 wird durch einen Vorwärtssteuerkanal gesteuert der allgemein aus dem Komporator 46, einem Leistungsverstärker 70, einer. Relais spüle 72 mit dem Relaiskontakten 74, einem Impuls zugoszillator 76 und einer Motorantriebsschaltung 78 besteht. Unter dem Einfluß des Referenzsignals der Schaltung 50 und dem Spaltsignal der Schaltung 34 liefert der Komparator 46 einen Ausgang, wenn der Spalt 13 größer als die maximale Grenze der toten Zone ist. Der Ausgang des !Comparators 46 geht zum Verstärker 70, der seinerseits die Spule 72 erregt und die Kontakte 74 schließt. Durch das Schließen der Kontakte 74 wird der Oszillator 76 mit einem Eingang 79 der Antriebs schaltung 78 verbunden. Unter dem Einfluß eines Eingangs 79 versorgt die Schaltung 78 den Motor mit Impulsen, so daß sich die Schraube 24 sprungweise in einer solchen Richtung dreht, daß der Schlitten 18 und die Elektrode 12 sprungweise in Vorwärts richtung bewegt werden. Ein zwischen dem Ausgang des Komparators 46 und dem Eingang*der Bezugs-

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schaltung 50 liegender Widerstand 80 ergibt eine Rückkopplung um Rauscheffekte klein zu halten und die Arbeitsweise des Komparators 46 zu stabilisieren.

Die Rückwärtsbewegung der Elektrode 12 wird durch einen Rückwärts steuerkanal gesteuert, der allgemein aus dem Komparator 48, einem Leistungsverstärker 82, einer Relais spule 84 mit den Kontakten 86, dem Oszillator 76 und der Schaltung 78 besteht. Unter dem Einfluß von Eingängen der Schaltung 50 und der Schaltung 34 liefert der Komparator 48 einen Ausgang, wenn der Spalt 13 geringer als die minimale Grenze der toten Zone ist, wobei der Ausgang zum Verstärker 82 geliefert wird, der die Relaisspule 84 erregt. Die Relaisspule 84 betätigt ihrerseits die Kontakte 86, welche den Oszillator 76 mit einem zweiten Eingang 88 der Motorantriebs schaltung 78 verbinden. Unter dem Einfluß eines Eingangs bei 88 versorgt die Schaltung 7Θ den Motor 22 mit Impulsen, so daß sich die Schraube 24 in einer solchen Richtung drehten , daß der Schlitten 18 und damit die Elektrode 12 vom Werkstück 10 zurückgezogen werden. Der Komparator 48 ist ebenfalls mit einer Rückkopplung über eine Umkehreinrichtung 90 und einen Widerstand 92 versehen, die mit dem Referenzsignaleingang verbunden sind, um die Arbeitsweise des Komparator zu stabilisieren. Der Oszillator 76 ist ein freilaufender Oszillator, dessen Frequenz durch ein geeignetes Mittel eingestellt werden kann, das als veränderlicher

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Widerstand 94 dargestellt ist. Jeder vom Oszillator 76 an die Schaltung 78 angelegter Impuls bewirkt eine genaue sprungweise Drehung des Motors 22 in der einen oder.der anderen Richtung, je nach dem ob der Eingang bei 79 oder bei 88 entsteht. Ferner ist jede sprungweise verschiebung oder jeder Schritt des Motors 22 unter dem Einfluß eines Impulses des Oszillators 78 iin wesentlichen konstant, ohne Rücksicht auf die Oszillatorfrequenz, so daß sich die Zuführgeschwindigkeit des Schlittens 18 als Funktion der Oszillatorfrequenz, die vom Bedienungsmann gewählt wird, ändert.

Eine ' iearbeitang mit elektrischer Entladung gemäß der Erfindung wird anhand der Übertragungsfunktion der Fig. 2 besser verständlich, in der die Abzissenachse eine Eingangsachse und die Ordinatenachse eine Ausgangsachse darstellt. Für die Erläuterung sei angenommen, - daß Punkte auf der Eingangsachse Eingangs-Spannungspegel in der Steuerschaltung (an den Komparator en 46 und 48) darstellen, wenn auch selbstverständlich diese Punkte auf der Abzissenachse den Zustand am Spalt 13 darstellen. Entsprechend der herkömmlichen Praxis ist die Elektrode. 12 mit der negativen Klemme der Quelle 14 verbunden, so daß die in Fig. links von einer senkrechten Achse 94 dargestellte Übertragungsfunktion einen Eingangs Spannungspegel 0 darstellt. Die Achse entspricht ferner einem kurzgeschlossenen Spalt, wenn die Elektrode

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12 das Werkstück 10 berührt oder wenn der Spalt 13 durch einen Span kurzgeschlossen ist. Die optimale mittlere Spaltspannung, die der Größe des Spalts 13 entspricht, bei der die optimale Entfernung des Materials stattfindet, ist durch einen Pegeln/ A bezeichnet. Der Referenzsignalausgang am Schleifenkontakt 62 für den Komparator 46 ist durch einen Pegel B bezeichnet. Der Komparator 46 weist einen Einschalt-Schwellwert auf, bei dem ein Ausgang geliefert wird, wenn die Größe des Spaltsignals bei 44 diejenige des Referenzsignals am Schleifkontakt 62 übersteigt. Somit ist der eingeschaltete Zustand des Komparators 46 durch eine senkrechte Linie 100 bezeichnet. Der Pegel B entspricht ferner einer vorbestimmten maximalen Spaltgröße, welche, wenn der Spalt 13 sie überschreitet, verursacht, daß der Komparator 46 einen Ausgang liefert, und die Vorwärtsbewegung der Elektrode 12 einleitet. Der Referenzsignalausgang am Schleifkontakt 56 wird durch einen Pegel C bezeichnet. Der Komparator 48 weist einen Schwellwert für das Einschalten auf, bei dem ein Ausgang geliefert wird, wenn das Spaltsignal des Schleifkontakts 44 kleiner als das Referenzsignal des Schleifkontakts 56 ist. Der eingeschaltete Zustand des Komparators 48 wird durch die senkrechte Linie 102 bezeichnet. Der Pegel C entspricht ferner einem vorbestimmten minimalen Spalt, wobei der Komparator 48, wenn der Spalt 13 kleiner als der minimale Spalt ist, das Zurückziehen der Elektrode 12 einleitet*

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Zu Beginn einer Bearbeitung ist der Spalt 13 wesentlich größer als der optimale Spalt, wobei die entsprechende mittlere Spaltspannung am Schleifkontakt 44 größer als das Referenzsignal (Pegel B) am Schleifkontakt 62 ist. Bei diesem Eingangs zustand liefert der Komparator 46 einen Ausgang zum Verstärker 70 um die Kontakte 74 zu schließen und den Oszillator 76 mit der Motorantriebsschaltung 78 zu verbinden. Unter dem Einfluß des Impulszugeingangs bei 79 versorgt die Schaltung 78 den Motor 22 fortlaufend mit Impulsen, so daß sich die Schraube 24 sprungweise (in Stufen) und in einer Richtung dreht, bei der der Schlitten 18 und die Elektrode 12 zum Werkstück 10 hin bewegt werden. In Folge der Rückkopplung über den Widerstand 80, die in Fig. 2 bei E dargestellt ist, bleibt der Ausgang am Komparator 46 aufrechterhalten, bis die mittlere Spaltspannung unter einem mit E bezeichneten Pegel abfällt. Somit muß sich nach dem Beginn der Vorwärtsbewegung der Elektrode 12 der Spalt 13 schließen, um das Spaltsignal bei 44 etwas unter den Pegel B abfallen zu lassen. Der abgeschaltete Zustand ist für den Komparator 46 durch die senkrechte Linie 104 bezeichnet. Dieses Nacheilen infolge der Rückkopplung über den Widerstand 80 erfolgt in erster Linie um ■ Rauscheffekte zu beseitigen, die sonst den Komparator 46 unter den eingeschalteten Zustand 100 bringen können. Solang-die-mittlere Spaltspannung größer als der Pegel D bleibt, nach dem sie den Pegel B überschritten hat, wird der Motor 22 fortlaufend ange-

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trieben, um den Spalt 13 zu schließen. Bei einer gegebenen Bearbeitung wird die Frequenz des Oszillators 76 mit Hilfe des Widerstands 94 so eingestellt, daß eine ideale Zuführgeschwindigkeit entsteht, bei der die mittlere Spaltspannung am Schleifkontakt 44 gerade etwas größer als das Referenzsignal am Schleifkontakt 62 zusammen mit der Rückkopplung über den Widerstand 80 ist. Bei diesem Zustand wird das Material vom Werkstück 10 mit einem im wesentlichen optimalen Entladungsspalt entfernt, wobei sich die Elektrode 12 laufend in Sprüngen mit der schnellstmöglichen Geschwindigkeit ohne Anhalten vorwärts bewegt, wenn im Spalt kein Kurzschluß auftritt. Wenn ein Bedienungsmann erst einmal die ideale Zuführgeschwindigkeit für eine gegebene Bearbeitung festgestellt hat, ist die Einstellung des Widerstands 94 und damit die Zuführgeschwindigkeit festgelegt, im Gegensatz zu einer Zuführgeschwindigkeit, die bei bisherigen Einrichtungen laufend und automatisch geändert wird.

Wenn die Zuführgeschwindigkeit nicht ideal ist und wenn das Signal am Schleifkontakt 44 unter den Pegel D abfällt, hört das Au s gangs signal des Komparators 46 auf und die Kontakte 74 öffnen sich, um die Schaltung 78 vom Oszillator 76 zu trennen, und die Elektrode 12 anzuhalten. Jedoch nimmt infolge der fortgesetzten Bearbeitung am Spalt 13 bei stillstehender Elektrode 12 die Größe des Spalts 13 zu, bis das Signal am Schleifkontakt 44 das Referenz-

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signal am Schleifkontakt 62 überschreitet, um die Vorwärtsbewegung der Elektrode wieder in Gang zu setzen.

Nun sei auf die Arbeitsweise des Rückwärtskanals eingegangen. Wenn das Spaltsignal am Schleifkontakt 44 unter den Pegel des Referenzsignals des Schleifkontakts 56 abfällt, wird die Spule 84 erregt, un\ die Kontakte 86 zu schließen und die Antriebsschaltung 78 mit dem Oszillator 76 zu verbinden. Unter dem Einfluß des Impuls züge ingangs bei 88 schauet die Schaltung 78 den Motor 22 in der entgegengesetzten Richtung weiter, um den Schlitten 18 und die Elektrode 12 in Sprüngen vom Werkstück 10 zurückzuziehen«, Die Rückwärtsbewegung der Elektrode 12 wird fortgesetzt, bis die Größe des Spalts 13 soweit zugenommen hat, daß das Signal am Schleifkontakt 44 einen Pegel F übersteigt, der einem ausgeschalteten Zustand 106 des !Comparators 48 entspricht. Der Eingangspegel' F ist etwas größer als der Eingangspegel C und zwar infolge der Rückkopplung über die Umkehreinrichtung 90 und den Widerstand 92, um die Arbeitsweise des !Comparators 48 zu stabilisieren. Nachdem die Rückwärtsbewegung der Elektrode eingeleitet ist und der Spalt 13 zunimmt und wenn das Signal bei 44 den Eingangspegel F übersteigt (negativ zunimmt) wird das Ausgangssignal am Komparator 48 aufhören, die Kontakte 86 werden geöffnet und die Schaltung 78 wird vom Oszillator 76 getrennt. Die Bearbeitung am Spalt 13 wird fortgesetzt bis das Signal am

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Schleifkontakt 44 den Eingangspegel B übersteigt, um die Vorwärtsbewegung der Elektrode 12 wieder einzuleiten.

Entsprechend einem wichtigen Merkmal der Erfindung ergibt die Differenz zwischen den Eingangspegeln B und C eüne tote Zone, die mit G bezeichnet ist. Für Eingangspegel des Schleifkontakts 44 innerhalb der toten Zone G ist an keinem der Komparatoren 46 und 48 ein Ausgang vorhanden. Bei Nichtvorhandensein eines Ausgangs an den Komparatoren 46 und 48 wird die Antriebsschaltung 78 vom Oszillator 76 getrennt, so daß keine relative Bewegung zwischen der Elektrode 12 und dem Werkstück 10 entsteht. Wenn während der Vorwärtsbewegung der Elektrode 12 das Material vom Werkstück 10 nicht schnell genug entfernt wird, um mit der Geschwindigkeit Schritt zu halten, mit der die Elektrode bewegt wirdm wird diese angehalten. Da der Spalt 13 und der Eingang am Schleifkontakt 44 infolge der fortgesetzten Bearbeitung zunimmt, wird der Schwellwert für den Komparator 46 fast augenblicklich erreicht, wobei sich die Elektrode 12 wieder vorwärts bewegt, um die Bearbeitung in einem optimalen Spalt fortzusetzen. Selbst wenn der Bedienungsmann nicht die ideale Zuführgeschwindigkeit eingestellt hat, kann die Elektrode 12 angehalten werden, jedoch wird ihre Bewegung nicht umgekehrt, wenn nicht ein Kurzschluß am Spalt 13 auftritt oder die Elektrode infolge einer hohen Zuführgeschwindigkeit, welche die ideale Zuführgeschwindigkeit stark über-

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steigt, über die tote Zone hinaus gelangt. Somit arbeitet die Steuerung im wesentlichen nach dem Prinzip des Arbeitens und Nichtarb eitens und nicht als fortlaufende proportionale Steuerung wie bei früheren Anordnungen. Die Spaltabtastschaltung 34 hat eine solche Zeitkonstante, daß die pulsierende Entladungsspannung am Spalt 13 gemittelt wird, ohne daß Spannungsänderungen am Spalt unterdrückt werden, die durch die sprungweise Bewegung der Elektrode 12 verursacht werden. Somit folgt die festgestellte Hüllkurve am Schleifkontakt 44 streng den Änderungen der Größe des Spalts 13, so daß durch Verwendung von Komparatoren mit hoher Empfindlichkeit an den Grenzen der toten Zone eine hohe Empfindlichkeit erzielt werden kann. Andererseits ist jede sprungweise Verschiebung der Elektrode 12 klein im Verhältnis zum Spalt 13. Durch Auflösen der Bewegung der Elektrode 12 in kleine Sprünge und durch den Betrieb mit verhältnismäßig hoher Empfindlichkeit wird eine extrem genaue Steuerung des Spalts innerhalb der von der toten Zone zugelassenen Änderungen erzielt.

Nur zur Erläuterung sei angegeben, daß bei einem erfindungsgemäß aufgebauten Steuergerät der Motor 22 mit 200 Schritten je Umdrehung arbeitete und die Schraube 24 zehn Gewindegänge je cm aufwies, so daß der Schlitten mit etwa 0, 0001 cm je Schritt

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angetrieben wurde. Die Frequenz des Oszillators 76 war von 1-275 Impulsen je Sekunde veränderlich, so daß die Zuführgeschwindigkeit der Elektrode 12 3*275 Schritte je Sekunde betrug. Die Spaltspannung vor der Entladung betrug 150 V während die tote Zone, die der toten Zone G entsprach, + 1 V, bezogen auf den Spalt, betrug. Unter der Annahme eines optimalen Spalts von z. B. 0, 0006 cm und einer entsprechenden mittleren Spaltspannung von 70 V entspricht der Ausgang am Schaltkontakt 58 bezogen auf den Spalt BO/ 71 V und der Ausgang am Schleifkontakt 56 bezogen auf den Spalt 13 69 V. Somit liegt die Änderung der toten Zone in der Größenordnung von + 1 oder 2 %. Im allgemeinen beträgt die Breite der toten Zone G zwei bis fünf Ve rs chiebungs Sprünge, doch ändert sie sich mit der Tiefe des Schnitts,der Entfernungs geschwindigkeit und den anderen Parametern der Bearbeitung. Es ist jedoch selbstverständlich, daß die tatsächlichen Spannungspegel, die den Komparatoren 46 und 48 zugeführt werden, wesentlich verkleinert werden, um den Komparatoren 46 und 48 angepaßt zu werden, die Einrichtungen mit niedrigem Pegel sind. Z.B. kann mit Hilfe des Schleifkontakts 44 die Spaltspannung bis zur Größenordnung von 5 V verkleinert werden, während die Differenz zwischen dem Vorwärtsreferenzsignal am Schleifkontakt 62 und dem Rückwärtsreferenzsignal am Schleifkontakt 56 in der Größenordnung von 100 mV liegt. Die Rückkopplung über die Widerstände 80 und 92 lag in der Größenordnung von 200 mV in Bezug auf die tote Zone von 2 V,

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Die in Fig.. 3 dargestellte Abänderung zeigt zwei Impuls-Oszillatoren 110 und 112, die an die Stelle des einzigen Oszillators 76 (Fig. 1) gesetzt werden, um eine hohe Rückführgeschwindigkeit zu erhalten, die unabhängig von der Zuführgeschwindigkeit eingestellt werden kann· Der Oszillator 110 ist so angeordnet, daß er über die Kontakte 74 mit dem Eingang 79 der Antriebsschaltung 78 verbundeil ist, um die Zuführgeschwindigkeit einzustellen. Die Oszillatoren 110 und 112 weisen Mittel auf, die als veränderliche Widerstände 114 und 116 dargestellt sind, um die Widerholungsgeschwindigkeit der Oszillatoren zu ändern. So kann der Oszillator 1.10 auf eine Zuführgeschwindigkeit von z.B. 3 - 275 Impulsen je Sekß:. de eingestellt werden, während der Oszillator 112 auf eine wesentlich höhere Geschwindigkeit von z.B. dem Doppelten der Geschwindigkeit des Oszillators 110 eingestellt werden kann (0 - 500 Impulse je Sekunde). Abgesehen von dem Einsetzen der Oszillatoren 110 und 112 gleicht die Schaltung der Steuerung der anhand der Figur 1 beschriebenen. Bei einem Span im Spalt 13 bewirkt eine durch den Oszillator 112 eingestellte hohe Rückführgeschwindigkeit eine schnelle Zurückziehung der Elektrode 12, so daß der Span leicht aus dem Spalt durch Spülen mit einer dielektrischen Flüssigkeit entfernt werden kann.

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Bei der in Fig, 4 dargestellten Abänderung wird anstelle Oszillators 76 (Fig. 1) ein gesteuerter Oszillator 120 eingesetzt, um eine quasi proportionale Steuerung des Spalts 13 zu erhalten, wobei die Vorteile des Schrittmotors 22 und der toten Zone G wie sie anhand der Fig. 1 beschrieben wurden, teilweise beibehalten werden. In Fig. 4 dargestellte Teile, die den Teilen in Fig. 1 entsprechen, sind durch gleiche Bezugs zahlen bezeichnet. Der Oszillator 120 ist mit einem geeigneten Mittel, z.B. mit einer handbetätigten Zeitsteuerung 122 versehen, derart, daß bei einer Arbeitsweise die Wiederholungsgeschwindigkeit des Oszillators 120 durch den Bedienungsmann wie bei der Schaltung der Fig. 1 eingestellt werden kann. Ferner ist die Wiederholungsgeschwindigkeit des Oszillators 120 so eingerichtet, daß sie automatisch durch eine proportionale Steuerschaltung 124 geändert werden kann, so daß eine zweite Arbeitsweise entsteht, bei der die Zuführgeschwindigkeit der Elektrode 12 nach dem mittleren Spaltsignal am Schleifkontakt 44 geändert wird.

Die Schaltung 124 besteht aus einem Differentialverstärker mit zwei Eingängen 128 und 130. Der Eingang 128 ist mit dem Schleifkontakt 44 der Spaltabtastschaltung 34 verbunden (Fig. 1 und 4). Der Eingang 130 entsteht an einem Schleifkontakt 132 eines Potentiometers 134 in einer Referenz schaltung 136. Die

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Referenzschaltung 136 gleicht der Referenz schaltung 50 (Fig. 1) abgesehen davon, daß das dritte Potentiometer 134 in Reihe mit einem festen Widerstand 138 an der Quelle 54 liegt. Die Schleifkontakte 56, 62 und 132 sind zusammengekuppelt, wobei der Wert des Widerstands 138 so gewählt ist, daß der Ausgang am Schleifkontakt 132 in der Hälfte zwischen den Ausgängen an den Schleifkontakten 56 und 62 liegt, d.h. der Widerstand 138 beträgt die Hälfte des Wert des Widerstands 60. Somit entspricht der Ausgang des Schleifkontakt; 132 der Mitte (dem Pegel A) der toten Zone G (Fig. 2). Die Eingänge 128 und 130 sind so angeordnet, daß sie durch ein geeignetes Mittel, das als doppelpoliger Schalter 140 dargestellt ist, verbunden und getrennt werden können.

Der Verstärker 126 liefert einen bipolaren Ausgang, dessen Größe und Polarität sich entsprechend der Differenz zwischen den Eingängen 128 und 130 ändert. Der Ausgang des Verstärkers 126 geht zu einem bipolaren Rampengenerator 146, der eine sichg wiederholende Rampenfunktion liefert. Die Neigung jeder Rampenfunktion ändert sich entspredhend der Größe des Differenzsignals des Verstärkers 126. Falls die Neigung positiv oder negativ ist, hängt davon ab, welcher der Eingänge 128 und 130 größer ist. Z.B. wird eine positive Rampenfunktion erzeugt, wenn der Eingang 128 von der Spaltabtastschaltung 34 größer als der Eingang

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130 von der Referenz schaltung 136 ist. Somit ist die Neigung der positiven Rampenfunktion proportional der Größe des Spalts 13, wenn der Spalt den Pegel B überschreitet, während die Neigung eine negativen Rampenfunktion umgekehrt proportional der Größe des Spalts 13 ist, wenn der Spalt geringer als der Pegel C ist.

Der Ausgang des Generators 146 geht zu einem Detektor 148 für den positiven Schwellwert und zu einem Detektor 150 für den negativen Schwellwert, die ihrerseits über ein ODER-Gatter 152 mit dem gesteuerten Oscillator 120 verbunden sind. Für positive Rampenfunktionen liefert der Detektor 148 Impulse, deren zeitliche Lage sich mit den Änderungen der positiven Neigung verschiebt. Wenn also der Eingang 128 groß im Verhältnis zum Eingang 130 ist, wird der Schwellwert des Detektors 148 frühzeitig im Rampenzyklus überschritten, wobei die frühe zeitliche Lage des Steuerimpulses bewirkt, daß der Oszillator 120 mit einer relativ hohen Frequenz arbeitet. Wenn der Eingang 128 zum Eingang 130 abnimmt, wird der Schwell wert des Detektors 148 später im Rampenzyklus überschritten, um die zeitliche Lage des Steuerimpulses zu verzögern, der seinerseits die Frequenz des Oszillators 120 verringert. In gleicher Weise wird bei negativen Rampenfunktionen und bei einer großen Differenz zwischen den Eingängen 128 und 130 der Schwellwert des Detektors 150 früh-

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zeitig im Rampenzyklus überschritten, wobei die zeitliche Lage des Steuerimpulses bewirkt, daß der Oszillator 120 mit einer verhältnismäßig hohen Frequenz arbeitet. Wenn die Differenz zwischen den Eingängen 128 und 130 abnimmt, wird die zeitliche Lage des Steuerimpulses verzögert, um die Frequenz des . -

Oszillators 120 zu verringern.

Beim Betrieb der in Fig. 4 dargestellten Schaltung liefern die Komparatoren dy 46 und 48 eine Steuerung des Motors 22 mit toter Zone in der anhand der Fig. 1 dargestellten Schaltung beschriebenen Weise derart, daß der Motor 22 die Elektrode 12 während einer Bearbeitung in diskreten Verschiebungssprüngen antreibt. Wenn jedoch der Schalter 140 zur automatischen Steuerung der Zuführgeschwindigkeit geschlossen ist, wird die Elektrode $2 mit einer Geschwindigkeit angetrieben, die allgemein der mittleren am Schleifkontakt 44 entstehenden Spaltspannung proportional ist. Wenn die mittlere Spaltspannungam Schleifkontakt 44 größer als das Referenzsignal (Pegel B) am Schleifkontakt 62 ist, liefert der Komparator 46 ein Ausgangs signal, das die Kontakte 74 schließt, um den Oszillator 120 mit dem Eingang 79 uzu verbinden. Der Verstärker 126 vergleicht den Eingang bei 130 mit dem mittleren Spaltsignal des Schleifkontakts 44 und liefert ein Differenzsignal, das zum Rampenfunktionsgenerator 146 geführt wird. Das Differenzsignal

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des Verstärkers 126 ändert sich direkt proportional zur Größe des Spalts, so daß bei einem großen Spalt die zeitliche Lage der Steuerimpulse des Detektors 148 die Frequenz des Oszillators erhöht; um die Elektrode 12 schnell zum Werkstück 10 hin zu bewegen. Wenn der Spalt 13 abnimmt, nimmt das Differenzsignal ebenfalls ab, das seinerseits die Frequenz des Oszillators 120 verringertem die Elektrode zu verlangsamen, wenn sich die Größe des Spalts 13 dem optimalen Spalt nähert. Die Elektrode setzt die Bewegung zum Werkstück 10 fort, bis der Ausgang des !Comparators 46 in der anhand der Fig. 1 beschriebenen Weise aufhört. Solange sich der Spalt 13 innerhalb der toten Zone G befindet, haben Änderungen des Oszillators 120, die durch die ' Schaltung 124 verursacht werden, keine Wirkung, da der Ostillator 120 abgetrennt ist und die Elektrode 12 stehen bleibt.

Die'Rückwärtsoperation wird in Gang gesetzt, wenn das mittlere Spaltsignal am Schleifkontakt 44 unter das Referenzsignal des Schleifkontakts 56 abfällt, so daß die Spule 84 erregt wird und die Kontakte geschlossen werden, um den Oszillator 120 mit dem Eingang 88 der Antriebs schaltung 78 zu verbinden. Der Verstärker 126 vergleicht das Referenzsignal des Schleifkontakts 132 mit dem mittleren Spaltsignal des Schleifkontakts 44, wobei sich der Differenzausgang umgekehrt prdportional zur Größe des Spalts 13 ändert. Wenn die Elektrode 12 das Werkstück 10 berührt,

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oder wenn der Spalt 13 durch einen Span kurzgeschlossen wird, ist das Differenzsignal groß, so daß der Generator: 146 eine steile Rampenfunktion liefert, die eine frühe zeitliche Lage der Steuerimpulse des Detektors 150 verursacht. Die frühe zeitliche Lage vergrößert ihrerseits die Frequenz des Oszillators 120, so daß die Elektrode 12 schnell vom Werkstück 10 wegbewegt wird. Wenn sich die Elektrode vom Werkstück 10 wegbewegt, nimmt das Differenzsignalab, wodurch die zeitliehe Läge der Steuerung der Impulse des Detektors 150 verzögert wird, um die Geschwindigkeit herabzusetzen, mit der die Elektrode zurückgezogen wird, wenn sie sich der toten Zone nähert oder bis der Span aus dem Spalt 13 entfernt ist.

Wenn auch ein Betrieb mit konstanter Zuführgeschwindigkeit vorgezogen wird, um eine optimale Materialentfernuhg zu erhalten, d.h. ein Betrieb mit dem Oszillator 76 (Fig, 1) bei konstanter Geschwindigkeit, so hat doch offensichtlich die .automatische Arbeitsweise mit Hilfe der in Fig. 4 dargestellten Ausführung zum Teil den Vorteil der Steuerung der toten Zone (der Komparatoren 46 und 48) und der sprungweisen Verschiebung der Elektrode 12,- Bei der in Fig. 4 dargestellten automatischen Steuerung kann die Elektrode in die tote Zone gebracht und damit angehalten ■ werden, doch ist es weniger wahrscheinlich, daß sie um den optimalen Spalt pendelt, wie bei den bekannten stetigen propor-

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tionalen Steuerungen. Die Steuerung der Fig. 4 hat gegenüber der Steuerung der Fig. 1 bei einigen Bearbeitungen gewisse Vorteile, z.B. wenn die Schnitt-Tiefe sich während eines gegebenen Durchgangs der Elektrode 12 durch das Werkstück 10 ändert.

Wenn auch eine bestimmte Referenzsignalschaltung 50 und bestimmte Komparatoren 46 und 48 zur Bestimmung der toten Zone G beschrieben wurden, so können offensichtlich doch zahlreiche Abänderungen an der Referenzschaltung 50 und den Komparatoren 46 und 48 vorgenommen werden. Die Komparatoren 46 und 48 können zwei Differentialverstärker sein, deren Schwellwertdifferenz wie in Fig. 1 durch ein entsprechendes Referenzsignal eingestellt wird. Zur Erzielung langsamer Bewegung und hoher Stabilität können auch Funktionsverstärker verwendet werden. Durch geeignete Vorspannungsanordnungen kann ein einziges Referenzsignal geliefert und eine Schwellwertdifferenz in den Komparatoren vorgesehen werden. Zahlreiche Anordnungen zur Lieferung von stabilen Referenzsignalen sind anstelle der Potentiometer 52 und 58 möglich. Z.B. kann der Widerstand 60 weggelassen und der Schleifkontakt 62 relativ zum Schleifkontakt 56 durch eine geeignete Führung verschoben werden, um die Referenzsignaldifferenz zu erhalten. Ferner ist im Rahmen der Erfindung eine vollständig aus Festkörpereinrichtungen aufgebaute logische Steuerung möglich, um mechanische Relais

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zu vermeiden (die Spulen; 72 und 84 und die Kontakte 74 und 86). Ferner können bei der bevorzugten Schaltung die Schaltung 78 und der Motor 22 so aufgebaut werden, daß der Motor 22 bei Nichtvorhandensein eines Eingangs vom Oszillator 76 gesperrt wird, wenn die Kontakte 74 und 86 offen sind. Ferner sind verschiedene ζ eitbe stimmende Mittel anstelle der Oszillatoren (76 Fig. 1·, 110, 112 in Fig. 3, und 120 in Fig. 4) im Rahmen der Erfindung möglich, um die Schritte des Motors 22 zeitlich festzulegen.

Selbstverständliche wurde die Steuerung für die Bearbeitung mit elektrischer Entladung nur zur Erläuterung beschrieben, sie soll die Erfindung nicht eingrenzen, deren Umfang durch die nachfolgenden Ansprüche definiert ist.

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Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE

1. Einrichtung zürn Entfernen von Material von einem leitenden Werkstück durch eine elektrische Entladung an einem Entladungs spalt der zwischen dem Werkstück und einer von dem Werkstück entfernten Elektrode gebildet wird, wobei Steuermittel unter dem Einfluß eines elektrischen Zustands an dem Entladungs spalt bewirken, daß die Elektrode relativ zum Werkstück bewegt wird, um den Entladungs spalt im wesentlichen innerhalb einer ersten und einer zweiten Grenze während einer Bearbeitung zu halten,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Steuermittel aus einem Spaltabtastmittel bestehen, das auf den elektrischen Zustand am Abtastspalt anspricht, um ein elektrisches Signal zu liefern, das sich unter dem Einfluß der Verschiebung der Elektrode relativ zum Werkstück ändert, ferner aus einem ersten Referenzmittel, das einen ersten Referenzwert liefert, der die erste Grenze darstellt, weiterhin aus einem ersten Vergleichsmittel, das auf den'ersten Referenzwert und auf das elektrische Signal anspricht, um ein erstes Ausgangssignal zu liefern, wenn sich der Entladungsspalt außerhalb der ersten Grenze befindet, weiterhin aus einem zweiten Referenzmittel, um einen zweiten Referenzwert zu liefern, der die zweite Grenze darstellt, weiterhin aus einem

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zweiten Vergleichsmittel,, das auf den zweiten Referenzwert und auf das elektrische Signal anspricht, um ein zweites Ausgangssignal zuliefern, wenn sich der Entladungs spalt außerhalb der zweiten Grenze befindet, und schließlich aus einem Antriebsmittel, das auf die Aus gangs signale anspricht, um eine relative Bewegung zwischen der Elektrode und dem Werkstück in diskreten VersehiebungsSprüngen und in einer Richtung zu bewirken, die den Entladungs spalt in die vorbestimmten Grenzen bringt, wobei das Antriebsmittel auf eins der Ausgangs signale anspricht, um eine relative sprungweise Bewegung der Elektrode und des ' Werkstücks zueinander zu bewirken, und das Antriebsmittel auf das andere Aus gangs signal anspricht^ um eine relative sprungweise Bewegung der Elektrode und des Werkstücks voneinander weg zu bewirken.

2, ' Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsmittel aus einem umkehrbaren Schrittmotor und aus einem zeitbestimmenden Mittel besteht, um die Geschwindigkeit des Motors zu steuern, wobei das zeitbestimmende Mittel mit einer konstanten Geschwindigkeit betrieben wird, umeine relative sprungweise Bewegung zwischen der Elektrode und dem Werkstück mit konstanter Geschwindigkeit zu bewirken. ,

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3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das Antriebsmittel aus einem umkehrbaren Schrittmotor besteht und daß ein erstes zeitbestimmendes Mittel mit einer ersten Geschwindigkeit unter dem Einfluß des einen Ausgangssignals betrieben wird, um eine relative sprungweise Bewegung der Elektrode und des Werkstück zueinander mit einer Geschwindigkeit zu bewirken während das zweite zeitbestimmende Mittel unter dem Einfluß des anderen Ausgangs signals mit einer zweiten Geschwindigkeit betrieben wird, um eine relative sprungweise Bewegung der Elektrode und des Werkstücks voneinander weg mit einer zweiten Geschwindigkeit zu bewirken, die schneller als die erste Geschwindigkeit ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das Antriebsmittel aus einem zeitbestimmenden Mittel mit veränderlicher Geschwindigkeit besteht, um die Geschwindigkeit der relativen sprungweisen Bewegung zwischen der Elektrode und dem. Werkstück zu verändern, ferner aus einem Detektormittel, das auf das elektrische Signal anspricht, um das zeitbestimmende Mittel entsprechend der Abweichung des EntladungsSpalts von den vorbestimmten Grenzen zu ändern.

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; : : 161 S369 i ■

5. Einrichtung zur Entfernung von Materialvon einem

leitenden Werkstück durch eine elektrische Entladung an einem Entladungsspalt der zwischen dem Werkstück und einer von dem Werkstück entfernten Elektrode gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuermittel vorgesehen ist, '. das unter dem Einfluß eines elektrischen Zuständs an dem Entladungsspalt einer relaMven Bewegung zwischen der Elektrode und dem Werkstück während einer Bearbeitung; bewirkt, um Änderungen des Entladungsspalts während einer Bearbeitung im wesentlichen in vqrbestimmten Grenzen zu halten, ferner ein Mittel, um den Zustand abzutasten und ein elektrisches Signal zu liefern, das die Lage der Elektrode relativ zum Werkstück darstellt, weiterhin ein Mittel mit einem ersten ReferenZiwert, das auf das elektrische Signal anspricht um einen ersten Ausgang zu liefern, wenn die Änderungen des Entladungsspalts eine vorbestimmte Grenze überschreiten, weiterhin ein Mittel mit emem zweiten Referenzwert, das auf das elektrische Signal anspricht um einen zweiten Ausgang zu liefern, wenn die Änderungen des Entladungsspalts emeentgegengesetzt^LGrienze überschreiten, die von der ersten Grenze verschieden ist, und schließlich ein Ausgangsmittel, das selektiv auf das erste und das zweite Aus-· gangssignal anspricht, um eine relative Bewegung zwischen der Elektrode und dem Werkstück zu bewirken, damit der Spalt in die Grenzen- gebracht wird. : -V.