DE4430808C2 - Drahtführung für eine Vorrichtung zum funkenerosiven Drahtschneiden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Drahtführung für eine Vorrich­ tung zum funkenerosiven Drahtschneiden eines Werkstücks nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum funkenerosiven Drahtschnei­ den eines Werkstückes mit einer in wenigstens einer der­ artigen Drahtführung geführten Drahtelektrode, wobei - in Drahtvorschubrichtung gesehen - eine Drahtführung vor und ggf. eine andere Drahtführung hinter dem Werkstück angeord­ net ist.

Vorrichtungen zum funkenerosiven Schneiden von Werkstücken sind in vielfältigsten Ausführungsformen bekannt. Eine sol­ che Schneidvorrichtung weist im allgemeinen die nachfolgen­ den Konstruktionselemente auf: ein Maschinengestell mit Antriebsvorrichtungen und ein Führungssystem für eine Drahtelektrode, ein Spülsystem, einen Generator und/oder eine NC- oder CNC-Steuerung.

Beim funkenerosiven Drahtschneiden wird - ausgehend von einer Startbohrung oder einer Referenzfläche - mit einer ersten Elektrode (der Drahtelektrode) eine Kontur in eine bzw. aus einer zweiten Elektrode (dem Werkstück) geschnit­ ten. Dabei wird die Drahtelektrode im allgemeinen in einer oberen (oberhalb des Werkstückes angeordneten) und einer unteren (unterhalb des Werkstückes angeordneten) Drahtfüh­ rung geführt. Regelmäßig ist der Drahtantrieb so gestaltet, daß die Drahtelektrode von einer Vorratsrolle laufend abge­ zogen, durch die zwischen den Drahtführungen liegende Be­ arbeitungszone hindurchgeführt und danach entsorgt wird Häufig sind die Drahtführungen in einem sogenannten Draht­ führungskopf untergebracht, der im allgemeinen auch die Zuführung des Entladestromes und der dielektrischen Spül­ flüssigkeit umfaßt.

Ein Problem besonderer Art besteht beim funkenerosiven Drahtschneiden in der Entwicklung von Drahtführungen, die eine zumindest weitgehend eindeutige und geometrisch be­ herrschbare Bearbeitungslage der Drahtelektrode gegenüber dem zu erodierenden Werkstück gewährleisten. Dies gilt insbesondere für konische Schnitte und/oder für Drahtfüh­ rungen, die in ortsfesten Führungsköpfen angeordnet sind.

So kann zum Beispiel bei bekannten offenen Drahtführungen, wie V-Führungen, bei extremen Schräglagen des Drahtes die Drahtelektrode ihre definierte Lage in der Drahtführung verlassen - im Extremfall sogar aus der Drahtführung rut­ schen.

Aber auch bei bekannten geschlossenen Drahtführungen, z. B. Toroidführungen wie sie z. B. in der DE 42 28 331 A1 offen­ bart sind, in denen die Drahtelektrode allseits von der Drahtführung umgeben ist und daher nicht herausfallen kann, ist v.a. bei kleinen konischen Winkeln nicht immer gewähr­ leistet, daß die Drahtelektrode fest am Innenrand der geschlossenen Draht­ führung anliegt. Deshalb wird bisher die Drahtdurch­ trittsöffnung einer geschlossenen Drahtführung dem Durch­ messer der Drahtelektrode soweit wie möglich angepaßt. Bei unterschiedlichen Drahtdurchmessern ist es daher erforder­ lich, unterschiedliche Drahtführungen zu verwenden - häufig sogar den gesamten Drahtführungskopf auszutauschen. Im übrigen treten bei derart "engen", an den jeweiligen Draht­ durchmesser angepaßten, geschlossenen Toroidführungen Schwierigkeiten beim automatischen Drahteinfädeln auf.

Aus der US 4 611 107 ist zwar eine Drahtführung der ein­ leitend genannten Art bekannt. Bei der dortigen Dreipunkt-Führung sind drei übereinander angeordnete geschlossene Führungsringe vorgesehen, die mit ihren der Drahtachse zugewandten Kontaktflächen die Drahtdurchtrittsöffnung ausbilden. Zur Anpassung an einen geringfügig geänderten Drahtdurchmesser sind die Führungsringe der bekannten Drahtführung jeweils exzentrisch aus ihren Achsen ver­ schiebbar.

Die Drahtführung nach US 4 686 344 besteht aus übereinander angeordneten Führungselementen, insbesondere zylindrischen Führungsringen, die jeweils unabhängig voneinander in senk­ rechter Richtung gegen den Erodierdraht vorgespannt sind. Es handelt auch hier um eine konventionelle Dreipunkt-Füh­ rung, deren Führungsöffnung nicht veränderbar ist, sondern sich "zwangsweise" dem Drahtdurchmesser anpaßt.

JP 61-209820 A offenbart eine Drahtführung mit veränder­ barer Drahtdurchtrittsöffnung nach dem sog. Spannzangen­ prinzip, wonach die Lage eines Führungselements vertikal zur Drahtlaufrichtung je nach Durchmesser des Drahtes ver­ ändert wird.

Die DE-AS 17 74 122 beschreibt eine Drahtführung für dünne Drähte, welche einem Metallisierungsvorgang zugeführt wer­ den. Die Drahtführung besteht aus drei nebeneinander angeord­ neten jeweils um die eigene Achse rotierenden Scheiben, deren der Drahtachse zugewandten Seiten die Drahtdurch­ trittsöffnung ausbilden. Der Achsabstand zwischen den Füh­ rungsscheiben bleibt dabei fest und damit die Drahtführung für einen festen Drahtdurchmesser bestimmt.

DE 2653857 C2 offenbart eine Steuerung zum Öffnen bzw. Schließen einer variablen Drahtführung.

JP 05-177444 A offenbart eine Stromzuführung, die gleich­ zeitig als Drahtführung dient, d. h. lediglich die Kombina­ tion dieser Elemente. Eine variable Drahtführung ist dort nicht beschrieben.

Schließlich zeigt CH 559599 A5 Elemente zur Automatisierung der Arbeitsvorbereitung einer Drahtschneidemaschine. Die dortige Drahtführung ist jeweils nur für einen Drahtdurch­ messer geeignet.

Die Erfindung zielt darauf ab, eine Drahtführung für eine Vorrichtung zum funkenerosiven Drahtschneiden eines Werk­ stücks zu schaffen, welche unterschiedlichen Drahtdurch­ messern einfach anpaßbar ist, dennoch aber die Drahtelek­ trode sicher und präzise führt.

Dieses Ziel erreicht die Erfindung durch die Gegenstände der Ansprüche 1 und 8.

Danach ist eine Drahtführung für eine Vorrichtung zum fun­ kenerosiven Drahtschneiden eines Werkstückes auch als eine - während dem Schneidvorgang - geschlossene Drahtführung mit einer in ihrer Größe variablen bzw. änderbaren Draht­ durchtrittsöffnung ausgebildet. Und eine Vorrichtung zum funkenerosiven Drahtschneiden eines Werkstücks der eingangs genannten Gattung weist wenigstens eine, bevorzugt zwei, Drahtführung(en) auf, die eine - während dem Schneidvorgang - geschlossene Drahtführung mit einer in ihrer Größe änder­ baren Drahtdurchtrittsöffnung ist/sind. Ferner ist die erfindungsgemäße Drahtführung aus wenigstens drei, unmit­ telbar übereinander angeordneten Führungsabschnitten aufge­ baut, die jeweils um eine - insbesondere zur Drahtachse parallele - Achse derart drehbar sind, daß sie mit ihren der Drahtachse zugewandten Stirn- bzw. Kontaktflächen - ggf. durch einen gegenseitigen Überlapp - die Drahtdurch­ trittsöffnung ausbilden, wobei sich durch Drehen der Füh­ rungsabschnitte die gewünschte Größenänderung der Draht­ durchtrittsöffnung ergibt.

Dies hat insbesondere den Vorteil, daß die Drahtführung durch Verändern der Größe der Drahtdurchtrittsöffnung dem Durchmesser einer bestimmten Drahtelektrode optimal ange­ paßt werden kann. Je nach Art des Erodiervorganges sowie des zu schneidenden Werkstückes werden in der Praxis Draht­ elektroden mit unterschiedlichsten Durchmessern verwendet: gebräuchlich sind Drahtdurchmesser zwischen ca. 0,33 und 0,07 mm. Die erfindungsgemäße Drahtführung wird nun dem Durchmesser der Drahtelektrode so angepaßt, daß dieser im Bereich der Drahtdurchgangsöffnung von wenigstens drei Kontaktpunkten bzw. -flächen der Drahtführung exakt geführt wird. Hierdurch ist für jeden Drahttyp eine eindeutige und geometrisch beherrschbare Bearbeitungslage gegenüber dem zu erodierenden Werkstück gewährleistet.

Unter Umständen kann durch Variieren der Drahtdurchgangs­ öffnung der - durch die Drahtführung auf die Drahtelektrode ausgeübte - Anpreßdruck gezielt verändert werden, um die Vorschubgeschwindigkeit und/oder den axialen Zug der Draht­ elektrode zu beeinflussen.

Im Vergleich zu bekannten Drahtführungen paßt die Erfindung ihre Drahtführung in einfacher Weise auf unterschiedliche Draht- und Schnitttypen derart an, daß:

• - eine beliebige Drahtelektrode immer eine definierte Lage in der Drahtführung einnimmt - so wie es bei bekannten geschlossenen Drahtführungen, z. B. Toroid­ führungen, nur durch Ersetzen der Drahtführung durch eine neue Drahtführung möglich ist;
• - die Drahtelektrode auch bei extremen Schräglagen nicht verrutschen, insbesondere sich nicht versehent­ lich aus der Drahtführung lösen kann - so wie es bei bekannten offenen Drahtführungen, z. B. V-Führungen, der Fall sein kann.

Im Ergebnis vereinigt die erfindungsgemäße Drahtführung die Vorteile der bekannten offenen Drahtführungen (Einsatz für verschiedene Drahtdurchmesser) und der geschlossenen Draht­ führung (kein Ausfallen der Drahtelektrode aus der Draht­ führung) und beseitigt außerdem deren individuelle Nachtei­ le.

Bevorzugt sitzen die Führungsabschnitte jeweils auf einem Zahnrad, das in einen die Führungsabschnitte gemeinsam umge­ benden, einen koaxialen Ring bildenden Zahnkranz eingreift. Alternativ dazu sind die Führungsabschnitte derart geformt und ggf. auf ihren jeweiligen Achsen vorgespannt, daß sie über einen - die Führungsabschnitte gemeinsam umgebenden - koaxialen Nockenring drehbar sind.

Bei der erfindungsgemäßen Drahtführung können die wenig­ stens drei Führungsabschnitte - um ihre Drehachsen herum - aus einer "offenen" Position (wobei die Drahtelektrode auch seitlich in das Achszentrum der Drahtführung eingebracht werden kann) in eine "geschlossene" Position (wobei die Drahtelektrode in ihrer definitiven Bearbeitungslage durch direkten Kontakt mit den Führungsabschnitten gehalten wird) gedreht werden. Im letztgenannten Fall stehen die Stirn- bzw. Kontaktflächen der Führungsabschnitte - quer zur Drahtachse gesehen - jeweils in einem Winkel zueinander, derart, daß z. B. eine runde Drahtelektrode mit jeder ein­ zelnen Stirnfläche wenigstens einen Linienkontakt einnimmt.

Die Drahtführung ist dadurch allseits verschlossen. Die Führung der Drahtelektrode erfolgt gemeinsam durch die Kontaktflächen der wenigstens drei Führungsabschnitte, wobei jeder Führungsabschnitte einen Gegenanschlag zu einem benachbarten Führungsabschnitt ausübt - und umgekehrt.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist die zuvor beschrie­ bene Drahtführung mit wenigstens einem - an die Steuerein­ richtung der Drahtschneidvorrichtung angeschlossenen - Steuerantrieb zum automatischen Drehen der Füh­ rungsabschnitte um ihre Achsen ausgestattet. Mit einem solchen z. B. an einem CNC-Rechner angeschlossenen Steuer­ antrieb besteht die Möglichkeit, die erfindungsgemäße Drahtführung vollautomatisch nach einem vorgegebenen Draht­ typ oder einem bestimmten Betriebsmodus einzustellen. Vor­ teilhaft ist ein derartiger Steuerantrieb in den Führungs­ kopf mitintegriert. Die Istposition wird dabei beispiels­ weise mit einem induktiven Drehgeber überwacht und der Steuereinrichtung als Regelgröße übermittelt.

Um den Verschleiß der Drahtelektrode, insbesondere beim konischen Schneiden zumindest weitgehend zu vermeiden, sind die Führungsabschnitte an ihren Kontaktflächen mit der Drahtelektrode abgerundet, insbesondere mit progressiv ge­ krümmter Kontur ausgebildet. Insbesondere die Veränderung der Krümmung der Drahtführung wird den unterschiedlichen Zugspannungen der Drahtelektrode bei verschieden großen konischen Winkeln gerecht.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Führungsabschnitte an ihren Kontaktflächen mit einer Dia­ mantschicht beschichtet. Hierdurch wird weiter eine plasti­ sche Verformung der Drahtelektrode durch Drahtverschleiß verhindert, insbesondere bei hohen Drahtdurchgangsgeschwin­ digkeiten. Andererseits werden die Drahtführungsabschnitte auch vor mechanischen Einflüssen geschützt.

Um eine weitestgehende Automatisierung des Bearbeitungsvor­ gangs zu gewährleisten, weist die erfindungsgemäße Vorrich­ tung zum funkenerosiven Drahtschneiden vorzugsweise eine Steuereinrichtung auf, insbesondere eine CNC-Steuerung, zum automatischen Verändern der Größe der Drahtdurchtrittsöff­ nung der Drahtführung in Abhängigkeit des Durchmessers der Drahtelektrode.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung weist diese eine Drahteinfädel-Einrichtung auf, insbesondere nach Art einer Wasserstrahl-Einfädelung, wobei die Drahtführung - in Drahtschubvorrich­ tung gesehen - hinter der Drahteinfädel-Einrichtung angeord­ net ist.

Die erfindungsgemäße Drahtführung besitzt besonders große Vorteile im Zusammenhang mit einer automatischen Drahtein­ fädelung. Dabei sorgt eine Drahteinfädel-Einrichtung dafür, daß zum Beispiel bei einem Drahtriß, bei einem Wechsel zu einer neuen Bearbeitung, etc. die Drahtelektrode vom oberen Drahtführungskopf durch eine Startbohrung des zu erodieren­ den Werkstückes zum unteren Drahtführungskopf befördert wird. Häufig wird zum Einfädeln ein Hochdruck-Wasserstrahl, der eine Art Einfädelkanal ausbildet, vom oberen Drahtfüh­ rungskopf zum unteren Drahtführungskopf gespritzt. Wie zwi­ schen Leitplanken führt der Wasserstrahl die Drahtelektrode in die gewünschte Vorspulrichtung.

Bei einer bekannten "engen" - dem Durchmesser der Draht­ elektrode angepaßten - geschlossenen Drahtführung läßt sich ein derartiger Hochdruck-Wasserstrahl, der durch die Drahtdurchtrittsöffnung hindurch tritt, nicht realisieren. Für die automatische Drahteinfädelung müssen entweder an­ dersartige Systeme eingesetzt werden oder die geschlossene Drahtführung ist - in Drahtschubvorrichtung gesehen - ober­ halb einer solchen Einfädeleinrichtung angeordnet. Im letztgenannten Fall befindet sich die geschlossene Draht­ führung dann in einem relativ großen Abstand vom zu bear­ beitenden Werkstück und die "freie" ungeführte Drahtlänge zwischen der einen Drahtführung vor und der ggf. anderen Drahtführung hinter dem Werkstück ist entsprechend groß. Daher wirken sich Einflüsse in der Bearbeitungszone, z. B. durch abgetragene Werkstückspartikel, durch die Spülung der Bearbeitungszone mit Spitzendrücken bis zu 12 bar, etc., störend auf die Lage des Drahtes aus. Dies führt u. U. zu einer Abweichung von der Drahtsollage - im Extremfall sogar zu Vibrationen des Drahtes.

Auch hier schafft die vorliegende Erfindung Abhilfe. Sie ermöglicht nämlich die bereits bekannte Wasserstrahl-Ein­ fädelung einzusetzen - ohne den Einfädelvorgang zu beein­ flussen und ohne Einbußen der Drahtlagengenauigkeit. Der Durchmesser der Drahtdurchtrittsöffnung einer erfindungs­ gemäßen Drahtführung kann so groß gewählt werden, daß ein Hochdruck-Wasserstrahl einer Einfädeleinrichtung ohne wei­ teres hindurchtreten und eine Drahtelektrode zum Einfädeln hindurchführen kann. Ist weiterhin die erfindungsgemäße Drahtführung - in Drahtschubvorrichtung gesehen - unterhalb der Einfädeleinrichtung angeordnet, so kann der Abstand zwischen der Drahtführung und der Werkstücksoberfläche - und damit der Abstand zwischen der Drahtführung vor und ggf. einer anderen Drahtführung hinter dem Werkstück - sehr klein gewählt werden. Auf diese Weise läßt sich die Un­ schärfe der Drahtlage in der Bearbeitungszone aufgrund der geringeren "freien" Drahtlänge deutlich reduzieren. Daher sind die in der Steuereinrichtung programmierten Geometrien exakter umsetzbar - insbesondere auch bei hoher Drahtdurch­ laufgeschwindigkeit bis zu 500 mm/sec.

Nach einer bevorzugten Variante der Erfindung ist die Steu­ ereinrichtung der hier vorgeschlagenen Vorrichtung zum funkenerosiven Drahtschneiden derart ausgebildet, daß die Größe der Drahtdurchtrittsöffnung der Drahtführung automa­ tisch in Abhängigkeit von wenigstens zwei Betriebsmoden, nämlich einem Einfädelmodus oder einem Schneidmodus einge­ stellt wird. Auf diese Weise wird die ohnehin vorhandene Steuereinrichtung der Drahtschneidvorrichtung vorteilhaft dafür genutzt, den Einfädelvorgang der Drahtelektrode z. B. im Falle eines Drahtrisses oder bei Neubeginn einer Bear­ beitung vollständig zu automatisieren - und damit das Be­ dienungspersonal weiter zu entlasten.

Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Drahtführung und die oben genannte Drahteinfädel-Einrichtung in einem gemein­ samen Führungskopf angeordnet. Auf diese Weise wird der kompakte Aufbau von Führungsköpfen bekannter Systeme im wesentlichen übernommen - jedoch dahingehend weiterentwic­ kelt, daß die erfindungsgemäße Drahtführung im Führungskopf wesentlich näher am zu bearbeitenden Werkstück angeordnet sein kann.

Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum funkenerosiven Draht­ schneiden auch ein Drahtlagesensor vorgesehen.

Derartige Drahtlagesensoren sind beispielsweise von der Firma AGIE bekannt. Sie ermöglichen im allgemeinen eine Überwachung einer Drahtlageposition in unmittelbarer Nähe des Werkstückes. In Verbindung mit solchen Drahtlagesenso­ ren hat die erfindungsgemäße Drahtführung zum Beispiel den Vorteil, daß auch kleinste Korrekturen der Drahtlage auf­ grund der definierten Führung der Drahtelektrode in der erfindungsgemäßen Drahtführung - auch bei großen konischen Winkeln - problemlos möglich sind. Bereits vorhandene Soft­ ware zum Einsatz bei Drahtlagesensoren kann einfach über­ nommen und braucht nicht oder nur um einige wenige Routinen ergänzt werden.

Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Drahtführung nach Art einer optischen Blende mit variabler Blendenöffnung ausge­ bildet.

Die variable Blendenöffnung ist während dem Schneidvorgang dem Durchmesser der verwendeten Drahtelektrode angepaßt. Beim Einfädeln der Drahtelektrode, z. B. mit einer Wasser­ strahl-Einfädeleinrichtung, wird die Blendenöffnung dagegen soweit geöffnet, daß ein Hochdruck-Wasserstrahl koaxial zur Drahtachse hindurchtreten kann. Derartige Blenden, z. B. die Irisblende, sind in der Optik bekannt und dienen im all­ gemeinen der Begrenzung von Strahlenbündeln. Die Feinmecha­ nik derartiger Blenden wird in der Erfindung auf eine vor­ teilhafte Weise genutzt, um eine geschlossenen Drahtführung mit variabler Drahtdurchtrittsöffnung zu realisieren.

Zusammenfassend realisiert die Erfindung insbesondere fol­ gende Vorteile:

• - Vermeidung des Austausches der Drahtführung bei unter­ schiedlichen Durchmessern der Drahtelektrode, woraus weniger Maschinenstillstand resultiert;
• - automatische Anpassung der Drahtführung an unter­ schiedliche Drahtdurchmesser und/oder Bearbeitungs­ modi, so daß sich geringere Betriebskosten ergeben;
• - es werden aufwendige Systeme zur Einfädelung der Drahtelektrode vermieden, womit sich die Funktionszuver­ lässigkeit erhöht;
• - Vermeidung von Formfehlern durch definierte Lagerung beliebiger Drahtelektroden in der Drahtführung;
• - Verringerung der Drahtlagenunschärfe in der Bearbei­ tungszone durch geringe "freie" Drahtlänge;
• - Verringerung des Einflusses des Spüldruckes auf die Drahtlage in der Bearbeitungszone; und
• - Verbesserung des Hochdruckwasserstrahl-Drahteinfä­ delns, insbesondere bei Drahtelektroden mit geringem Durchmesser.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nach­ folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele. In der Beschreibung wird auf die beigefügte schematische Zeichnung Bezug genommen. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Teilschnitt durch eine Vorrichtung zum fun­ kenerosiven Drahtschneiden zur Veranschaulichung der Anordnung der erfindungsgemäßen Drahtführung;

Fig. 2 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Drahtführung in einem "offenen" Zustand;

Fig. 3 eine Schnittansicht der Drahtführung in Fig. 1 im "geschlossenen" Zustand für große Drahtdurchmes­ ser;

Fig. 4 eine Schnittansicht der Drahtführung in Fig. 1 im "geschlossenen" Zustand für kleine Drahtdurchmes­ ser;

Fig. 5 eine Schnittansicht einer weiteren erfindungsge­ mäßen Drahtführung im "offenen" Zustand; und

Fig. 6 eine Schnittansicht der Drahtführung in Fig. 5 in einem vollständig "geschlossenen" Zustand.

Nachfolgend wird eine Terminologie verwendet, die der leichteren Lesbarkeit der Beschreibung dient, jedoch nicht einschränkend zu verstehen ist. Beispielsweise beziehen sich die Ausdrücke "oben" bzw. "unten" auf Vorrichtungen zum funkenerosiven Drahtschneiden üblicher Ar­ beitsaufstellung und -größe sowie auf in üblicher Weise angeordnete Werkstücke.

Zunächst beschränkt sich Fig. 1 auf eine rein schematische Darstellung der wesentlichen - zum Verständnis der Erfin­ dung erforderlichen - Teile eines Führungskopfes einer erfindungsgemäßen Schneidvorrichtung. Grundelemente, wie Maschinengestell mit Antrieben und Drahtversorgungssystem, Spülsystem sowie eine CNC-Steuerung sind nicht dargestellt, da sie als selbstverständlich vorausgesetzt werden.

Im Falle einer derartigen Schneidvorrichtung wird mit einer - mit elektrischen Impulsen beaufschlagten - Drahtelektrode eine Kontur in ein Werkstück geschnitten. Damit die Draht­ elektrode gegenüber dem zu schneidenden Werkstück eine geometrisch beherrschbare Bearbeitungslage erhält, wird diese im allgemeinen in einer oberen und ggf. auch einer unteren Drahtführung geführt. Die Drahtführungen sind meist in einem oberen bzw. einem unteren Drahtführungskopf unter­ gebracht, welcher im allgemeinen auch die Zuführung des Entladestromes und der dielektrischen Spülflüssigkeit sowie eine Drahtspannvorrichtung umfaßt.

Fig. 1 zeigt nur einen Ausschnitt einer derartigen Schneid­ vorrichtung mit einem (oberen) Drahtführungskopf 10. Der dargestellte Pfeil P gibt die Drahtvorschubrichtung einer Drahtelektrode 12 an, die durch den Drahtführungskopf 10 von oben nach unten in Richtung der Bearbeitungszone ge­ führt wird. Dabei tritt die Drahtelektrode 12 oben in den Drahtführungskopf 10 ein, vorbei an einer Stromzuführungs­ einheit 14, weiter durch eine Wasserstrahldrahtein­ fädel-Einrichtung 16 hindurch sowie durch eine Drahtführung 20, und tritt schließlich durch eine Spüldüse 22 aus dem (obe­ ren) Drahtführungskopf 10 aus und durchläuft ein zu bear­ beitendes Werkstück 24.

Ein - hier nicht dargestellter - (unterer) Drahtführungs­ kopf ist in Bezug auf das Werkstück 24 spiegelsymmetrisch zum (oberen) Drahtführungskopf 10 angeordnet. Er enthält ebenfalls eine Drahtführung, welche im Aufbau der Drahtfüh­ rung 20 des (oberen) Drahtführungskopes entspricht und - in Drahtvorschubrichtung gesehen - hinter einer Spüldüse des (unteren) Drahtführungskopfes angeordnet ist.

Nach der Erfindung ist die (obere) Drahtführung 20 und die hier nicht dargestellte (untere) Drahtführung als eine während dem Schneidvorgang geschlossene Drahtführung ausge­ bildet mit einer in ihrem Durchmesser variablen bzw. änder­ baren Drahtdurchtrittsöffnung, z. B. nach Art einer opti­ schen Blende. Ist der Durchmesser der Drahtdurchtrittsöff­ nung dem Durchmesser der Drahtelektrode 12 angepaßt, so wird die Drahtelektrode 12 zwischen der Drahtführung 20 des oberen Drahtführungskopfes 10 und der Drahtführung des unteren Drahtführungskopfes präzise geführt.

Gemäß Fig. 1 befindet sich die (obere) Drahtführung 20 (und damit auch die hier nicht dargestellte (untere) Drahtfüh­ rung) in unmittelbarer Nähe des Werkstücks 24 - zumindest ist die obere Drahtführung 20 in Drahtvorschubrichtung gesehen nach der Drahteinfädel-Einrichtung 60, 61, 62 an­ geordnet. Diese Anordnung ist möglich, da die Drahtführung 20 im Durchmesser der Drahtdurchtrittsöffnung derart ver­ änderbar ist, daß auch ein Hochdruckwasserstrahl der Ein­ fädeleinrichtung zum Einfädeln des Erodierdrahtes 12 ohne weiteres hindurchtreten kann. Der Abstand der (oberen) Drahtführung 20 - aber auch der nicht gezeigten (unteren) Drahtführung - zum Werkstück 24 wird im Extremfall nur noch durch die Abmessung der (oberen) Spüldüse 20 bzw. (unteren) Spüldüse bestimmt.

Im Vergleich dazu sind z. B. herkömmliche geschlossene Drahtführungen, z. B. Toroidführungen, zumindest im oberen Führungskopf in einem deutlich größeren Abstand von dem Werkstück angeordnet, jedenfalls - in Drahtschubvorrichtung gesehen - vor einer etwaigen Einfädelvorrichtung. Bei Ver­ wendung bekannter Drahtführungen ist daher die "freie" Drahtlänge im Bereich zwischen einer oberen und einer unte­ ren Drahtführung deutlich größer als bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Drahtführungen. Dies bringt den Nachteil mit sich, daß die Unschärfe der Drahtlage in der Bearbei­ tungszone ein Vielfaches von dem beträgt, wie sie in Fig. 1 mit gepunkteten Linien und dem Doppelpfeil L dargestellt ist. Im allgemeinen ist die Drahtlage in der Bearbeitungs­ zone beeinflußt durch die Spülung, insbesondere bei hohen Spüldrücken, sowie durch andere, z. B. elektromagnetische, auf die Drahtelektrode einwirkende Kräfte während der Bear­ beitung.

Fig. 2 zeigt eine konstruktive Darstellung in Draufsicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Drahtführung.

Diese befindet sich in einem "offenen" Zustand, d. h. mit einer geöffneten Drahtdurchtrittsöffnung, die beispiels­ weise den Durchtritt eines Hochdruck-Wasserstrahls einer Einfädeleinrichtung erlaubt.

Die dargestellte Drahtführung enthält Führungsabschnitte 30, 31, 32, die - in Drahttransportrichtung gesehen - un­ mittelbar übereinander angeordnet und jeweils um eine zur Drahtachse parallele Achse drehbar sind. Die Drehachsen der Führungsabschnitte 30, 31, 32 sind in Fig. 2 durch Koor­ dinatenkreuze A, B, C gekennzeichnet und spannen quer zur Drahtachse ein gleichschenkliges Dreieck auf, dessen Schwerpunkt mit der Drahtachse zusammenfällt.

Die Führungsabschnitte 30, 31, 32 haben jeweils ein im wesentlichen dreieckiges Querschnittsprofil mit einem stem­ pelartigen Vorsprung 30′, 31′, 32′, der in Richtung Draht­ achse gerichtet ist. Die Drehachsen A, B, C der Führungs­ abschnitte 30, 31, 32 liegen jeweils in unmittelbarer Nähe und etwa auf halber Länge der - der Drahtachse abgewandten - Seite eines jeweiligen Querschnittdreiecks der Führungs­ abschnitte. Die Führungsabschnitte 30, 31, 32 sind von einem gemeinsamen, zur Drahtachse konzentrischen Ring 40 umgeben, von dessen äußerem Umfang aus ein langer Steg 42 und ein - dem langen Steg gegenüberliegender - kurzer Steg 44 vorspringen. Die gesamte Drahtführung ist in einem Ge­ häuse 46 untergebracht.

Der Antrieb der drehbaren Führungsabschnitte 30, 31, 32 ist hier im einzelnen nicht dargestellt. Bei einer bevorzugten Variante des Antriebes ist jeder Führungsabschnitt 30, 31, 32 mit einem Zahnrad ausgestattet, das in eine Verzahnung am inneren Umfang des einen Zahnkranz ausbildenden Rings 40 eingreift. Der Ring 40 ist ebenfalls drehbar um die Draht­ achse gelagert und wird durch drei Antriebsstifte 51, 52, 53 bewegt. Diese sind tangential zum Ring 40 derart im Gehäuse 46 verschiebbar gelagert, daß sie mit den Stegen 42 und 44 seitlich in Kontakt treten und darauf eine Drehkraft ausüben können. Die Antriebsstifte 51, 52, 53 werden entwe­ der hydraulisch, pneumatisch und/oder mechanisch angetrie­ ben.

In der in fig. 2 gezeigten Stellung der Führungsabschnitte 30, 31, 32 ist der Antriebsstift 51 im Anschlag mit dem Steg 44 vollständig ausgefahren. Der Antriebsstift 52 ist im eingefahrenen Zustand - ohne den Steg 42 zu berühren, und der Antriebsstift 53 ist ebenfalls im eingefahrenen Zustand - jedoch im Anschlag mit dem langen Steg 42.

Beim Übergang vom "offenen" Zustand in einen "geschlosse­ nen" Zustand wird der Antriebsstift 53 eine vorgegebene Distanz ausgefahren, der Antriebsstift 52 bleibt unverän­ dert und der Antriebsstift 51 um eine entsprechende Distanz eingefahren. Gleichzeitig mit der hierdurch verursachten Drehung des Rings 40 gegen den Uhrzeigersinn drehen sich ebenfalls die Führungsabschnitte 30, 31, 32 die mit dem Ring 40 getriebemäßig verbunden sind. Diese drehen sich ebenfalls gegen den Uhrzeigersinn, wobei sich die stempel­ artigen Vorsprünge 30′, 31′, 32′ der Führungsabschnitte 30, 31, 32 mit fortschreitender Drehung in Richtung der Draht­ achse bewegen und sich dabei gegenseitig derart annähern, daß sie eine dazwischenliegende Drahtdurchtrittsöffnung ausbilden.

Fig. 3 zeigt z. B. eine hieraus resultierende Lage der Füh­ rungsabschnitte 30, 31, 32 (der Drahtführung in Fig. 1), d. h. eine "geschlossene" Position der Drahtführung mit einer definierten Drahtdurchtrittsöffnung 55. Der Einfach­ heit halber sind die gleichen Konstruktionselemente mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

In diesem Zustand der Drahtführung überlappen die Führungs­ abschnitte 30, 31, 32 in unmittelbarer Umgebung der Draht­ achse mit ihren stempelartigen Vorsprüngen 30′, 31′, 32′ derart, daß sich - in Drahttransportrichtung gesehen - die durch die Stirn- bzw. Kontaktflächen der stempelartigen Vorsprünge 30′, 31′, 32′ allseits begrenzte Drahtdurchtrittsöffnung 55 ausbildet. Dabei begrenzen die Stirnflächen der stempelartigen Vorsprünge 30′, 31′, 32′ der Führungsabschnitte 30, 31, 32 quer zur Drahtachse ein - im Idealfall - gleichschenkeliges Dreieck. Die Drahtelek­ trode 12 - wie im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben - tritt während dem Schneidvorgang durch die Durchtrittsöff­ nung 55 hindurch und wird dort an den Kontaktflächen der stempelartigen Vorsprünge 30′, 31′, 32′ präzise geführt. Zwischen der Drahtelektrode 12 und den Stirnflächen der stempelartigen Vorsprünge 30′, 31′, 32 bilden sich dabei drei Linienkontakte aus, an denen der Draht 12 entlang gleitet. Vorzugsweise sind die Kontaktflächen mit einer Diamantschicht beschichtet, um die Reibung und damit den Verschleiß der Drahtelektrode zu mindern.

Je nach Winkelposition des drehbaren Ringes 40 - und damit der Führungsabschnitte 30, 31, 32 - ist die Drahtdurch­ trittsöffnung 55 in ihrer Größe verstellbar und somit dem Durchmesser der Drahtelektrode anpaßbar. Diese Anpassung kann auch automatisch erfolgen, indem der Antrieb der An­ triebsstifte mit einer CNC-Steuerung der Schneidvorrichtung in Verbindung steht.

Fig. 4 zeigt ebenfalls die in Fig. 2 und 3 beschrieben Drahtführung - allerdings mit einer noch engeren Draht­ durchtrittsöffnung 55 für Drahtelektroden mit entsprechend geringerem Drahtdurchmesser.

Im Vergleich zu Fig. 3 ist der Ring 40 um einen weiteren Winkelabschnitt gegen den Uhrzeigersinn durch Ausfahren des Antriebsstiftes 53 sowie Einfahren der Antriebsstifte 52 und 51 gedreht worden. Dadurch nimmt der Überlapp der stem­ pelartigen Vorsprünge der Führungsabschnitte 30, 31, 32 im Bereich der Drahtachse zu - und umgekehrt die Fläche der Drahtdurchtrittsöffnung 55 zwischen den Kontaktflächen der stempelartiger Vorsprünge 30′, 31′, 32′ ab.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungs­ beispiel einer erfindungsgemäßen Drahtführung. Auch Fig. 5 beschränkt sich auf die Darstellung der wesentlichen - zum Verständnis der Erfindung erforderlichen - Teile der erfin­ dungsgemäßen Drahtführung.

Diese weist ebenfalls drei Führungsabschnitte 60, 61, 62 auf, die - in parallelen Ebenen quer zur Drahtachse - über­ einander angeordnet und an drei - zur Drahtachse parallelen - Achsen A, B, C drehbar gelagert sind. Die Form der Füh­ rungsabschnitte 60, 61, 62 ist im Prinzip vergleichbar mit denjenigen der Führungsabschnitte 30, 31, 33 der Fig. 2 bis 4: sie haben ein im wesentlichen dreieckiges Quer­ schnittsprofil jeweils mit einem zur Drahtachse hin gerich­ teten stempelartigen Vorsprung 60′, 61′, 62′ . Ferner sind die Führungsabschnitte 60, 61, 62 von einem gemeinsamen, zur Drahtachse konzentrischen Ring 64 umgeben; die gesamte Anordnung der Drahtführung ist in einem Gehäuse 66 unterge­ bracht.

Die Drahtführung in Fig. 5 unterscheidet sich von derje­ nigen der Fig. 2 bis 4 im wesentlichen im Antrieb der drehbar gelagerten Führungsabschnitte 60, 61, 62. Bevorzugt sind diese unter einer Vorspannung auf ihren jeweiligen Achsen A, B, C gelagert, die sie im Uhrzeigersinn gegen den inneren Umfang des Ringes 64 vorspannen. Am inneren Umfang des Ringes 64 sind drei nockenartige Vorsprünge in der Form eines "Doppelhöckers" in Winkelabschnitten von etwa 120° ausgebildet, die jeweils einem der Führungsabschnitte 60, 61, 62 zugeordnet sind.

Im dargestellten Betriebszustand liegen die Führungsab­ schnitte 60, 61, 62 mit einer Ecke ihres Querschnittdrei­ eckes jeweils an einem der nockenartigen Vorsprünge 68, 69, 70 an - bevorzugt unter Einwirkung der Vorspannung. Dabei befindet sich die gezeigte Drahtführung in ihrem "offenen" Zustand, z. B. beim Einfädeln der Drahtelektrode.

Wird nun der Nockenring 64 gegen den Uhrzeigersinn gedreht, so gleiten die Führungsabschnitte 60, 61, 62 mit ihren dem inneren Umfang des Nockenringes 64 zugewandten Seite ent­ lang der nockenartigen Vorsprünge 68, 69, 70, werden dabei aufgrund der Formgebung der Vorsprünge 68, 69, 70 exakt geführt und bewegen sich mit ihren stempelartigen Vorsprün­ gen 60′, 61′, 62′ in Richtung der Drahtachse. Auf diese Weise nähern sich die Stirn- bzw. Kontaktflächen der stem­ pelartigen Vorsprünge einander an, bis sie schließlich überlappen und eine allseits verschlossene Drahtdurch­ trittsöffnung ausbilden.

Fig. 6 veranschaulicht die Drahtführung in Fig. 5 - etwa nach einer 30° Drehung des Nockenringes 64 aus der in Fig. 5 gezeigten Stellung.

Die nockenartigen Vorsprünge 68, 69, 70 sind nunmehr über die gesamte Länge der - dem inneren Umfang des Ringes 64 zugewandten - Dreiecksseite des zugeordneten Führungsab­ schnitts 60, 61, 62 geglitten. Hierdurch wurden die stem­ pelartigen Vorsprünge 60′, 61′, 62′ der Führungsabschnitte 60, 61, 62 so weit zusammengerückt, daß sie derart über­ lappen, daß - in Drahttransportrichtung gesehen - die Drahtdurchtrittsöffnung vollkommen verschlossen ist.

Im Ergebnis realisiert die Erfindung in diesem Ausführungs­ beispiel eine besonders einfache Steuerung der Drahtdurch­ trittsöffnung der erfindungsgemäßen Drahtführung auf der Basis eines Nockengetriebes. Je nach Form und Geometrie der zu führenden Drahtelektrode ist die Anordnung der nocken­ artigen Vorsprünge 68, 69, 70 und die Form der Füh­ rungsabschnitte 60, 61, 62 entsprechend zu wählen.

Claims (13)

1. Drahtführung für eine Vorrichtung zum funkenerosiven Drahtschneiden eines Werkstücks (24), die als eine - während dem Schneidvorgang - geschlossene Drahtführung (20) mit einer in ihrer Größe änderbaren Drahtdurch­ trittsöffnung (55) ausgebildet ist und wenigstens drei übereinander angeordnete Führungsabschnitte (30, 31, 32; 60, 61, 62) aufweist, wobei die Führungsabschnitte mit ihren der Drahtachse zugewandten Kontaktflächen die Drahtdurchtrittsöffnung (55) bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsabschnitte (30, 31, 32; 60, 61, 62) jeweils um eine Achse (A, B, C) drehbar sind, und daß sich durch das Verdrehen der Führungsabschnitte (30, 31, 32; 60, 61,62) und damit der an diesen ange­ formten Kontaktflächen die Größenänderung der Draht­ durchtrittsöffnung (55) ergibt.

2. Drahtführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Drehachsen (A, B, C) parallel zur Drahtelek­ trodenachse verlaufen.

3. Drahtführung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch wenigstens einen an eine Steuereinrichtung ange­ schlossenen Steuerantrieb zum automatischen Drehen der Führungsabschnitte (30, 31, 32; 60, 61, 62) um ihre Achsen (A, B, C).

4. Drahtführung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsabschnitte (30, 31, 32; 60, 61, 62) jeweils auf einem Zahnrad sitzen, das in einen die Führungsabschnitte gemeinsam umgebenden, einen koaxialen Ring bildenden Zahnkranz (40) eingreift.

5. Drahtführung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsabschnitte (30, 31, 32; 60, 61, 62) derart geformt und auf ihren jeweiligen Achsen (A, B, C) vorgespannt sind, daß sie über einen - die Führungsabschnitte gemeinsam umgeben­ den - koaxialen Nockenring (64) drehbar sind.

6. Drahtführung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsabschnitte an ihren Kontaktflächen abgerundet, insbesondere mit progressiv gekrümmter Kontur ausgebildet sind.

7. Drahtführung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsabschnitte an ihren Kontaktflächen mit einer Diamantschicht be­ schichtet sind.

8. Vorrichtung zum funkenerosiven Drahtschneiden eines Werkstückes (24) mit einer in wenigstens einer Draht­ führung (20) geführten Drahtelektrode (12), wobei - in Drahtvorschubrichtung gesehen - eine Drahtführung (20) vor und ggf. eine weitere Drahtführung (20) hinter dem Werkstück (24) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Drahtführung (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung, insbesondere eine CNC-Steuerung, zum automatischen Einstellen der Größe der Drahtdurch­ trittsöffnung (55) in Abhängigkeit des Durchmessers der Drahtelektrode (12).

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch eine Drahteinfädel-Einrichtung (16), insbesonde­ re nach Art einer Wasserstrahl-Einfädelung, wobei die Drahtführung (20) - in Drahtvorschubrichtung gesehen - hinter der Drahteinfädel-Einrichtung (16) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung zum automatischen Einstellen der Größe der Drahtdurchtrittsöffnung (55) in Abhän­ gigkeit von wenigstens zwei Betriebsmodi, nämlich einem Einfädelmodus und einem Schneidmodus.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigsten eine Drahtführung (20) und die Draht­ einfädel-Einrichtung (16) in einem gemeinsamen Füh­ rungskopf (10) angeordnet sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8-12, gekenn­ zeichnet durch einen Drahtlagesensor.