DE1190594B

DE1190594B - Schaltungsanordnung fuer Funkenerosionsmaschinen

Info

Publication number: DE1190594B
Application number: DED36792A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hans Schierholt
Original assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG; AEG AG
Current assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG; AEG AG
Priority date: 1961-08-12
Filing date: 1961-08-12
Publication date: 1965-04-08
Also published as: CH407361A; GB981464A; US3259795A; BE619509A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

H 05 b

Deutsche Kl.: 21 h - 30/02

Nummer: 1190594

Aktenzeichen: D 36792 VIII d/21 h

Anmeldetag: 12. August 1961

Auslegetag: 8. April 1965

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für Funkenerosionsmaschinen mit einem Speicherkondensator und einem Schaltglied im Aufladekreis, das von einem Meßglied in Abhängigkeit von der Spannung am Bearbeitungsspalt gesteuert wird. Solche Funkenerosionsmaschinen mit gesteuerter Aufladung sind an sich bekannt und üblich.

Als Schaltglied im Aufladekreis dient dabei z.B. eine Hochvakuumröhre oder eine Parallelschaltung mehrerer solcher Röhren, die von einem Meßglied, ίο z. B. in Form von Hochvakuumröhren, gesteuert ist. Das Meßglied greift dabei eine von der Spaltspannung abhängige Spannung an dem Widerstand eines zum Spalt parallelliegenden Serien-i?C-Gliedes ab. Dieses i?C-Glied hat nach einer vorhergegangenen Entladung im Arbeitsspalt eine gewisse Verzögerungszeit zur Folge, nach der die Aufladung des Speicherkondensators wieder freigegeben wird. Durch diese Verzögerung soll erreicht werden, daß die für einen Durchbruch erforderliche Spannung erst erreicht wird, wenn im Bearbeitungsspalt hinreichende Entionisierung und gewünschte physikalische Verhältnisse erreicht sind. Ein solches Zeitglied läßt sich zwar so einstellen, daß im Normalfall hinreichend Zeit vergeht, um eine Entionisierung herbeizuführen. Es kann aber im allgemeinen nicht mit Sicherheit so eingestellt werden, daß erwünschte physikalische Verhältnisse im Spalt vorliegen, ehe die Durchbruchsspannung erreicht wird. Es kann z. B. das Dielektrikum verschmutzt sein, oder es können Ablagerungen 3" im Spalt vorliegen, die den Strom fließen lassen, ohne daß eine werkstoffabtragende Entladung entsteht. Es kann auch der Fall eintreten, daß bei einer derartigen Verschmutzung des Bearbeitungsspaltes die Entionisierung so lange verzögert wird, daß die Entionisierungszeit länger ist als die eingestellte Verzögerungszeit. Auch wenn ein Kurzschluß im Bearbeitungsspalt nicht nur durch Verschmutzung, sondern rein mechanisch durch Berührung zwischen Werkzeugelektrode und Werkstück hervorgerufen wird, kann ständig ein Strom fließen, der aber keine Werkstoffabtragung hervorruft, sondern zu einer schädlichen und daher unerwünschten Überhitzung der Berührungsstelle führt.

Zweck der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung, die diese Nachteile vermeidet. Insbesondere soll die Freigabe der Energiezufuhr nicht von vorbestimmten Zeiten abhängig gemacht werden, sondern von den tatsächlichen Verhältnissen im Bearbeitungsspalt in Abhängigkeit gebracht werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an Werkzeugelektrode und Werkstück eine Gleichspannungsquelle Schaltungsanordnung für Funkenerosionsmaschinen

Anmelder:

Deutsche Edelstahlwerke Aktiengesellschaft,
Krefeld, Oberschlesienstr. 16;
Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft,
Berlin 33, Hohenzollerndamm 150

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Hans Schierholt, Aachen

mit einem so hohen Innenwiderstand angeschlossen ist, daß sie keine selbständige Entladung aufrechterhalten kann, und daß das Meßglied unmittelbar die Spannung zwischen Werkzeugelektrode und Werkstück abgreift und so ausgebildet ist, daß erst durch die Überschreitung einer für den erwünschten physikalischen Zustand des Bearbeitungsspaltes charakteristischen Spaltspannung die Aufladung des Speicherkondensators freigegeben wird. Wenn nun der Spalt nach einer Entladung des Energiespeichers entionisiert und von Ablagerungen u. dgl. gereinigt wird, nimmt der Widerstand der Strecke zwischen Werkzeugelektrode und Werkstück ständig zu, bis er einen sehr hohen Wert erreicht. Dabei ändert sich das Spannungsteilerverhältnis zwischen dem Innenwiderstand der Prüfspannungsquelle und dem Spaltwiderstand, und die Spannung am Spaltwiderstand steigt an. Wenn diese Spannung am Spalt einen bestimmten vorgegebenen Wert überschreitet, der kennzeichnend für die gewünschten physikalischen Verhältnisse im Bearbeitungsspalt ist, beispielsweise 40 Volt, bewirkt sie über ein Meß- und Stellglied das Aufladen des Speicherkondensators auf die Durchbruchsspannung.

Dadurch wird verhindert, daß der Speicherkondensator entlädt, ehe in dem Bearbeitungsspalt solche physikalischen Verhältnisse herrschen, die sicherstellen, daß eine Werkstoffabtragung hervorgerufen wird.

Der von der Prüfspannungsquelle ausgehende geringe Strom prüft somit die Verhältnisse im Bearbeitungsspalt und steuert selbständig das Aufladen des Speicherkondensators, sobald im Spalt die gewünschten physikalischen Verhältnisse vorliegen. Der parallel zum Spalt liegende Speicherkondensator bewirkt in Verbindung mit dem Innenwiderstand der Prüfspannungsquelle, daß die Spannung am Bearbeitungs-

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spalt erst eine gewisse Zeit nach erfolgter Entionisie- rung den vorher bestimmten Wert erreicht. Die Größe dieser Verzögerungszeit richtet sich nach dem Pro dukt aus Kapazität des Speicherkondensators und Innenwiderstand der Prüf Spannungsquelle.

Es ist zwar auch schon vorgeschlagen worden, zum Bearbeitungsspalt parallel zusätzlich eine Gleich spannungsquelle über einen Widerstand anzuschließen, dies jedoch nur, um einen Polaritätswechsel am Spalt während der Entladung zu unterdrücken.

Es ist auch bereits bekannt, mit einem zusätzlichen Impulsgenerator geringer Leistung Testentladungen am Bearbeitungsspalt zu erzeugen, um zu prüfen, ob am Bearbeitungsspalt einwandfreie Arbeitsentladungen möglich sind. Erst wenn diese Prüfung positiv verläuft, wird die Entladung der eigentlichen Energiequelle, z. B. eines Kondensators, freigegeben. Die Abtrennung des Energiespeichers vom Spalt ist z. B. durch ein Gasentladungsrohr hergestellt. Diese be kannte Schaltung ist jedoch ziemlich aufwendig.

Ferner ist eine Schaltung bekannt, bei der aus der Spaltspannung und einer Bezugsspannung eine Diffe renzspannung gebildet wird, die nach Verstärkung und Siebung über eine vormagnetisierbare Drossel vor dem Gleichrichter lediglich eine Leistungsbegrenzung der Erosionsmaschine bewirkt.

Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung werden nachfolgend an Hand der Zeichnungen beschrieben.

In A b b. 1 führt von der Stromquelle 1 eine Lei tung! zum Werkstück 3 und eine zweite Leitung 3 zur Werkzeugelektrode 4, wobei vor der Elektrode eine Induktivität 5 eingeschaltet werden kann. Parallel zum Bearbeitungsspalt 6 ist der Speicherkonden sator? geschaltet. Eine solche Schaltungsanordnung ist für Funkenerosionsmaschinen zur Zeit allgemein üblich.

Ferner ist eine zweite Stromquelle 8 vorgesehen, und zwar handelt es sich um eine Gleichstromquelle, deren Pole über Leitungen 9 und 10 an den Be arbeitungsspalt 6 gelegt sind. In der Leitung 10 ist ein Widerstand 11 vorgesehen. Dieser Widerstand wird so gewählt, daß der Strom in der Leitung 10 nicht ausreicht, um im Bearbeitungsspalt 6 eine Entladung aufrechtzuerhalten.

Parallel zum Bearbeitungsspalt 6 ist ferner ein Meßglied 12 vorgesehen. Dieses Meßglied betätigt ein Stellglied 13 in der Leitung 3, das im gewählten Bei spiel als mechanischer Schalter dargestellt ist, um das Prinzip deutlich zu machen. In der Praxis wird als Stellglied, wie bekannt, ein elektronisches Schalt element gewählt. Das Meßglied 12 besteht in der Praxis im allgemeinen aus einer Transistor- oder Röhrenschaltung, die auf bestimmte Spannungen anspricht.

Die Wirkungsweise der Schaltung gemäß Abb. 1 ist folgende: Es sei angenommen, daß soeben im Bearbeitungsspalt eine Entladung stattgefunden hat. In folgedessen ist im Spalt die Entionisierung noch nicht eingetreten, und außerdem werden auch gewisse Werkstoffablagerungen vorliegen, die von der Spü lung noch nicht beseitigt sind. Infolgedessen fließt der geringe Strom der Prüfspannungsquelle 8 über den Widerstand 11 und über den Bearbeitungsspalt 6, des sen Widerstand in diesem Augenblick noch niedrig ist. Sobald die Entionisierung im Spalt eingetreten ist und Ablagerungen beseitigt sind, verliert der Be arbeitungsspalt 6 seine Leitfähigkeit, und es baut sich an ihm eine Spannung auf in dem Maße, wie der von der Prüfspannungsquelle 8 ausgehende Prüfstrom, der nun nicht mehr über den Spalt fließen kann, den Kondensator 7 auflädt.

Die am Kondensator aufgebaute Spannung beeinflußt das Meßglied 12. Dieses Meßglied wird auf einen bestimmten Spannungswert, beispielsweise 40VoIt, eingestellt. Wenn am Bearbeitungsspalt die Spannung von 40VoIt erreicht ist, spricht das Meßglied 12 an und betätigt den Schalter 13, der nunmehr to die Leitung 3 schließt. Der Kondensator kann infolgedessen aus der Stromquelle 1, die vorzugsweise eine Gleichstromquelle ist, auf den hohen Wert aufgeladen werden, bei welchem ein Überschlag über den Bearbeitungsspalt 6 mit der gewünschten Erosionswirkung möglich ist.

Mit dieser Anordnung wird also, wie aus der Schaltung erkennbar, erreicht, daß der Energiespeicher nur dann aufgeladen wird, wenn im Bearbeitungsspalt 6 die gewünschten physikalischen Verhältnisse für die Bearbeitungsentladungen herrschen. Unerwünschter Stromfluß über den Bearbeitungsspalt als Folge von Brückenbildung oder Lichtbogen wird so mit Sicherheit verhindert. Da außerdem die Entladungsfolge von einem Zeitglied unabhängig ist, stellt sie sich selbsttätig auf den Höchstwert ein, den die Verhältnisse im Bearbeitungsspalt zulassen.

In A b b. 2 ist die gleiche Schaltung dargestellt, jedoch mit dem Unterschied, daß in der Leitung 14 zwischen Speicherkondensator 7 und Werkzeugelektrode 4 ein Ventil 15 vorgesehen ist. Dieses Ventil ist so gerichtet, daß der Strom von der Prüfspannungsquelle 8 nicht zum Kondensator 7 fließen kann. Dadurch wird bewirkt, daß der Aufbau der Spannung am Bearbeitungsspalt 6 nach erfolgter Entionisierung nicht von der Aufladezeit des Kondensators 7 durch den Prüfstrom abhängt. Infolgedessen wird die Prüfzeit wesentlich verkürzt. Um zu verhindern, daß die Prüfzeit unter Umständen zu kurz wird, kann es zweckmäßig sein, einen zweiten, relativ kleinen Kondensator 16 parallel zum Bearbeitungsspalt 6 zu schalten. Durch die Wahl der Kapazität des Kondensators 16 in Verbindung mit der Größe des Widerstandes 11 kann die Prüfzeit unabhängig von der Größe des Speicherkondensators nach Wunsch eingestellt werden.

Abb. 3 stellt eine bevorzugte Ausführungsform einer Schaltungsanordnung dar, bei welcher als Stellglied 13 ein Transistor verwendet wird. An Stelle eines solchen Transistors könnte in gleicher Schaltung in bekannter Weise auch eine Hochvakuumröhre im Aufladekreis vorgesehen werden. Die Schaltung ist folgende: Die Gleichstromquelle 1 ist mit einem aus den Widerständen 17 und 18 bestehenden Spannungsteiler verbunden, so daß außer der Spannung von beispielsweise 100 Volt der Stromquelle 1 auch noch ein Potential von beispielsweise 60 Volt abgenommen werden kann. Der Pluspol der Spannungsquelle 1 ist mit dem Werkstück 3, dem Kondensator 7 und dem Kondensator 16 verbunden. Der Minuspol der Stromquelle 1 ist über das Ventil 19, den Transistor 13 vom Typ n-p-n und die Induktivität 5 mit dem Kondensator 7 verbunden. Der Kondensator 7 ist seinerseits über die Induktivität 5 und das Ventil 15 mit der Werkzeugelektrode 4 verbunden.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Stromquelle 1 gleichzeitig auch Prüfspannungsquelle. Der negative Pol ist über den einstellbaren Widerstand 11 mit der Werkzeugelektrode verbunden und kann den

parallel zum Bearbeitungsspalt 6 liegenden zweiten Kondensator 16 kleiner Kapazität aufladen, solange im Bearbeitungsspalt kein Strom fließen kann.

Als Meßglied wirkt der Transistor 12 vom Typ p-n-p. Sein Emitter ist über die Leitung 20 mit der Anzapfstelle der Spannungsquelle 1 (60 Volt) verbunden. Seine Basis ist über ein Ventil 21 und den Schutzwiderstand 22 mit der Werkzeugelektrode 4 verbunden. Zwischen Basis und Emitter des Transistors ist ein Ableitwiderstand 23 geschaltet. Der KoI-lektor des Transistors 12 ist über eine Leitung 24 und einen Widerstand 25 mit der Basis des S'telltransistors 13 verbunden. Zwischen Basis und Emitter des Transistors 13 befindet sich ein Ableitwiderstand 26.

Die Arbeitsweise dieser Schaltung ist folgende: Es sei angenommen, es habe gerade eine Entladung im Bearbeitungsspalt 6 stattgefunden, dieser sei noch nicht vollständig entionisiert, und es mögen sich auch noch Ansammlungen von Abtragspartikeln im Spalt befinden. Solange dieser Zustand andauert, fließt aus der Stromquelle 1 über den Widerstand 11 ein Strom über den Bearbeitungsspalt 6, der jedoch so gering ist, daß die Entionisierung fortschreiten kann. Wenn die Entionisierung und die Reinigung des Spaltes genügend fortgeschritten sind, fließt über den Spalt 6 kein Strom, und der Kondensator 16 wird aufgeladen. Wenn die Kondensatorspannung einen vorbestimmten Wert, im vorliegenden Falle 40 Volt, erreicht hat, wird die Basis des Transistors 12 gegenüber seinem Emitter negativ. Infolgedessen fließt über die Leitung 24 ein Strom zur Basis des Transistors 13, der nunmehr leitend wird, so daß der Kondensator 7 von der Stromquelle 1 aufgeladen werden kann, und zwar so lange, bis die von der Vorschubregelung eingestellte Durchschlagspannung am Bearbeitungsspalt 6, beispielsweise in Höhe von 90 Volt, erreicht ist und die nächste Entladung stattfindet.

Die Ventile 19 und 21 sind als Schutzmaßnahmevorgesehen. Sie könnten auch entfallen. Ventil 19 bewirkt, daß der Transistor 13 zuverlässig sperrt, und Ventil 21 schützt die Basis des Transistors 12 vor zu hoher Sperrspannung.

Die Erfindung ist nicht auf die in A b b. 1, 2 und 3 dargestellten Beispiele von Schaltungsanordnungen beschränkt. Selbstverständlich können an Stelle von Transistoren oder Hochvakuumröhren auch gesteuerte Halbleitergleichrichter oder Gasentladungsröhren eingesetzt werden.

Claims

Patentanspruch:

Schaltungsanordnung für Funkenerosionsmaschinen mit einem Speicherkondensator und einem Schaltglied im Aufladekreis, das von einem Meßglied in Abhängigkeit von der Spannung am Bearbeitungsspalt gesteuert wird, dadurchgekennzeichnet, daß an Werkzeugelektrode und Werkstück eine Gleichspannungsquelle (8) mit einem so hohen Innenwiderstand (11) angeschlossen ist, daß sie keine selbständige Entladung aufrechterhalten kann, und daß das Meßglied (12) unmittelbar die Spannung zwischen Werkzeugelektrode und Werkstück abgreift und so ausgebildet ist, daß erst durch die Überschreitung einer für den erwünschten physikalischen Zustand des Bearbeitungsspaltes charakteristischen Spaltspannung die Aufladung des Speicherkondensators freigegeben wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Auslegeschriften Nr. 1067 546,
953,1110781.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1115 857.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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