DE1913954B2

DE1913954B2 - Elektronische KurzschluB-Schutzanordnung für elektrisch abtragende Bearbeitungsmaschinen

Info

Publication number: DE1913954B2
Application number: DE1913954A
Authority: DE
Inventors: Robert Wayne Farmington Drushel; Carl Rae Redford Township Erickson
Original assignee: Ex-Cell-O Corp
Current assignee: Ex-Cell-O Corp
Priority date: 1968-04-23
Filing date: 1969-03-19
Publication date: 1975-01-23
Also published as: DE1913954A1; DE1913954C3; FR2006732A1; GB1254587A; US3548257A

Description

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Die Erfindung betrifft eine elektronische Kurzschluß-Schulzanordnui/g für _;ektrisch abtragende Bearbeitungsmaschinen mi. einer an den Arbeitsspalt angeschlossenen Kurzschluß-Pmfstromkreis. bestehend aus einer Gleichspannungsquelle und einem auf einem einstellbaren, den kurzschlußfreien Spalt bezeichnenden Spannungswert ansprechenden Prüfglied, und mit einer vom Prüfglied betätigten Einschalteinrichtung für den Arbeitsstrom.

Bei einer bekannten Schaltungsanordnung für eine Funken-Erosionsmaschine sind an Werkstück und Werkzeugelektrode einerseits ein Impulsgenerator und andererseits eine Prüfgleichstromquelle angeschlossen, zu der ein den Arbeitsspalt zwischen Werkstück und Werkzeugelektrode auf Kurzschluß prüfender Kondensator als Prüfglied parallel geschaltet ist. Beim Einschaltvorgang überwacht ein Meßglied die unter der Einwirkung der Gleichstromquelle am Kondensa'or auftretende Spannung und schaltet in Abhängigkeit vom Erreichen eines vorbestimmten Spannungswerter den Impulsgenerator ein (DT-AS 1 205 636). Ebenso ist es auf dem Gebiet der elektrochemisch abtragenden Bearbeitungsmaschinen bekannt, den Arbeitskreis für Werkstück und Werkzeugelektrode nur bei Fehlen eines Kurzschlusses einzuschalten (GBPS I 079 982). Der jeweilige Arbeitszustand der Anordnung wird durch entsprechende Kontrollampen angezeigt.

Auf dem atigemeinen Gebiet der Schutzschaltungen ist es bekannt» beim Einschalten eines Arbeitskreises diesen zunächst auf das Vorhandensein eines Kurz-Schlusses zu prüfen) bevor an den Arbeitskreis die Arbeitsspannung angelegt wird, wobei der Arbeitskreis nur bet Fehlen eines Kurzschlusses eingeschaltet wird (DT-PS 640 633). Eine ähnliche, auf überstrom ansprechende elektronische Schatteinrichtung gewährleistet durch entsprechende Schaltung, daß das Schaltschutz bei Auftreten eines überstroms so lange unterbrochen bleibt, bis durch Öffnen eines mittels Hand betitigba* ren Entriegelungsschalters die Schalteinrichtung wieder in den Ausgangszustand gebracht wird, von dem aus die Einschaltung vorgenommen werden kann (CH-PS 389 075),

Eine andere Schaltungsanordnung zum Ein- und Ausschalten eines Verbrauchers soll verhindern, daß das Gerät auch bei nur kurzzeitigen Netzspannungsunterbrechungen abschaltet, und sieht dazu einen bei Vorhandensein normaler Netzspannung an Spannung liegenden Kondensator vor. Bei nur kurzzeitiger Unterbrechung des Netzes reicht die Kondensatorladung zur Betätigung eines Relais aus, so daß das Gerät wieder selbsttätig einschaltet.

Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektronische Kurzschluß-Schutzanorrtnung für elektrisch abtragende Bearbeitungsmaschinen der eingangs näher bezeichneten Art so weiterzuentwickeln, daß ein Schatz vor jeglicher Beschädigung bei Auftreten von Kurzschlüssen in: .-.j'jt'itsspah erreicht wird und sich die das Ansprechen der Schutzanordnung bestimmenden Verhältnisse selbsttätig an den jeweiligen Zustand des Arbeitskreises vor und nach dem Einschalten des Arbeitsstromkreises anpassen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Umschalteinrichtung vorgesehen ist. welche in Abhängigkeit von der Betätigung der Einschalteinrichtung ai-.spricht und die Ansprechspannung des Prüfgliedes auf einen der Arbeitsspannung im Arbeitsstromkreis näher liegenden Wert erhöht. Hierdurch wird es mögl'ch, den Ansprechwert der Schutzeinrichtung jeweils auf den optimalen Wert einzustellen, der sich bei Betrieb der Bearbeitungsmaschine von dem optimalen Ansprechwert vor Einschalten der Bearbeitungsmaschine erheblich unterscheidet. Dadurch wird es möglich, z. B. für die Prüfung auf Kurzschluß vor Einschaltung der Bearbeitungsmaschine auf einen sehr niedrigen Spannungspegel einzustellen, um zuverlässig jeden Kurzschluß festzustellen und das Einschalten der Bearbeitungsmaschine zu verhindern. Auf der anderen Seite läßt sich während des Betriebes die Ansprechspannung durch die Umschalteinrichtung nach oben schieben, so daß nur ein relativ geringer Abfall der Arbeitsspannung bereits zum Ansprechen der Schutzeinrichtung und zum Abschalten des Arbeitsstromkreises führt. Dadurch wird ein außerordentlich rasches Ansprechen ermöglicht und ein hoher Schutz für Maschine. Werkstück und Werkzeugelektrode gewährleistet.

Vorteilhafterweise ist die Anordnung so getroffen, daß als Prüfglied ein Transistor in Reihe mit der Spule eines die Einschalteinrichtung steuernden Relais vorgesehen ist und daß die Umschalteinrichtung zur Heraufsetzung der Zündspannung den Transistor bei Betätigung der Einschalteinrichtung mit einer Zenerdiode in Reihe schaltet.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

F i g. 1 zeigt schematisch die Anordnung des Arbeitsund des Schutzkreises;

F ι g, 2 zeigt in vereinfachter Weise einen EinscHaltkreis für den Arbeite* und Schutzkreis gemäß F i g. 1;

F i g. 3 veranschaulicht in einem Diagramm die Spannungsverhältnisse, die in dem Arbeits- und Schutzlcreis auftreten;

Fig.4 ist schließlich ein Ausführungsbeispiel des Schutzkreises, der in der Schaltung nach F i g, 1 verwendet werden kann.

Gemäß Fig. 1 ist ein elektrischer Schutzkreis 10

^Besehen, der zum Schutz eines Arbeitskreisen 12 for elektrochemischen Bearbeitungsmaschine dient, [weiterer Arbeitskreis 14 dient dazu, auftretende Lere Kurwchlußbrücken auf einfache Weise zu be-L _en jeder der angeführten Kreise 10,12 und 14 ist, edargtstellt, parallel zu dem Werkstück 16 und einer leitselektrode 18 geschaltet.
¹ Wahrend des Betriebes sind unter der Annahme, daß ή Kurzschluß in dem Arbeitskreis 12 nicht vorliegt, Relaiskontakte RAA, RAB und RAC geschlossen, die _!0 Arbeitskreis 12 an das Netz anschalten. Wenn je- |j beim Einschalten ein Kurzschluß in dem Arbeitss vorhanden ist, verhindert der Schutzkreis 10 ein fließen d_er Relaiskojitakte RAA, RAB und RAC, bis Ir Kurzschluß beseitigt worden ist. In diesem Fall muß igfa _zweiter Startvorgang eingeleitet werden, bevor die Ijlaaiskontakte r$a, /?40und RACgeschlossen werden

ΙίΡκδηπβη.

wBAußerdem bringt der Schutzkreis 10 während des Betriebes die Relaiskontakte RAA, RAB und RAC zum öffnen bei einer vorbestimmten Spannung, die höher ist als die Spannung, die anfänglich einen Kurzschluß in dem Arbeitskreis anzeigt.

Der zum Abbrennen von Kurzschlußbrücken dienende Kreis 14 wird durch den Schalter 20 eingeschaltet. um eine gleichgerichtete Spannung vom Transformator 21 durch den Gleichrichter 23 und den Filter mit dem Kondensator 25 und dem Widerstand 27 und dem variablen Widerstand 29 an die Elektrode und das Werkstück des elektrochemischen Arbeitskreises 12 anzulegen. Diese Spannung reicht aus, um kleinere Brücken zwischen der Elektrode und dem Werkstück wegzu brennen. Sie reicht jedoch nicht aus, um Schutzkreis 10, Werkstück 16, Elektrode 18 oder den elektrochemischen Arbeitskreis 12 zu gefährden oder zu beschädi

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Der elektrische Schutzkreis 10 ist in Einzelheiten in F i g. 4 gezeigt. Er ist über die Leiter 22 und 24 mit dem Werkstück 16 und der Elektrode 18 parallel zu dem elektrochemischen Arbeitskreis 12 geschaltet. Strom wird dem elektrischen Schutzkreis 10 über die Leiter 26 und 28 zugeführt, die an der Primärwicklung 30 eines Transformators 32 angeschlossen sind, dessen Sekundärwicklung 34 über einen Vollwellen-Briiekengleichrichter 36 mit einem Filterkreis, bestehend aus den Widerständen 38 und 40 und dem Kondensator 42, verbunden ist. Über die Relaiskontakte RiC, die beim Einschalten des Startschalters SWl (Fig.2) schließen, wird eine Kurzschluß Meßspannung von dem Gleichrichter 36 in den übrigen Teil des elektrischen Schutzkreises 10 geleitet, der eine Diode 44 und einen Spannungsteiler mit den Widerständen 46,48 und 50 quer zu den Leitern 22 und 24 umfaßt. Eine Relaiswicklung R2 liegt in Reihe mit einem Strombegrenzungswiderstand 52 und einem Transistor 54, und zwar parallel zu dem Widerstand 46 des Spannungsteilers, der seinerseits in Reihe mit den Widerständen 74 und 76 und den Regeldioden 48a und 50a liegt Wie gezeigt, ist die Basis des _:: Transistors 54 durch den Widerstand 56 mit dem einen "finde des Widerstands 46 verbunden, Ein Widerstand 5% und ein Kondensator 60 dienen zum Schütze des Transistors 54 gegen induktive Vorgänge, die durch die Relaiswicklung Pl verursacht werden können.

Eine Diode 62 ist mit dem Emitter des Transistor· und mit der einen Siite des Gleichrichters 36 durch einen Strombegrenzungswiderstand 64 einerseits und andererseits durch die Relais-Ruhekontakte RSA mit der anderen Seite des Gleichrichters 36 verbunden.

Eine roileuchtende Anzeigelampe 66 Hegt in Reihe mit einem Widerstand 68 und den Relais-Arbeitskontakten R2C Eine ähnliche weißleuchtende Anzeigelampe 70 liegt parallel zu dem Gleichrichter 36 über den Relais-Ruhekontakten RiB.

Eine Zenerdiode 72 liegt zwischen dem Emitter des Transistors 54 und dem Leiter 24, um eine vorbestimmte Vorspannung zu liefern, die notwendig ist, um die Leitfähigkeit de* Halbleiters 54 herzustellen, nachdem anfänglich die Relaiswicklung R2 eingeschaltet worden ist, wie dies nachfolgend näher erläutert wird.

Nachdem der elektrochemische Arbeitskreis 12 eingeschaltet worden ist, werden die Relaiskontakte RS B geöffnet und *% Kontakte R5C geschlossen um den Widerstand 78 zwischen die Leiter 22 und 24 und gleichzeitig den Widerstand 16 zwischen den Widerstand 74 und die Diode 44 einzuschalten.

Die Gesamiarbeitsweise des elektrischen Schutzkreises 10 ist folgende: Zunächst wird auf Kurzschluß geprüft, indem eine hohe Meßspannung. z. B. von 30 Volt zwischen der Elektrode und d'-τη Werkstück angelegt wird, wobei sich kein Elektrolyt. -wischen diesen beiden befindet. Diese Spannung erniedr.gt sich auf etwa 1,5 Voll, wenn sich diese elektrolytische Zelle zwischen Werkstück und Elektrode ausgebildet hat, wie dies F i g. 3 andeutet, wobei vorausgesetzt ist, daß der Hauptgleichrichter noch nicht eingeschaltet ist.

Der Wideband 78 ist anfänglich nicht parallel zu dem elektrischen Schutzkreis eingeschaltet, da es schwierig ist, einen Kurzschluß im chemischen Arbeitskreis 12 von einem nicht kurzgeschlossenen Arbeitszustand zu unterscheiden, wenn sich der Elektrolyt zwischen Werkstück und Elektrode befindet. Hierbei liegt eine normale Arbeitsspannung zwischen dem Werkstück 16 und der Elektrode 18 anfänglich in der Größenordnung von 13VoIt, während schlechte Arbeitsverhältnisse oder ein Kurzschluß durch e^;ne Spannung von 0,75 Volt oder weniger wiedergegeben werden kann, wie dies in F i g. 3 angedeutet ist. Dei Widerstand 78 ist jedoch wünschenswert, um die Arbeitsweise des elektrochemischen Arbeitskreises 12 nach seiner Einschaltung und während des Betriebes zu stabilisieren.

Während die Widerstände 7b und 78 in dem Schutzkreis 10 auf Grund der Stellung der Kontakte /?5ßund R5C anfänglich nicht wirksam sind, wird beim Niederdrücken des Startschalters SVVl in F i g. 2 die Relaiswicklung Ri unter Spannung gesetzt und zwar über den geschlossenen Ausschalter SVV2. Die Relaiskontakte RiA, Ri B und Rl C werden beim Anziehen der Re-' laisspule Al geschlossen.

Die Rclaiskontakte RiA verbinden den unteren Teil les Steuerkreises nach F i g. 2 einschließlich der Relaiswicklungen Ri, RA und RS mit einer Spannungsquelle von 115 Volt, die nicht gezeigt ist. Die Relaiskontakte RiB überbrücken den Startschalter SVI und halten das Relais Ri, wenn der Schalter SVVl freigegeben ist. Die Relaiskontakte Ri C verbinden, wie zuvor erwähnt, die Spannung von dem Gleichrichter 36 mit dem elektrischen Schutzkreis 10.

Der Zustand des elektrochemischen Arbeitskreises wird über die Retaiskontakte RSA₁ die Diode 62, die Widerstände 48 und 50, den Widerstand 46 parallel mit den Widerständen 48 und 50 und die Diode 44 abgetastet. Wenn die abgetastete Spannung an den Leitern und 24 zwischen dem Emitter und der Basis des Transistors 54 oberhalb derjenigen Spannung liegt, die kennzeichnend für das Vorliegen eines Kurzschlusses im elektrochemischen Bearbeitungskreis ist, d. h. oberhalb

einem Wert von 0,75 Volt, wie dies in F i g. 3 gezeigt ist, wird der Transistor 54 leitend, so daß die Rclaisspulc /72 eingeschaltet wird. Das Einschalten dieser Spule läßt die Kontakte RIA und /72C(F i g.4) schließen und die Kontakte /72D(F i g. 2) und /Ώ0öffnen.

Das Schließen der Kontakte RIA in Fig.2 liefert Energie durch die Ruhekontakte R3A, so daß die Relaiswicklung /74 anzieht und die Kontakte RAA. RAB. /?4Cund #4D geschlossen werden, um den elektrochemischen Arbeitskreis an das Stromversorgungsnet? anzuschließen und den elektrochemischen Arbeitsvor gang in der üblichen Weise einzuteilen. Zu diesem Zeitpunkt zeigt das Brennen der roten Anzeigelampe 84 im Kontrollkreis der F i g. 2 an. daß eine Meßspannung an dem Kreis 10 anliegt und daß an dem Arbeitskreis 12 die erforderliche Arbeitsenergie angeschlossen ist.

Das öffnen der Kontakte RlB löscht du- weiße An zeigelampe 70 nach einem momentanen Aufleuchten. Die rote Anzeigelampe 66 beginnt zu brennen, wenn die Kontakte RlC geschlossen werden, d. h. wenn die Spannung an das Werkstück 16 und die Elektrode 18 angelegt wird.

Das Schließen der Relais-Arbeitskontakte RAD in dem zuletzt beschriebenen Augenblick führt zum Anziehen des Relais R5. so daß die Relaiskontakte R5A und RSB geöffnet und die Relaiskontakte R5C geschlossen werden. Wie zuvor erwähnt, schalten die Kontakte R5B und R5C den Widerstand 76 in Reihe zwischen den Widerstand 74 und die Diode 44 in dem elektrischen Schutzkreis 10 und bringen den Widerstand 78 parallel zum elektrischen Schutzkreis 10 zur Wirkung. Die geänderten elektrischen Kreiskonstanten liefern stabilere und wirksamere Arbeitsverhältnisse im elektrischen Schutzkreis 10. während sich der elektrochemische Arbeitskreis 12 in seinem Betriebszustand befindet

Das öffnen der Relaiskontakte R5A verbindet den Emitter des Halbleiters 54 mit dem leiter 24 über die Zenerdiode 72. wobei die Diode 62 außer Wirkung gesetzt wird Dadurch wird das elektrische Signal über den chemischen Arbeitskreis 12. welches notwendig ist. um den Halbleiter 54 in einem leitenden Zustand zum Einschalten der Relaisspule /72 zu halten, angehoben bis auf einen Wert von z. B. 6 Volt, welcher wesentlich obeihalb der Spannung liegt, die notwendig ist. um die anfängliche Leitfähigkeit des Halbleiters 54 auszulösen, wenn dieser mit der Leitung 24 über die Diode 62 verbunden ist. Wie aus F i g. 3 hervorgeht, braucht dann im Kurzschlußfall die Arbeitsspannung, welche beispielsweise 16 Volt beträgt, mir bis zu einem Wert von z. B. 6Vdt.der dttreft #e enetoefä regorrert wird; abzufallen, um den Transistor 54 zu sperren»

Die Arbeitsspannung and die Ausschaltsparmung, die in F i g. 3 mit 16 bzw. 6 Volt angegeben sind, können noch wesentlich näher zusammengerückt werden, wenn die Arbeitscharakteristiken des elektrochemischen Maschinenkreises bekannt sind, so daß das Abschalten des elektrochemischen Arbeitskreises 12 außerordentlich schnell erfolgen kann, beispielsweise innerhalb einer halben Spannlingswelle, sobald ein Kurzschluß sich entwickelt hat, um die Beschädigung des Werkstücks 16 und der Elektrode 18 zu verhindern oder möglichst klein zu halten.

Sollte ein Kurzschluß anfänglich über dem elektrochemischen Arbeitskreis 12 vorliegen, wenn der Startto Zyklusschalter SlVl niedergedrückt wird, ist die Spannung über den Leitern 22 und 24 so niedrig, daß der Tiünsistor 54 nichtleitend wird. Die Relaisspule /72 bleibt also abgefallen. Die Kontakte R2A und R2Cwerden daher nicht geschlossen und die Kontakte R2B

■ 5 werden nicht geöffnet. Da also die Relaisspule /74 nicht eingeschalter wird, bleiben die Relaiskontakte /74/4. R4Bsowie RACoffen. Zusätzlich wird die weiße Anzeigelampe 70 aufleuchten, um anzuzeigen, daß keine Bearbeitungsspannung zwischen Werkstück 16 und Elek- trodc 18 vorliegt, obwohl selbstverständlich die Meßspannung weiterhin zur Verfügung steht. Wenn die weiße Lampe 70 erlischt, wird angezeigt, daß auch keine Meßspannung vorliegt. Wenn die Retaiskontakte RlD in dem beschriebenen Zustand nicht öffnen, wird bei Freigabe des Schalters 5VV1 durch den Ruhekontakt dieses Schalters die Re Vaisspule RZ eingeschaltet, so daß die Kontakte R3A öffnen, während die Kontakte /730 schließen und das Relais /73 eingeschaltet halten, bis der Startzyklusschal ter SlVI erneut oder ein zweites Mal niedergedrückt wird. Solange aber die Spule /73 eingeschaltet ist. kann die Relaisspule /74 nicht eingeschaltet werden, selbst dann nicht, wenn der Kurzschluß in dem elektrochemischen Arbeitskreis 12 entfernt worden ist. Die Arbeits- spannung wird daher dem elektrochemischen Arbeitskreis 12 nicht zugeführt, wenn anfänglich der Transistor 54 nicht leitfähig wird, und zwar so lange nicht, bis der .Startzyklusschalter SlVl ein zweites Mal nach der Beseitigung des Kurzschlusses in dem Arbeitskreis 12 niedergedrückt wird.

Damit erhält man also in dem elektrischen Schutz kreis 10 die Möglichkeit, die Elektrode oder das Werk stück zu verschieben, solange die weiße Lampe 7C brennt, die anzeigt, daß ein Kurrschlußzustand vorliegt während die Arbeitsspannung dem elektrochemischer

Arbeitskreis 12 nicht zugeführt werden kann, bis dci Schalter SlVl ein zweites Mal niedergedrückt worder

ist.

Beim Drücken des Startzyklusschalters SlVl zurr

so zweiten Mal wird der Kreis zn dem Relais /73 unterbro dien» so daß die Kontakte RiA m ihre geschlossen« Ruhestellung zurückkehren» um den chemischen Ar beitskreis 12 einzuschalten, wie dies zuvor erläuter wird, sofern ein Kurzschluß in dem Kreis nicht vorliegi Die Beseitigung des Kurzschlusses kann auch mit Hilf) des Aüsbrennkreises 14 erfolgen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

U Elektronische Kurzschluß-Schutzanordnung für elektrisch abtragende Bearbsiuingsmaschinen mit einem an den Arbeitsspalt angeschlossenen Kurz-• ichluB-Pröfstromkreis, bestehend aus einer Gleich- ;· »pannungsquelle und einem auf einem einstellbaren, #<Jen kurzschlußfreien Spalt bezeichnenden Spannungswert ansprechenden Pröfglied, und mit einer vom Prüfglied betätigten Einschaltvorrichtung für den Arbeitsstrom, gekennzeichnet durch eine Umschalteinrichtung (Λ5), welche in Abhängigkeit von der Betätigung der Einschalteinrichtung (A4) anspricht und die Ansprechspannung des Prüf gliedes (54) auf einen der Arbeitsspannung im Arbeitsstromkreis (12) näherliegenden Wert erhöht.
2. Elektronische Kurzschluß-Schutzanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Prüfglied ein Transistor (54) in Reihe mit der Spule (2) eines die Einschalteinrichtung (A4) steuernden Relais vorgesehen ist und daß die Umschalteinrichtung (R5) in Abhängigkeit von der Betätigung der Einschalteinrichtung den Transistor (54) in Reihe mit einer Zenerdiode (72) zur Erhöhung der Zündspannung schaltet.