DE1076289B

DE1076289B - Anordnung zur Funkenerosion mit einer Impedanz im Gleichstrom-Ladekreis des Speichers

Info

Publication number: DE1076289B
Application number: DEC8466A
Authority: DE
Inventors: Marc Bruma; Michel Magat
Original assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Current assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Priority date: 1952-11-21
Filing date: 1953-11-17
Publication date: 1960-02-25
Also published as: FR1066737A; LU32422A1; NL182871B; NL93571C; CH315171A; GB774090A; BE523661A

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Funkenerosion, bei der eine Gleichspannung über eine Impedanz an einen Speicher angeschlossen ist, der parallel zum Funkenspalt liegt.

Bei den bekannten Vorrichtungen läßt man einen Funken an den Klemmen von zwei Elektroden überspringen, von denen die eine das Werkzeug und die andere das Werkstück bildet, wobei der Werkstoff transport entgegen den in den elektrischen Lichtbogen herrschenden Verhältnissen in der Richtung von der Anode zur Kathode erfolgt.

Bei diesen bekannten Vorrichtungen enthält der elektrische Stromkreis grundsätzlich einen mit dem Werkstück in Reihe geschalteten Ladewiderstand, eine zu den Klemmen der Elektroden parallel geschaltete veränderliche Kapazität und gegebenenfalls einen Vibrator, welcher die Unterbrechung des Kontakts der Elektroden und die Entladung der Kapazität auf die dem Werkstück entsprechende Elektrode bewirkt.

Da der Wirkungsgrad letzten Endes von der Entladungszeit und der Scheitelleistung' des Funkens abhängt, weisen derartige Vorrichtungen infolge der benutzten Kapazitäten Unvollkommenheiten auf, welche sich automatisch auf die Qualität der erhaltenen Funkenentladung auswirken, der mehr oder weniger oszillierend ist, was insbesondere eine schnelle Abnutzung des Werkzeugs zur Folge hat.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, zur Verbesserung der Wirkung einen Verzögerungskettenleiter parallel zum Funkenspalt anzulegen. Bei diesem Vorschlag war jedoch der Verzögerungskettenleiter parallel zu einem als Speicher wirkenden Kondensator geschaltet, wobei die Anschaltung über einen Ankopplungskondensator erfolgte.

Die Erfindung besteht demgegenüber daraus, daß als Speicher ausschließlich ein direkt zum Funkenspalt parallel liegender Verzögerungskettenleiter verwendet wird, der so bemessen ist, daß die Entladung in an sich bekannter Weise bei etwa konstanter Spannung erfolgt und daß die Aufladung sich ohne Pause anschließt.

Daraus ergibt sich der grundsätzliche Unterschied, daß gemäß der Erfindung der Verzögerungskettenleiter als einziges überhaupt vorhandenes Speicherglied funktioniert, während bei dem älteren Recht der Verzögerungskettenleiter lediglich die Aufladungsverhältnisse des Speicherkondensators reguliert, wobei nur ein Teil der im Verzögerungskettenleiter enthaltenen Kondensatoren und Induktivitäten parallel zum Spalt liegt.

Bei dem älteren Vorschlag tritt zwischen den einzelnen Entladungen eine wesentliche Pause auf, die beim Erfindungsgegenstand eben gerade vermieden wird. Eine solche Pause kann beim Erfindungsgegen-Anordnung zur Funkenerosion
mit einer Impedanz im Gleichstrom-Ladekreis des Speichers

Anmelder:

Centre National

de la Recherche Scientifique,

Paris

Vertreter: Dr.-Ing. W. Stuhlmann, Bochum,

und Dr.-Ing. B. Bloch,

Berlin-Wilmersdorf, Ballenstedter Str. 17,

Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 21. November 1952

Marc Bruma, Pavillons-sous-Bois, Seine,

und Michel Magat, Bourg-la-Reine, Seine (Frankreich),

sind als Erfinder genannt worden

stand auch dann nicht eintreten, wenn die Größenordnung der Kapazitäten und Induktivitäten ungünstig gewählt ist; in diesem Falle könne lediglich eine mangelnde Dämpfung der einzelnen Entladung erfolgen, es kann jedoch keine erhebliche Pause zwischen den Entladungen eintreten, welche das Erosionsergebnis entscheidend verringert.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert. ■

Fig. 1 zeigt die elektrische Schaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 ist ein Schaubild, welches die zeitliche Änderung der Spannung an den Klemmen der das Werkzeug bildenden Elektrode und des Werkstücks zeigt.

Gemäß Fig. 1 enthält die Vorrichtung die Klemmen 1 und 2 der Gleichspannungsquelle E₀, eine veränderliche Selbstinduktivität 3, welche mit dem z. B. durch ein Ventil oder einen Trockengleichrichter gebildeten Glied mit einseitiger Leitfähigkeit 4 in Reihe geschaltet ist, eine Verzögerungsleitung 5 mit den Klemmen 6 und 7, den Selbstinduktivitäten 8 bis 11

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und den Kapazitäten 12..bis 16, die das Werkzeug bildende, negativ gepolte Elektrode 17 und das mit der Klemme 2 verbundene Werkstück 18, wobei diese Teile mit Hilfe von beliebigen, nicht dargestellten Vorrichtungen in ein Fludium eingetaucht werden, z. B. Wasser, Mineralöl, Kerosin usw.

Bei dieser Vorrichtung speist der Gleichspannungserzeuger über die Ladeimpedanz die Verzögerungsleitung, welche sich periodisch zwischen der das Werkzeug bildenden Elektrode und dem Werkstück entlädt.

Die Ladeimpedanz wird nur durch eine Selbstinduktivität gebildet, welche mit einem elektrischen Widerstandsglied mit einseitiger Leitfähigkeit in Reihe geschaltet ist. Die wesentliche Aufgabe der Ladeimpedanz besteht darin, den Stromstoß in der Verzögerungsleitung im Augenblick der Unterspannungsetzung zu begrenzen. Diese Aufgabe kann auch durch einen Ohmschen Widerstand erfüllt werden, welcher

den Stromstoß auf den Höchstwert/_M = —begrenzt,

wobei V die von dem Stromerzeuger gelieferte Spannung ist. Bei der Verwendung eines Widerstands wird durch Joulesche Wärme eine Energiemenge verbraucht, welche gleich der in der Verzögerungsleitung aufgespeicherten Energiemenge ist, so daß der elektrische Wirkungsgrad der Gesamtanordnung auf 50% begrenzt ist. Die Verwendung einer den Verlust durch Joulesche Wärme ausschließenden Selbstinduktivität gestattet dagegen die Erhöhung dieses Wirkungsgrades auf 98%, wobei der Stromstoß auf den Höchstwert

mit steller Front den wesentlichen Vorteil, die Entladungszeit zu verringern und so die Augenblicksleistung oder Scheitelleistung des Funkens zu vergrößern, welcher intensiver, härter und praktisch schwingungsfrei wird.

Infolge der Herstellung von schwingungsfreien Funken durch Verhinderung jeder Polumkehr wird die entsprechende Abnutzung des Werkzeugs bedeutungslos gemacht.

ίο Die Vorrichtung der Fig. 1 arbeitet folgendermaßen:

Bei entladener Verzögerungsleitung wird zur Zeit

t = 0 die konstante Spannung E₀ an die Klemmen 1 und 2 angelegt. Nach Ablauf einer Zeit Τ=π yZ^C^

(worin C₇- die Gesamtkapazität der Verzögerungsleitung und L₃ die Ladeinduktivität ist) nimmt die Spannung an den Klemmen 6, 7 der. Verzögerungsleitung den Wert an:

E_t = E₀ [1 +. e

JF Z

Im =

Z =

begrenzt wird, wobei C₇- die Gesamtkapazität der Verzögerungsleitung ist.

Ein weiterer von der bekannten Verwendung der Selbstinduktivität herrührender Vorteil liegt in der Verringerung der Aufladezeit der Verzögerungsleitung mit entsprechender Vergrößerung der Funkenzahl in der Zeiteinheit, was die Vergrößerung der Arbeitsfrequenz der Anordnung gestattet. Bekanntlich beträgt die Aufladezeit einer Kondensatorenbatterie mit dem der Gesamtkapazität der betreffenden Verzögerungsleitung entsprechenden Wert Cj 4,6 RCγ, während die erfindungsgemäße Kombination einer Ladeinduktivität L und einer Verzögerungsleitung mit der Kapazität C₇- nur eine Ladezeit T=3,14 ZC_T erfordert. Für Z = R wird die Ladezeit T nur 0,68 der zur Aufspeicherung der gleichen Energiemenge in einem System Widerstand—Kapazität erforderlichen Zeit. Hieraus ergibt sich, daß unter sonst gleichen Umständen die Arbeitsfrequenz einer erfindungsgemäßen Anordnung mit Selbstinduktivität und \^rerzögerungsleitung l,47mal größer ist als die Arbeitsfrequenz eines Systems mit Widerstand und Kapazität. Das gegebenenfalls in Reihe geschaltete Gleichrichterglied verhindert, daß die Spannung an den Klemmen der Verzögerungsleitung um einen Wert V schwingt und blockiert sie auf dem Höchstwert, welcher theoretisch IV und praktisch 1,8 f beträgt, falls der Stromerzeuger eine zeitlich konstante Gleichspannung liefert.

Die Benutzung einer Verzögerungsleitung an Stelle einer Kondensatorenbatterie bietet bei ein und demselben gegebenen Kapazitätswert bei gleichzeitiger Herstellung einer Entladung in Form eines Impulses 1 τ ic

worin α eine Zahl ist (a =—-R /ii2-mit 2?=Ohmscher

ι \ -L₃

Widerstand des Ladekreises), welche die Dämpfung des Ladekreises angibt.

Man sieht, daß für a<Ci die SpannungE₁ an den Klemmen der Verzögerungsleitung den Wert der Ladespannung E₀ übersteigt und daß für sehr kleine Werte von α (α E^ 0,02) E_t etwa das Doppelte von E₀

wird.

Wenn der Abstand zwischen dem Werkzeug 8 und dem Werkstück auf einem Wert gehalten wird, welcher in der Nähe dessen liegt, bei welchem eine Spannung 2 E₀ gerade zur Erzeugung einer Entladung durch das die beiden Leiter trennende Mittel ausreichend ist, wird die Ladung nicht oszillierend, vorausgesetzt,

daß der Wellenwiderstand Z₀ = l/-=r der Verzöge-

rungsleitung etwa gleich der Eigenimpedanz dieser Entladung ist, d. h. größenordnungsmäßig etwa 0,01 Ohm beträgt. Die Entladedauer ist durch die Zeitkonstante der A^erzögerungsleitung δ = 2Z₀-C₁- Sekunden gegeben. Man sieht, daß bei einer Verzögerungsleitung mit der Gesamtkapazität von 200 ■ IQ-⁶J⁷ und einem Wellenwiderstand Z₀ = 10—² Ohm die Entladedauer

(5=2· 10-2-200· 10-⁶=4 Mikrosekunden
beträgt.

Der gleiche Vorgang beginnt nach einer Zeit T nach der Entladung, wie in Fig. 2 angegeben.

Die von der Verzögerungsleitung der Spannungsquelle E₀ in einer Zeit T entnommene Energie wird somit in einer Zeit δ zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück entladen.

Die Scheitelleistung in der Entladung ist somit

-5—mal größer als die von der Spannungsquelle gelieferte Leistung, Da δ die Größenordnung von Mikro-Sekunden (10—⁶ Sekunden) und T die Größenordnung von Millisekunden (10—^s Sekunden) hat, so sieht man, daß die Scheitelleistung in einer Entladung lOOOmal größer als die mittlere Leistung der Stromquelle sein kann. Dies bedeutet, daß man bei einer Stromquelle, welche an den Klemmen 1, 2 der in Fig. 1 schematisch dargestellten Vorrichtung 1 kW liefert, eine Scheitelleistung von IQOOkW durch Entladung zwischen der das Werkzeug bildenden Elektrode und dem Werkstück erhält, welche für die wirksame Bearbeitung eines beliebigen elektrisch leitenden Metalls oder

einer beliebigen Legierung beliebiger mechanischer Härte ausreichend ist.

Die Spannungsquelle E₀ ist durch eine rein Ohmsche Impedanz des Wertes

Ct) 2

belastet, welche den Wert des Ladestroms der Verzögerungsleitung auf den Scheitel wert

L \ 1

Ct j ^

begrenzt.

Fig. 2 zeigt den zeitlichen Verlauf der Spannung E zwischen der das Werkzeug bildenden Elektrode und dem Werkstück. Man sieht, daß die Augenblicksleistung des Funkens groß sein kann, da die Entladungszeit δ äußerst klein ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Funkenerosion, bei der eine Gleichspannung über eine Impedanz an einen Speicher angeschlossen ist, der parallel zum Funkenspalt liegt, dadurch gekennzeichnet, daß als Speicher ausschließlich ein direkt zum Funken-

spalt parallel liegender Verzögerungskettenleiter vorgesehen ist, der so bemessen ist, daß die Entladung in an sich bekannter Weise bei etwa konstanter Spannung erfolgt und daß die Aufladung sich ohne Pause anschließt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenwiderstand der Verzögerungsleitung (5) etwa gleich dem Scheinwiderstand des Entladungsstromkreises (17., 18) während der Entladung ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die im Ladekreis liegende Impedanz durch eine mit einem Gleichrichter (4) in Reihe geschaltete Selbstinduktionsspule (3) gebildet wird.

4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenwiderstand des Verzögerungskettenleiters (5) etwa 0,01 Ohm und die Gesamtkapazität des Verzögerungskettenleiters (5) etwa 200 Mikrofarad beträgt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 967 179;
USA.-Patentschriften Nr. 2 235 385, 2 322 561.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen