DE1076289B - Arrangement for spark erosion with an impedance in the DC charging circuit of the accumulator - Google Patents
Arrangement for spark erosion with an impedance in the DC charging circuit of the accumulatorInfo
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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.The invention relates to an arrangement for spark erosion in which a direct voltage is applied via an impedance is connected to a memory that is parallel to the spark gap.
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.In the known devices, a spark is made to jump over the terminals of two electrodes, one of which forms the tool and the other forms the workpiece, with the material being transported contrary to the conditions prevailing in the electric arc in the direction of the Anode to cathode takes place.
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.In these known devices, the electrical circuit basically includes one with the Workpiece in series connected charging resistor, one connected in parallel to the terminals of the electrodes variable capacity and optionally a vibrator, which interrupts the contact of the Electrodes and causes the discharge of the capacitance to the electrode corresponding to the workpiece.
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.Because the efficiency ultimately depends on the discharge time and the peak power 'of the spark depends, such devices exhibit as a result of the used capacity based on imperfections, which automatically affect the quality of the received Impact spark discharge, which is more or less oscillating, which in particular a rapid wear of the tool.
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.It has already been proposed to use a delay ladder in parallel to improve the effect to apply to the spark gap. In this proposal, however, the delay ladder was in parallel connected to a capacitor acting as a memory, the connection via a coupling capacitor took place.
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. In contrast, the invention consists in the fact that only a memory directly to the spark gap parallel delay chain conductor is used, which is dimensioned so that the discharge in on takes place in a known manner at approximately constant voltage and that the charging follows without a break.
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.This results in the fundamental difference that, according to the invention, the delay chain conductor works as the only memory element that exists at all, while the older right has the Delay chain conductor only regulates the charging ratios of the storage capacitor, whereby only a part of the capacitors and inductances contained in the delay chain conductor parallel to the Gap lies.
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 SpeichersIn the older proposal, there is a significant pause between the individual discharges, which is precisely avoided with the subject matter of the invention. Such a break can occur in the case of the counter-invention arrangement for spark erosion
with an impedance in the DC charging circuit of the storage unit
Anmelder:Applicant:
Centre NationalCenter National
de la Recherche Scientifique,de la Recherche Scientifique,
ParisParis
Vertreter: Dr.-Ing. W. Stuhlmann, Bochum,Representative: Dr.-Ing. W. Stuhlmann, Bochum,
und Dr.-Ing. B. Bloch,and Dr.-Ing. B. Bloch,
Berlin-Wilmersdorf, Ballenstedter Str. 17,Berlin-Wilmersdorf, Ballenstedter Str. 17,
PatentanwältePatent attorneys
Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 21. November 1952Claimed priority:
France 21 November 1952
Marc Bruma, Pavillons-sous-Bois, Seine,Marc Bruma, Pavillons-sous-Bois, Seine,
und Michel Magat, Bourg-la-Reine, Seine (Frankreich),and Michel Magat, Bourg-la-Reine, Seine (France),
sind als Erfinder genannt wordenhave been named as inventors
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.stood even if the order of magnitude of the capacitances and inductances is unfavorable is chosen; in this case there could only be insufficient damping of the individual discharge, however, there cannot be a significant pause between discharges, which is the erosion result significantly reduced.
Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert. ■The invention is explained below by way of example with reference to the drawing. ■
Fig. 1 zeigt die elektrische Schaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; 1 shows the electrical circuit of a device according to the invention;
Fig. 2 ist ein Schaubild, welches die zeitliche Änderung der Spannung an den Klemmen der das Werkzeug bildenden Elektrode und des Werkstücks zeigt.Fig. 2 is a graph showing the change with time the voltage at the terminals of the electrode forming the tool and the workpiece.
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 11According to Fig. 1, the device contains the terminals 1 and 2 of the DC voltage source E 0 , a variable self-inductance 3, which with the z. B. a member formed by a valve or a dry rectifier with one-sided conductivity 4 is connected in series, a delay line 5 with the terminals 6 and 7, the self-inductances 8 to 11
909 757/414909 757/414
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.and the capacities 12 ... to 16, which form the tool, negatively polarized electrode 17 and the workpiece 18 connected to the terminal 2, these Parts are immersed in a fluid with the help of any devices not shown, z. B. water, mineral oil, kerosene, etc.
Bei dieser Vorrichtung speist der Gleichspannungserzeuger über die Ladeimpedanz die Verzögerungsleitung, welche sich periodisch zwischen der das Werkzeug bildenden Elektrode und dem Werkstück entlädt.In this device, the DC voltage generator feeds the delay line via the charging impedance, which discharges periodically between the electrode forming the tool and the workpiece.
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, welcherThe charging impedance is only formed by a self-inductance, which has an electrical resistance element is connected in series with one-sided conductivity. The main task of the charging impedance is the rush current in the delay line at the moment of voltage application to limit. This task can also be fulfilled by an ohmic resistance, which
den Stromstoß auf den Höchstwert/M = —begrenzt,the current impulse is limited to the maximum value / M = -,
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 where V is the voltage supplied by the generator. When using a resistor, an amount of energy is consumed by Joule heat which is equal to the amount of energy stored in the delay line, so that the electrical efficiency of the overall arrangement is limited to 50%. The use of a self-inductance which excludes the loss of Joule heat, on the other hand, allows this efficiency to be increased to 98%, with the current surge at the maximum value
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.with a steller front the essential advantage of reducing the discharge time and thus increasing the instantaneous power or peak power of the spark, which becomes more intense, harder and practically vibration-free.
Infolge der Herstellung von schwingungsfreien Funken durch Verhinderung jeder Polumkehr wird die entsprechende Abnutzung des Werkzeugs bedeutungslos gemacht.As a result of the production of vibration-free sparks by preventing any pole reversal, the corresponding wear and tear of the tool made meaningless.
ίο Die Vorrichtung der Fig. 1 arbeitet folgendermaßen:ίο The device of Fig. 1 works as follows:
Bei entladener Verzögerungsleitung wird zur ZeitWhen the delay line is discharged, the time
t = 0 die konstante Spannung E0 an die Klemmen 1 und 2 angelegt. Nach Ablauf einer Zeit Τ=π yZ^C^ t = 0 the constant voltage E 0 is applied to terminals 1 and 2. After a time 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:(where C 7 - the total capacitance of the delay line and L 3 is the charging inductance) the voltage at terminals 6, 7 of the. Delay line the value to:
Et = E0 [1 +. e E t = E 0 [1 +. e
JF Z JF Z
Im =Im =
Z =Z =
begrenzt wird, wobei C7- die Gesamtkapazität der Verzögerungsleitung ist.where C 7 - is the total capacitance of the delay line.
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 ZCT 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.Another advantage resulting from the known use of self-inductance is the reduction in the charging time of the delay line with a corresponding increase in the number of sparks in the unit of time, which allows the operating frequency of the arrangement to be increased. It is known that the charging time of a capacitor battery with the value Cj, which corresponds to the total capacitance of the delay line in question, is 4.6 RCγ, while the inventive combination of a charging inductance L and a delay line with the capacitance C 7 only requires a charging time T = 3.14 ZC T. For Z = R , the charging time T is only 0.68 of the time required to accumulate the same amount of energy in a resistor-capacity system. It follows that under otherwise identical circumstances, the operating frequency of an inventive arrangement with a self-inductance and \ r erzögerungsleitung l, is 47 times greater than the operating frequency of a system with resistance and capacitance. The rectifier element, which may be connected in series, prevents the voltage at the terminals of the delay line from swinging by a value V and blocks it at the maximum value, which is theoretically IV and practically 1.8 f if the power generator supplies a constant DC voltage over time.
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 The use of a delay line instead of a battery of capacitors offers one and the same given capacitance value while at the same time producing a discharge in the form of a pulse 1 τ ic
worin α eine Zahl ist (a =—-R /ii2-mit 2?=Ohmscherwhere α is a number (a = —- R / ii2-with 2? = Ohm's
ι \ -L3 ι \ -L 3
Widerstand des Ladekreises), welche die Dämpfung des Ladekreises angibt.Resistance of the charging circuit), which indicates the attenuation of the charging circuit.
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) Et etwa das Doppelte von E0 It can be seen that for a <Ci the voltage E 1 at the terminals of the delay line exceeds the value of the charging voltage E 0 and that for very small values of α (α E ^ 0.02) E t approximately double that of E 0
wird.will.
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,If the distance between the tool 8 and the workpiece is kept at a value close to that at which a voltage 2 E 0 is just sufficient to generate a discharge through the conductor separating means, the charge does not become oscillatory , provided,
daß der Wellenwiderstand Z0 = l/-=r der Verzöge-that the wave resistance Z 0 = l / - = r the deceleration
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 Entladedauerapproximately equal to the self-impedance of this discharge, that is, of the order of magnitude of approximately 0.01 ohms. The discharge duration is given by the time constant of the delay line δ = 2Z 0 -C 1 - seconds. It is seen that in a delay line with a total capacity of 200 ■ IQ 6 J 7 and a characteristic impedance Z 0 = 10- 2 ohm the discharge time
(5=2· 10-2-200· 10-6=4 Mikrosekunden
beträgt.(5 = 2 x 10-2-200 x 10- 6 = 4 microseconds
amounts to.
Der gleiche Vorgang beginnt nach einer Zeit T nach der Entladung, wie in Fig. 2 angegeben.The same process begins after a time T after the discharge, as indicated in FIG.
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.The energy drawn from the delay line of the voltage source E 0 in a time T is thus discharged between the tool and the workpiece in a time δ.
Die Scheitelleistung in der Entladung ist somitThe peak performance in the discharge is thus
-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-5-times greater than that supplied by the voltage source power, since δ of the order of microseconds (10 -6 seconds) and T is of the order of milliseconds (10 seconds s), one sees that the peak power in a Discharge can be 100 times greater than the average power of the power source. This means that with a power source which supplies 1 kW at the terminals 1, 2 of the device shown schematically in FIG any electrically conductive metal or
einer beliebigen Legierung beliebiger mechanischer Härte ausreichend ist.any alloy of any mechanical hardness is sufficient.
Die Spannungsquelle E0 ist durch eine rein Ohmsche Impedanz des WertesThe voltage source E 0 is due to a purely ohmic impedance of the value
Ct) 2 Ct) 2
belastet, welche den Wert des Ladestroms der Verzögerungsleitung auf den Scheitel wertloaded, which is worth the value of the charging current of the delay line to the apex
L \ 1 L \ 1
Ct j ^Ct j ^
begrenzt.limited.
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.Fig. 2 shows the time course of the voltage E between the electrode forming the tool and the workpiece. It can be seen that the instantaneous power of the spark can be great because the discharge time δ is extremely short.
Claims (4)
Deutsche Patentschrift Nr. 967 179;
USA.-Patentschriften Nr. 2 235 385, 2 322 561.Considered publications:
German Patent No. 967 179;
U.S. Patent Nos. 2,235,385, 2,322,561.
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