DE1118908B

DE1118908B - Switching arrangement for electrolytic electrical discharge machining with a non-linear resistance parallel to the working gap

Info

Publication number: DE1118908B
Application number: DED34196A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hans Schierholt
Original assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG; AEG AG
Current assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG; AEG AG
Priority date: 1960-09-07
Filing date: 1960-09-07
Publication date: 1961-12-07
Also published as: BE607354A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung für die elektrolytische Elektroerosion, insbesondere für das elektrolytische Schleifen mit einem nichtlinearen Widerstand parallel zum Arbeitsspalt. Bei derartigen Einrichtungen wird zwischen eine Werkzeugelektrode, die im allgemeinen eine metallgebundene Diamantschleifscheibe darstellt, und eine Werkstückelektrode eine elektrisch leitende Flüssigkeit gebracht und sowohl das Werkstück als auch die Schleifscheibe an die beiden Pole einer Gleichstromquelle angeschlossen. Infolge der elektrolytischen Wirkung des elektrischen Stromes wird das Material an dem anodisch gepolten Werkstück abgetragen.The invention relates to a circuit arrangement for electrolytic discharge machining, in particular for electrolytic loops with a non-linear resistance parallel to the working gap. With such Means is placed between a tool electrode, which is generally a metal-bonded diamond grinding wheel represents, and a workpiece electrode brought an electrically conductive liquid and both the workpiece and the grinding wheel are connected to the two poles of a direct current source. As a result of the electrolytic effect of the electric current, the material becomes anodic on the polarized workpiece removed.

Die besonderen Vorzüge dieses Schleifverfahrens kommen jedoch nur zur Geltung, wenn durch eine Kurzschlußstrombegrenzung in der Gleichstromquelle eine thermische Beschädigung von Werkstück und Schleifscheibe durch zu starke Ströme bei unmittelbarer metallisch leitender Berührung vermieden wird. Ferner muß auch eine zusätzliche Funken- oder Lichtbogenerosion neben der elektrolytischen Erosion verhindert werden. Die Funken oder Lichtbögen bewirken nicht nur eine Vergröberung der Oberfläche des Werkstückes, sondern auch eine stark erhöhte Abnutzung des Werkzeuges, insbesondere der teuren Diamantschleif scheiben. Die Funken oder Lichtbögen treten auf, wenn die Spannung zwischen Werkstück und Werkzeug die Lichtbogen- bzw. Funken-Grenzspannung erreicht oder überschritten hat. Diese Lichtbogen-Grenzspannung ist abhängig vom Material des Werkstückes und des Werkzeuges sowie von dem verwendeten Elektrolyten. Sie liegt im allgemeinen bei etwa 14VoIt. Infolge der unvermeidlichen inneren Induktivität der für das elektrolytische Schleifen gebräuchlichen Gleichstromquellen lassen sich aber während des Schleifbetriebes die Lichtbogen-Grenzspannung überschreitende Spannungsspitzen am Bearbeitungsspalt zwischen Werkstück und Werkzeug kaum vermeiden. Die Ausgangsspannung U_A ergibt sich nämlich aus:However, the special advantages of this grinding process only come into their own if a short-circuit current limitation in the direct current source prevents thermal damage to the workpiece and grinding wheel from excessive currents in the event of direct metallic contact. Furthermore, additional spark or arc erosion in addition to electrolytic erosion must also be prevented. The sparks or arcs cause not only a coarsening of the surface of the workpiece, but also a greatly increased wear and tear on the tool, especially the expensive diamond grinding discs. The sparks or arcs occur when the voltage between the workpiece and the tool has reached or exceeded the arc or spark limit voltage. This arc limit voltage depends on the material of the workpiece and the tool as well as on the electrolyte used. It is generally around 14 volts. As a result of the unavoidable internal inductance of the direct current sources used for electrolytic grinding, voltage peaks exceeding the arc limit voltage at the machining gap between the workpiece and the tool can hardly be avoided during the grinding operation. The output voltage U _A results from:

SchaltanordnungSwitching arrangement

für die elektrolytische Elektroerosion mit einem nichtlinearen Widerstandfor electrolytic discharge machining with a non-linear resistance

parallel zum Arbeitsspaltparallel to the working gap

Anmelder:Applicant:

Deutsche Edelstahlwerke Aktiengesellschaft,Deutsche Edelstahlwerke Aktiengesellschaft,

Krefeld, Oberschlesienstr. 16, und Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft, Berlin-Grunewald, Hohenzollerndamm 150Krefeld, Oberschlesienstr. 16, and General Electricity Company, Berlin-Grunewald, Hohenzollerndamm 150

Dipl.-Ing. Hans Schierholt, Aachen, ist als Erfinder genannt wordenDipl.-Ing. Hans Schierholt, Aachen, has been named as the inventor

Ua= Ul-Ua = Ul-

dldl

dtGerman

wobei U_L die Leerlaufspannung, R₁ den inneren Widerstand und L,- die innere Induktivität der Gleichstromquelle bedeutet.where U _{L is} the open circuit voltage, R _{1 is} the internal resistance and L, - is the internal inductance of the direct current source.

Weil sich beim Schleifen der Widerstand zwischen Werkstück und Scheibe im allgemeinen ständig ändert, beispielsweise durch Unterschiede im Abstand der im Eingriff befindlichen Fläche oder durch Unterschiede im Zustand des Elektrolyten, sind schnelle und starke Schwankungen des Ausgangsstromes der Gleichstromquelle unvermeidlich. Infolgedessen können bei einer Verringerung oder kurzzeitigenBecause the resistance between the workpiece and the disc generally changes constantly during grinding, for example, by differences in the distance between the surface in engagement or by differences in the state of the electrolyte, there are rapid and strong fluctuations in the output current of the DC power source inevitable. As a result, there may be a decrease or short-term

Unterbrechung des Arbeitsstromes Spannungsspitzen auftreten, die weit über der Lichtbogen-Grenzspannung liegen, zumal es mit Rücksicht auf die gewünschten Abtragsleistungen erforderlich ist, die Leerlauf spannung nicht zu niedrig zu wählen.Interruption of the working current Voltage peaks occur that are well above the arc limit voltage lie, especially since it is necessary with regard to the desired removal rates, the No-load voltage should not be selected too low.

Es ist schon bekannt, parallel zum Arbeitsspalt einen nichtlinearen Widerstand anzuordnen, der von einer bestimmten Spannungsschwelle ab leitend wird und den Arbeitsspalt dann überbrückt zwecks Ausschaltung von schädlichen Spannungsspitzen. Es sindIt is already known to arrange a non-linear resistor parallel to the working gap, which is of a certain voltage threshold becomes conductive and then bridges the working gap for the purpose of switching off of harmful voltage peaks. There are

auch schon Regeleinrichtungen bekanntgeworden, die ein zu hohes Ansteigen der Spannung im Leerlauf verhindern. Ferner wurden Regeleinrichtungen bekannt, mit welchen die Spannung zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück herabgesetzt wer-Control devices have also become known that cause the voltage to rise too high when idling impede. Control devices were also known, with which the voltage between the tool electrode and be lowered to the workpiece

den kann, wenn infolge von Lichtbogen- oder Funkenentladungen eine hochfrequente Stromkomponente im Stromkreis auftritt. Mit dieser Regelvorrichtung kann also das Auftreten von Funken oder Lichtbögen festgestellt und die Spannung der Gleichstrom-This can occur if a high-frequency current component as a result of arc or spark discharges occurs in the circuit. With this control device, sparks or arcs can occur determined and the voltage of the direct current

quelle heruntergeregelt werden. Im allgemeinen wird hierdurch größerer Schaden vermieden, jedoch ist es von Nachteil, daß der Mittelwert der Arbeitsspannungsource can be turned down. In general, this avoids greater damage, but it is disadvantage that the mean value of the working voltage

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während des gesamten Bearbeitungsvorganges verhältnismäßig niedrig gehalten wird, was auf Kosten der Abtragsleistung geht.is kept relatively low during the entire machining process, which comes at a cost the removal rate goes.

Mit allen den bisher bekannten Einrichtungen werden jedoch die Auswirkungen, nicht aber die Ursachen der Störungen wirksam bekämpft.With all the previously known facilities, however, the effects, but not the causes who effectively combats disturbances.

Aus diesem Grunde wurde gemäß einem nicht bekannten Vorschlag angegeben, als Signal für die Regelung der Ausgangsspannung einer Gleichstrom-For this reason, according to an unknown proposal, it was specified as a signal for the regulation the output voltage of a direct current

Kombination überbrückt, die einen Teil der im Schleifbetrieb frei werdenden magnetischen Energie aus der Gleichstromquelle aufnehmen kann. Weiterhin sind die beiden Enden des Widerstandes zusätzlieh mit einem Regler verbunden, der seinerseits auf ein im Primärkreis der Gleichstromquelle angeordnetes Stellglied zur Spannungsregelung einwirkt. Die am Widerstand abgegriffene Stellgröße enthält den ersten Differentialquotienten des AusgangsstromesCombination bridges part of the magnetic energy released in the grinding operation can record from the DC power source. Furthermore, the two ends of the resistor are additional connected to a controller, which in turn is connected to a controller arranged in the primary circuit of the direct current source Actuator for voltage regulation acts. The manipulated variable tapped at the resistor contains the first differential quotient of the output current

quelle eine Stellgröße zu verwenden, die dem ersten io nach der Zeit. Die dem ersten Differentialquotienten Differentialquotienten des Ausgangsstromes nach der des Ausgangsstromes nach der Zeit entsprechende Zeit entspricht, wodurch die Ursache der Stör- Stellgröße kann selbstverständlich auch auf andere erscheinungen, nämlich die innere Induktivität der Weise gewonnen werden, z. B. durch einen Transfor-Stromquelle, unwirksam gemacht wurde. Die letzt- mator, dessen Primärseite in den Ausgangsstromkreis genannte Einrichtung ist zwar in ihrer Wirkung, be- 15 eingeschaltet ist.source to use a manipulated variable that corresponds to the first io after the time. The first differential quotient Differential quotient of the output current according to that of the output current according to time Time corresponds, whereby the cause of the disturbance manipulated variable can of course also on others phenomena, namely the internal inductance of the way can be obtained, e.g. B. by a transformer power source, has been rendered ineffective. The last-mator, its primary side in the output circuit The mentioned device is in its effect when it is switched on.

sonders bei größeren Leistungen, sehr vorteilhaft, Erfindungsgemäß ergibt sich eine erhebliche Ver-especially with larger performances, very advantageous, according to the invention there is a considerable reduction

aber auch verhältnismäßig aufwendig. billigung der ganzen Anlage, weil die Sicherheit gegenbut also relatively expensive. Approval of the whole system because the security against

Die Erfindung besteht darin, daß als nichtlinearer Funken- oder Lichtbogenbildung durch die Zener-Widerstand eine Zener-Diode mit einer Durchbruchs- Diode gewährleistet ist und die zur Entlastung der spannung niedriger als die Lichtbogen- bzw. Funken- 20 Zener-Diode hinzugefügten Regelkreisglieder bei Grenzspannung der jeweiligen Werkstoffpaarung dient, gleicher Schleif leistung viel knapper bemessen werderart, daß die Zener-Diode überbrückt ist durch den können, als wenn von ihnen allein die Lichtbogeneinen Widerstand oder Transformator in Reihe mit bildung verhindert werden müßte,
einem Kondensator, und daß an den Widerstand Die erfindungsgemäße Schaltanordnung und ihreThe invention consists in the fact that a Zener diode with a breakdown diode is ensured as a non-linear spark or arcing through the Zener resistor and the control circuit elements added to relieve the voltage lower than the arc or spark 20 Zener diode The limit voltage of the respective material pairing is used, the same grinding power is measured much more tightly in such a way that the Zener diode is bridged by the can than if the arcs alone had to be prevented from forming a resistor or transformer in series with the formation,
a capacitor, and that to the resistor The switching arrangement according to the invention and its

bzw. Transformator ein an sich bekannter Regler 25 Wirkung sollen an Hand der Abbildungen näher ergelegt ist, der auf die zeitliche Änderung des Arbeits- läutert werden,or transformer a known controller 25 effect should be explained in more detail on the basis of the figures is to be luted to the temporal change of the work,

stromes anspricht und die Spannung der Gleichstrom- Abb. 1 zeigt eine Prinzipschaltung der erfindungs-current responds and the voltage of the direct current Fig. 1 shows a basic circuit of the invention

quelle regelt. Mit dieser Schaltanordnung kann die gemäßen Schaltanordnung, während in
Lichtbogen- oder Funkenbildung wirksam unter- Abb. 2 das Beispiel eines zeitlichen Verlaufes dersource regulates. With this switching arrangement, the switching arrangement according to the invention, while in
Arcing or sparking is effective under Fig. 2 the example of a time course of the

drückt werden, ohne daß der Mittelwert der Arbeits- 30 Ausgangsspannung mit und ohne Zener-Diode darspannung wesentlich unter der Lichtbogen-Grenz- gestellt ist.can be expressed without showing the mean value of the working output voltage with and without a Zener diode is placed significantly below the arc limit.

spannung gehalten werden muß; sie ist außerdem mit In Abb. 1 sind die Ausgangsklemmen 1 und 2 dertension must be maintained; it is also marked with In Fig. 1 the output terminals 1 and 2 are the

besonders einfachen Schaltmitteln zu verwirklichen. Gleichstromquelle 3 mit dem inneren Widerstand 2?,· Unter Zener-Dioden werden bekanntlich Halbleiter- und der inneren Induktivität L₁ mit dem Werkstück 4 dioden verstanden, die in der Sperrichtung wieder 35 und der Schleifscheibe 5 verbunden. Erfindungsgemäß leitend werden, wenn die angelegte Sperrspannung die sind die beiden Pole der Gleichstromquelle mit einer sogenannte Durchbruchs- oder Zenerspannung über- Zener-Diode 6 überbrückt, deren Durchbruchsspanschreitet, und die dann einen sehr geringen Innen- nung unter der Lichtbogen-Grenzspannung liegt. Die widerstand aufweisen. Die Höhe der Zenerspannung Zener-Diode ist durch eine hintereinandergeschaltete richtet sich nach dem Fertigungsprozeß der Diode 40 Widerstands-Kondensator-Kombination 7, 8 über- und kann so im voraus festgelegt werden. An der brückt. Am Widerstand 7 wird eine dem ersten Diffe-Zener-Diode können also keine Spannungen auftreten, rentialquotienten des Ausgangsstromes nach der Zeit die nennenswert höher als ihre Durchbruchsspannung entsprechende Stellgröße abgegriffen, die dem Regler 9 sind, da diese Diode für solche Spannungen praktisch zugeführt wird, Der Regler 9, der im einfachsten Fall wie ein Kurzschluß wirkt. Wird die Durchbruchsspan- 45 eine gittergesteuerte Elektronenröhre sein kann, wirkt nung der Zener-Diode geringfügig unterhalb der auf das Stellglied 10 der Gleichstromquelle 3 ein. Lichtbogen-Grenzspannung gewählt und eine so be- Durch diese zusätzliche Regelung wird die in der messene Diode parallel zum Ausgang der Gleich- Zener-Diode umgesetzte Leistung verringert,
stromquelle und damit auch parallel zu Werkstück In Abb. 2 entspricht die ausgezogene Kurve demto realize particularly simple switching means. Direct current source 3 with the internal resistance 2?, · Under Zener diodes are known semiconductor diodes and the internal inductance L ₁ with the workpiece 4 diodes, which are connected again 35 and the grinding wheel 5 in the reverse direction. According to the invention, they become conductive when the applied reverse voltage is the two poles of the direct current source with a so-called breakdown or Zener voltage bridged via Zener diode 6, whose breakdown voltage increases and which is then a very small internal voltage below the arc limit voltage. Which show resistance. The level of the Zener voltage Zener diode is based on the production process of the diode 40 resistor-capacitor combination 7, 8 and can thus be determined in advance. At the bridge. At the resistor 7, a differential Zener diode, so no voltages can occur, potential quotients of the output current after the time the manipulated variable that is significantly higher than its breakdown voltage is tapped; The regulator 9, which in the simplest case acts like a short circuit. If the breakdown voltage 45 can be a grid-controlled electron tube, the voltage of the Zener diode acts slightly below that on the actuator 10 of the direct current source 3. Arc limit voltage is selected and an additional regulation reduces the power converted in the measured diode parallel to the output of the DC-Zener diode,
power source and thus also parallel to the workpiece. In Fig. 2, the solid curve corresponds to the

und Schleifscheibe geschaltet, so können zwischen 50 Spannungsverlauf ohne Zener-Diode, während dieand grinding wheel switched, so you can switch between 50 voltage curve without Zener diode, while the

Werkstück und Schleifscheibe keine Spannungen auftreten, die größer als die Lichtbogen-Grenzspannung sind.Workpiece and grinding wheel do not experience any voltages that are greater than the arc limit voltage are.

Da zweckmäßig die Leerlaufspannung der Gleichstromquelle kleiner als die Durchbruchsspannung der Zener-Diode gewählt wird, so braucht die Zener-Diode nur den während der Zeiträume abnehmenden Anodenstromes frei werdenden Anteil der im Magnetfeld der inneren Induktivität der Stromquelle gespeicherten elektrischen Energie zu vernichten. Diese Energie ist aber nur ein ganz kleiner Anteil der insgesamt beim Sehleifvorgang umgesetzten Energie. Since expediently the open circuit voltage of the direct current source is smaller than the breakdown voltage of the Zener diode is selected, the Zener diode only needs the decreasing rate during the time periods Anode current released portion of the stored in the magnetic field of the internal inductance of the power source to destroy electrical energy. However, this energy is only a very small proportion of the total energy converted during the grinding process.

Es kann jedoch bei größeren Leistungen vorkommen, daß die von der Zener-Diode aufzunehmende elektrische Energie deren zulässige Verlustleistung übersteigt. Zur Verringerung der in der Zener-Diode umgesetzten Leistung ist diese daher durch eine hintereinandergeschaltete Widerstands-Kondensator-However, with higher powers it can happen that the one to be absorbed by the Zener diode electrical energy exceeds the permissible power loss. To reduce the in the zener diode converted power, this is therefore through a series-connected resistor-capacitor

gestrichelte Kurve den Spannungsverlauf mit der Zener-Diode darstellt. Die Lichtbogen-Grenzspannung ist strichpunktiert eingezeichnet.dashed curve represents the voltage curve with the Zener diode. The arc limit voltage is shown in dash-dotted lines.

Claims

PATENT CLAIM:

Switching arrangement for electrolytic electrical discharge machining, in particular for electrolytic grinding, with a non-linear resistance parallel to the working gap, characterized in that a Zener diode (6) with a breakdown voltage lower than the arc or spark limit voltage of the respective non-linear resistance Material pairing (4, 5) is used in such a way that the Zener diode (6) is bridged by a resistor (7) or transformer in series with a capacitor (8), and that on

the resistor (7) or transformer a known controller (9) is placed on the temporal change of the working current responds and the voltage of the direct current source (10) regulates.

Considered publications: German Auslegeschriften No. 1013 371,

1 071251;
"Deutsche Elektrotechnik" magazine, 1957, No. 9,

Pp. 451 and 452.

1 sheet of drawings