DE1301698B

DE1301698B - Schaltungsanordnung zum Bearbeiten von Werkstuecken durch Funkenerosion

Info

Publication number: DE1301698B
Application number: DEA40267A
Authority: DE
Inventors: Pfau Jean
Original assignee: Ateliers des Charmilles SA
Current assignee: Ateliers des Charmilles SA
Priority date: 1961-05-23
Filing date: 1962-05-22
Publication date: 1969-08-21
Also published as: CH377951A; US3257583A; NL136517C; GB962490A; NL278740A

Description

Fig. 2 zeigt die mit der Schaltung nach Fig. 1 erzeugten Arbeitsimpulse, und

F i g. 4 zeigt die mit der Schaltung nach F i g. 3 erzeugten Arbeitsimpulse.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltung nach F i g. 1 ist der durch die Elektrode 4 und das Werkstück 5 gebildete Arbeitsspalt in Reihe mit einem magneti-

Die Erfindung ist im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher laxationsoszillatoren, bei denen ohne positiv ange- 10 erläutert, steuertes Schalterelement ein kapazitiver oder induk- Fig. 1, 3 sowie 5 bis 7 zeigen mögliche Ausfüh-

tiver Speicher über einen Widerstand aufgeladen und rungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Schaltung; dieser wiederum selbsttätig über den stets angeschalteten Arbeitsspalt entladen wird, besitzen den Nachteil, daß sie nur geringe Impulsfrequenzen ermög- 15
liehen, da ja zwischen den eigentlichen durch die
Entladung erzeugten Arbeitsimpulsen jeweils der
Speicher erst wieder aufgeladen werden muß. Außerdem können mit diesen bekannten Relaxationsoszillator-Schaltungen die Impulse nicht in der erforder- ao sehen Speicher 1 (Selbstinduktionsspule) über einen liehen Gleichmäßigkeit erzeugt werden, wie dies für Schalter 2, beispielsweise einen intermittierend auf eine exakte Bearbeitung erforderlich ist. und zu gesteuerten elektronischen Schalter, an die

Es wurden deshalb auch schon Schaltungen ent- Klemmen α und b einer Gleichspannungsquelle anwickelt, bei denen ein induktiver oder kapazitiver geschaltet. Parallel zur Reihenschaltung des Arbeits-Speicher über einen gesteuerten elektronischen Schal- 25 Spaltes 4, 5 und des Speichers 1 ist eine für die ter aufgeladen wird und beim öffnen des Schalters Gleichspannung der Quelle in Sperrichtung gepolte die Energie des Speichers über eine Diode an den
Arbeitsspalt abgegeben wird. Hierbei ist es auch
schon bekannt, einen weiteren gleichzeitig mit dem
elektronischen Schalter gesteuerten Magnetschalter 30
vorzusehen, der in Reihe mit dem Speicher und einer
Primärwicklung eines zwischen Speicher und Arbeitsspalt liegenden Impulstransformators geschaltet ist
und bei welcher Anordnung der Schalter und der

Magnetschalter derart wechselweise betätigt sind, daß 35 die im Speicher 1 gespeicherte Energie abgegeben bei geschlossenem Schalter und offenem Magnet- und erzeugt einen Strom in dem durch den Speischalter der induktive Speicher aufgeladen und anschließend bei offenem Schalter und geschlossenem
Magnetschalter dieser Speicher über den Impulstransformator seine Energie als Arbeitsimpuls an den 40 cherl. Zur Zeiti₀ ist der Schalter 2 geschlossen, Arbeitsspalt abgibt. Hierbei ist aber das Impulstast- und der Strom/ wächst bei Vernachlässigung der Verhältnis nicht beliebig wählbar, und die Impulsfrequenz ist infolge des zwischengeschalteten Transformators begrenzt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungs- 45 Selbstinduktivität des Speichers und der Spannung anordnung zum Bearbeiten von Werkstücken durch an den Klemmen a, b. Letztere muß höher als die Funkenerosion zu schaffen, bei der nicht nur die
Impulsfrequenz, sondern auch das Impulstastverhältnis beliebig groß gewählt werden kann.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Schaltungsanordnung der eingangs erwähnten Art, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der magnetische Speicher ohne Zwischenschaltung eines Transformators mit dem Arbeitsspalt unmittelbar in Reihe geschaltet ist und das Schaltelement durch mindestens ein den Ladestrom der Gleichspannungsquelle im Par-

Diode 6 angeordnet. Bei offenem Schalter 2 wird durch diese Diode 6 der Speicher 1 über den Arbeitsspalt entladen.

Bei geschlossenem Schalter 2 fließt der durch die Quelle gelieferte Strom durch den Speicher 1 und den Arbeitsspalt 4, 5, kann jedoch nicht durch die Diode 6 fließen. Im Augenblick der Unterbrechung des Speisestromes beim öffnen des Schalters 2 wird

eher 1, den Arbeitsspalt 4, 5 sowie die Diode 6 gebildeten Stromkreis.
F i g. 2 zeigt den Verlauf des Stromes im Spei-

ohmschen Verluste des magnetischen Speichers 1 annähernd linear bis zur Zeit I₁ an. Die Steigung der Kurve / = / (i) hängt ab von der Spaltspannung, der

allelzweig ständig sperrendes Element, insbesondere eine Diode, gebildet ist. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Da bei der erfindungsgemäßen Schaltung kein Impulstransformator mehr zwischengeschaltet ist, können beliebig hohe Impulsfolgefrequenzen gewählt werden. Außerdem kann die Impulsbreite eines Ar-

Spaltspannung sein, damit die Differenz zwischen diesen beiden Spannungen als Spannungsabfall am Speicher 1 auftreten kann.

Im Augenblick ^₁ wird der Schalter 2 geöffnet, und der Strom nimmt ßnear ab, hält aber die Entladung am Arbeitsspalt aufrecht. Die Impulssteilheit zwischen ^₁ und t._z kann also verschieden sein von derjenigen zwischen t₀ und t_v

Bei der erfindungsgemäßen Schaltung wird nur ein Teil der Energie jedes Impulses im Speicher 1 gespeichert, und der Schalter 2 muß für eine etwas größere Leistung als für die maximale Arbeitsimpulsleistung ausgelegt sein. Die Induktivität des Speichers 1 muß so dimensioniert sein, daß sie einem Kurzschluß am Spalt widerstehen kann.

Die Form der in der F i g. 2 dargestellten Impulse ist nicht ideal. Besser sind rechteckige Impulse oder solche gemäß F i g. 4, wie sie mit einer Schaltung

beitsimpulses praktisch nahezu so groß wie die Länge 65 nach F i g. 3 erzielbar sind. Nach der Schaltung geeiner Impulsperiode gemacht werden, d. h., es kön- maß F i g. 3 wird der Speicher durch einen Transnen auch Tastverhältnisse mit extrem kleinen Impuls- formator 7 von im wesentlichen rechteckiger magne-Iücken eingestellt werden, denn der eigentliche bei tisc'ier Charakteristik gebildet, dessen Primärwick-

3 4

lung 8 in Reihe mit der Elektrode 4 und dem Werk- eher entlädt sich über den Spalt und eine der Dioden

stück 5 geschaltet ist und dessen Sekundärwicklung 9 14 oder 15. Während dieser Entladung ist die Span-

mit einer Polarisationsstromquelle B und einer Selbst- nung der Quelle derjenigen des Speichers nicht ent-

induktivität 10 sowie einem einstellbaren Widerstand gegengesetzt, so daß der Strom viel langsamer ab-

11 in Reihe geschaltet ist. Der Polarisationsstrom ist 5 nimmt. Im Augenblick des öffnens des zweiten Schalauf einen solchen Wert eingestellt, daß der Trans- ters nimmt der Strom plötzlich bis auf Null ab, denn formator7 gesättigt ist und sein magnetisches Feld die Spannung der Quelle ist dann derjenigen des dem durch den Arbeitsstrom in der Primärwicklung 8 Speichers entgegengesetzt. Der Impuls ist damit im erzeugten Feld entgegenwirkt. Auf diese Weise sperrt wesentlichen rechteckig oder trapezförmig.

beim Schließen des Schalters 2 die gesättigte Primär- io Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 6 ist ein

wicklung 8 des Transformators 7 nicht den Strom- Doppelschalter 16 vorgesehen, durch welchen die Po-

durchgang, obwohl dieser Strom noch nicht den not- larität des Entladestromes zwischen der Elektrode 4

wendigen Wert erreicht hat. und dem Werkstück 5 beliebig gewählt werden kann.

F i g. 4 zeigt, daß im Zeitpunkt t_Q der Strom / so- Der eigentliche periodisch betätigte Schalter wird hier

fort den zur Endsättigung nötigen Wert /_s annimmt. 15 durch eine Transistorbatterie T₁ bis T₁ gebildet. Alle

Von diesem Augenblick an besitzt der Transforma- Transistoren sind derart parallel geschaltet, daß ihre

tor 7 eine starke Kopplung zwischen seiner Primär- Emitter mit der Klemme α verbunden sind, während

wicklung 8 und seiner Sekundärwicklung 9, und der ihre Kollektoren mit einer Leitung 17 verbunden

in der Sekundärwicklung induzierte Strom ist auf sind, die an die Primärwicklung 8 des gesättigten

Grund der Induktivität 10 begrenzt, so daß auch der ao Transformators 7 angeschaltet ist. Alle Basen dieser

Strom in der Primärwicklung begrenzt ist. Dieser Transistoren sind mit einer Leitung 18 verbunden,

Strom wächst nur sehr gering von t₀ bis I₁ an. Nach die an einer Wicklung 19 eines nur teilweise darge-

dem Öffnen des Schalters 2 im Zeitpunkt t nimmt stellten Transformators anschließt, über welchen in

der Strom während der Entladung der Selbstinduk- bekannter Weise Impulse für die gleichzeitige Steue-

tivität 10 bis zum Zeitpunkt i₂ ab. Der Strom in der 25 rung aller Transistoren zugeführt werden.

Sekundärwicklung entspricht dann wieder dem Sätti- Jeder Transistor ist mit einem Elektrolytkonden-

gungswert. sator 20 verbunden, der zur Stabilisierung der Span-

Bei der Schaltung nach F i g. 5 sind zwei Schalter nung der Stromquelle a, b beiträgt, indem er die

12 und 13 vorgesehen, deren öffnungs- und Schließ- Wirkung der Selbstinduktivität der Quelle kompenbewegungen synchronisiert sind, ohne daß sie not- 30 siert. Ferner ist jeweils eine für die Speisespannungswendigerweise gleichzeitig sein müssen. Die Diode 6 quelle in Sperrichtung gepolte Siliziumdiode 21 vornach den Ausführungsbeispielen gemäß F i g. 1 und 3 gesehen.

ist hier durch zwei Dioden 14 und 15 ersetzt, die In einem praktischen Ausführungsbeispiel betrug

derart angeordnet sind, daß bei offenen Schaltern die Spannung der Quelle«, b 40V, die Spaltspan-

der durch den Speicher 1 gelieferte und zwischen der 35 nung 25 V, die Dauer der Arbeitsimpulse etwa

Elektrode 4 und dem Werkstück 5 fließende Strom 1 msec, der Zwischenraum zwischen aufeinanderfol-

durch die Quelle a, b hindurchfließt. Diese Schaltung genden Impulsen 0,25 msec und die Schließzeit des

eignet sich damit vor allem für gegenüber der Spalt- Schalters 0,625 msec. Die Entladezeit des Speichers

spannung hohe Speisespannungen. Wenn die Spalt- betrug 0,375 msec. Das Strommaximum jedes Im-

spannung im Mittelwert z. B. 25 V beträgt, würde 40 pulses betrug 400 A. Die Batterie enthielt 30 Lei-

die Spannung der Speisespannungsquelle mindestens stungstransistoren aus Germanium, von denen jeder

100 V sein können. Wenn die Schalter 12 und 13 mit einem Kondensator 20 von 5000 μ¥ beschaltet

geschlossen sind, fließt durch die Dioden 14 und 15 war.

keinerlei Strom. Der Hauptteil der Energie der Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 7 sind die

Speisespannungsquelle wird im Speicher 1 gespei- 45 Klemmen α und b der Gleichspannungsquelle mit der

chert, während ein Bruchteil davon dem Spalt zu- Primärwicklung 22 eines Impulstransformators 23

geführt wird. mit im wesentlichen rechteckiger magnetischer

Beim Öffnen der Schalter 12 und 13 fließt der Charakteristik über eine Leistungsröhre 24 verbun-

durch den Speicher 1 gelieferte Strom durch den den. Die Spannung der Quelle kann hierbei höher

Arbeitsspalt 4, 5, die Diode 15, die Speisespannungs- 50 sein, und der Transformator 23 kann ein solches

quelle a, b sowie die Diode 14. Hierbei ist die Span- Übersetzungsverhältnis besitzen, daß seine Sekundär-

nung der Quelle derjenigen des Speichers entgegen- wicklung 25 eine etwas höhere Spannung als die

gerichtet, so daß der Entladestrom erhöht sein kann Spaltspannung liefert.

und eine kurze Entladungsdauer besitzen kann. Diese Dieser Transformator 23 besitzt noch eine Polarisa-Schaltung ist also besonders zur Erzeugung von Im- 55 tionswicklung 26, durch welche er im gesättigten Zupulsen mit steilen Flanken geeignet. Parallel zur stand gehalten werden kann. Die Sekundärwicklung Quelle kann noch ein Kondensator geschaltet sein, 25 des Transformators ist mit dem magnetischen der die vom Speicher gelieferte Energie aufnimmt. Speicher 7 über eine Diode 27 verbunden. Die Sekun-

In diesem Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, därwicklung 25 ist noch durch einen Widerstand 28 einen der Schalter vor dem anderen Schalter zu be- 60 nebengeschlossen, durch welchen der bei der Enttätigen, wodurch Impulse von im wesentlichen recht- magnetisierung des Kernes 23 erzeugte Strom abeckigem Verlauf erzeugt werden können. Die Strom- sorbiert wird. Dieser Widerstand kann in irgendquelle liefert nur Energie, wenn die beiden Schalter einer der drei Wicklungen des Transformators 23 an-12 und 13 geschlossen sind. In diesem Augenblick gebracht sein. Wenn die Röhre 24 leitend wirkt, insteigt der Strom sehr schnell an, da ja die Spannung 65 duziert der Strom, der die Primärwicklung 22 durchder Quelle viel höher ist als die Spaltspannung. Wenn fließt, einen Strom in der Sekundärwicklung, wobei nur einer der Schalter 12 oder 13 geöffnet wird, ist dieser Strom einerseits für die Ladung des magnedie Energieversorgung unterbrochen, und der Spei- tischen Speichers und andererseits für die Erzeugung

eines Arbeitsimpulses am Spalt 4, 5 dient. Wenn der Stromimpuls durch die Röhre 24 unterbrochen wird, gibt der Speicher seine Energie zurück, indem er einen Strom durch den Spalt und durch die Diode 6 fließen läßt. Durch die Diode 27 hat die entgegengesetzt gepolte Spannung der Sekundärwicklung 25 keinen Einfluß auf den Entladestromkreis.

Die Polarisationswicklung 26 wird mit einem Strom beaufschlagt, der gerade den Sättigungszustand im Kern hervorruft, wodurch das magnetische Feld dieses Transformators im Maximum benutzt werden kann.

Die in dem Transformator 23 aufgespeicherte Energie ist viel kleiner als die Energie einer Bearbeitungsimpulses, und die in dem Widerstand 28 verbrauchte Energie ist in bezug auf die mittlere Energie eines Bearbeitungsimpulses gering. Bei diesem Ausführungsbeispiel und auch bei den Schaltungen nach den F i g. 1 und 5 kann der Speicher auch nur durch die Leiter gebildet sein, die den Strom an die Elektrode bzw. das Werkstück führen, deren Eigeninduktivität dann höher sein muß als die Induktivität der Diode 6.

Die Breite und der Abstand der Impulse kann bei allen erfindungsgemäßen Schaltungen durch Änderung der öffnungs- und Schließzeiten der Schalter eingestellt werden. Man kann auch leicht die Amplitude der Impulse einstellen, z. B., indem man auf die durch die Stromquelle gelieferte Spannung einwirkt, beispielsweise vor allem in den Schaltungen nach den Fig. 1 und 7, oder in einfacher Weise dadurch, daß man den Polarisationsstrom des sättigbaren Transformators 7 nach den Schaltungen gemäß F i g. 3 und 6 beeinflußt.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltung besteht darin, daß beim Schließen des Schalters in einem Moment, in dem die Elektrode 4 von dem Werkstück 5 entfernt ist, keinerlei Strom fließt und damit keine Überspannungen an dem Schalter zu befürchten sind. Ferner kann die Impulsbreite fast gleich der Periodendauer der Impulsfolge gemacht werden. In allen beschriebenen Schaltungen ist es von Vorteil, eine Sicherheitsvorrichtung noch vorzusehen, welche die Schließung der Schalter verhindert, wenn der Speicher noch Energie enthält, was bei Kurzschluß zwischen der Elektrode und dem Werkstück eintreten kann.

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Bearbeiten von Werkstücken durch Funkenerosion, bei der eine Gleichstromquelle über einen periodisch arbeitenden Schalter mit einem magnetischen Speicher in Reihe geschaltet ist und bei der durch ein parallelgeschaltetes Schaltelement der Speicher bei offenem Schalter Energie an den Arbeitsspalt abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (1, 7) ohne Zwischenschaltung eines Transformators mit dem Arbeitsspalt (4, 5) unmittelbar in Reihe geschaltet ist und das Schaltelement durch mindestens ein den Ladestrom der Gleichspannungsquelle (a, b) im Parallelzweig ständig sperrendes Element, insbesondere eine Diode (6,14,15, 21), gebildet ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Speicher eine einstellbare vormagnetisierte Induktionsspule (7) ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Schalter durch mehrere parallelgeschaltete Transistoren gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Transistor (T₁ bis T₁) eine Diode (21) zugeordnet ist (F i g. 6).

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter ein Doppelschalter (12, 13) mit je einem Schaltkontakt in der Zu- bzw. Ableitung der Gleichstromquelle (a, b) ist und zwei Dioden (14, 15) in solcher Polarität kreuzweise diesen Doppelschalter überbrücken, daß bei offenem Doppelschalter der Speicher (1) über die Gleichstromquelle (a, b) entladen wird.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Schalter (24) sowie Speicher (7) und Diode (6) ein Impulstransformator (23) geschaltet ist, dessen Sekundärwicklung über eine weitere, für die Arbeitsimpulse in Durchlaßrichtung geschaltete Diode (27) mit dem Speicher in Reihe liegt (Fig. 7).

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der Gleichstromquelle ein oder mehrere Kondensatoren (20) geschaltet sind (Fig. 6).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen