DE4029578A1 - Leistungsversorgungseinheit fuer ein elektrisches entladungsbearbeitungsgeraet - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Leistungsversorgungseinheiten, insbesondere auf eine Leistungsversorgungseinheit zur Verwendung in einem elektrischen Entladungsbearbeitungsgerät.

Fig. 1 stellt das Schaltungsdiagramm eines Beispiels einer konventionellen Leistungsversorgungseinheit für ein elektrisches Entladungsbsarbeitungsgerät dar. In der Figur bezeichnen die Bezugszeichen: 1 - eine erste Gleichstrom-Leistungsversorgungsschaltung, die ein erstes veränderliches Gleichspannungssignal erzeugt; 2 - einen Zwischenelektrodenspalt, der zwischen einem zu bearbeitenden Werkstück und einer Elektrode besteht; 3 - ein erstes Schaltelement zum Anschalten des von der ersten Gleichstrom-Leistungsversorgungsschaltung 1 gelieferten Gleichspannungssignals an den Spalt 2; 4 - eine erste Treiberschaltung zum Ansteuern des ersten Schaltelementes 3; 5 - einen Strombegrenzungswiderstand zum Begrenzen des von der ersten Gleichstrom-Leistungsversorgungsschaltung 1 zum Spalt 2 fließenden Stromes. Die erste Gleichstrom-Leistungsversorgungsschaltung 1, das erste Schaltelement 3, die erste Treiberschaltung 4 und der Strombegrenzungswiderstand 5 bilden eine Zusatzschaltgruppe. Weiter bezeichnen die Bezugszeichen: 6 - eine zweite Gleichstrom-Leistungsversorgungsschaltung, die ein zweites veränderliches Gleichspannungssignal erzeugt, das größer als das erste veränderliche Gleichspannungssignal ist; 7 - ein zweites Schaltelement zum Schalten des zweiten Gleichspannungssignals; und 8 - eine zweite Treiberschaltung zum Ansteuern des zweiten Schaltelementes 7. Die zweite Gleichstrom-Leistungsversorgungsschaltung 6, das zweite Schaltelement 7 und die zweite Treiberschaltung 8 bilden eine Hauptschaltgruppe. Das Bezugszeichen 9 bezeichnet einen Detektor zur Erfassung der am Zwischenelektrodenspalt 2 auftretenden Spannung und damit des Spaltzustandes. Als Antwort auf das Erfassungsergebnis bewirkt der Detektor 9 die Steuerung der ersten Treiberschaltung 4 und der zweiten Treiberschaltung 8 aufgrund eines im Gerät befindlichen programmierten Satzes von Folgeschritten. Die Bezugszeichen 10 und 11 bezeichnen Dioden zur Verhinderung der Stromrichtungsumkehr.

Nachfolgend wird die Betriebsweise der Leistungsversorgungseinheit beschrieben. Wenn die erste Treiberschaltung 4 der zusätzlichen Schaltungsgruppe die Einschaltung des ersten Schaltelementes 3 veranlaßt, wird das erste Gleichspannungssignal über den Strombegrenzungswiderstand 5 und die Diode 10 an den Zwischenelektrodenspalt 2 angelegt.

Wie oben erwähnt, erfaßt der Detektor 9 die am Zwischenelektrodenspalt 2 auftretende Spannung, wobei das Erfassungsergebnis als Steuersignal an die erste Treiberschaltung 4 und an die zweite Treiberschaltung 8 geliefert wird. Genauer gesagt, ist der Detektor 9 in der Lage, drei Arten von Spaltzuständen zu erfassen, so daß an die erste und an die zweite Treiberschaltung 4 und 8 als Steuersignal ein im Gerät programmiertes Sequenzsignal geliefert wird, das entsprechend der erfaßten Zustandsart gewählt wird. Nachfolgend sollen die drei Spaltzustandsarten im einzelnen beschrieben werden. Wenn sich der Spalt 2 in einem offenen Zustand als erstem Zustand befindet, wird das erste Schaltelement 3 gemäß Fig. 2(a) eingeschaltet, damit die Ausgangsspannung der ersten Gleichstrom-Leistungsversorgungseinheit 1 an den Spalt 2 angelegt wird. Da der Spalt 2 offen bleibt, entspricht die vom Detektor 9 erfaßte Spannung der von der ersten Gleichstrom-Leistungsversorgungsschaltung 1 gelieferten Ausgangsspannung, wie Fig. 2(c) zeigt. Mit Erfassung des ersten Zustandes steuert also der Detektor 9 die erste Treiberschaltung 4 entsprechend einer vorprogrammierten Sequenz und veranlaßt so das erste Schaltelement 3, seinen Einschaltzustand beizubehalten.

Mit dem Auftreten einer Entladung im Spalt 2 fließt dann ein in Fig. 2(d) veranschaulichter Entladungsstrom, der durch den Strombegrenzungswiderstand 5 begrenzt wird und zu einem Abfallen der Spannung am Spalt 2 führt, wie Fig. 2(c) zeigt. Aufgrund der Erfassung des Spannungsabfalls an Spalt 2 entscheidet der Detektor 9, daß der zweite Zustand vorliegt, woraufhin eine vorbestimmte Sequenzsteuerung aufgeführt wird. Genauer gesagt ist die Zusatzschaltgruppe mit dem Strombegrenzungswiderstand 5 ausgestattet, so daß kein genügend großer Entladungsstrom hindurchfließen kann. Infolgedessen nimmt mit Erfassung des zweiten Zustandes der Detektor 9 die Steuerung der zweiten Treiberschaltung 8 auf der Basis der obengenannten Sequenzsteuerung auf, wodurch das zweite Schaltelement 7 eingeschaltet wird, wie aus Fig. 2(b) hervorgeht, so daß die Ausgangsspannung der zweiten Gleichstrom-Leistungsversorgungsschaltung 6 an den Spalt 2 angelegt wird. Damit fließt gemäß Fig. 2(d) ein starker Strom durch den Spalt 2, weil die Ausgangsspannung der zweiten Gleichstrom-Leistungsversorgungsschaltung 6 größer als die der ersten Gleichstrom-Leistungsversorgungsschaltung 1 ist, und weil es keinen Strombegrenzungswiderstand am Ausgang der zweiten Gleichstrom-Leistungsversorgungsschaltung 6 gibt. Infolge dessen kann die elektrische Entladungsbearbeitungsoperation bei maximaler Stromstärke durchgeführt werden. Mit Erfassung des zweiten Zustandes steuert der Detektor 9 auch die erste Treiberschaltung 4 an, so daß das erste Schaltelement 3 mit einer Verzögerung vorherbestimmter Dauer abgeschaltet wird, wie Fig. 2(b) zeigt. Die Zeitdauer, während der das zweite Schaltelement 7 seinen Einschaltzustand beibehält, entspricht der durch eine vorbestimmte Sequenzsteuerung festgelegten Entladungsdauer.

Die in der beschriebenen Weise aufgebaute konventionelle Leistungsversorgungseinheit für elektrische Entladungsbearbeitungsgeräte läßt nur das Anlegen eines Potentials vorbestimmter Polarität zwischen Werkstück und Elektrode zu. Dies ruft nicht nur eine elektrolytische Korrosion und eine Elektrolyse aus, die die schädliche Abtragung der zu bearbeitenden Oberfläche fördert, sondern auch die durch das Anlegen von Potentialen einer einzigen Polarität herrührende elektromagnetische Wirkung, die die Magnetisierung der Oberfläche begünstigt und damit das Problem zeitraubender Nachbehandlungen usw. nach der Werkstückbearbeitung verursacht.

Im Hinblick auf die obengenannten Nachteile bzw. Schwierigkeiten, die mit der konventionellen Entladungsbearbeitungseinheit verbunden sind, besteht das Ziel der vorliegenden Erfindung in der Schaffung einer Leistungsversorgungseinheit zur Verwendung in einem elektrischen Entladungsbearbeitungsgerät, die die Einwirkungen der elektrolytischen Korrosion, der Elektrolyse oder der Magnetisierung während der Entladungsbearbeitung verhindert.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden das genannte Ziel sowie weitere Ziele der Erfindung durch Schaffung einer Leistungsversorgungseinheit für elektrische Entladungsbearbeitungsgeräte erreicht, die Wechselstromimpulseerzeugungsmittel als Bearbeitungsleistungsquelle zum Anlegen eines Wechselstromimpulsspannungssignals zwischen Werkstück und Elektrode aufweisen, wobei die Bearbeitungsleistungsquelle eine duale Wechselstromleistungsquelle ist.

Da die Leistungsversorgungseinheit zur elektrischen Entladungsbearbeitung eine Wechselstromimpulsleistungsversorgung als Bearbeitungsleistungsversorgung zwischen Werkstück und Elektrode schaltet, wechselt die Polarität der Bearbeitungsleistungsversorgung alternierend. Infolgedessenm wird die zu bearbeitende Oberfläche nicht einem unipolaren Potential ausgesetzt, wodurch das Werkstück davor bewahrt wird, elektrolytisch korrodiert, elektrolysiert und magnetisiert zu werden.

Nachfolgend wird der Gegenstand der Zeichnungen kurz beschrieben.

Fig. 1 stellt ein Schaltbild einer konventionellen Leistungsversorgungseinheit für ein elektrisches Entladungsbearbeitungsgerät dar;

Fig. 2 stellt ein Zeitgabediagramm dar, das die bei in Betrieb befindlichen verschiedenen Teilen der in Fig. 1 dargestellten Schaltung auftretenden Wellenformen wiedergibt;

Fig. 3 stellt das Schaltbild einer Ausführungsform der Leistungsversorgungseinheit gemäß der Erfindung für ein elektrisches Entladungsbearbeitungsgerät dar; und

Fig. 4 stellt ein Zeitgabediagramm dar, das die bei in Betrieb befindlichen verschiedenen Teilen der in Fig. 3 dargestellten Schaltung auftretenden Wellenformen wiedergibt.

Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Fig. 3 stellt eine Schaltung dar, die eine Ausführungsform einer Leistungsversorgungseinheit zur Verwendung in einem elektrischen Entladungsbearbeitungsgerät gemäß der vorliegenden Erfindung wiedergibt. In Fig. 1 bezeichnen die Bezugszeichen: 1 - eine erste Gleichstrom-Leistungsversorgungsschaltung, die ein erstes veränderliches Gleichspannungssignal erzeugt; 2 - einen Zwischenelektrodenspalt zwischen einem Werkstück und einer Elektrode; 3a bis 3d - Schaltelemente, die bewirken, daß das erste Gleichspannungssignal der ersten Gleichstrom-Leistungsversorgungsschaltung 1 eine Schaltsteuerung zum Anlegen der Wechselstromimpulsspannung an den Spalt 2 ausführt; 4a - eine erste Treiberschaltung zum Ansteuern der Schaltelemente 3a bis 3d; 5 - einen Strombegrenzungswiderstand zur Begrenzung des von der ersten Gleichstrom-Leistungsversorgungsschaltung 1 gelieferten Stromes. Die erste Gleichstrom-Leistungsversorgungsschaltung 1, die Schaltelemente 3a bis 3d, die erste Treiberschaltung 4 und der Strombegrenzungswiderstand 5 bilden eine Zusatzschaltgruppe. Weiter bezeichnen die Bezugszeichen: 6 - eine zweite Gleichstrom-Leistungsversorgungsschaltung, die ein zweites veränderliches Gleichspannungssignal liefert, das größer als das erste Gleichspannungssignal ist; 7a bis 7d - Schaltelemente, die bewirken, daß das zweite Gleichspannungssignal der zweiten Gleichstrom-Leistungsversorgungsschaltung 6 die Schaltkontrolle zum Anlegen der Gleichstromimpulsspannung an den Spalt 2 herbeiführt; 8a - eine zweite Treiberschaltung zum Ansteuern der Schaltelemente 7a bis 7d. Die zweite Gleichstrom-Leistungsversorgungsschaltung 6, die Schaltelemente 7a bis 7d und die zweite Treiberschaltung 8a stellen eine Hauptschaltgruppe dar. Das Bezugszeichen 9a bezeichnet eine Detektorschaltung, die die am Zwischenelektrodenspalt 2 in beiden Polaritäten auftretende Spannung und dadurch die Spaltzustände erfaßt. Entsprechend dem Erfassungsergebnis bewirkt die Erfassungsschaltung 9a die Steuerung der ersten Treiberschaltung 4a und der zweiten Treiberschaltung 8a auf der Basis eines im Gerät programmierten Satzes von Folgeschritten. Die Bezugszeichen 10 und 11 zeichnen Dioden zum Kontrollieren und Verhindern der Stromumkehr.

Nachfolgend wird die Betriebweise der Leistungsversorgungseinheit beschrieben. Zunächst wird das Gleichstromausgangssignal der ersten Gleichstrom-Leistungsversorgungsschaltung 1 in ein Wechselstromimpulssignal umgewandelt, in dem die erste Treiberschaltung 4 die Schaltelemente 3a bis 3d in der nachfolgend beschriebenen Weise ansteuert, und in dem dann das derart umgewandelte Wechselstromimpulssignal an den Spalt 2 angelegt wird. Zunächst werden also die Schaltelemente 3a und 3b gleichzeitig eingeschaltet, um die Ausgangsspannung der ersten Gleichstrom-Leistungsversorgungsschaltung 1 an den Spalt 2 anzulegen. Zu diesem Zeitpunkt ist die Spannung am Spalt 2 positiv, wie in Fig. 4(a) die erste Hälfte des offenen Zustandes zeigt. Dann werden nach Abschalten der Schaltelemente 3a und 3b die Schaltelemente 3c und 3d eingeschaltet. Die Folge ist, daß eine Spannung an den Spalt 2 angelegt wird, deren Polarität gegenüber der vorherigen Spannung umgekehrt ist. Die Spannung ist also negativ, wie in Fig. 4(a) die letzte Hälfte des offenen Zustandes zeigt.

Indem also ein Paar von Schaltelemente 3a, 3b und ein Paar von Schaltelementen 3c, 3d der Zusatzschaltgruppe durch die erste Gleichstrom-Leistungsversorgungsschaltung abwechselnd angesteuert werden, wird eine Wechselstromimpulsspannung an den Zwischenelektrodenspalt 2 angelegt, wie der offene Zustand in Fig. 4(a) zeigt. Die so an den Spalt 2 angelegte Wechselstromimpulsspannung wird durch den Detektor 9 erfaßt, der dann entscheidet, ob eine Entladung erzeugt wird oder nicht. Der Detektor 9 erzeugt weiter ein Entladungserfassungssperrsignal A zur Verhinderung der Erfassung der Entladung, um ein falsches Betriebsverhalten in der Phase, während der sich die erfaßte Spannung umkehrt, zu verhindern, wie aus Fig. 4(c) hervorgeht.

Wenn der Detektor 9 das Auftreten der Entladung im Spalt 2 erfaßt, liefert er das in Fig. 4(e) dargestellte Steuersignal C an die zweite Treiberschaltung 8a, die ihrerseits von der ersten Treiberschaltung 4a ein Polaritätsentscheidungssignal b zur Anzeige der Richtung empfängt, in der die Entladung erzeugt wird, wie aus Fig. 4(d) hervorgeht. Anhand dieser beiden Signalarten steuert die zweite Treiberschaltung 8a selektiv die Schaltelemente 7a und 7d an, so daß eine Gleichspannung der gleichen Polarität angelegt wird wie diejenige der durch die erste Treiberschaltung 4a gelieferten Spannung. Gemäß Fig. 4(d) wird also eine positive Spannung angelegt, wenn die erste Treiberschaltung 4a eine positive Spannung an den Spalt 2 legt, während eine negative Spannung angelegt wird, wenn die erste Treiberschaltung 4a eine negative Spannung an den Spalt 2 legt. Gleichzeitig mit dem Einschalten der zweiten Treiberschaltung 8a wird die erste Treiberschaltung 4a abgeschaltet.

Da die Steuerung der zweiten Treiberschaltung 8a das Anschalten der zweiten Gleichstrom-Leistungsversorgungsschaltung 6 an den Spalt 2 bewirkt, fließt dort ein starker Strom. Es kann also ein wie in Fig. 4 dargestellter Entladungszustand durch einen im Spalt 2 übertretenden starken Strom herbeigeführt werden, der nicht durch die erste Gleichstrom-Leistungsversorgungsschaltung 1 erzielt werden kann. Der Funktionsablauf ist so getroffen, daß die erste Treiberschaltung 4a nach Beendigung der Stromversorgung durch die zweite Treiberschaltung 8a angesteuert wird.

Da kein größerer Strom als notwendig in dem in Fig. 4 wiedergegebenen Kurzschlußzustand zugelassen wird, wird ein in Fig. 4(b) angezeigter Strom zum Durchfließen des Spaltes durch Anlegen von postiven und negativen Gleichspannungen nur während einer kurzen Zeitdauer veranlaßt, wie aus Fig. 4(a) hervorgeht.

Die wie oben erläutert aufgebaute Leistungsversorgungseinheit für ein elektrisches Entladungsbearbeitungsgerät erzeugt fortwährend eine entweder aus positiven oder negativen ImPulsen bestehende Spannung, die an den Spalt angelegt wird. Dies bedeutet, daß die anzulegende Spannung insgesamt ein Wechselstromimpuls ist, der dadurch nicht nur zum Schutze des Werkstückes gegen Schädigungen durch elektrolytische Korrosion und Elektrolyse dient, sondern der auch die Magnetisierung des Werkstückes durch den elektromagnetischen Effekt verhindert.

Obwohl die obige Ausführungsform der Erfindung den Fall betrifft, daß die elektrische Entladungsbearbeitungsoperation mit Hilfe einer Wechselstromimpulsspannung durchgeführt wird, die durch den alternierenden Betrieb des Schaltelementenpaares 3a und 3b erzeugt wird, versteht sich von selbst, daß die elektrische Entladungsbearbeitung entsprechend der gleichen Betriebsweise wie derjenigen der konventionellen Leistungsversorgungseinheit, also der unipolaren Gleichstromimpulsleistungsversorgung, durchgeführt werden kann, und zwar durch Steuerung nur eines dieser Schaltelementpaare.

Wie oben beschrieben, ermöglicht die Leistungsversorgungseinheit für elektrische Entladungsbearbeitungsgeräte gemäß der Erfindung eine elektrische Entladungsbearbeitung durch Anlegen eines Wechselstromimpulses an den Spalt, wobei außerdem ein stärkerer Strom fließt, wenn die elektrische Entladung im Spalt beginnt. Die Erfindung bringt also den Vorteil der Verhinderung der elektrolytischen Korrosion oder der Elektrolyse ohne Verringerung der elektrischen Entladungsbearbeitungsgeschwindigkeit mit sich, und sie verhindert außerdem die Magnetisierung des Werkstückes.

Claims (5)

1. Leistungsversorgungseinheit für elektrische Entladungsbearbeitungsgeräte, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgende Komponenten aufweist:

• - eine erste Gleichstrom-Leistungsversorgungseinheit zur Lieferung eines veränderlichen Gleichspannungssignals;
• - eine Zusatzschaltgruppe zum Schalten der veränderlichen Gleichspannung zwecks Erzeugung eines Wechselstromimpulssignals, das an den Zwischenelektrodenspalt zwischen dem zu bearbeitenden Werkstück und der Elektrode angelegt wird;
• - eine zweite Gleichstrom-Leistungsversorgungseinheit zum Erzeugen einer Spannung, die größer als das von der ersten Einheit erzeugte Gleichspannungssignal ist;
• - eine Hauptschaltgruppe zum Schalten der Ausgangsspannung der zweiten Gleichstrom-Leistungsversorgungseinheit zwecks Erzeugung eines an den Zwischenelektrodenspalt anzulegenden Wechselstrom-Hauptimpulssignals, wobei die Hauptschaltgruppe eine Leistungsvermögen zur Lieferung eines Spitzenstromes besitzt, das größer als das der Zusatzschaltgruppe ist; und
• - einen Detektor mit der Bestimmung, festzustellen, ob am Zwischenelektrodenspalt eine Entladung auftritt, nachdem eine vorbestimmte Zeitdauer abgelaufen ist, seit der das durch die Zusatzschaltgruppe erzeugte Wechselstromimpulssignal an den Zwischenelektrodenspalt angelegt wurde, wobei die Hauptschaltgruppe auf der Basis des Ausgangssignals des Detektors und eines Steuerausgangssignals der Zusatzschaltgruppe gesteuert wird.

2. Leistungsversorgungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerausgangssignal der Zusatzschaltgruppe die Richtung des Auftretens der Entladung am Zwischenelektrodenspalt wiedergibt.

3. Leistungsversorgungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Gleichstrom-Leistungsversorgungseinheit das veränderliche Gleichspannungssignal über einen Strombegrenzungswiderstand an den Zwischenelektrodenspalt liefert.

4. Leistungsversorgungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor das Auftreten der Entladung in bezug auf beide Polaritäten des Wechselstromsignals erfaßt.

5. Leistungsversorgungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor so gesteuert wird, daß die Erfassung des Auftretens der Entladung während einer Zeitdauer unterbunden wird, in der sich die Polarität des Wechselstromsignals umkehrt.