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Generator für elektroerosive Metallbearbeitung
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cher 6A geschaltet. Die Schaltung ist so ausgelegt, dass die nachgeschaltete Auswahleinrichtung 7 z. B. eine Widerstandsmatrix ist, auf die alle Impulse ungleicher Verhältnisse gelangen, wobei ein Schalter 8 das gewünschte Impulsverhältnis auswählt. Die nachfolgende Stufe 9 besteht aus einem Differenzierglied
91, 93 und einem bistabilen Kippkreis 92. Diese Schaltungsstufe 9 ist mit den Endleistungsstufen 101, 102 für tiefe Frequenzen und mit den Endleistungsstufen 111, 112 für hohe Frequenzen zusammengeschaltet.
Diese Stufen arbeiten auf die Erosionsstrecke 13.
101 und 111 werden als Treiber bezeichnet und 102 und 112 sind die eigentlichen Leistungstransisto- rensätze. Je nach verwendeten elektronischen Schaltelementen können dieselben Treiber 101, 111 und die- selben Leistungstransistorensätze 102, 112 für den gesamten Frequenzbereich, z. B. 0, 5-500 KHz auf die
Erosionsstrecke 13 arbeiten, d. h. es spielt keine Rolle, welche Transistorentypen verwendet werden, ob für tiefe Frequenzen und hohe Ströme oder für hohe Frequenzen und geringe Ströme, denn diese Schalt - stufen 101, 111, 102 und 112 stellen breitbandige Verstärker dar ; sie arbeiten nämlich ohne Transforma- toren. Es ist besonderer Wert darauf gelegt worden, Induktivitäten und Kapazitäten nicht zu verwenden, sondern möglichst ohmsche Glieder.
Die Fig. 2 stellt einen Auszug aus der Fig. 1 dar, u. zw. nur die Schaltelemente 1 - 9. Daher werden auch die gleichen Bezugszeichen verwendet. Die Transistorschaltungen der Schaltelemente 1 - 9 sind be- kannt und es wird nicht weiter darauf eingegangen.
In der Fig. 3 sind die transistorierten Treiber 101 und Leistungstransistorensätze 102 dargestellt, wobei lediglich nur in der obersten Reihe einzelne Bauelemente, wie Transistoren Tl-T9, die Dioden D1 - D4,
Widerstände, Kondensatoren und Schmelz-Sicherungen Sl-S5 eingezeichnet sind. Die Erosionsstrecke
13 ist ebenfalls nur symbolisch bezeichnet. In bekannter Weise sind die verschiedenen Transistoren par- allelgeschaltet, u. zw. so, dass der Transistor Tl fünf Transistoren T2 speist, wobei jeder T2 Transistor zwei Hauptgruppen zu je fünf Transistoren T5 - T9 speist. Die in der Fig. 3 dargestellten Treiber 101 und Leistungsendstufe 102 sind also nur für tiefe Frequenzen ausgelegt.
Die Treiber 111 und Leistungsstufe 112, welche für hohe Frequenzen ausgelegt sind, sind nicht dargestellt, da sie in entsprechender Weise wie in Fig. 3 dimensioniert ist.
In der Fig. 4 ist das Impulsdiagramm gezeichnet, wie es aus dem Speicher 6A den Untersetzerstufen 5B, 5C, 5D auf die Widerstandsmatrix 7 gelangt. In horizontaler Richtung ist dieses Impulsdiagramm in zehn Zeittakte von 0 - 9 unterteilt. Dieses ist immer der Zeitraum, in welchem die Impulslänge und die Impuls-Pause untergebracht sind. In der vertikalen Richtung sind oben die Impulse des Multivibrators 1 aufgetragen und als nächste Schritte die Impulsfolge, wie sie aus dem ersten Untersetzer 3 über den Schalter 4 auf den Speicher 6A gelangt. Weiters sind die Impulsfolge aufgetragen, wie sie von dem Speicher 6A und den Untersetzerstufen 5B, 5C, 5D auf die Widerstandsmatrix gelangen.
Fig. 5 zeigt das Diagramm der differenzierten Impulse, wie sie in der Schaltungsstufe 9 auf den bistabilen Kippkreis bestehend aus den Transistoren 92 gelangt. Die Differenzierung wird für den Einschalte-Impuls im Differenzierglied 91 vorgenommen und für den Ausschalterimpuls in Differenzierglied 93.
Das in der Fig. 5 dargestellte Impulsdiagramm ist in horizontaler Richtung in zehn Zeittakte von 0 - 9 un- terteilt. In vertikaler Richtung sind die zehn Schaltschritte gezeichnet, wobei der Schaltschritt 0 den Einschalt-Impuls von der Matrix 7 auf das Differenzierglied 91 zeigt und die Schaltschritte 1-9 den Ausschaltimpuls von der Matrix 7 über den Schalter 8 auf das Differenzierglied 93 zeigt. Zum besseren Verständnis dieses Impulsdiagrammes ist die Widerstandsmatrix 7 links daneben gezeichnet.
Die Fig. 6 stellt das Diagramm derjenigen Impulse dar, welche aus dem bistabilen Kippkreis 92 als Ausgangsimpuls auf die Treiber 101, 111 und die Leistungsendstufen 102 bzw. 112 über den Schalter 12 gelangen. Die Einteilung dieses Diagrammes ist wieder in horizontaler Richtung in zehn Zeittakte unterteilt und in vertikaler Richtung sind die Schalterstellungen von 1 - 9 des Schalters 8 aufgetragen. Jenach der Schalterstellung dieses Schalters erhält man ein entsprechendes Impuls-Pause-Verhältnis.
Die Funktionsweise des erfindungsgemässen Generators ist folgende :
Die vom astabilen Multivibrator 1 herrührenden Impulse mit einer Frequenz von z. B. einem MHz werden im Verstärker 2 verstärkt und in den Untersetzerstufen 3 im Verhältnis 2 : 1 untersetzt. Der astabile Multivibrator 1 kann eine kontinuierliche Frequenzregelung vornehmen, während die Untersetzerstufen 3 nur im Verhältnis 2 : 1 untersetzen können. Folglich ist es möglich, mit der kontinuierlichen Frequenzregulierung eine Feinregulierung vorzunehmen und an den Untersetzerstufen 3 die entsprechend untersetzenden Frequenzverhältnisse 2 : 1 abzunehmen. Auf diese Weise hat man jede nur erdenklich mögliche Frequenz, die für die elektroerosive Metallbearbeitung nötig ist, zur Verfügung.
Mit dem Schalter 4 wird die gewünschte Frequenz eingestellt und auf dem Speicher 6A gegeben. Die drei rückgekop-
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pelten Untersetzerstufen 5B, 5C, 5D erzeugen ihrerseits Impulse, bei denen eben wegen der Rückkopplung das Impuls-Pause-Verhältnis entsprechend des Impulsdiagrammes in der Fig. 4 unterschiedlich ist. Da in einem Flip-Flop an den beiden Kollektoren der Transistoren immer dasselbe Signal entsteht, allerdings um 1800 phasenverdreht, wurde in dem Impulsdiagramm der Fig. 4 diese Unterscheidung mit + und - dargestellt. Die in der Fig. 4 dargestellten Impulse des Speichers 6A, der Untersetzerstufen 5B, 5C, 5D gelangen auf die nachgeschaltete Widerstandsmatrix 7.
Die Widerstandsmatrix 7 in der Fig. 2 wie auch in der Fig. 5 ist entsprechend eingeteilt in senkrechte Eingänge +6A- +5B- +5C- +5D-. Die horizontalen Ausgänge der Widerstandsmatrix sind mit neun Kontakten des Schalters 8 verbunden. Mit einer Schalterstellung wird ein Ausgang der Widerstandsmatrix 7 direkt auf das Differenzierglied 93 der Schaltungsstufe 9 geschaltet. Die in der Widerstandsmatrix 7 ausgewählten Kreuzungspunkte zwischen Eingang und Ausgang derselben sind über ohmsche Widerstände miteinander verbunden. Aus der Vielzahl der Kreuzungspunkte können entsprechend der gerade benötigten Impuls-Pause-Verhältnisse ein bestimmtes herausgesucht werden. Es kann auf einen Ausgang ein Eingang geschaltet werden, wie dieses z. B. bei Eingang 6A - und Ausgang 1 der Fall ist.
Man kann auch zwei oder mehrere Eingänge mit einem Ausgang verbinden, wie das bei den Eingängen 6A-, 5B-, 5C und Ausgang 7 gezeigt ist. Mit den neun Schaltstufen des Schalters 8 kann man einen entsprechenden Ausgang der Widerstandsmatrix auswählen und auf das Differenzierglied 93 der Schaltstufe 9 geben. An Hand zweier Beispiele soll nun näher erläutert werden, wie eine Auswahl der Impulse, welche vom Speicher 6A, den Untersetzerstufen 5B, 5C, 5D gelangen, getroffen wird.
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gang 6A - der Widerstandsmatrix 7 (Fig. 2) beschaltet. Diese Impulsfolge gelangt auf das Differenzierglied
93. Dort wird sie entsprechend der Fig. 5 bei Schalterstellung 1 differenziert. Es wird nur die erste negative Impulsflanke nach dem Einschalteimpuls ausgewertet.
Dieses ist in Fig. 5 dadurch verdeutlicht, dass der Einschalteimpuls und die Ausschalteimpulse von der jeweiligen horizontalen Bezugslinie der zehn Schaltschritte nach unten in Form von distanzierten Impulsen gezeichnet sind.
Beispiel 2: Der Arm des Schalters 8 möge um drei Schritte nach rechts schalten, so hat er den Ausgang 7 der Widerstandsmatrix 7 erreicht. Mit diesem Ausgang sind die drei Eingänge GA., 5B -, 5C- über Widerstände verbunden. Die Impulsfolge ist in der Fig. 4 bei den entsprechend bezeichneten Horizontalabschnitten 6A -, 5B, 5C dargestellt. In dieser Form gelangen die drei Impulse auf das Differenzierglied 93. Da die drei Impulse sich addieren, wird das Differenzierglied 93 erst bei Zeittakt 7 beeinflusst.
Der Impuls, der von Differenzierglied 93 auf den bistabilen Kippkreis 92 gelangt, ist in der Fig. 5 in der Schalterstellung 7 eingezeichnet.
Die in den beiden Beispielen besprochenen Impulse sind nur Ausschalteimpulse für den Kippkreis 92 der Schaltungsstufe 9 in Fig. 2. Der Einschalteimpuls ist fest. Er wird in der Untersetzerstufe 5D erzeugt und über Eingang 5D+, Widerstandsmatrix 7, über Ausgang 0 direkt auf das Differenzierglied 91 der Schaltungsstufe 9 gegeben. Die Impulsform ist in der Fig. 4 bei 5D+ dargestellt. Es wird lediglich die Impulsflanke bei Zeittakt 0 in dem Differenzierglied ausgenützt. Siehe Fig. 5"ein bei 0". Nur bei Zeittakt 0 ist der Einschalteimpuls auf den bistabilen Kippkreis 92 wirksam. Dieses bedeutet, dass der bistabile Kippkreis 92 im Zeittakt 0 so gesteuert wird, dass er einen Impuls abgibt und gemäss der Gesetzmässigkeit der Ausschalteimpulse in den Zeittakten 1 oder 2 oder 3..... usw. oder 9 den Impuls beendet.
Dieses
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lung 1) hat also ein Impuls-Pause-Verhältnis von 1 : 9 und das 2. Beispiel (Schalterstellung 7) ein ImpulsPause-Verhältnis von 7 : 3. Die Fig. 6 zeigt, dass also Impuls -Pause-Verhältnisse von 1 : 9 bis 9 : 1 zu erreichen sind. Diese verschiedenen Verhältnisse sind erreicht worden, ohne dass die Impulsfolgefrequenz geändert werden musste. Zum Zeitpunkt 0 ist immer der Anfang eines neuen Impulses.
Die in der Fig. 6 dargestellten Impulsformen gelangen nun auf die in Fig. 3 gezeichneten Treiber 101 und Leistungsendstufe 102, und werden dort infolge der Parallelschaltung entsprechend verstärkt, so dass am Erosionsspalt 13 eine für die elektroerosive Metallbearbeitung genügende Leistung vorhanden ist. Zu der Schaltung in der Fig. 3 ist noch zu bemerken, dass die Transistoren, welche auf dem Erosionsspalt 13 arbeiten, entsprechend geschützt sind. Zur ordnungsgemässen Sperrung der Transistoren T5 - T9 ist eine Diode D1, welche in Vorwärtsrichtung geschaltet ist, untergebracht. Es entstehen an ihr immer + 0, 8 V.
Diese Spannung wird über den T4 immer an die Basis der Transistoren T5 - T9 gegeben, wenn diese Transistoren sperren. Die Diode D2 ist dafür da, damit die Spannung zwischen Basis und Emitter des Transistors T4 konstant gehalten wird. Alle Transistoren T5 - T9 haben in ihrer Basis-Zuleitung je einen Widerstand, welcher als Abgleich für die Basis-Emitterstrecke dient. Die Transistoren haben auch je einen Widerstand
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im Kollektorkreis, welcher für den Abgleich der Kollektor-Emitterstrecke und als Schutzwiderstand für die Transistoren dient. Diese Widerstände begrenzen den Kurzschlussstrom so, dass die Transistoren nicht zerstört werden können. Ausserdem hat jeder Endtransistor T5 - T9 eine normale Schmelzsicherung SlS5 in seiner Kollektorzuleitung.
Wenn irgend ein Endtransistor zerstört werden sollte, so zieht er Gleich- strom. Dann würde aber die Schmelzsicherung ansprechen und den defekten Transistor trennen. Somit kann der Generator seinen Betrieb fortsetzen.
An Hand der zerstörten Schmelzsicherung ist es ein leichtes, den defekten Transistor festzustellen und ihn auszuwechseln. Die Dioden D4, welche zwischen den Kollektorkreisen der Transistoren T5 - T9 und der Erosionsstrecke 13 dargestellt sind, schützen den Transistor bei abreissendem Lichtbogen. Die Dioden stellen einen Nebenschluss dar. Beim Abreissen des Lichtbogens erzeugt die Induktivität, welche durch die Zuführungskabel und die Maschine gebildet wird, eine Spannung mit entgegengesetzter Richtung. Solche Überspannungen werden über die Diode D4 abgeleitet. Allerdings müssen die Dioden mindestens so schnell wie der Transistor arbeiten, weil die Überspannungen dann dennoch den Transistor zerstören können.
Ausser den bisher gezeigten Möglichkeiten des Generators bei der elektroerosiven Metallbearbeitung ergeben sich weitere Vorteile. Es ist ohne weiteres möglich, dass die auf den Erosionsspalt 13 gelangenden Impulse in ihrer Polarität geändert werden, z. B. bei Änderung der Polarität der Spannung zwischen Elektrode und Werkstück. Eine Änderung der Amplitude der Impulse am Erosionsspalt kann mittels Änderung der Gleichspannung, welche am Erosionsspalt anliegt, vorgenommen werden. Bei dem erfindungsgemässen Generator ist man nicht auf rechteckförmige Impulse angewiesen. Durch entsprechende Multivibratoren oder sogenannte Impulsformungsglieder können sinus- oder andersförmige Impulsformen erreicht werden.
Ebenfalls kann die Impulsform durch die Servo-Steuerung der Werkzeugmaschine, auf die der Generator arbeitet, verändert werden. Durch Vergrössern oder Verringern des Abstandes zwischen Elektrode-Werkstück wird der beabsichtigte Zeitpunkt des Überschlages sowie dessen Verlöschen beeinflusst.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Generator für elektroerosive Metallbearbeitung, steuerbar für verschiedene Impulsverhältnisse bei unterschiedlichen Impulsfolgefrequenzen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung einen Impulserzeuger mit Untersetzerstufen für diskrete Impulsfolgefrequenzen gleicher Impuls-Pause-Verhältnisse und
Mittel für ungleiche Impuls-Pause-Verhältnisse enthält, wobei eine nachgeschaltete Auswahleinrichtung mit diesen ungleichen addierten Verhältnissen eine Schaltungsstufe in der Weise steuert, dass bei gleichbleibender Impulsfolgefrequenz veränderliche Impuls-Folge-Verhältnisse entstehen, die wieder anschlie- ssende Leistungsendstufen beaufschlagen.