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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Speisung elektrischer Entladungen für die elektroerosive
Bearbeitung von Werkstücken. Die elektroerosive Bearbeitung beruht bekanntlich auf dem Prinzip der erosiven, also werkstoffabtragenden Wirkung an den beiden Fusspunkten des Entladungskanals einer kurzzeitig brennenden
Entladung, die zwischen zwei elektrisch leitfähigen Körpern, der Werkstückelektrode und der Werkzeugelektrode, gezündet wird.
Die Bemühungen bei der Weiterentwicklung des Verfahrens laufen dahin, durch jede einzelne Entladung einen möglichst kleinen Erosionskrater an einer Elektrode und einen möglichst grossen Erosionskrater an der gegenüberliegenden Elektrode zu erhalten, um damit dann als Summenwirkung vieler, aufeinanderfolgender
Entladungen eine möglichst rasche und genaue Abbildung einer Elektrodenform in der Gegenelektrode zu erzielen.
Die notwendige Ernergie zur Speisung der einzelnen Entladungen wird bekanntlich entweder einem statischen Generator entnommen oder einem rotierenden Generator, der auch Maschinengenerator genannt wird.
Die bekannten statischen Generatoren lassen sich gliedern in :
1. Generatoren mit Ladekreis und Ladungsspeicher, auch"Speichergeneratoren"genannt.
Bei den Speichergeneratoren wird ein elektrischer Ladungsspeicher, z. B. ein Kondensator oder ein
Kabel, über einen Ladekreis aufgeladen. Durch Enladung des Speichers über einen angeschlossenen
Entladekreis wird einer Entladungsstrecke Energie zur Speisung einer kurzzeitig brennenden
Entladung zugeführt.
1. 1 Ungesteuerte Speichergeneratoren
Bei den ungesteuerten Speichergeneratoren besteht keine Möglichkeit die Dauer und Amplitude der Stromimpulse einer Entladung direkt zu steuern. Nur durch Veränderung der Ladespannung, der Ladungsmenge, der Impedanz des Entladungskreises oder anderer, nicht direkt steuerbarer
Kenngrössen des Entladekreises können Dauer und Amplitude der Stromimpulse verändert werden.
1. 11 Ungesteuerte Speichergeneratoren mit Stromimpulsen konstanter Stromrichtung
Bei diesen Generatoren wird jede einzelne Entladung, d. h. jeder einzelne Entladungskanal, von einem einzigen Stromimpuls konstanter Stromrichtung gespeist, s. Fig. 1.
1. 12 Ungesteuerte Speichergeneratoren mit Stromimpulsen wechselnder Stromrichtung
Bei diesen Generatoren wird jede einzelne Entladung, d. h. jeder einzelne Entladungskanal, von zwei oder mehr, zeitlich aufeinanderfolgenden Stromimpulsen wechselnder Stromrichtung gespeist, s. Fig. 2. Zu den Stromimpulsen wechselnder Stromrichtung kommt es zwangsläufig, da der
Entladekreis einen Schwingkreis darstellt.
1. 2 Gesteuerte Speichergeneratoren
Bei den gesteuerten Speichergeneratoren besteht durch Einbau einer Röhre, eines Thyristors, eines
Transistors oder eines ähnlichen, steuerbaren Torelementes die Möglichkeit, Dauer und Amplitude der Stromimpulse einer Entladung direkt zu steuern.
1. 21 Gesteuerte Speichergeneratoren mit Stromimpulsen konstanter Stromrichtung
Bei diesen Generatoren wird jede einzelne Entladung, d. h. jeder einzelne Entladungskanal, von einem einzigen Stromimpuls konstanter Stromrichtung gespeist, s. Fig. 1.
1. 22 Gesteuerte Speichergeneratoren mit Stromimpulsen wechselnder Stromrichtung
Bei diesen Generatoren wird jede einzelne Entladung, d. h. jeder einzelne Entladungskanal, von zwei oder mehr, zeitlich aufeinanderfolgenden Stromimpulsen wechselnder Stromtichtung gespeist, s. Fig. 2.
2. Generatoren ohne Ladekreis und ohne Ladungsspeicher, auch"speicherlose Generatoren"genannt.
Bei den speicherlosen Generatoren wird die zur Speisung einer kurzzeitig brennenden Entladung erforderliche Energie ohne Zwischenschaltung eines elektrischen Ladungsspeichers direkt einer elektrischen Energiequelle entnommen. Als Energiequelle wird bei statischen Generatoren eine
Gleichspannungsquelle verwendet. Ein Ladekreis entfällt somit bei dieser Schaltung, es ist nur ein
Entladekreis vorhanden. Um jedoch aus einem Gleichstrom eine Folge einzelner Stromimpulse zu erzeugen, muss der Entladekreis ein steuerbares Torelement enthalten. Ungesteuerte, speicherlose
Generatoren sind nicht denkbar.
2. 1 Gesteuerte, speicherlose Generatoren
Bei diesen Generatoren besteht durch Einbau eines steuerbaren Torelementes die Möglichkeit,
Dauer und Amplitude der Stromimpulse einer Entladung zu steuern.
2. 2 Gesteuerte, speicherlose Generatoren mit Stromimpulsen konstanter Stromrichtung
Bei diesen Generatoren wird jede einzelne Entladung, d. h. jeder einzelne Entladungskanal von einem einzigen Stromimpuls konstanter Stromrichtung gespeist, s. Fig. 3.-
Am häufigsten wird derzeit dieser Generatortyp zur elektroerosiven Bearbeitung von Werkstücken eingesetzt. Er hat alle Arten von Speichergeneratoren fast vollkommen verdrängt, da durch den Wegfall des Ladungsspeichers eine nahezu völlig freie Wahl von Amplitude und Dauer eines Stromimpulses möglich ist und dies zu hoher Abtragleistung an der Werkstückelektrode und geringem Verschleiss an der Werkzeugelektrode
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geführt hat.
Die einzelnen Stromimpulse besitzen nur mehr Grenzen, auf Grund des verwendeten steuerbaren
Torelementes, in bezug auf kürzest mögliche Impulsdauer und maximal mögliche Amplitude.
Für die elektroerosive Bearbeitung von Werkstücken wird der gesteuerte, speicherlose Generator derzeit nur zur Erzeugung von Stromimpulsen konstanter Stromrichtung angewendet. Aufgabe der Erfindung ist es, durch
Weiterentwicklung dieser Generatorbauart auch Stromimpulse wechselnder Stromrichtung für die elektroerosive
Bearbeitung von Werkstücken zu erzeugen, um damit die technologischen Kenngrössen des Abtragprozesses weiter zu verbessern.
Erfindungsgemäss wird vorgeschlagen, jede einzelne Entladung, die zwischen Werkstück- und
Werkzeugelektrode gezündet wird, durch zwei, zeitlich aufeinanderfolgende Stromimpulse unterschiedlicher
Stromrichtung und mit steuerbarer Amplitude und Dauer zu speisen, wobei zur Vermeidung einer Abhängigkeit von Amplitude und Dauer zwischen den beiden Impulsen zwei Gleichspannungsquellen unterschiedlicher
Polarität verwendet werden, die je über eine veränderliche Impedanz und ein steuerbares Torelement mit der
Entladungsstrecke verbunden sind, s. Fig. 4 und 5.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass im Anfangsstadium einer elektrischen Entladung ein hoher Anteil des Stromes von Elektronen getragen wird. Mit fortschreitender Brenndauer sinkt dieser Anteil und der Anteil der Ionen am Stromfluss nimmt zu. Durch diese Änderung im Mechanismus des Ladungstransportes ergibt sich auch ein zeitlich unterschiedliches Erosionsverhalten an den beiden Elektrodenflächen. Am Beginn einer Entladung ist der Erosionsangriff an der Anode, mit fortschreitender Brenndauer der an der Kathode stärker.
Dieser physikalische Effekt soll zum Vorteil für die elektroerosive Bearbeitung eines Werkstückes gezielt in bezug auf Steigerung der Abtragleistung an der Werkstückelektrode und Verminderung des unerwünschten Abtrags an der Werkzeugelektrode ausgenutzt werden. Dazu sind gesteuerte Stromimpulse mit wechselnder Stromrichtung und mit völliger Unabhängigkeit von Amplitude und Dauer zwischen den einzelner Stromimpulsen einer Entladung erforderlich. Diese Impulse ermöglichen gegenüber den derzeit bekannten Impulsen für die elektroerosive Bearbeitung von Werkstücken eine bessere Anpassung der Impulsform an das unterschiedliche Erosionsverhalten von Anode und Kathode un Abhängigkeit von der Entladungsdauer.
Die geforderte Unabhängigkeit zwischen den elektrischen Parametern beider Stromimpulse einer Entladung schliesst die Verwendung eines gesteuerten Speichergenerators mit Stromimpulsen wechselnder Stromrichtung aus, da bei diesem Generatortyp, trotz Steuerung der einzelnen, alternierenden Stromimpulse einer Entladung, Amplitude und Dauer des zweiten Stromimpulses nicht unabhängig von Amplitude und Dauer des ersten Stromimpulses gewählt werden können. Die Abhängigkeit folgt aus der schwingenden, gedämpften Entladung des Ladungsspeichers, wodurch die Energiemenge im Speicher zur Speisung des zweiten Stromimpulses stets kleiner und damit abhängig ist von der Energiemenge im Speicher zur Speisung des ersten Stromimpulses.
Die erfindungsgemässe Einrichtung soll an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Fig. 5 zeigt eine Schaltung, nach welcher die erfindungsgemässe Einrichtung aufgebaut werden kann. Die Schaltung stellt nur ein Prinzipschaltbild dar, in der alles Unwesentliche weggelassen wurde.
In Fig. 5 wird eine positive Spannungsquelle --+UI -- und eine negative Spannungsquelle--U--in je einer Reihenschaltung, bestehend aus einer Strombegrenzungseinrichtung--3 bzw. 4--und einem steuerbaren
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zu den steuerbaren Torelementen--5 bzw. 6--sind Überspannungsschutzelemente--7 bzw. 8-angeschlossen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Speisung elektrischer Entladungen für die elektroerosive Bearbeitung von Werkstücken,
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Werkzeugelektrode gezündet wird, durch zwei, zeitlich aufeinanderfolgende Stromimpulse unterschiedlicher Stromrichtung und mit steuerbarer Amplitude und Dauer gespeist wird, wobei zur Vermeidung einer Abhängigkeit von Amplitude und Dauer zwischen den beiden Impulsen zwei Gleichspannungsquellen unterschiedlicher Polarität verwendet werden, die je über eine veränderliche Impedanz und ein steuerbares Torelement mit der Entladungsstrecke verbunden sind.
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