DE1013371B - Einrichtung zur Energieversorgung von Funkenerosionsmaschinen unter Verwendung eines Impulstransformators - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Energieversorgung von Funkenerosionsmaschinen unter Verwendung eines Impulstransformators Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Energieversorgung von Funkenerosionsmaschinen, die nach dem Prinzip der gesteuerten elektrischen Entladung zwischen der Elektrode und dem Werkstück arbeitet, wobei infolge der erosiven Wirkung des elektrischen Funkens der Werkstoff des zu bearbeitenden Werkstückes abgetragen wird.
• Die Entladungsstromimpulse werden bei kleineren Leistungen häufig durch die Entladung eines Energiespeichers über einen steuerbaren Schalter auf die Funkenstrecke erzeugt. Bei größeren Leistungen werden gewöhnlich in einem Impulsgenerator mit Spannungen und Strömen, die sich gut beherrschen lassen, Impulse geeigneter Form und Energie erzeugt und dann mit einem Impulstransformator auf die- von der Funkenstrecke benötigten Spannungen und Ströme transformiert.
• Alle bisher bekannten und verwendeten Impulsgeneratoren für Funkenerosionsmaschinen, -die nach dem Prinzip der gesteuerten Entladung arbeiten.,-weisen jedoch den erheblichen Nachteil auf, daß sie zur Impulserzeugung gesteuerte Schalter in, der Form von mechanisch gesteuerten Kontakten oder gesteuerten Hochvakuum- oder Gasentladungsröhren benötigen. Dadurch wird die Betriebssicherheit und Lebensdauer solcher Impulsgeneratoren bedeutend herabgesetzt. Nicht bekannten Vorschlägen zufolge wurde zur Erzeugung der Impulse ein von einer nieder- oder mittelfrequenten Stromquelle gespeister -ruhender elektrischer Impulswandler vorgesehen.
• Gemäß der Erfindung wird nun eine solche Einrichtung zur Energieversorgung von Funkenerosionsmaschinen unter Verwendung eines Impulstransformators und eines von einer nieder- oder mittelfrequenten Stromquelle gespeisten ruhenden Impulserzeugers vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der ruhende elektrische Impulswandler als wesentliche Elemente bis in das Sättigungsgebiet ausgesteuerte nichtlineare Induktivitäten und/oder Kapazitäten enthält. Dieser ruhende elektrische Impulswandler weist weder .mechanisch drehende noch elektronische Teile, wie beispielsweise gesteuerte Vakuum- oder Gasentladungsröhren, auf und ist somit -außerordentlich betriebssicher.
• Mit dem. erfindungsgemäß verwendeten nichtlinearen Scheinwiderstand können gegebenenfalls in Verbindung mit diesen in an sich bekannter Weise lineare Scheinwiderstände sowie Gleichrichter und spannungsabhängige Widerstände verwendet werden.
• Die Form der zugeführten Energie wird dadurch verändert, daß die nichtlinearen Induktivitäten in Form von Drosseln oder Transformatoren mit einem Kern aus magnetischem Material oder die nichtlinearen Kapazitäten z. B. in Form von Bariumtitanatkondensatoren bis ins Sättigungsgebiet ausgesteuert werden. So ist es möglich, z. B. eine sinusförmige Spannung in die jeweils gewünschte Impulsform -zu verwandeln. Ein solcher Impulswandler, der nur mit Wechselstrom gespeist wird, gibt auch Impulse wechselnder Polarität ab. In allen Fällen., wo dies erwünscht ist, kann man entweder durch eine magnetische bzw. elektrische Vorspannung der nichtlinearen Induktivitäten bzw. Kapazitäten oder durch Verwendung von Gleichrichtern bewirken, daß an der Funkenstrecke nur Impulse gleicher Polarität auftreten.
• In einem solchen Impulsgenerator sind keine empfindlichen, dem Verschleiß unterworfenen und daher wartungsbedürftigen Teile vorhanden: Durch die erfindungsgemäße Einrichtung ist ein wesentliches Hindernis- beseitigt, das bisher den breiteren Einsatz von Funkenerosionsmaschinen nach dem Prinzip der gesteuerten Entladung verhindert hat trotz ihrer Vorzüge gegenüber den Maschinen., die nach dem Prinzip der ungesteuerten: Entladung arbeiten: _- Als eine besondere und zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung mit einer gesättigten Drossel und Gleichrichtern wird eine Einrichtung gemäß der dargestellten Schaltung vorgeschlagen.
• Abb.@,1-stellt im Prinzip den Impulsgenerator einer Funkenerosionsmaschine dar. Aus einer nieder- oder mittelfrequenten Stromquelle 1 gelangt die elektrische Energie auf den Serienresonanzkreis, der aus der Induktivität 2 und dem Kondensator 3 besteht und auf die Frequenz der Stromquelle 1 abgestimmt ist. Parallel zum Kondensator 3 liegt die Sättigungsdrossel 4, die mit dem Gleichrichter 6 und dem Irrtpulstransformator 6 in Reihe geschaltet ist. Infolge der hohen Induktivität der Sättigungsdrossel 4 wird die Au.fladung -des Kondensators 3 durch diesen Kreis zunächst nicht merklich .beenflußt. Die magnetische Induktion im Eisenkern der Sättigungsdrossel 4 wird jedoch durch das Zeitintegral der sich am Kondensator aufbauenden Spannung, die über den Impulstransformator 6 und den Gleichrichter 5 auch an der Sättigungsdrossel liegt, immer mehr erhöht, bis die Sättigung erreicht ist. Dies geschieht bei geeigneter- Bemessung gerade, wenn der Kondensator seine größte Ladung hat. Dann wird die -Induktivität der Sättigungsdrossel plötzlich sehr klein, und der Kondensator entlädt sich über den Stromkreis, der aus Sättigungsdrossel^Gleichrichter-Impulstransformator besteht, bis die Stromstärke so klein wird, daß die Sättigungsdrossel wieder in ,den ungesättigten Bereich kommt. Dieser Impuls bewirkt eine Funkenentladung zwischen der Elektrode 7 und dem Werkstück 8, in deren Verlauf der transformierte Impulsstrom über die Funkenstrecke fließt und die gewünschte Materialabtragung bewirkt. Dann beginnt der Vorgang in umgekehrter Richtung von neuem-. Den prinzipiellen Spannungsverlauf am Kondensator 3 während einer Periode der Speisewechselspannung zeigt Abb.-2, und der Stromverlauf in der Sättigungsdrossel 5 während dieser Zeit ist in Abb. 3 dargestellt.
• Ein Beispiel für die Verwendung nichtlinearer Kondensatoren und einerVorspannung zur Erzeugung unipolarer Impulse zeigt Abb. 4.
• Von der Stromquelle 9 gelangt die Energie in den Serienresonanzkreis, der durch die Leerlaufinduktivität des Impulstransformators 10 und die Serienschaltung des nichtlinearen Kondensators 11 und des linearen Kondensators 12 gebildet wird. Die Kapazität des Kondensators 12 ist dabei groß gegen die des Kondensators 11. Er dient zusammen mit der Impedanz 13 dazu, die Quelle 14 für die Gl,eichvorspannung des nichtlinearen Kondensators von dem übrigen Kreis zu entkoppeln. Dieser Serienresonanzkreis ist im ungesättigten Zustand des Kondensators 11 auf die Speisefrequenz abgestimmt. Die Vorspannung und Größe des Kondensators ist so gewählt, daß der Arbeitspunkt im Kennlinienknick liegt (Abb. 5) und die Stromhalbwelle in der einen. Richtung den Kondensator nicht sättigt. Wenn aber der Strom in der anderen Richtung sein Maximum erreicht, wird der Kondensator 11 gesättigt und nimmt keinen Strom mehr auf. Dabei entsteht eine so starke Stromänderung im Impulstransformator, daß die dadurch in der Sekundärwicklung induzierte hohe Spannung einen Funkenüberschlag zwischen der Elektrode 15 und dem Werkstück 16 bewirkt. Danach entlädt sich die im Impulstransformator gespeicherte magnetische Energie durch einen exponentiell abklingenden Stromimpuls über den Spalt zwischen dem Werkstück und der Elektrode.
• Der spannungsabhängige Widerstand 17 kann, gegebenenfalls erforderlich sein, um die sonst bei Leerlauf der Erosionsmaschine auftretendem sehr hoben Spannungsspitzen am Impulstransformator zu vermeiden. Es ist ein nichtlinearer Widerstand., der erst oberhalb einer bestimmten Spannung gut leitend wird und so verhindert, daß die am Impulstransformator auftretenden Spannungen diesen Wert überschreiten, ohne die bei - niedrigerer Spannung verlaufenden Erosionsvorgänge merklich zu beeinträchtigen. Ein Bild des prinzipiellen Strom- und Spannungsverlaufes an den Punkten x-x des Stromkreises zeigt Abb. 6. Den prinzipiellen Stromverlauf zwischen Elektrode und Werkstück zeigt Abb. 7.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Einrichtung zur Energieversorgung von Funkenerosionsmaschinen, die nach dem Prinzip der gesteuerten elektrischen Entladung arbeiten, unter Verwendung eines Impulstransformators und eines von einer nieder- oder mittelfrequenten Stromquelle gespeisten ruhenden Impulserzeugers, dadurch gekennzeichnet; däß der ruhende elektrische Impulswandler als wesentliche Elemente bis in das Sättigungsgebiet ausgesteuerte nichtlineare Induktivitäten (4)-,-und/oder Kapazitäten (11) enthält.
2. 2. Einrichtung , zur Energieversorgung von Funkenerosionsmaschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ruhende Impulswandler zusätzlich in bekannter Weise lineare Induktivitäten und Kapazitäten (12) sowie Gleichrichter (5) und spannungsabhängige Widerstände (17) zur Begrenzung von Leerlaufspitzen aufweist.
3. 3. Schaltungsanordnung für die Einrichtung gemäß Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch einen auf die Frequenz der Stromquelle (1) abgestimmten Serienresonanzkreis, bestehend aus einer Induktivität (2) und einem Kondensator (3) sowie eine parallel zum Kondensator (3) geschaltete Sättigungsdrossel (4), die mit dem Gleichrichter (5) und dem Impulstransformator (6) in Reihe geschaltet ist.
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sättigungsdrossel (4) zur Erreichung unipolarer Impulse vormagnetisiert und mit dem Impulstransformator (6) ohne Zwischenschaltung eines Gleichrichters in Reihe geschaltet ist.
5. 5. Schaltungsanordnung für die Einrichtung gemäß Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Serienresonanzkreis, der durch die Leerlaufinduktivität eines Impulstransformators (10) mit parallel geschalteten, spannungsabhängigen Widerständen (17) und einem nichtlinearen Kondensator (11) sowie dem linearen Kondensator (12) gebildet wird, wobei eine aSpannungsquelle (14) für die Gleidhvorspannuäg - des nichtlinearen Kondensators (11) über eine Impedanz (13) parallel geschaltet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift.. Q 397 VIII d / 21 h.