DE1067546B

DE1067546B - Schaltanordnung zur Funkenerosion mit selbsttaetig veraenderbarem Ladewiderstand

Info

Publication number: DE1067546B
Application number: DEE10795A
Authority: DE
Inventors: Victor Edward Matulaitis
Original assignee: Elox Corporation of Michigan
Current assignee: Elox Corporation of Michigan
Priority date: 1954-10-01
Filing date: 1955-05-28
Publication date: 1959-10-22
Also published as: CH334396A; GB788366A; NL199986A; NL94837C; FR1133899A; US2804575A

Description

Die Erfindung betrifft Verbesserungen in der Technik der Funkenerosion.

Bei der Funkenerosion wird eine Elektrode, welche von beliebiger Form sein kann, gegen ein leitendes Werkstück unter Aufrechterhaltung eines Spaltes geführt, wobei über diesen Spalt eine elektrische Entladung stattfinden kann, während dauernd ein Kühlmittel in dem Spalt gehalten wird. In gewissen Ausführungsformen kann die Elektrode schwingen oder so gegen das Werkstück geführt sein, daß ein konstanter Luftspalt eingehalten wird, während der Bearbeitungsvorgang abläuft.

Versuche, die Abtragungsgeschwindigkeit der bekannten Einrichtungen durch Vergrößerung des Arbeitsinhaltes einer jeden Entladung zu erhöhen, haben nur teilweise zu Erfolgen geführt, weil die Erhöhung der Schneidgeschwindigkeit von einer Verminderung der Genauigkeit, der Oberflächengüte und der Maßhaltigkeit begleitet wurde.

Die Erfindung stellt sich deswegen hauptsächlich die Aufgabe, eine verbesserte Schaltanordnung für die Funkenerosion anzugeben, welche die Geschwindigkeit der Werkstoffabtragung ohne Einbuße an Genauigkeit, Glätte der Oberfläche oder Maßhaltigkeit gegenüber den bekannten Schaltungen erhöht. Außerdem soll die Stabilität des Arbeitsablaufes verbessert werden. Eine Schaltanordnung zur Funkenerosion, bei der dem Entladungsspalt zwischen Werkstück und Elektrode ein Kondensator parallel geschaltet ist, der nach jeder Entladung über einen veränderbaren Widerstand aus einer Ladestromquelle wieder auf eine die Durchbruchsspannung des Spaltes übersteigende Spannung aufgeladen wird, wobei die Vorrichtung zur selbsttätigen Veränderung des Widerstandes so ausgebildet ist, daß der Widerstand in Abhängigkeit von der Entladung im Spalt verändert wird und während der Entladung einen hohen, insbesondere größten Wert und beim Aufhören der Entladung einen verhältnismäßig niedrigen Wert annimmt, und wobei in der Vorrichtung zur Veränderung des Widerstandes eine Zeitverzögerungseinrichtung so angeordnet ist, daß die Wiederkehr des niedrigen Widerstandswertes verzögert wird, bis der Spalt im wesentlichen entionisiert ist. Die Erfindung besteht darin, daß mit einer Spannungsbegrenzungsvorrichtung die Augenblicksspannung am Spalt auf einen Wert begrenzt wird, der wesentlich niedriger ist als die Spannung der Ladestromquelle. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist darin zu sehen, daß der Widerstand im Nebenschluß zu dem durch die Elektrode und das Werkstück gebildeten Spalt liegt.

Außerdem kann die Vorrichtung zur selbsttätigen Veränderung des Widerstandes so ausgebildet sein, daß der Widerstandswert direkt proportional der Schaltanordnung zur Funkenerosion

mit selbsttätig veränderbarem

Ladewiderstand

Anmelder:

Elox Corporation of Michigan,
Clawson, Mich. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,
Hamburg 36, Neuer Wall 41

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 1. Oktober 1954

Victor Edward Matulaitis, Clawson, Mich. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

Stromstärke im Spalt verändert wird. Auch kann in der Widerstandsschaltung eine Vakuumröhre angeordnet werden.

Es ist aber auch möglich, daß sowohl in der Widerstandsschaltung als auch in der den Widerstandswert selbsttätig veränderten Vorrichtung je eine Vakuumröhre angeordnet wird.

Als vorteilhaft wird es angesehen, daß die Kapazität im Nebenschluß zu dem Spalt angeordnet und ein Ladestromkreis mit einem Widerstand für diese Kapazität vorgesehen wird, während eine Einrichtung zur Veränderung des Widerstandswertes des Widerstandes, die automatisch und im umgekehrten Verhältnis auf die Potentialdifferenz an der Kapazität anspricht, angeordnet wird.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß in dem Ladestromkreis der Kapazität eine Vakuumtriode zwischen die Kapazität und eine Energiequelle eingeschaltet wird, wobei die Anode der Röhre an den positiven Anschluß der speisenden Energiequelle gelegt wird, während die Kathode und das Gitter der Röhre mit der einen Seite der Kapazität verbunden werden und parallel zu der Kapazität eine aus einem Kondensator und einem Widerstand bestehende Reihenschaltung angeordnet wird.

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Zusätzlich kann an das Gitter der Vakuumtriode die Anode einer zweiten Triode angeschlossen werden, deren Kathode mit der dem Reihenschaltungskondensator abgelegenen Seite des Reihenschaltungswiderstandes verbunden ist, während ihr Gitter an die Reihenschaltung der Verbindungsstelle von Widerstand und Kondensator angeschlossen ist.

In der Beschreibung wird an Hand der Zeichnungen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Grundschaltung für Funkenerosion,

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Arbeitskennlinien der Schaltung nach Fig. 1,

Fig. 3 ein schematisches Schaltbild gemäß der Erfindung,

Fig. 4 ein schematisches Schaltbild einer abgewandelten, vereinfachten Schaltung für Funkenerosion gemäß der Erfindung.

In Fig. 1 enthält die Grundschaltung, die in einer bekannten typischen Funkenerosionsvorrichtung verwendet wird: Eine Gleichspannungsquelle mit konstanter Spannung ist an ein Werkstück 10 und an eine Elektrode 12 angeschlossen, ein Widerstand 14 liegt vorzugsweise auf der positiven Seite der Schaltung und ein Kondensator 16 im Nebenschluß zu dem Spalt zwischen Elektrode und Werkstück. Die Elektrode 12 kann in axialer Richtung schwingen, oder ihr kann der Vorschub gegen das Werkstück ohne Vibration erteilt werden, wobei das Kühlmittel wie etwa Wasser oder eine andere, vorzugsweise eine dielektrische Lösung an der Bearbeitungsstelle des Werkstückes oder um dieses Gebiet herum vorhanden ist. Durch geeignete Auswahl der konstanten Werte der Kapazität 16 und des Widerstandes 14 kann dem quer durch den Spalt fließenden Strom eine natürliche Pulsation erteilt werden.

Der Arbeitsvorgang der Schaltung nach Fig. 1 wird bei Betrachten der Fig. 2 verständlich. Wenn man annimmt, daß dann, wenn die Schaltung aufgebaut ist, die Elektrode 12 einen genügend großen Abstand von dem Werkstück 10 zur Verhinderung einer Entladung durch den Spalt aufweist, so steigt die Potentialdifferenz zwischen der Elektrode und dem Werkstück zeitlich exponentiell, wie durch die Kurve O' AB dargestellt ist. Bei genügend großem Zeitablauf würde die Potentialdifferenz über dem Spalt einen Wert erreichen, der der Spannung der Spannungsquelle gleich ist. Bei normaler Wirkungsweise von Erosionsvorrichtungen ist der Abstand zwischen Elektrode und Werkstück so groß, daß eine Entladung über dem Spalt erfolgt, ehe die Potentialdifferenz zwischen Elektrode und Werkstück einen die Spannung der Quelle annähernden Wert erreicht. Dieser Punkt ist in dem Diagramm der Fig. 2 mit A bezeichnet.

Eine Entladung in dem Spalt wird von einem Stromfluß begleitet, der hauptsächlich aus der Kapazität 16 gespeist wird, welche zuvor auf geladen wurde·; sowie sich die Kapazität entlädt, bricht die Potentialdifferenz über dem Spalt sehr schnell zusammen. Normalerweise wird sich die Kapazität nicht vollständig entladen, weil bei einer Spannung, die um einen gewissen Betrag unter der Überschlagspannung liegt, die Entladung unterbrochen wird und unmittelbar darauf das erneute Aufladen der Kapazität über dem Widerstand 14 einsetzt. Dieser Vorgang wird in der graphischen Darstellung durch Punkt C angedeutet. Wenn die Kapazität 16 wieder eine Spannung erreicht, die groß genug ist, um eine Entladung über dem Luftspalt hervorzurufen, so wiederholt sich der Vorgang, und dieser sich wiederholende Ablauf setzt sich·—wie graphisch durch den Linienzug A, C, D, E₁ F₁ G usw. dargestellt ist — so lange fort, wie die Elektrode und das Werkstück in geeigneter Lage zueinander gehalten werden.

Die Potentialdifferenz, bei der die werkstoffabtragende Entladung erfolgt, dargestellt bei A₁ D₁ F usw., wird beeinflußt durch den Werkstoff der Elektrode, den Werkstoff des Werkstückes, die Oberfläclienrauheit dieser beiden, der Art des im Spalt verwendeten Kühlmittels und, als bedeutendste Einflußgröße von allen, vom Abstand zwischen Elektrode und Werkstück. Es gilt allgemein, daß mit zunehmender Spaltweite die Potentialdifferenz über dem Spalt ebenfalls zunehmen muß, um die intermittierende, für die Abtragung des Werkstoffes erforderliche Funkenbildung aufrechtzuerhalten.

Es sei bemerkt, daß die Potentialdifferenz, welche im Augenblick der Entladungsunterbrechung — an-

ao gegeben durch die Punkte C₁ E₁ G usw. ·— am Spalt herrscht, verglichen mit der bei A₁ D, F usw. angezeigten Entladespannung, im wesentlichen untereinander einheitlich und gleich ist und daß diese Spannung außer der Beeinflussung durch die obenerwähnten Faktoren eine Funktion der Größe der Kapazität 16 ist. Wenn der Ohm-Wert des Widerstandes 14 im Verhältnis zur Größe der speisenden Spannung genügend groß ist, um den Strom während der Entladung im Spalt auf annähernd 1 Ampere zu begrenzen, wird die Schaltung nach Fig. 1 zufriedenstellend arbeiten. Zum Beispiel wird der Kreis bei einer Speisegleichspannung von 50' Volt mit einem Widerstand von 100' Ohm oder mit ungefähr diesen Werten fast bei jedem Kapazitätswert zwischen 1 und 30 Mikrofarad zufriedenstellend arbeiten, aber die Geschwindigkeit der Werkstoffabtragung ist außerordentlich klein. Eine Untersuchung der Arbeitskennlinien der Schaltung, wie sie durch die Punkte A bis G in der Fig. 2 dargestellt werden, zeigt, daß unverhältnismäßig große Zeitabschnitte innerhalb eines jeden einzelnen Vorganges auf das Aufladen des Kondensators verwendet wird; d. h., daß die Abstände CD und EF₁ gemessen in der Richtung der Zeitachse, im Vergleich zu den Abständen AC, DE und FG sehr lang sind, wobei die letztgenannten Strecken die zur Auf ladung des Kondensators erforderlichen Zeiten darstellen.

Es kann daraus geschlossen werden, daß durch Verminderung des Ohm-Wertes des Widerstandes 14 eine schnellere Aufladung des Kondensators 16 und eine Vergrößerung der Werkstoffabtragungsgeschwindigkeit ermöglicht wird. Wenn beispielsweise in dem vorigen Beispiel der Widerstands wert 14 von 100 Ohm auf etwa 40 Ohm vermindert wird, tritt in der Abtragungsgeschwindigkeit eine merkliche Verbesserung auf, wie sie durch den Linienzug /, K₁ L₁ M₁ O₁ P dargestellt wird.

Durch fortschreitende Verringerung des Widerstandes 14 wird jedoch schließlich eine unerwünschte Veränderung in den Arbeitskennlinien der Schaltung eintreten. Nach vorigem Beispiel ergibt sich bei einem Kapazitätswert des Kondensators von 5 bis 10 Mikrofarad und einer Verringerung des Ohm-Wertes des Widerstandes auf ungefähr 25 Ohm eine unregelmäßige Unterbrechung des zyklischen Verhaltens der Schaltung durch Perioden verhältnismäßig langanhaltender Lichtbogenbildung, so wie es durch die Kurve WX in Fig. 2 dargestellt ist. Der Kreis wird, mit anderen Worten, unstabil und weist Entladungen von kurzer Dauer (dargestellt durch die Kondensatorentladungen RS, TU und VW) auf, die von lang-

anhaltenden Lichtbogen wie etwa WX untermischt sind.

Allgemein gesprochen, gibt es in der Lichtbogenbearbeitungsschaltung nach Fig. 1 einen kleinsten kritischen Widerstandswert für irgendeinen beliebigen Kapazitätswert bei einer festgelegten Spannung. Wenn der Ohm-Wert des Widerstandes 14 kleiner als das kritische Minimum ist, wird die erstrebte zyklische Arbeitsweise der Schaltung von verhältnismäßig langen Gleichstromlichtbögen unterbrochen, und der Arbeitsablauf der Vorrichtung wird unregelmäßig, die Abtragungsgeschwindigkeit und die Güte der Oberflächenbehandlung nehmen ab. Eine Ursache dafür liegt darin, daß der Spalt während der Entladung ionisiert ist und danach noch eine Zeitlang in ionisiertem Zustand bleibt, wobei die Intensität der Ionisation und ihre Dauer von der Intensität der Entladung abhängen.

Es ist daher bereits vorgeschlagen worden, den einfachen Widerstand 14 der Grundschaltung durch einen veränderbaren Widerstand zu ersetzen, dessen Wert innerhalb eines weiten Bereiches verändert werden kann. In dieser Schaltung sind Mittel zur selbsttätigen Einstellung des wirksamen Widerstandswertes in der Weise vorgesehen, daß der Augenblickswert während der Perioden, in denen der Strom durch den Spalt fließt, hoch ist und während der Perioden, in denen keine Entladung stattfindet, in denen also die Kapazität aufgeladen wird, klein ist. Die Schaltung enthält zusätzlich Zeitregelvorrichtungen, die selbsttätig den Ladungsbeginn des im Nebenschluß zu dem Spalt liegenden Kondensators so lange verzögern, bis der Spalt vollständig oder im wesentlichen entionisiert ist.

Durch die Erfindung wird diese bereits früher vorgeschlagene Schaltanordnung noch verbessert.

In der erfindungsgemäßen Schaltanordnung ist der einfache Widerstand in der Schaltung nach Fig. 1 durch eine Vakuumröhre (oder eine Reihe von Röhren) ersetzt worden, und die den Vakuumröhren eigene Fähigkeit, in Abhängigkeit von der Höhe der aufgedrückten Gittervorspannung abwechselnd leitend und nichtleitend zu werden, ist dabei ausgenutzt worden.

In der Fig. 3, welche eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Schaltung ist, ist ein Transformator 18 mit einer Primärwicklung 20 und zwei Sekundärwicklungen 22 und 24 vorgesehen. Die Sekundärwicklungen liegen parallel zu zwei zugehörigen Vollweggleichrichtern 26 bzw. 28. An Stelle eines einzigen Transformators mit zwei Sekundärwicklungen kann, wenn es gewünscht wird, auch ein Paar ähnlicher Transformatoren verwendet werden, die die Aufgabe haben, zwei Spannungsquellen in Reihenschaltung zu ergeben.

Die Verbindungsleitungen 30 und 32 verbinden die entsprechenden Mittelabgriffe der jeweiligen Sekundärwicklungen mit den Punkten 58 bzw. 59 der Schaltung, während zwei Siebkondensatoren 36 bzw. 38 zwischen diesen Sekundärleitungen und den Gleichrichtern liegen, wie aus der Zeichnung zu entnehmen ist. Eine Leitung 40 verbindet die Anode 42 einer üblichen Vakuumtriode 44 mit dem Punkt 46 der Schaltung, der zwischen der Ausgangsseite des Gleichrichters 28 und dem Kondensator 38 liegt.

Die Kathode 48 der Röhre 44 ist mittels der Leitungen 50 und 51 mit dem Werkstück 10 und mittels der Leitung 42 mit einer Seite der Kapazität 16 verbunden. Die Elektrode 12 ist über die Leitungen 53 und 54 an die andere Seite der Kapazität 16 und über die Leitung 55 an den Punkt 58 angeschlossen (dieser ist an den Kondensator 36 durch die Leitung 56 angeschlossen und mit dem Mittelabgrifr der Sekundärwicklung 22 über die Leitung 30 verbunden).
Das Gitter 60 der Röhre 44 ist durch die Leitung 61 mit einem Gitterableitwiderstand 62 verbunden, dessen andere Seite durch die Leitungen 50 und 51 an die Kathode 48 der Röhre 44 angeschlossen ist. Das Gitter 60 ist gleichfalls an einen Kuppelkondensator 64 angeschlossen, dessen andere Seite mit der Anode 66 einer Vakuumröhre 68 verbunden ist. Die Anode 66 der Röhre 68 ist über einen Widerstand 70 an den Punkt 46 der Schaltung und die Kathode 72 ist an das Werkstück 10 und so an die Kathode 48 der Röhre 44 angeschlossen.

Im Nebenschluß zu dem Spalt zwischen der Elektrode 12 und dem Werkstück 10 liegt eine Kapazität 16 und dazu parallel eine aus einem Widerstand 74 und einen Kondensator 76 bestehende Reihenschaltung.

Das Gitter 78 der Röhre 68 ist über eine Vorspannungsquelle 80 an den Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 74 und dem Kondensator 76 angeschlossen. Der Gleichrichter 82 liegt zwischen den Punkten 84 und 86 der Schaltung, wobei die Schaltung so getroffen ist, daß der elektrische Strom in solchen Augenblicken, in denen die Spannung an der Kapazität 16 größer ist oder größer zu werden bestrebt ist als die Spannung an der Kapazität 36, frei und ungehindert fließen kann und daß der Stromfluß dann gesperrt wird, wenn die Spannung an der Kapazität 16 kleiner ist als die Spannung an der Kapazität 36.

Die Wirkungsweise der Schaltung ist folgende: Es sei angenommen, daß die Elektrode 12 und das Werkstück 10 auf einen richtigen Abstand zueinander gebracht worden sind, der danach durch Handverstellung oder Automatik eingehalten werden kann, und daß das Kühlmittel, das vorzugsweise eine Art dielektrisches Medium ist, durch den Spalt fließt.

In dem Augenblick, in dem die Entladung in dem Spalt gerade abgeschlossen ist und der Strom in dem Spalt zu fließen aufgehört hat, ist die Kapazität 16 auf einen Zustand kleinster Spannung entladen worden, und die Röhre 44 hat infolge des Auftretens einer verhältnismäßig großen, negativen Spannung an ihrem Gitter 60 jenseits ihrer Röhrensperrung eine Vorspannung, wie nachfolgend erläutert wird. In diesem gleichen Augenblick wird die Spannung am Kondensator 76 nämlich um einiges größer als die an der Kapazität 16, wodurch ein augenblickliches positives Signal auf das Gitter 78 der Röhre 68 gegeben wird, das dadurch verursacht wird, daß die zwischen dem Gitter 78 und der. Kathode 72 bestehende negative Spannung ihren niedrigsten Wert hat. Die Röhre 68 wird deshalb leitend werden. Da nun jeder Strom durch die Röhre 68 über den Widerstand 70 fließen muß, nimmt die Anode 66 eine relativ negative Spannung an, welche sofort über die Kapazität 64 auf dem Gitter 60 der Röhre 44 wirksam zur Erzeugung einer Sperrvorspannung wird, wie oben erwähnt.

Unter diesen Verhältnissen kann zwischen den Kondensatoren 76 und 16 keine unterschiedliche Spannung bestehen, so daß der von dem Kondensator 76 zum Kondensator 16 fließende Strom dadurch einen Ausgleich hervorruft. Wenn dieses geschieht, fließt der Strom über den Widerstand 74 und verringert sich allmählich, und diese Verringerung des Stromflusses läßt das Gitter 78 gegenüber der Kathode 72 fortschreitend stärker negativ werden. Dieses negative Signal verringert den Stromfluß durch die Röhre 68 und den Widerstand 70, was von einer Steigerung der

Spannung an der Anode begleitet wird. Der Spannungsanstieg wird über einen Kondensator 64 auf das Gitter 60 der Röhre 44 mit der Wirkung übertragen, daß die Röhre 44 dann, wenn die Spannung genügend groß geworden ist, leitet. Es sei bemerkt, daß der zeitliche Anteil, in welchem die Röhre 44 nichtleitend ist, in erster Linie von der Zeitkonstantencharakteristik der den Widerstand 74 und den Kondensator 76 enthaltenden Reihenschaltung abhängt.

Unmittelbar nachdem die Röhre 44 zu leiten beginnt, wird der durch diese Röhre fließende Strom in der Kapazität 16 unter gleichzeitigem Anstieg der Spannung am Punkt 84 gespeichert. Wegen des Vorhandenseins des Widerstandes 74 wird der Spannungsanstieg am Kondensator 76 hinter dem am Kondensator 16 zurückbleiben. Dieses wirkt sich in der Entstehung eines verhältnismäßig negativen Signals am Gitter 78 aus, wodurch die Röhre 68 weniger leitend wird. Somit tritt dann eine Verringerung des Stromflusses über den Widerstand 70 und eine Zunahme der Spannung an der Anode 66 auf. Dieser Spannungszuwachs wird durch den Kondensator 64 auf das Gitter 60 übertragen, welches den Stromfluß durch die Röhre 44 zum Kondensator 16 beschleunigt. Somit tritt ein außerordentlich schnelles Aufladen des Kondensators 16 infolge des schnellen Zündvorganges der Röhre 44 ein.

In der Zeit, in der die Kapazität 16 aufgeladen wird, wird die Kapazität 76 gleichfalls aufgeladen, aber der Spannungsanstieg an 76 wird hinter dem von 16 wegen der behindernden Wirkung des Widerstandes 74 zurückbleiben.

Die Spannung an der Kapazität 16 wird natürlich weiterhin ansteigen, bis sie den erforderlichen kritischen Wert zum Überschlag im Spalt erreicht, woraufhin eine Entladung zwischen der Elektrode 12 und dem Werkstück 10 eintreten wird. Im Augenblick des Entladungsbeginns nimmt die Spannung an der Kapazität 16 noch zu, der Stromfluß über den Spalt setzt ein, und ein Strom fließt auf den Kondensator 76.

Unmittelbar bei Einsetzen des Stromflusses im Spalt wird der Vorgang beschleunigt, da ja die Widerstandscharakteristik des Spaltes abfallend ist. Mit anderen Worten, da die Stromstärke im Spalt zunimmt, nimmt die Spannung über dem Spalt ab, so daß die Stromstärke weiter zuzunehmen bestrebt ist. Durch dieses Bestreben in Verbindung mit der niedrigen Impedanz der kurzen, die Kapazität 16 parallel zum Spalt anschließenden Leitungen wird eine schnelle Entladung der Kapazität 16 erreicht, die ihrerseits eine schnelle Spannungsabsenkung am Punkt 84 der Schaltung hervorruft. Die Kapazität 76 entlädt sich gleichfalls, aber mit einer geringeren Geschwindigkeit als die Kapazität 16.

Wenn sich der Kondensator 16 bis zu dem Punkt entladen hat, an welchem die Entladung im Spalt aufhört, ist der Zyklus abgeschlossen und von dem Auftreten eines verhältnismäßig positiven Signals am Gitter 78 begleitet. Der Vorgang wiederholt sich in der beschriebenen Weise.

So ist aus der Schaltung der Fig. 3 ersichtlich, daß die Röhre 44 tatsächlich den einfachen Widerstand 14 in der Schaltung nach Fig. 1 ersetzt und die Nebenschlußkapzität 16 durch diese Röhre aufgeladen wird. Da die Röhre von Natur aus niemals vollkommen nichtleitend werden wird, wirkt sie als ein veränderbarer Widerstand, der während und unmittelbar nach der Bogenentladung infolge der relativ großen negativen Gittervorspannung am Gitter 60 einen außerordentlich hohen Wert hat, wobei die Gittervorspannung am Gitter 60 durch die Wirkung der Röhre 68 hervorgerufen wird, die im Augenblick der Entladung leitend wird.

In ähnlicher Weise wird die Röhre 44 sehr schnell gutleitend und nimmt so einen sehr kleinen Widerstandswert an, nachdem die Entladung stattgefunden hat und die Lichtbogenstrecke Zeit zur Entionisierung hatte. Dies kommt durch die Schaltgruppe 74, 76 zustande, welche es infolge ihrer Verzögerungswi γιο kung ermöglicht, daß der Kondensator 76 momentan eine höhere Spannung als der Kondensator 16 hat. Der von 76 nach 16 fließende Strom verzögert dann für einen kurzen Zeitraum nach der Entladung den Aufbau einer negativen Spannung am Gitter 78, wodurch die Leitfähigkeit der Röhre 68 verlängert und dem Spalt Zeit zur Entionisation gegeben wird. Sowie jedoch das Gitter 78 genügend negativ wird, läßt die Leitfähigkeit der Röhre 68 allmählich nach, und die positive Spannung an der Anode 66 steigt an, wobei

so diese Spannung beinahe sofort über den Kondensator 64 am Gitter 60 wirksam ist. Die Röhre 44 wird so gezündet und beginnt leitend zu werden, worauf die Kapazität 16 aufgeladen wird.

Es wird besonders hervorgehoben, daß das Merkmal der Zeitverzögerung für die gute Wirksamkeit der Schaltung äußerst wichtig ist, weil dann, wenn die Röhre 44 unmittelbar nach dem Abschluß der Entladung leitend gemacht wird, die Ionisation des Spaltes eine Entladung bei verhältnismäßig niedrigen Spannungen ermöglicht, wodurch der Arbeitsablauf instabil wird.

Wie man sieht, wird in dem Maße, in dem die Intensität der Entladung im Spalt die beiden Kondensatoren 16 und 76 in ihrem Verhältnis zueinander beeinflußt, der Ausgleich der Spannungen zwischen ihnen und das darauffolgende Nichtleitendmachen der Röhre 68 im umgekehrten Verhältnis zur Entladungsintensität verzögert oder beschleunigt. Deshalb ermöglicht es eine sorgfältige Einstellung der Einflußgrößen der Schaltung, die Verzögerungsdauer dem lonisationsgrad des Spaltes anzupassen, ohne beim Wiederaufladen des Kondensators 16 irgendwelche Zeit zu verlieren.

Es versteht sich natürlich, daß sich hierin die Bezugnahme auf Zeiträume in Mikrosekunden ausdrückt, wobei die Dauer der Entladung und anderer Erscheinungen außerordentlich kurz ist.

Eine typische Schaltungsanordnung nach Fig. 3 hat eine zwischen den Punkten 46 und 58 angenähert 100 Volt und zwischen den Punkten 58 und 86 etwa 40 Volt liefernde Spannungsquelle. Die Röhre 44 wird von vierundfünfzig Trioden der Type 6 AS 7 oder der Type 6336 dargestellt, und die Röhre 68 kann eine einzelne Röhre vom Typ 6 AS 7 sein. Der Kondensator 16 ist üblicherweise ein Kondensator mit einer veränderlichen Kapazität von 5 bis 100' Mikrofarad, der Kondensator 76 hat eine Kapazität von etwa 0,01 Mikrofarad und der Widerstand 74 1000 Ohm. Die anderen Schaltelemente weisen geeignete Wert auf, die nicht kritisch sind.

Die Röhrenreihe 44 kann auf tausend Röhren und mehr erweitert werden, wenn eine solche Leistung erforderlich ist, wobei für je eine Gruppe von fünfzig bis sechzig Leistungsröhren eine einzelne Röhre 68 erforderlich ist.

Es ist notwendig, eine große Anzahl von Röhren zu verwenden, da die gegenwärtig herstellbaren Röhren für ein Arbeiten mit verhältnismäßig großen Leistungen nicht geeignet sind. Die Verfügbarkeit von Vakuumröhren mit höherer Leistung und besserer

Arbeitscharakteristik würden eine beträchtliche Vereinfachung der Schaltung möglich machen. In der Schaltung nach Fig. 3 ist die Röhre 68 zum Zwecke der Zündung der Röhre 44 erforderlich, wobei die Röhre 68 in erster Linie als ein Verstärker wirkt, um einen genügend großen Wechsel in der Spannung an der Röhre 44 zu erreichen, damit diese je nach Bedarf leitend oder nichtleitend gemacht werden kann. Eine Änderung von 5 Volt in der Spannung an der Röhre 68 ruft ungefähr eine Änderung von 100 Volt an der Röhre 44 hervor, was ungefähr dem erforderlichen Wert zur Umkehr der Funktion dieser Röhre entspricht.

Die Erfindung bezieht deswegen einen weiteren Bereich mit ein, als er hier in der Fig. 3 erläutert ist. Fig. 4 zeigt eine vereinfachte Schaltung, in der die Röhre 68 fortgelassen worden ist. In dem Schaltbild sind für die gleichen Elemente die gleichen Bezugszeichen wie in der Fig. 3 verwendet worden. In Fig. 4 ist das Gitter der Röhre 44 an die eine Seite des Widerstandes 74 und an die eine Seite des Werkstückes 10 angeschlossen; die Kondensatoren 16 und 76 liegen in Parallelschaltung und Zwischenschaltung des Widerstandes 74. Unter der Annahme, daß die Röhre 44 auf den Spannungsunterschied am Widerstand 74 (welcher auf das Gitter 60 wirkt) durch Umkehr ihrer Wirkungsweise anspricht, bleibt die Röhre 44 nichtleitend, bis sich die Spannung an den Kondensatoren 16 und 76 so weit ausgeglichen hat, daß die Gitterspannung positiv wird; dann wird die Röhre leitend.

Die Fig. 3 erläutert auch den Spannungsdiskriminator, welcher die maximale, am Spalt auftretende Spannung auf einen relativ niedrigen Wert begrenzt, bei dem sich eine wirkungsvolle und auch qualitativ sehr gute Oberflächenbearbeitung ergibt. Der Spannungsdiskriminator ermöglicht darüber hinaus aber noch, daß zur Vergrößerung der Entladefrequenz der Kondensator aus einer Ladestromquelle relativ hoher Spannung aufgeladen werden kann. Dieses Merkmal ist besonders wichtig, da durch das schnelle Aufladen des Kondensators 16 nach jeder Entladung die Geschwindigkeit des Arbeitsablaufes wesentlich vergrößert werden kann.

Wie dargestellt, ist zwischen dem Werkstück 10 und dem Verbindungspunkt 86 ein Gleichrichter 82 eingeschaltet. Während des Bearbeitungsvorganges addieren sich die Ausgänge der zwei Transformatorsekundärwicklungen 22 und 24, doch ist dafür gesorgt, daß die Spannung am Spalt 10, 12 und am Kondensator 16 niemals größer werden kann als die Spannung zwischen den Anschlußpunkten 86 und 58 der Spannungsquelle, deren Gesamtspannung der Spannung zwischen den Anschlußpunkten 46 und 58 entspricht. Vom Punkt 86 zum Punkt 84 fließt kein Ladestrom, da ein solcher Stromfluß durch den Gleichrichter 82 verhindert wird. Die sich addierenden Spannungen der Wicklungen 22 und 24 stehen somit beide zur Verfügung, um den Kondensator 16 aufzuladen. Sobald aber die Spannung am Spalt, die gleich der Spannung am Kondensator 16 ist, einen Wert annehmen will, der größer ist als die Spannung an dem Glättungskondensator 36, fließt ein Strom über den Gleichrichter 82, so daß eine Spannungserhöhung unterbunden wird.

Durch die vorerwähnte Einwirkung wird verhindert, daß das Werkstück durch eine zu große Entladespannung beschädigt wird. Ferner ergibt sich durch die vorbeschriebene Anordnung eine wesentlich größere Sicherheit für die an der Maschine arbeiten-■den Arbeiter, da keiner der von den Arbeitern zu berührenden Maschinenteile eine gefahrenbringende Spannung erhalten kann.

Weiterhin ist es außerordentlich empfehlenswert, in der Schaltung eine Anordnung vorzusehen, welche die Röhre 44 für den Fall, daß im Spalt ein Kurzschluß auftritt, augenblicklich nichtleitend macht.

Im Rahmen der Erfindung kann die Schaltanordnung beliebig gegenüber dem beschriebenen Beispiel geändert werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltanordnung zur Funkenerosion, bei der dem Entlastungsspalt zwischen Werkstück und Elektrode ein Kondensator parallel geschaltet ist, der nach jeder Entladung über einen veränderbaren Widerstand aus einer Ladestromquelle wieder auf eine die Durchbruchsspannung des Spaltes übersteigende Spannung aufgeladen wird, wobei die Vorrichtung zu selbsttätigen" Veränderung des Widerstandes so ausgebildet ist, daß der Widerstand in Abhängigkeit von der Entladung im Spalt verändert wird und während der Entladung einen hohen, insbesondere größten Wert und beim Aufhören der Entladung einen verhältnismäßig niedrigen Wert annimmt, und wobei in der Vorrichtung zur Veränderung des Widerstandes eine Zeitverzögerungseinrichtung so angeordnet ist, daß die Wiederkehr des niedrigen Widerstandswertes verzögert wird, bis der Spalt im wesentlichen entionisiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Spannungsbegrenzungsvorrichtung (58, 86, 82) die Augenblicksspannung am Spalt (10, 12) auf einen Wert begrenzt wird, der wesentlich niedriger ist als die Spannung der Ladestromquelle (46, 58).

2. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (74) im Nebenschluß zu dem durch die Elektrode (12) und das Werkstück (10) gebildeten Spalt liegt.

3. Schaltanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (44) zur selbsttätigen Veränderung des Widerstandes (74) so ausgebildet ist, daß der Widerstands wert direkt proportional der Stromstärke im Spalt verändert wird.

4. Schaltanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Widerstandsschaltung eine Vakuumröhre (44) angeordnet ist.

5. Schaltanordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl in der Widerstandsschaltung als auch in der den Widerstandswert selbsttätig veränderten Vorrichtung je eine Vakuumröhre (44 bzw. 68) angeordnet ist.

6. Schaltanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität (16) im Nebenschluß zu dem Spalt angeordnet ist und ein Ladestromkreis mit einem Widerstand (44) für diese Kapazität vorgesehen ist, während eine Einrichtung (68, 74, 76) zur Veränderung des Widerstandswertes des Widerstandes (44), die automatisch und im umgekehrten Verhältnis auf die Potentialdifferenz an der Kapazität anspricht, angeordnet ist.

7. Schaltanordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ladestromkreis der Kapazität (16) eine Vakuumtriode (44) zwischen die Kapazität (16) und einer Energiequelle (46, 58) eingeschaltet ist, wobei die Anode (42) der Röhre an den positiven Anschluß der speisen-

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den Energiequelle gelegt ist, während die Kathode (48) und das Gitter (60) der Röhre mit der einen Seite der Kapazität (16) verbunden sind und parallel zu der Kapazität (16) eine aus einem Kondensator (76) und einem Widerstand (74) bestehende Reihenschaltung angeordnet ist.

8. Schaltanordnung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an das Gitter der Vakuumtriode (44) die Anode (66) einer zweiten Triode

(68) angeschlossen ist, deren Kathode (72) mit der dem Reihenschaltungskondensator (76) abgelegenen Seite des Reihenschaltungswiderstandes (74) verbunden ist, während ihr Gitter (78) an die Reihenschaltung der Verbindungsstelle von Widerstand (74) und Kondensator (76) angeschlossen ist.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 967 119.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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