DE1104089B - Vorrichtung zur Funkenerosion mit zwei in Reihe liegenden Kondensatoren - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Funkenerosion mit wenigstens zwei in Reihe geschalteten Kondensatoren zwischen Stromquelle und Entladungskreis, welche so geschaltet sind, daß wenigstens einer von ihnen stets den Übergang eines Kurzschlußstromes zwischen der Stromquelle und dem Entladungskreis verhindert.

Die Stromkreise der bekannten Vorrichtungen enthalten im allgemeinen einen Kondensator, welcher zur Speicherung der elektrischen Energie für die Funkenentladung zwischen der das Werkzeug bildenden Elektrode und dem Werkstück dient, wobei die Elektrode und das Werkstück unmittelbar oder über einen Unterbrecher an die Klemmen des Kondensators angeschlossen sind. Die Stromquelle liegt unmittelbar oder über einen Unterbrecher parallel zu dem Kondensator. Durch die Anordnung solcher Unterbrecher oder Schalter wird verhindert, daß außer dem Entladungsstrom aus dem Kondensator noch der sogenannte Kurzschlußstrom aus der Stromquelle über den Funkenspalt fließt. Dieser Strom ist für das richtige Arbeiten der Vorrichtung schädlich, da die Bildung von Lichtbogen im Funkenspalt bewirkt, wodurch das Werkzeug verformt und der Oberflächenzustand des Werkstücks durch Erwärmung und örtliche Schmelzerscheinungen zerstört und außerdem die Stromquelle selbst gefährdet wird. Die Einschaltung eines Strombegrenzungswiderstands in den Stromkreis gestattet nur die teilweise Abstellung dieser Nachteile und bringt gleichzeitig andere Nachteile mit sich.

Die Erfindung gestattet die Abstellung dieser Nachteile auf besonders einfache und vorteilhafte Weise. Die Erfindung besteht darin, daß die beiden Kondensatoren getrennt und nacheinander durch die Stromquelle über geeignete Umschaltmittel aufladbar sind.

Bei einer bevorzugten Ausbildungsform der Erfindung ist außer den beiden in Reihe geschalteten Kondensatoren in bekannter Weise parallel zum Funkenspalt außerdem noch ein Energiespeicher in Form eines Kondensators oder einer Verzögerungsleitung vorhanden ; vorzugsweise ist die Stromquelle in bekannter Weise eine Wechselstromquelle und ist mit den beiden Kondensatoren durch zwei entgegengesetzt geschaltete Glieder einseitiger Leitfähigkeit verbunden. Insbesondere ist in bekannter Weise im Entladekreis ein Schalter angeordnet, wobei die Energiespeicherung rein induktiv, insbesondere in der Primärwicklung eines Transformators erfolgt. Hierbei ist in bekannter Weise die Schaltvorrichtung in Reihe mit dem Funkenspalt bzw. zur Primärwicklung des Transformators und der Unterbrecher parallel zum Funkenspalt bzw. zu der Primärwicklung des Transformators geschaltet.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.

Vorrichtung zur Funkenerosion

mit zwei in Reihe liegenden

Kondens ator en

Anmelder:

Centre National

de la Recherche Scientiflque,

Paris

Vertreter:

Dr-Ing. W. Stuhlmann, Bochum, Husemannplatz 3,

und Dr.-Ing. B. Bloch, Berlin-Wilmersdorf,

Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 21. Dezember 1953

Marc Bruma, Pavillons-sous-Bois, Seine,

und Michel Magat, Bourg-la-Reine, Seine (Frankreich),

sind als Erfinder genannt worden

Fig. 1 zeigt ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ist ein Schaubild der zeitlichen Spannungsänderung in der Schaltung der Fig. 1 ;

Fig. 3 und 4 zeigen entsprechend Fig. 1 und 2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung;

Fig. S und 6 zeigen Ausführungsabwandlungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In Fig. 1 ist zur Festlegung der Begriffe eine sehr einfache Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Bei dieser lädt eine Gleich- oder Wechselstromquelle 10 über geeignete Schaltmittel zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren 6, 7 mit konstanter Polarität, wobei die Außenklemmen B und C ihrerseits mit den Klemmen des Entladungskreises verbunden sind, welcher aus der das Werkzeug bildenden Elektrode 1 und dem Werkstück 2 besteht; die Schaltmittel können auf beliebige bekannte Weise ausgebildet und z. B. durch Gleichrichter oder schwingende Kontakte gebildet werden oder, wie in Fig. 1 dargestellt, durch rotierende Kontakte 13, 14.

Die Stromquelle 10, hier beispielsweise eine Gleichstromquelle, wird in Fig. 1 durch die Kontakte 13 und 14 nacheinander an die Klemmen AB und AC der Kondensatoren 6 und 7 angeschaltet, welche geladen werden,

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wobei ζ. B. die Ladekurven durch die Kurven I der zwischen den Kurven II und III gegeben ist (natürlich Fig. 2 beiderseits der die Zeit darstellenden Abszissen- unter Vernachlässigung der Rückwirkung der durch den achse dargestellt sind. Bei richtiger Wahl des Funken- Entladungskreis gebildeten Belastung). Man kann bespaltes erfolgt die Entladung unter der Spannung V, rechnen, daß sich in der Praxis die Verzögerungsleitung welche die Summe der beiden Ladespannungen der 5 auf eine Maximalspannung in der Größenordnung von Kondensatoren ist, worauf diese wieder geladen werden, 1,8 · 1,5 \2 V eff> d.h. von 3,8 F_e//, auflädt und sich und so fort. hierauf schnell in Form von Funken über das gewählte

Wie man sieht, ist jedenfalls jeder unmittelbare Kurz- dielektrische Mittel entlädt.

schluß zwischen der Stromquelle und dem Entladungs- Die Entladungsfrequenz f wird in kHz durch den

kreis unmöglich. Wenn z. B. angenommen wird, daß die io Ausdruck f = 1/π]'ΤΟΓ gegeben, worin L den Wert Kontakte 13, 14 im Augenblick der Entladung auf A der Selbstinduktionsspule 8 und der Leitungsinduktivität und C (d. h. auf den Kondensator 7) geschaltet sind, in Millihenry und C den Wert der Kapazität des Teils 3 verhindert der andere Kondensator (hier der Konden- in Mikrofarad bedeutet.

sator 6) den Übergang eines Kurzschlußstromes zwischen Bei der Schaltung der Fig. 3 wie auch bei der Schaltung

der Stromquelle und dem Entladungskreis. 15 der Fig. 1 tritt praktisch kein Kurzschlußstrom mehr

Die Anordnung kann durch ein beliebiges bekanntes auf, da er durch die Reaktanzen der Kondensatoren 6 Speichersystem vervollständigt werden, welches ge- und 7 sowie der Selbstinduktionsspule 8 abgedrosselt strichelt bei 3 dargestellt ist, etwa durch einen Konden- wird, und zwar ohne irgendeinen Energieverbrauch und sator, eine Verzögerungsleitung usw. Die Kontakte 13 ohne Verlangsamerung des Entladungsrhythmus, d. h. und 14 können z. B. auch elektronische Ventile sein, 20 ohne irgendwelche Beschränkung der Bearbeitungsderen Umschaltung auf beliebige geeignete W^reise ge- geschwindigkeit.

steuert wird. Ferner kann der Ladekreis in bekannter In der Schaltung der Fig. 3 können nach Belieben für

Weise Widerstände, Selbstinduktivitäten usw. enthalten, die Glieder 11 und 12 mit einseitiger Leitfähigkeit welche für die x\rbeitsweise nicht unbedingt erforderlich Trockengleichrichter (Kupfer, Selen, Germanium usw.) sind, aber in gewissen Fällen nützlich sein können. 25 oder Hochvakuumventile oder mit Metalldämpfen

Bei der Ausführungsform der Fig. 3 werden die (Quecksilber, Cäsium, Lithium usw.) gefüllte \^rentile beiden Kondensatoren durch eine Wechselstromquelle 10 benutzt werden.

geladen, deren einer Pol mit dem Mittelpunkt des Als Beispiel sei angegeben, daß eine gemäß dem

Systems der Kondensatoren verbunden ist, während der Schaltbild der Fig. 3 ausgeführte erfindungsgemäße Vorandere Pol mit den beiden Außenpolen des Systems über 30 richtung zur Bearbeitung durch Elektroerosion folgende entgegengesetzt geschaltete Glieder mit einseitiger Leit- Kenngrößen hatte:
fähigkeit verbunden ist, was zur Folge hat, daß auch hier Stromquelle 10:

jeder Kondensator während zweier aufeinanderfolgender Einphasenwechselstromgenerator. Frequenz 2500 Hz,

Halbperioden abwechselnd von der Stromquelle geladen Spannung 250 V, Leistung 1,2 kW, innere Selbstwird. 35 induktion: 1 Mikrohenry.

In Fig. 3 sind die das Werkzeug bildende Elektrode 1 Ventile 9, 11 und 12:
und das Werkstück 2 an die Klemmen des Speicher- Ventile mit Edelgasfüllung (Xenon).

organs 3 angeschlossen, welches ein Kondensator oder Kondensatoren 6 und 7:

besser eine Verzögerungsleitung sein kann. Diese Klem- je 4 Mikrofarad. Dieser Wert ist gewählt, um die

men sind ihrerseits mit den Klemmen 4 und 5 des Systems 40 Beziehung (2π/")⁸ LC — 1 für die obigen Werte der beiden in Reihe geschalteten Kondensatoren 6 und 7 der Frequenz f und der inneren Selbstinduktion L

verbunden. Zwischen die untere mit dem Werkstück 2 zu befriedigen,

verbundene Klemme des Kondensators 3 und die Selbstinduktion 8:
Klemme 5 werden zweckmäßig, obwohl dies nicht un- 1 Mikrohenry.

bedingt erforderlich ist, eine bildende Selbstinduktions- 45 Speicherorgan 3:

spule 8 als Ladeimpedanz und ein Glied 9 mit einseitiger Verzögerungsleitung mit offenem Stromkreis, mit

Leitfähigkeit eingeschaltet, welches das Auftreten einer einer Gesamtkapazität von 8 Mikrofarad und einem

Ausgleichswelle an den Klemmen des Teils 3 verhindert. Wellenwiderstand von 0,05 Ohm.

Die Kondensatoren 6 und 7 sind zweckmäßig gleich Die Erfindung kann vielseitig abgewandelt werden,

groß. Wenn V_eff der Effektivwert der Spannung dieser 50 z. B. in der in Fig. 5 und 6 dargestellten W'eise.
Stromquelle ist, lädt sich jeder Kondensator auf eine Diese besonders vorteilhaften Abwandlungen enthalten

Spannung auf, welche in der Nähe von V_eff}'2 liegt, so insbesondere die Kombination eines Transformators 17 daß zwischen den Klemmen 4 und 5 eine Spannung mit Unterbrechern 15, 16 od. dgl., welche mit der Ankonstanter Polarität erscheint, welche jedoch wellig ist, Ordnung zur Regelung der Arbeitsfrequenz mit einer deren Maximalwert nicht 21 2 V _eff übersteigt und deren 55 großen Anpassungsfähigkeit zusammenwirken und z. B. Mittelwert unter Berücksichtigung der Spannungsab- durch eine Hilfsspannungsquelle gesteuert werden, was fälle in den Gleichrichtern 11 und 12 etwa bei 1,5 \'2V_eff zur Unterbrechung starker Stromstärken vorteilhaft sein liegt. kann.

Fig. 4 zeigt graphisch die erhaltenen Spannungs- So ist z. B. in Fig. 5 der mit dem zwischen dem Ladeschwankungen. Wenn die teilweise strichpunktierte 60 kreis und dem Entladekreis eingeschalteten Transfor-Kurve I den Verlauf der Spannung der Stromquelle 10 mator 17 zusammenwirkend und zu der Primärwicklung in Abhängigkeit von der als Abszisse aufgetragenen des Transformators A P parallel liegende Schalter 15 Zeiti darstellt, zeigen die Ordinaten der vollausge- eine Elektronenröhre, welche eine Hochvakuumröhre zogenen Kurve II oberhalb der Abszissenachse die Span- sein kann, z. B. eine Triode. Bei dieser Schaltung rührt nungsschwankungen an den Klemmen des Konden- 65 der den Funken erzeugende und die Primärwicklung 17 P sators 6, während die Ordinaten der vollausgezogenen des Transformators 17 durchfließende Stromimpuls von Kurve III unterhalb der Abszissenachse die Spannungs- der plötzlichen Entladung des Kondensators oder der Schwankungen an den Klemmen des Kondensators 7 Verzögerungsleitung 3 durch die Elektronenröhre 15 her. zeigen. Hieraus ergibt sich, daß der Wert der Spannung V Diese arbeitet als Schalter, da ihr durch eine geeignete zwischen den Klemmen 4 und 5 durch den Abstand 70 Vorspannung 18 und mittels eines Widerstandes 19 auf

einer Sperrspannung gehaltenes Gitter periodisch von einem Generator 20 kommende Spannungsimpulse erhält, welche die Röhre 15 jedesmal leitend machen.. In diesem Augenblick entlädt sich das Speicherorgan 3. Das Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zündungen der Röhre 15 muß wenigstens gleich der Ladezeit des Organs 3 über die Spule 8 und die Primärwicklung 17 P sein. Wenn L die Selbstinduktivität des Ladekreises des Organs 3 und C seine Kapazität ist, muß die Umschaltfrequenz gleich fc = lfay'LC sein. Die Spule 8 kann fortfallen, wenn der Transformator selbst eine geeignete Selbstinduktivität besitzt.

In Fig. 6 ist ein in Reihe mit der Primärwicklung des Transformators liegender Schalter 16 vorgesehen, welcher ein elektronischer Schalter ist, der starke Ströme führen kann, z. B. eine gittergesteuerte Gasentladungsstrecke (Thyratron). Die Umschaltefrequenz muß dabei die gleiche wie oben sein. Wenn jedoch die Röhre 16 ein Thyratron ist, muß an ihren Klemmen ein aus einer Selbstinduktionsspule 21 und einem Kondensator 22 bestehender Stromkreis vorgesehen werden, da bei dieser Röhrenart nach der Zündung das Gitter jeden Einfluß auf den Anodenstrom verliert. Der Kondensator 22 lädt sich dann über die Selbstinduktionsspule 21 auf eine Spannung auf, welche etwa das Doppelte der an den Klemmen 4 bis 5 vorhandenen Spannung ist, und entlädt sich dann nach Zündung der Röhre 16 oszillierend in diese. Durch die so entstandene Schwingung kann die Anodenspannung zu Null und sogar negativ werden, wobei das Gitter seine Steuerfähigkeit wiedererhält. Der Hilfsgenerator 20 kann fortfallen, wenn die Vorspannung 18 einen solchen Wert erhält, daß die Röhre 16 nur bei einer Spannung zünden kann, welche etwa das Doppelte der Spannung an den Klemmen 4 bis 5 beträgt. Unter diesen Bedingungen beträgt die Impulsfrequenz des Stromes in der Primärwicklung 17 P und somit die der die Bearbeitung bewirkenden Entladungen

worin L' die Selbstinduktivität der Spule 21 und C die Kapazität des Kondensators 22 bedeuten.

Es ist zu bemerken, daß bei dieser Schaltung das Organ 3 fortfallen kann, da die Sekundärwicklung 17 S die Rolle eines induktiven Energiespeichers spielen kann.

Aus obigem geht hervor, daß die erfindungsgemäße Anordnung ohne energieverzehrende Glieder Lichtbögen im Funkenspalt verhindert.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestattet die Erzielung hoher Bearbeitungsgeschwindigkeiten sowie die Herstellung von Oberflächen, deren Rauhigkeit kleiner ist als die bei gleicher Bearbeitungsgeschwindigkeit mit den gegenwärtig bekannten Mitteln erhaltene. Bekanntlich erfordert nämlich eine möglichst geringe Rauhigkeit zunächst das vollständige Fehlen von Lichtbögen, was bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielt wird. Ferner erfordert bekanntlich ein guter Oberflächenzustand die Verwendung von Speicherorganen mit einer geringen Kapazität, und die Abtragung ist um so größer, je größer die Kapazität dieser Speicher ist.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, hohe Frequenzen und gleichzeitig geringe Kapazitäten für diese Speicherorgane zu benutzen, so daß gleichzeitig ein guter Oberflächenzustand und eine große Arbeitsgeschwindigkeit erhalten werden können, da die Ausbildung von Lichtbögen im Funkenspalt ohne energieverzehrende Glieder verhindert wird.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Funkenerosion mit wenigstens zwei in Reihe geschalteten Kondensatoren zwischen Stromquelle und Entladungskreis, welche so geschaltet sind, daß wenigstens einer von ihnen stets den Übergang eines Kurzschlußstromes zwischen der Stromquelle und dem Entladungskreis verhindert, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kondensatoren (6, 7) getrennt und nacheinander durch die Stromquelle (10) über geeignete Umschaltmittel (13, 14) aufladbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außer den beiden in Reihe geschalteten Kondensatoren (6, 7) in bekannter Weise parallel zum Funkenspalt außerdem noch ein Energiespeicher (3) in Form eines Kondensators oder einer Verzögerungsleitung vorhanden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle (10) in bekannter Weise eine Wechselstromquelle ist und daß sie mit den beiden Kondensatoren (6, 7) durch zwei entgegengesetzt geschaltete Glieder einseitiger Leitfähigkeit (11, 12) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in bekannter Weise im Entladekreis ein Schalter (15, 16) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiespeicherung rein induktiv, insbesondere in der Primärwicklung (17P) eines Transformators (17), erfolgt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Schaltvorrichtung (16) in Reihe mit dem Funkenspalt (1, 2) bzw. zur Primärwicklung (17P) des Transformators (17) geschaltet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterbrecher (15) parallel zum Funkenspalt (1, 2) bzw. zu der Primärwicklung (17P) des Transformators (17) geschaltet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Belgische Patentschrift Nr. 515 461;
USA.-Patentschrift Nr. 2 308 860.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsche Patente Nr. 967179, 1030 945, 1076 289.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 109 539/480 3.61