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Feld
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrizitätsversorgungsvorrichtung für einen Elektroerosionsapparat (Engl.: electric discharge machining apparatus) und ein Elektroerosionsverfahren (Engl.: electric discharge machining method).
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Hintergrund
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Patentliteraturen 1 und 2, die unten erwähnt sind, sind Beispiele von Literatur bezüglich konventioneller Techniken, welche Elektrizitätsversorgungsvorrichtungen für einen Elektroerosionsapparat betreffen.
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Für eine Elektrizitätsversorgungsvorrichtung für einen Elektroerosionsapparat wie in Patentliteratur 1 beschrieben, ist darin eine Technik offenbart, bei welcher Schaltelemente, welche eine Pulsfolge unterbrechen, die eine vorbestimmte sich wiederholende Frequenz hat, bei einem vorbestimmten Intervall betrieben werden, um AC-Pulsstrom einem Bearbeitungsspalt zwischen einer Bearbeitungselektrode und einem Werkstück bereitzustellen, an welches ein Kondensator parallel angeschlossen ist, dabei die elektrische Ladung von dem Kondensator komplett zu dem Bearbeitungsspalt entladend zum Verhindern, dass ein Lichtbogenstrom kontinuierlich fließt, um somit die Oberflächenrauigkeit während der Elektroerosionsbearbeitung zu verbessern.
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Weiterhin ist eine Elektrizitätsversorgungsvorrichtung, die in Patentliteratur 2 beschrieben ist, eingerichtet zu beinhalten, eine DC-Elektrizitätsversorgung, die einem Bearbeitungsspalt zwischen einer Bearbeitungselektrode und einem Werkstück DC-Pulsstrom bereitstellt, einen Serienschaltkreis konstituiert durch Schaltelemente und einen Widerstand, einen Kondensator parallel verbunden mit der Bearbeitungselektrode und dem Werkstück, und einen Detektor für elektrische Ladung, der das Auftreten von elektrischer Entladung in dem Bearbeitungsspalt detektiert. Für eine Elektrizitätsversorgungsvorrichtung für einen Elektroerosionsapparat in Patentliteratur 2 ist darin eine Technik offenbart, bei welcher eine An/Aus-Kontrolle an dem Schaltelement wiederholt wird, bei welcher das Schaltelement durch eine Pulsbreite angeschaltet wird, gleich oder kleiner als die Pulsbreite von dem Entladungsstrom von dem Kondensator, und ausgeschaltet wird für eine vorbestimmte Zeit, und wiederholt wird bis der Kondensator entlädt und der Detektor für elektrische Entladung die elektrische Entladung detektiert, und die An/Aus-Kontrolle wird wieder wiederholt nach einer vorbestimmten Aus-Zeit folgend auf die Detektion von der elektrischen Entladung durch den Detektor für elektrische Entladung. Gemäß der Elektrizitätsversorgungsvorrichtung für einen Elektroerosionsapparat in Patentliteratur 2 soll ein elektrischer Strom, der eine Pulsbreite hat, die gleich oder größer ist als die der Pulsbreite der elektrischen Entladung von dem Kondensator nicht durch einen Spalt zwischen der Bearbeitungselektrode und dem Werkstück (im Folgenden „Bearbeitungsspalt”) fließen, um es zu verhindern, dass ein Lichtbogenstrom kontinuierlich fließt, ähnlich der Patentliteratur 1 (siehe 2 und 11).
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Liste der Zitate
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Patentliteraturen
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- Patentliteratur 1: Offenlegung der japanischen Patentanmeldung Nr. 03-55117
- Patentliteratur 2: japanisches Patent Nr. 2914123
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Zusammenfassung
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Technisches Problem
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Die Elektrizitätsversorgungsvorrichtungen für einen Elektroerosionsapparat in Patentliteraturen 1 und 2 wie oben erwähnt, sind eingerichtet notwendigerweise einen Widerstand zwischen der DC-Elektrizitätsversorgung und der Bearbeitungselektrode zu beinhalten. Darum gibt es dabei ein Problem insofern, als dass, wenn der Bearbeitungsstrom hoch ist, die Menge der Hitze erzeugt durch den Widerstand groß wird und die Menge der Hitze erzeugt durch die Vorrichtung erhöht wird.
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Die Elektrizitätsversorgungseinrichtung für einen Elektroerosionsapparat in Patentliteratur 2 wie oben erwähnt, verwendet ein Verfahren, bei welchem eine Pulsbreite von einem Strom, der durch den Bearbeitungsspalt fließt, begrenzt wird eine so kurze Zeitperiode wie möglich zu sein, dabei einen Lichtbogenstrom vom kontinuierlichen Fließen abhaltend. Daher gibt es dabei ein Problem insofern, dass es eine Nicht-Strom-Zeit gibt, die gleich oder länger ist als eine gegebene Zeit, während welcher ein Entladungsstrom nicht durch den Bearbeitungsspalt fließt, und dementsprechend kann die Bearbeitungsgeschwindigkeit nicht signifikant erhöht werden.
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Die vorliegende Erfindung ist erreicht worden, um die obigen Probleme zu lösen und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Elektrizitätsversorgungsvorrichtung für einen Elektroerosionsapparat und ein Elektroerosionsverfahren bereitzustellen, welche die Bearbeitungsgeschwindigkeit erhöhen kann und eine Erhöhung der Menge der erzeugten Hitze im Vergleich zu konventionellen Vorrichtungen unterdrückt.
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Lösung des Problems
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Um die oben genannten Probleme zu lösen ist eine Elektrizitätsversorgungsvorrichtung für einen Elektroerosionsapparat in solch einer Weise eingerichtet, um zu beinhalten: einen Serienschaltkreis, der eine DC-Elektrizitätsversorgung und Schaltelemente zum Bereitstellen von DC- oder AC-Strompulsen zu einem Bearbeitungsspalt zwischen einer Bearbeitungselektrode und einem Werkstück beinhaltet; und eine Kontrolleinheit, die die Schaltelemente kontrolliert, wobei, wenn die Kontrolleinheit einen Strompuls generiert, der eine dreieckige Wellenform hat durch eine Induktivitätskomponente, die auf dem Serienschaltkreis vorhanden ist, kontrolliert die Kontrolleinheit die Schaltelemente so, dass das Strompuls-Zeitverhältnis, welches ein Verhältnis zwischen der Nicht-Strom-Zeit und Strom-Fortsetzungs-Zeit in dem Strompuls ist, gleich ist oder weniger ist als 1/5.
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Vorteilhafte Effekte der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Bearbeitungsgeschwindigkeit erhöht werden, und eine Erhöhung in einer Hitzeerzeugungsmenge kann auch unterdrückt werden im Vergleich zu konventionellen Vorrichtungen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist ein Konfigurationsbeispiel von einem Elektroerosionsapparat beinhaltend eine Elektrizitätsversorgungsvorrichtung für einen Elektroerosionsapparat gemäß einer ersten Ausführungsform.
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2 zeigt eine Zwischenelektrodenspannung und einen Zwischenelektrodenstrom, wenn Elektroden geöffnet sind in dem Elektroerosionsapparat gemäß der ersten Ausführungsform.
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3 zeigt eine Zwischenelektrodenspannung und einen Zwischenelektrodenstrom, wenn elektrische Entladung auftritt in dem Elektroerosionsapparat gemäß der ersten Ausführungsform.
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4 zeigt einen Pfad von einem Strom fließend durch einen Elektroerosionsapparat auf der Schaltkreiskonfiguration in 1.
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5 ist ein Beispiel von einem Messergebnis anzeigend ein Verhältnis zwischen einem Strompuls-Zeitverhältnis und der Größe von einer elektrischen Entladungsspur.
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6 ist ein Konfigurationsbeispiel von einem Elektroerosionsapparat beinhaltend eine Elektrizitätsversorgungsvorrichtung für einen Elektroerosionsapparat gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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7 zeigt eine Zwischenelektrodenspannung und einen Zwischenelektrodenstrom, wenn Elektroden geöffnet sind in dem Elektroerosionsapparat gemäß der zweiten Ausführungsform.
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8 zeigt eine Zwischenelektrodenspannung und einen Zwischenelektrodenstrom, wenn elektrische Entladung auftritt in dem Elektroerosionsapparat gemäß der zweiten Ausführungsform
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9 zeigt einen Pfad von einem Verpolungsstrom fließend durch einen Elektroerosionsapparat auf einer Schaltkreiskonfiguration in 6.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Exemplarische Ausführungsformen von einer Elektrizitätsversorgungsvorrichtung für einen Elektroerosionsapparat und ein Elektroerosionsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung werden unten im Detail beschrieben mit Bezug zu den beiliegenden Figuren. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen beschränkt.
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Erste Ausführungsform.
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1 ist ein Konfigurationsbeispiel von einem Elektroerosionsapparat beinhaltend eine Elektrizitätsvorrichtung für einen Elektroerosionsapparat gemäß einer ersten Ausführungsform. Die Elektrizitätsversorgungsvorrichtung für einen Elektroerosionsapparat gemäß der ersten Ausführungsform ist eingerichtet durch Beinhalten einer DC-Elektrizitätsversorgung 1, Schaltelementen 4a und 4b, Dioden 7a bis 7c, eines Widerstands 9 und einer Kontrolleinheit 10.
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In 1 sind ein Werkstück und eine Bearbeitungselektrode 2 (eine Gusselektrode im Fall eines Klein-Loch-Elektroerosionsapparates und eines Gesenk-Elektroerosionsapparats (Engl.: die-sinking electric discharge machining apparatus), oder ein Draht im Falle eines Draht-Elektroerosionsapparats) verbunden mit der DC-Elektrizitätsversorgung 1 durch die Schaltelemente 4a und 4b (Feldeffekttransistoren (FETs) sind beispielhaft gezeigt), der Diode 7a, und einer Induktivität 6. Das Quellende von dem Schaltelement 4a ist verbunden mit der negativen Elektrode von der DC-Elektrizitätsversorgung 1. Das Drain-Ende von dem Schaltelement 4a ist mit dem Kathodenende von der Diode 7a verbunden. Das Quellenende von dem Schaltelement 4b ist mit dem Werkstück 3 verbunden, und das Drain-Ende von dem Schaltelement 4b ist verbunden mit der positiven Elektrode von der DC-Elektrizitätsversorgung 1. Die Induktivität 6 ist eine parasitäre Induktivitätskomponente, die auf einem Strompfad vorhanden ist und sie ist gezeigt durch eine gebrochene Linie in 1 als die Komponente, die zwischen einem Anodenende von der Diode 7a und der Bearbeitungselektrode 2 erzeugt wird. Die Diode 7a ist kein essenzieller Bestandteil und sie kann somit weggelassen werden.
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Die Dioden 7b und 7c sind Elemente, welche, einher mit der Diode 7a, die Richtung von einem Stromfluss in einer Richtung regulieren. Das Anodenende von der Diode 7b ist verbunden mit einem Verbindungsende zwischen dem Schaltelement 4a und der Diode 7a. Das Kathodenende von der Diode 7b ist verbunden mit der positiven Elektrode von der DC-Elektrizitätsversorgung 1. Das Kathodenende von der Diode 7c ist verbunden mit einem Verbindungsende zwischen dem Schaltelement 4b und dem Werkstück 3. Das Anodenende von der Diode 7c ist verbunden mit einem Verbindungsende zwischen der negativen Elektrode von der DC-Elektrizitätsversorgung 1 und dem Schaltelement 4a.
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Zwischen dem Werkstück 3 und der Bearbeitungselektrode 2, dort sind eine Streukapazitätskomponente und eine Leitungskapazitätskomponente, die durch die Form und die Größe des Werkstücks 3 und die Bearbeitungselektrode 2 festgelegt sind, oder durch den Abstand zwischen dem Werkstück 3 und der Bearbeitungselektrode 2 (ein Zwischenelektrodenabstand), oder ähnliches. Deshalb ist diese Streukomponente durch eine gebrochene Linie in 1 gezeigt als eine Streukapazität 8 verbunden zwischen einem Ende von dem Werkstück 3 und einem Ende von der Bearbeitungselektrode 2.
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Mittlerweile ist die Kontrolleinheit 10 eine Bestandseinheit, die eine An/Aus-Kontrolle auf den Schaltelementen 4a und 4b ausführt und sie ist eingerichtet durch Beinhalten eines pulserzeugenden Schaltkreises 11 und einer puls-erzeugungs-bedingungssetzenden Einheit 12. Die puls-erzeugungs-bedingungssetzende Einheit 12 setzt eine von außen angegebene Bearbeitungsbedingung, und verschiedenartige Bedingungen, die gesetzt werden basierend auf der Bearbeitungsbedingung (zum Beispiel die Bearbeitungszeit, der Bearbeitungsstrom, das Timing, bei welchem die Schaltelemente 4a und 4b angeschaltet werden, und das An/Aus-Zeit-Verhältnis von den Schaltelementen 4a und 4b (ein Verhältnis von der Aus-Zeit bezüglich der An-Zeit: Aus-Zeit/An-Zeit). Der Pulserzeugungsschaltkreis 11 erzeugt ein Kontrollsignal zum An/Aus-Schalten der Schaltelemente 4a und 4b basierend auf einem Signal von der puls-erzeugungs-bedingungssetzenden Einheit 12 zum Kontrollieren der Schaltelemente 4a und 4b
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Im Folgenden wird der Betrieb von der Elektrizitätsversorgungsvorrichtung für einen Elektroerosionsapparat gemäß der ersten Ausführungsform mit Bezug zu 1 bis 4 erläutert. 2 zeigt eine Zwischenelektrodenspannung und einen Zwischenelektrodenstrom, wenn Elektroden geöffnet sind, das bedeutet, wenn der Zwischenelektrodenstrom nicht fließt. 3 zeigt eine Zwischenelektrodenspannung und einen Zwischenelektrodenstrom, wenn elektrische Entladung auftritt, das bedeutet, wenn der Zwischenelektrodenstrom fließt. 4 zeigt den Pfad des Stroms fließend durch einen Elektroerosionsapparat mit der Schaltkreiskonfiguration in 1.
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Bei der Elektrizitätsversorgungsvorrichtung für einen Elektroerosionsapparat gemäß der ersten Ausführungsform, ist ein Zug von einer vorbestimmten Anzahl von Pulsen (im Folgenden bezeichnet als „Pulszug” und fünf Pulse sind beispielhaft in 2 gezeigt), welche für eine vorbestimmte Zeit T1 an sind und für eine vorbestimmte Zeit T2 aus sind, wie im oberen Teil von 2 gezeigt, ausgegeben von dem pulserzeugenden Schaltkreis 11 in der Kontrolleinheit 10. Die Schaltelemente 4a und 4b sind simultan an/aus kontrolliert durch den Pulszug, um eine DC-Spannung von der DC-Elektrizitätsversorgung 1 an den Bearbeitungsspalt zwischen dem Werkstück 3 und der Bearbeitungselektrode 2 anzuwenden.
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In diesem Fall, wenn der Zwischenelektrodenstrom nicht fließt (das bedeutet, wenn elektrische Entladung nicht auftritt), ist eine DC-Spannung von der DC-Elektrizitätsversorgung 1 angewandt auf die Streukapazität 8, um die Streukapazität 8 zu laden durch Setzen des Pulszugs auf „AN”. Zu dieser Zeit, wie in dem mittleren Teil von 2 gezeigt, wird eine Zwischenelektrodenspannung (die Ladungsspannung) für eine Periode während welcher der Pulszug „AN” ist gehalten, und ein Teil von der gespeicherten elektrischen Ladung wird gemäß einer Zeitkonstante entladen, im Wesentlichen festgelegt durch die Streukapazität 8 und den Widerstand 9, für eine Periode während welcher der Pulszug „AUS” ist. Das elektrische Laden und elektrische Entladen wie oben beschrieben werden wiederholt durch den Pulszug angewandt mit Unterbrechungen (Engl: intermittently). Nachdem der Pulszug angewandt wurde, wird die gespeicherte elektrische Ladung von der Streukapazität 8 entladen, und die Zwischenelektrodenspannung verringert sich in Richtung der Nullebene gemäß der Zeitkonstante.
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Andererseits, wenn ein Zwischenelektrodenstrom fließt (das heißt, wenn elektrische Entladung auftritt), wird die gespeicherte elektrische Ladung (gespeicherte Energie) von der Streukapazität 8 dem Bearbeitungsspalt bereitgestellt. Der Pfad von dem Zwischenelektrodenstrom (ein Strompfad) ist wie in 4 gezeigt. Genauer gesagt steigt der Zwischenelektrodenstrom an bei dem Timing, bei welchem der Pulszug auf „AN” gesetzt wird, und fließt entlang dem Strompfad gezeigt durch eine durchgezogene Linie ausgehend von der positiven Elektrode von der DC-Elektrizitätsversorgung 1 → das Schaltelement 4b → das Werkstück 3 → die Bearbeitungselektrode 2 → die Induktivität 6 → die Diode 7a → das Schaltelement 4a → die negative Elektrode von der DC-Elektrizitätsversorgung 1. Mittlerweile fällt der Zwischenelektrodenstrom ab bei dem Timing, bei welchem der Pulszug auf „AUS” gesetzt wird und fließt unter Verwendung von Energie, die in der Induktivität 6 gespeichert ist entlang eines Strompfads, der durch die Punkt-und-Strichlinie gezeigt ist ausgehend von der Induktivität 6 → die Diode 7a → die Diode 7b → die positive Elektrode von der DC-Elektrizitätsversorgung 1 → die negative Elektrode von der DC-Elektrizitätsversorgung 1 → die Diode 7c → das Werkstück 3 → die Bearbeitungselektrode 2 → die Induktivität 6.
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In dieser Weise fließt der Zwischenelektrodenstrom wie in dem unteren Teil von 3 gezeigt. Es sollte bemerkt werden, dass da die gespeicherte elektrische Ladung von der Streukapazität 8 dem Bearbeitungsspalt bereitgestellt wird zu der Zeit des Entladens, Variationen in der Zwischenelektrodenspannung klein sind, wie im mittleren Teil von 3 gezeigt.
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Im Folgenden wird der Betrieb von relevanten Teilen in der Elektrizitätsversorgungsvorrichtung für einen Elektroerosionsapparat gemäß der ersten Ausführungsform erläutert mit Bezug zu 3 und 4, und ähnlichem.
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Zum Beispiel ist eine Wellenform, die in dem unteren Teil von 3 gezeigt ist, eine Zwischenelektrodenstrom-(eine Entladungsstrom-)Wellenform, bei welcher die An-Zeit von den Schaltelementen 4a und 4b auf 2,5 μsec gesetzt ist, und die Aus-Zeit von den Schaltelementen 4a und 4b auf 1,5 μsec gesetzt ist, das bedeutet, das An/Aus-Zeitverhältnis ist gesetzt auf 1,5/2,5 = 0,6. Ein Abschnitt L1 mit positiver Steigung von der Zwischenelektrodenstrom-Wellenform ist eine Stromkomponente, die übergangsweise gemäß einer Zeitkonstante, die durch die Induktivitätskomponente von der Induktivität 6 festgelegt ist, ansteigt und durch eine Widerstandskomponente (wie ein Widerstand in dem Elektroerosionsapparat beinhaltend den Widerstand von dem Bearbeitungsspalt, Bearbeitungsfluid, einem Leitungswiderstand, und der An-Widerstandskomponente von den Schaltelementen 4a und 4b und der Diode 7a), welcher auf dem Strompfad vorhanden ist, wenn die Schaltelemente 4a und 4b auf „AN” gesetzt sind. Der Abschnitt L1 positiver Steigung steigt im Wesentlichen in einer geraden Linie an, wie in 3 gezeigt. Ein Bereich L2 negativer Steigung von der Zwischenelektrodenstrom-Wellenform ist eine Stromkomponente, die abfällt, gemäß einer Zeitkonstante festgelegt durch die Induktivitätskomponente von der Induktivität 6 und durch eine Widerstandskomponente (wie der Widerstand in dem Elektroerosionsapparat beinhaltend den Widerstand von dem Bearbeitungsspalt und Bearbeitungsfluid, ein Leitungswiderstand, die An-Widerstandskomponente von den Dioden 7a bis 7c und einem internen Widerstand von der DC-Elektrizitätsversorgung 1), der auf dem Strompfad vorhanden ist, wenn die Schaltelemente 4a und 4b auf „AUS” gesetzt sind. Der Abschnitt L2 negativer Steigung fällt im Wesentlichen in einer geraden Linie ab wie in 3 gezeigt.
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Es wird von den obigen Beschreibungen verstanden, dass, wenn eine Schaltkreiskonfiguration festgelegt wird, und dann Elemente ausgewählt werden, die Steigung von dem Abschnitt L1 positiver Steigung und die Zwischenelektrodenstrom-Wellenform, bei der Zeit, wenn die Schaltelemente 4a und 4b von Aus zu An geschaltet werden, festgelegt ist, und auch die Steigung von dem Abschnitt L2 negativer Steigung von der Zwischenelektrodenstrom-Wellenform, bei der Zeit, wenn die Schaltelemente 4a und 4b von an zu aus geschaltet werden, ist festgelegt.
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Das Folgende kann von dem Beispiel in 3 verstanden werden. Die An-Zeit von den Schaltelementen 4a und 4b ist gesetzt auf 2,5 μsec, und die Aus-Zeit von den Schaltelementen 4a und 4b ist gesetzt auf 1,5 μsec. Durch diese Einstellung ist die Zeitperiode während welcher der Zwischenelektrodenstrom nicht fließt (eine Nicht-Strom-Zeit) 0,3 μsec, und die Zeitperiode während welcher der Zwischenelektrodenstrom fortsetzt zu fließen (eine Strompulsbreite oder eine Strom-Fortsetzungs-Zeit) ist 3,7 μsec. Demgemäß wird das Verhältnis zwischen der Nicht-Strom-Zeit und der Strompulsbreite (oder der Strom-Fortsetzungs-Zeit) auf 0, 3/3,7 ≅ 0,08 gesetzt.
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5 ist ein Beispiel von einem Messergebnis anzeigend die Größe von der elektrischen Entladungsspur, wenn Bearbeitung nach dem Wechsel des An/Aus-Zeitverhältnisses von den Schaltelementen 4a und 4b durchgeführt wird. In 5 stellt die horizontale Achse das Verhältnis zwischen der Nicht-Strom-Zeit und der Strompulsbreite (im Folgenden „Strompuls-Zeitverhältnis”) dar, und die vertikale Achse stellt die Größe von dem elektrischen Entladungspfad verursacht durch die Bearbeitung dar. Die Größe von dem elektrischen Entladungspfad in einem Klein-Loch-Elektroerosionsapparat wird so reguliert, dass, zum Beispiel, ein Lochdurchmesser, welcher erhalten wird, wenn Bearbeitung durchgeführt wird mit dem Strompuls-Zeitverhältnis von 1 unter gegebenen Bedingungen, standardisiert ist als 1, und dann das Strompuls-Zeitverhältnis ausgedrückt wird als ein Prozentsatz.
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Zumindest die folgenden vier Punkte können aus 5 verstanden werden.
- (1) Wenn das Strompuls-Zeitverhältnis kleiner wird, wird die Größe der elektrischen Entladungsspur größer.
- (2) Die Größe von der elektrischen Entladungsspur hat flache Eigenschaften, wenn das Strompuls-Zeitverhältnis gleich oder größer ist als 0,2, und ist größer, wenn das Strompuls-Zeitverhältnis gleich oder kleiner ist als 0,2.
- (3) Die Größe von der elektrischen Entladungsspur, wenn das Strompuls-Zeitverhältnis gleich 0,1 ist, ist ungefähr zweimal so groß, wie die Größe von der elektrischen Entladungsspur, wenn das Strompuls-Zeitverhältnis gleich 1,0 ist.
- (4) Auch wenn es keine Messdaten gibt, wenn das Strompuls-Zeitverhältnis kleiner ist als 0,1, gibt es eine Tendenz für die Größe von der elektrischen Entladungsspur sich nicht weiter zu vergrößern, wenn das Strompuls-Zeitverhältnis um 0,1 herum ist.
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Das kleine Strompuls-Zeitverhältnis bedeutet eine hohe Konzentration von Stromenergie. Darum wird die Bearbeitungsgeschwindigkeit größer, wenn Bearbeitung durchgeführt wird unter Verwendung eines Strompulses mit einem kleineren Strompuls-Zeitverhältnis, als wenn Bearbeitung durchgeführt wird unter Verwendung eines Strompulses mit einem höheren Strompuls-Zeitverhältnis. Dementsprechend ist das Strompuls-Zeitverhältnis gleich 0,2 (= 1/5) oder ein Wert um 0,2 (= 1/5) herum wird gedacht der bevorzugte Setzwert zu sein, der die Bearbeitungsgeschwindigkeit erhöhen kann, indes die Bearbeitungsgenauigkeit erhaltend.
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Das Strompuls-Zeitverhältnis, welches gleich 0,1 (= 1/10) ist, ist ein Setzwert zum Durchführen von Bearbeitung mit mehr Gewicht auf der Bearbeitungsgeschwindigkeit als auf der Bearbeitungspräzision. Wie oben beschrieben, ist im Falle von diesem Setzwert die Größe von der elektrischen Entladungsspur ungefähr zweimal so groß wie die, wenn das Strompuls-Zeitverhältnis gleich 1,0 ist. Allerdings kann im Falle von dem Klein-Loch-Elektroerosionsapparat der Durchmesser von der Bearbeitungselektrode 2 reduziert werden zum Kompensieren einer Verringerung der Bearbeitungspräzision. Darum, wenn das Strompuls-Zeitverhältnis gleich oder kleiner als 0,1 (= 1/10) gesetzt wird, wird die Bearbeitungsgeschwindigkeit weiter erhöht, indes ein gegebenes Niveau von Bearbeitungspräzision beibehaltend oder ein größeres.
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Als Vergleich von den zwei oben beschriebenen Fällen, wenn das Strompuls-Zeitverhältnis gleich oder größer als 0,1 (= 1/10) gesetzt wird und ebenfalls gleich oder kleiner als 0,2 (= 1/5), kann ein Effekt erhalten werden, dass die Bearbeitungsgeschwindigkeit und die Bearbeitungspräzision beide verbessert werden.
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Durch Setzen des Strompuls-Zeitverhältnisses vorzugsweise auf gleich oder kleiner als 1/5, und mehr bevorzugt auf gleich oder kleiner als 1/10, ist es möglich Bearbeitung durchzuführen, bei welcher die Nicht-Strom-Zeit verkürzt ist. Deshalb, wenn der gesamte Pulszug betrachtet wird, erscheint es, dass die Bearbeitung durchgeführt wird durch Anwendung eines Pseudorechteckpulses, in welchem der gesamte Pulszug behandelt wird als ein Puls (ein 20-μsec rechteckiger Puls in einem Beispiel in 3), wie gezeigt durch eine Punkt-und-Strichlinie in 3. Demgemäß kann der Effekt des Vergrößerns der Energiedichte für jede Elektroerosionsbearbeitung erhalten werden.
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Die Elektrizitätsversorgungsvorrichtung für einen Elektroerosionsapparat gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist eingerichtet nicht zu beinhalten einen Widerstand zwischen der DC-Elektrizitätsversorgung 1 und der Bearbeitungselektrode 2, und ist eingerichtet den Zwischenelektrodenstrom zu begrenzen, der durch den Bearbeitungsspalt fließt durch Verwendung der Induktivität 6, welche vorhanden ist in einem Serienschaltkreis beinhaltend die DC-Elektrizitätsversorgung 1 und die Schaltelemente 4a und 4b. Darum kann der Effekt des Reduzierens der Hitzeerzeugungsmenge im Vergleich mit dem Fall des Fließens eines Stroms mit rechteckiger Wellenform mit dem gleichen Spitzenwert erhalten werden.
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Während 3 exemplarisch den Fall zeigt, bei welchem die Größe von dem Spitzenstrom 100 Ampere ist, ist diese Größe nicht darauf beschränkt, und sie kann zum Beispiel innerhalb eines Bereichs von 15 bis 150 Ampere gesetzt werden. Wenn der Spitzenstrom höher ist, ist es möglich Bearbeitung durchzuführen an Materialien die schwierig zum Schneiden sind, so wie ultraharte Legierungen. Wenn der Spitzenstrom niedriger ist, kann die Bearbeitungspräzision höher sein.
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Während 3 exemplarisch einen Fall zeigt, bei welchem die Strompulsbreite 3,7 μsec ist, ist diese Pulsbreite nicht darauf beschränkt und sie kann beispielsweise innerhalb eines Bereichs von 0,3 bis 10,0 μsec gesetzt werden. Wenn die Strompulsbreite größer ist, kann der Spitzenstrom höher sein. Darum ist es möglich Bearbeitung durchzuführen an Materialien die schwer zu schneiden sind, wie zum Beispiel ultraharte Legierungen. Wenn die Strompulsbreite kleiner ist, kann der Spitzenstrom kleiner sein und darum können die Bearbeitungspräzision und die Oberflächenrauigkeit verbessert werden.
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Es ist möglich die Strompulsbreite und die Größe des Spitzenstroms unabhängig zu setzen. Beispielsweise kann, wenn der Spitzenstrom 15 Ampere ist, die Strompulsbreite auf 0,3 μsec oder 10,0 μsec gesetzt werden. In einem anderen Beispiel, wenn der Spitzenstrom 150 Ampere ist, kann die Strompulsbreite auf 0,3 μsec oder auf 10,0 μsec gesetzt werden. Der Grund warum die Strompulsbreite und die Größe des Spitzenstroms unabhängig verändert werden können obwohl die Induktivität fixiert ist, ist weil die DC-Elektrizitätsversorgung 1 eine spannungsvariable Elektrizitätsversorgung ist, wie in 1 gezeigt. Das bedeutet, dass durch Veränderung der Spannung von der DC-Elektrizitätsversorgung 1 es möglich ist, die Strompulsdauer und den Spitzenstrom unabhängig zu verändern zu solchen geeignet für die Bearbeitungsgeschwindigkeit und die Bearbeitungspräzision.
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Wie oben erläutert, wird bei der Elektrizitätsversorgungsvorrichtung für einen Elektroerosionsapparat gemäß der ersten Ausführungsform und bei einem Elektroerosionsverfahren, eine Induktivitätskomponente, welche auf einem Serienschaltkreis beinhaltend eine DC-Elektrizitätsversorgung und ein Schaltelement, verwendet zum Erzeugen eines Strompulses, der eine dreieckige Wellenform hat, und ebenfalls ist das Schaltelement kontrolliert, so dass ein Strompuls-Zeitverhältnis, welches ein Verhältnis zwischen einer Nicht-Strom-Zeit und einer Strom-Fortsetzungs-Zeit ist in dem Strompuls gleich oder kleiner als 1/5 ist und auch gleich oder als 1/10. Darum ist es möglich die Bearbeitungsgeschwindigkeit und die Bearbeitungspräzision beide zu verbessern, indes eine Erhöhung in einer Hitzeerzeugungsmenge unterdrückend.
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Das obige Strompuls-Zeitverhältnis kann auf 1/5 oder auf einem Wert um 1/5 herum gesetzt werden. Darum ist es möglich die Bearbeitungsgeschwindigkeit zu erhöhen, indes die Bearbeitungspräzision erhaltend.
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Das obige Strompuls-Zeitverhältnis kann ebenfalls auf 1/10 oder niedriger gesetzt werden. Darum ist es möglich die Bearbeitungsgeschwindigkeit weiterhin zu erhöhen, indes ein gegebenes Niveau von Bearbeitungspräzision oder ein höheres zu erhalten.
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Zweite Ausführungsform
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6 ist ein Konfigurationsbeispiel von einem Elektroerosionsapparat beinhaltend eine Elektrizitätsversorgungsvorrichtung für einen Elektroerosionsapparat gemäß einer zweiten Ausführungsform. Die Elektrizitätsversorgungsvorrichtung für einen Elektroerosionsapparat gemäß der ersten Ausführungsform gezeigt in 1 kann nur Strompulse normaler Polarität erzeugen. Im Gegensatz dazu ist die Elektrizitätsversorgungsvorrichtung für den Elektroerosionsapparat gezeigt in 6 in der Lage einen bipolaren (normale Polarität und entgegengesetzte Polarität) Strompuls zu erzeugen, und wird bereitgestellt zusätzlich mit einer DC-Elektrizitätsversorgung 1b, einem Schaltelement 4c, einer Diode 7d und einem Widerstand 5.
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In 6 sind die DC-Elektrizitätsversorgung 1b, das Schaltelement 4c, die Diode 7d und der Widerstand 5 in Serie verbunden. Ein Ende von dem Widerstand 5 ist verbunden mit einem Verbindungsende zwischen der Induktivität 6 und der Diode 7a und das andere Ende von dem Widerstand 5 ist verbunden mit dem Kathodenende von der Diode 7d. Ein Quellenende von dem Schaltelement 4c ist verbunden mit dem Anodenende von der Diode 7d, und das Drain-Ende von dem Schaltelement 4c ist verbunden mit der positiven Elektrode von der DC-Elektrizitätsversorgung 1b. Die negative Elektrode von der DC-Elektrizitätsversorgung 1b ist verbunden mit einem Verbindungsende zwischen dem Schaltelement 4b und dem Werkstück 3. Andere Konfigurationen von der zweiten Ausführungsform sind identisch oder äquivalent mit denen von der ersten Ausführungsform, und somit, mit der Ausnahme, dass die DC-Elektrizitätsversorgung 1, die in 1 gezeigt ist, in 6 als „DC-Elektrizitätsversorgung 1a” gezeigt ist, Bestandteile die beiden Ausführungsformen gemein sind, mit demselben oder einem ähnlichen Referenzzeichen bezeichnet sind und redundante Erläuterungen davon werden vermieden.
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Im Folgenden wird der Betrieb von der Elektrizitätsversorgungvorrichtung für einen Elektroerosionsapparat gemäß der zweiten Ausführungsform erläutert mit Bezug zu 7 bis 9. 7 zeigt eine Zwischenelektrodenspannung und einen Zwischenelektrodenstrom, wenn Elektroden geöffnet sind, das heißt, wenn der Zwischenelektrodenstrom nicht fließt. 8 zeigt eine Zwischenelektrodenspannung und einen Zwischenelektrodenstrom, wenn elektrische Entladung auftritt, das heißt, wenn der Zwischenelektrodenstrom fließt. 9 zeigt den Pfad des Stroms entgegengesetzter Polarität fließend durch den Elektroerosionsapparat in der Schaltkreiskonfiguration in 6. Der Betrieb, wenn ein Pulsstrom normaler Polarität fließt ist identisch oder äquivalent zu dem in der ersten Ausführungsform. Darum ist hier nur der Betrieb erklärt, wenn ein Pulsstrom normaler Polarität fließt.
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In 7 und 8 ist eine Ausgabe 18a eines Pulserzeugungsschaltkreises ein Pulszug normaler Polarität (eine Mehrzahl von Pulsen). Im Gegensatz dazu ist die Ausgabe 18b eines Pulserzeugungsschaltkreises ein Pulszug entgegengesetzter Polarität (eine Pulsgruppe). Der Grund für die Verwendung bipolarer Pulsgruppen ist zum Verhindern elektrolytischer Korrosion. Wenn ein ölbasiertes Bearbeitungsfluid verwendet wird als Bearbeitungsfluid, hat elektrolytische Wirkung fast keinen Effekt. Allerdings, wenn reines Wasser als Bearbeitungsfluid verwendet wird oder wenn eine Mischung einer polymerischen Verbindung und einem wasserbasierten Bearbeitungsfluid verwendet wird, kann elektrolytische Korrosion an der Bearbeitungsmaterialseite auftreten und es kann die bearbeitete Oberfläche beschädigen. Wie in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben, kann die Verwendung von bipolaren (AC) Pulsgruppen zum Durchführen der Bearbeitung die oben beschriebene elektrolytische Korrosion verhindern.
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Ein Strompfad ist wie in 9 gezeigt, wenn ein Pulsstrom entgegengesetzter Polarität fließt. Ein Zwischenelektrodenstrom fließt entlang eines Strompfads gezeigt durch die durchgezogene Linie ausgehend von der positiven Elektrode von der DC-Elektrizitätsversorgung 1b → das Schaltelement 4c → die Diode 7d → der Widerstand 5 → die Induktivität 6 → die Bearbeitungselektrode 2 → das Werkstück 3 → die negative Elektrode von der DC-Elektrizitätsversorgung 1. Während es keinen Widerstand auf dem Strompfad durch welche der Strom normaler Polarität fließt gibt, gibt es den Widerstand 5 auf dem Strompfad durch den der Strom entgegengesetzter Polarität fließt. Der Widerstand 5 agiert als strombegrenzender Widerstand, welcher elektrische Entladung auf der Seite entgegengesetzter Polarität verhindert, welche zur Erschöpfung der Bearbeitungselektrode führt. Der Strom auf der Seite entgegengesetzter Polarität ist unterdrückt durch die Funktion des Widerstands 5 und er wird kleiner als der Strom auf der Seite normaler Polarität, wie gezeigt durch eine Wellenform in dem unteren Teil von 8.
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Dritte Ausführungsform.
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In der dritten Ausführungsform werden ein Schaltelement und eine Diode, die beinhaltet sind in einer Elektrizitätsversorgungsvorrichtung für einen Elektroerosionsapparat beschrieben. Ein typisches Schaltelement, das in der Elektrizitätsversorgungsvorrichtung für einen Elektroerosionsapparat verwendet wird, ist ein Halbleiterschaltelement aus einem Silizium-(Si)Material (wie ein Metalloxidhalbleiterfeldeffekttransistor (MOSFET) und einem bipolaren Transistor mit isoliertem Gate (Engl.: „insulated-gate bipolar transistor”, IGBT), und wird im Folgenden abgekürzt als „Si-SW”). Eine typische Diode, die in einer Elektrizitätsversorgungsvorrichtung für einen Elektroerosionsapparat verwendet wird ist eine Halbleiterdiode aus einem Si-Material (wie eine PN Übergangsdiode oder eine Shot Key Barrier Diode, und ist im Folgenden abgekürzt als „Si-D”). Die Technik, die in der ersten Ausführungsform erläutert wurde kann diese typischen Si-SW und Si-D verwenden.
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Allerdings sind die Techniken, die in den ersten und zweiten Ausführungsformen beschrieben sind nicht beschränkt zur Verwendung dieser Si-SW und Si-D. Es ist sicherlich möglich ein Halbleiterschaltelement aus einem Siliziumkarbid-(SiC)-Material zu verwenden, welches in den vergangenen Jahren an Aufmerksamkeit gewonnen hat, anstelle von dem Si-Material und eine Halbleiterdiode aus einem SiC-Material entsprechend als das obige Schaltelement und Diode von der Elektrizitätsversorgungsvorrichtung für einen Elektroerosionsapparat zu verwenden.
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SiC hat solche Eigenschaften, dass es bei hohen Temperaturen verwendet werden kann. Darum, wenn jeweils ein Schaltelement und eine Diode aus einem SiC-Material verwendet werden als Schaltelement und eine Diode, die beinhaltet sind in der Elektrizitätsversorgungsvorrichtung für einen Elektroerosionsapparat, kann die zulässige Betriebstemperatur von dem Schaltelement und der Diode erhöht werden. Entsprechend ist es möglich in zuverlässiger Weise Probleme mit der Hitzeerzeugungsmenge zu vermeiden. Folglich kann ein oberer Begrenzungswert von einem Spitzenstrom erhöht werden durch die Verwendung eines SiC-Elements und es ist möglich erweiterte Bearbeitungsmöglichkeiten zu erreichen.
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Weiterhin hat SiC Eigenschaften, so dass es bei hoher Geschwindigkeit arbeiten kann. Darum, wenn ein Schaltelement und eine Diode aus einem SiC-Material jeweils als Schaltelement und eine Diode verwendet werden, die beinhaltet sind in einer Elektrizitätsversorgungsvorrichtung für einen Elektroerosionsapparat, kann die Betriebsgeschwindigkeit von dem Schaltelement und der Diode erhöht werden. Somit kann die Strompulsbreite weiter reduziert werden durch Verwendung des SiC-Elements, und es ist möglich Verbesserungen in Bearbeitungspräzision und Oberflächenrauigkeit zu erhalten.
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SiC ist ein Beispiel von einem Halbleiter, der als „Halbleiter breiter Bandlücke” (Engl.: „wide bandgap semiconductor”) bezeichnet wird aufgrund seiner bereiteren Bandlückeneigenschaften als Si (im Gegensatz dazu wird Si als „Halbleiter kleiner Bandlücke” bezeichnet (Engl.: „narrow bandgap semiconductor”)). Zusätzlich zu SiC, gehört ebenfalls ein Halbleiter gebildet aus einem Galliumnitrid basierten Material oder Diamant zu den Halbleitern breiter Bandlücke. Ihre Eigenschaften sind gleichartig zu denen von SiC in vielerlei Hinsicht. Darum sind Konfigurationen verwendend Halbleiter breiter Bandlücke hergestellt aus Materialien außer Siliziumkarbid ebenfalls umfasst vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung.
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Weiterhin haben ein Schaltelement und eine Diode die aus einem Halbleiter breiter Bandlücke gebildet sind, wie oben beschrieben, einen hohen Spannungswiderstand und eine hohe zulässige Stromdichte. Darum ist es möglich das Schaltelement und die Diode zu verkleinern. Demgemäß ist es möglich durch Verwendung dieses verkleinerten Schaltelements und dieser Diode ein Halbleitermodul zu verkleinern, das diese Elemente darin eingebunden hat.
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Weiterhin hat das Schaltelement gebildet aus dem Halbleiter breiter Bandlücke einen hohen Hitzewiderstand. Darum ist es in dem Fall eines Schaltelements, das einen Kühlmechanismus wie einen Kühlkörper benötigt möglich den Kühlmechanismus zu verkleinern und demgemäß ist es möglich weiterhin das Schaltelementmodul zu verkleinern.
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Die Konfigurationen, die in den ersten bis dritten Ausführungsformen beschrieben wurden sind nur Beispiele von den Konfigurationen der vorliegenden Erfindung. Die Konfigurationen können mit anderen wohlbekannten Techniken kombiniert werden und es ist nicht nötig zu erwähnen, dass die vorliegende Erfindung konfiguriert werden kann während sie verändert wird ohne von dem Schutzbereich der Erfindung entfernt zu werden, wie zum Beispiel Teile der Konfiguration wegzulassen.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Wie oben beschrieben, ist die vorliegende Erfindung nützlich als eine Elektrizitätsversorgungsvorrichtung für einen Elektroerosionsapparat, der die Bearbeitungsgeschwindigkeit erhöhen kann und eine Erhöhung in einer Hitzeerzeugungsmenge unterdrückt im Vergleich zu konventionellen Vorrichtungen.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1a, 1b
- DC-Elektrizitätsversorgung
- 2
- Bearbeitungselektrode
- 3
- Werkstück
- 4a, 4b, 4c
- Schaltelement
- 5, 9
- Widerstand
- 6
- Induktivität
- 7a, 7b, 7c, 7d
- Diode
- 8
- Streukapazität
- 10
- Kontrolleinheit
- 11
- Pulserzeugungsschaltkreis
- 12
- Puls-Erzeugungs-Bedingungssetzungseinheit
- 18a
- Ausgabe des Puls-Erzeugungsschaltkreises
- 18b
- Ausgabe des Puls-Erzeugungsschaltkreises
