DE1130542B

DE1130542B - Schaltanordnung fuer die elektrolytische Erosion mit automatischer Lichtbogen- und Funkenunterdrueckung

Info

Publication number: DE1130542B
Application number: DEA36214A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Werner Ullmann; Dipl-Ing Fritz Grauert
Original assignee: Agie Charmilles SA
Current assignee: Agie Charmilles SA
Priority date: 1959-12-09
Filing date: 1960-12-05
Publication date: 1962-05-30
Also published as: GB939679A; FR1280813A; US3129357A; CH382324A; NL124255C; NL258860A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

A 36214 Vind/21h

ANMELDETAG: 5. DEZEMBER 1960

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 30. MAI 1962

Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung für die elektrolytische Erosion, bei welcher der Erosionsspalt über eine Gleichrichteranordnung derart unter Fortlassung von Glättungselementen mit einer —auch einphasigen — Wechselspannungsquelle verbunden ist, daß die Spannung am Ende jeder Halbwelle entsprechend absinkt und bei welcher Lichtbogen- und Funkenentladungen automatisch durch Beeinflussung des Spannungsverlaufes unterdrückt werden.

Die Hauptaufgabe bei der Auslegung einer Schaltanordnung zur elektrolytischen Bearbeitung besteht darin, die Lichtbogen- oder Funkenbildung, die je nach Bearbeitungsproblem oberhalb einer bestimmten kritischen Spannung auftreten kann, zu vermeiden, da sonst infolge der bekannten charakteristischen Kra- *5 terbildung die Oberflächengüte wesentlich verschlechtert würde.

Bei den meisten bisher gebräuchlichen Generatoren wird zur Gewinnung einer Speisespannung eine Wechselspannung gleichgerichtet, wobei Maßnahmen getroffen werden, die bewirken, daß eine weitgehend geglättete Gleichspannung zu dem Arbeitsspalt gelangt. So werden z. B. zur Glättung Kondensatoren verwendet, oder es wird eine Dreiphasenwechselspannung gleichgerichtet, so daß am Spalt nur noch geringe Spannungsschwankungen auftreten. Hierdurch wird jedoch das Aufrechterhalten gebildeter Lichtbögen begünstigt.

Es ist nun ein Hauptzweck der vorliegenden Erfindung, einen Generator für elektrolytische Erosionsprozesse zu schaffen, bei welchem das Entstehen von Lichtbögen weitgehend verhindert ist und bei welchem die zu dem Spalt gelangende Spannung derart beeinflußt wird, daß allenfalls auftretende Lichtbögen und Funkenentladungen schnellstens erlöschen.

Es ist bereits bekannt, Lichtbögen zu unterbinden, indem die am Funkenspalt liegende Spannung periodisch unter die Lichtbogenlöschspannung abgesenkt wird. Auch ist bereits eine Schaltanordnung bekanntgeworden, bei welcher ein Hochfrequenzdetektor in den Arbeitskreis eingeschlossen ist, der anspricht, sobald irgendwelche hochfrequenten Stromänderungen auftreten. Bekanntlich verursachen Funken- und Lichtbogenentladungen bei den bekanntgewordenen spezifischen Anordnungen schnelle Stromänderungen mit Hochfrequenzcharakteristik, so daß auf diese Weise ein Signal gewonnen werden kann, welches anzeigt, daß in dem Spalt eine unerwünschte Funkenoder Lichtbogenentladung aufgetreten ist. Sobald eine Funken- oder Lichtbogenentladung auf diesem Wege festgestellt wird, wird die Gleichstromspeisespannung herabgesetzt, bis keine Funken oder Lichtbogen mehr Schaltanordnung

für die elektrolytische Erosion

mit automatischer Lichtbogen-

und Funkenunterdrückung

Anmelder:

AGIE A. G. für industrielle Elektronik,
Losone-Locarno (Schweiz)

Vertreter: Dr.-Ing. E. Hoffmann

und Dipl.-Ing. W. Eitle, Patentanwälte,

München 22, Widenmayerstr. 34

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 9. Dezember 1959 (Nr. 81 625)

Dipl.-Ing. Werner Ulimann

und Dipl.-Ing. Fritz Grauert, Locarno (Schweiz),

sind als Erfinder genannt worden

in dem Spalt vorhanden sind. Hierzu wird mit dem gewonnenen Signal die Speisespannung über Transduktoren, Thyratron- oder Piasmatronröhren gesteuert. Die Speisung erfolgt also mit einer Schaltanordnung, die mindestens einen Netztransformator, eine Steuervorrichtung und einen Arbeitstransformator aufweist. Es ist zu ersehen, daß die bekannte Schaltung einerseits zufolge der komplizierten Mittel zur Gewinnung des Signals und andererseits zufolge der Steuervorrichtung sehr aufwendig und somit auch störanfällig ist.

Die Erfindung besteht darin, daß die Gleichrichteranordnung wenigstens einen an sich bekannten steuerbaren Gleichrichter, vorzugsweise einen steuerbaren Halbleiter mit Thyratroncharakteristik, enthält, und daß dessen Zündzeitpunkt einerseits durch einen veränderbaren Emitterwiderstand im Zündschaltkreis einstellbar und andererseits automatisch hinausschiebbar ist durch ein in an sich bekannter Weise parallel zum Erosionsspalt liegendes Integrationsglied zur Ermittlung des zeitlichen Spannungsintegrals im Erosionsspalt, das aus der Parallelschaltung eines Kondensators und eines die Ansprechempfindlichkeit bestimmenden einstellbaren Widerstandes in Potentiometerschaltung besteht,

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Der Erfindung liegt somit unter anderem die Tatsache zugrunde, daß sich das Integral eines Impulses verringert, wenn eine unerwünschte Funken- oder Lichtbogenentladung in dem Spalt auftritt. Diese Änderung des Integrals ist relativ leicht feststellbar und wird zur Steuerung der Speisespannung verwendet.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der den regulären Zündwinkel des steuerbaren Gleichrichters bestimmende Zündstromkreis als an sich bekannter Oszillatorkreis ausgebildet ist, der durch einen an sich bekannten Doppelbasistransistor von dem Integrationsglied her kurzschließbar ist.

Die Erfindung soll anschließend an Hand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert werden, wobei

Fig. 1 das Schaltschema eines Spannungsgenerators gemäß der Erfindung und

Fig. 2 den Verlauf eines Impulses sowohl bei einem rein elektrolytischen Prozeß als auch beim Auftreten von unerwünschten Entladungen zeigt.

Wie aus Fig. 1 ersehen werden kann, wird die für die Erosion erforderliehe elektrische Energie einem Einphasennetztransformator 1 entnommen, dessen

des ist ein Kondensator 10 eingeschaltet. Die aus dem Widerstand 9 und dem Kondensator 10 bestehende Schaltanordnung arbeitet als Integratorschaltung, d. h. die in dem Kondensator 10 gespeicherte Gesamtladung ist jeweils proportional zu dem Zeitintegral der Spannung am Erosionsspalt.

Zur Erläuterung der in dem Erosionsspalt herrschenden Spannungsverhältnisse sei auf Fig. 2 verwiesen, die schematisch den Spannungsverlauf in Abhängigkeit von der Zeit zeigt. Die Kurve 11 entspricht dabei dem Spannungsverlauf bei normaler Arbeitsweise, d. h. wenn keine unerwünschten Funken- oder Lichtbogenentladungen auftreten und wenn der Zündwinkel der gesteuerten Gleichrichter4,5 0° beträgt.

Die Kurve 11 zeigt dabei eine Halbwelle der von der Sekundärseite des Transformators abgegebenen Wechselspannung. Tritt hingegen während einer Halbwelle, beispielsweise zum Zeitpunkt t_u eine Funken- oder Lichtbogenentladung auf, verändert sich der weitere

zo Spannungsverlauf dieser Halb welle'gemäß der Kurve 11'. Der veränderte Spannungsverlauf ist auf das Absinken der Spannung am Spalt bei Bogen- oder Funkenentladungen zurückzuführen, da diese Entladungen die Spannungsquelle, die durch die Punkte 6, 7 geAbwesenheit derartiger Entladungen. Entsprechend ist auch die Spannung über dem Kondensator 10 bei solchen Entladungen geringer. Diese Tatsache wird

Primärseite verschiedene Anzapfungen zur Grobregulierung der an der Sekundärseite abgegebenen Span- 25 geben ist, stärker belasten als die normale Entladung, nung aufweist. An der Sekundärseite ist eine Doppel- Es ist ohne weiteres zu erkennen, daß die von der weggleichrichterbrückenschaltung angeschlossen, die Kurve 1Γ umschlossene Fläche kleiner ist als die von die aus den Einzelgleichrichtern 2, 3, 4 und 5 besteht. der Kurve 11 umschlossene Fläche. Da diese Flächen An den Verbindungspunkten 6 und 7 wird die pulsie- dem Integral des Spannungsverlaufes entsprechen, ist rende Gleichspannung entnommen, die direkt auf den 30 zu ersehen, daß das Integral bei Auftreten einer Fun-Erosionsspalt übertragen wird. Die Gleichrichter 4 und ken- oder Lichtbogenentladung kleiner ist als bei der 5 sind sogenannte gesteuerte Gleichrichter, die vorzugsweise eine pnpn-Grenzschicht aufweisen. Gesteuerte Gleichrichter dieser Art sind im Handel erhältlich. Sie besitzen eine Thyratroncharakteristik, 35 zur Steuerung der Speisespannung verwendet,
d. h. bleiben auf eine einmalige Zündung hin so lange Zur Zündung der steuerbaren Gleichrichter ist ein leitend, bis das Anodenpotential mindestens für eine Zündschaltkreis mit einem Doppelbasistransistor 15 kurze Zeit unter einen kritischen Wert gesenkt wird. vorgesehen. Die aus den beiden Basiswiderständen 24 Nach dieser Unterbrechung kann die Hauptstrecke und 21 sowie der Kapazität 23, dem einstellbaren durch Zünden, d. h. Übertragen eines Impulses auf die 40 Emitterwiderstand 22 und dem Transistor 15 be-Zündelektrode erneut leitend gemacht werden. Durch stehende Schaltungsanordnung stellt einen einfachen, Wahl des Zündzeitpunktes (Anschnitt-Steuerung) bekannten Impulsoszillator dar. Die Funktionsweise kann die dem Spalt E-W übermittelte Gesamtenergie des Kreises ergibt sich aus dem bistabilen Verhalten eingestellt werden. Bei einem Phasenwinkel von 0 ° des Doppelbasistransistors 15. Sofern die Emitterspanzwischen dem Nulldurchgang der Wechselspannung 45 nung dieses Transistors kleiner als eine kritische Emit- und dem Zündzeitpunkt wird die Maximalenergie terspitzenspannung ist, sperrt der Transistor 15, d. h. übertragen; bei zunehmendem Phasenwinkel nimmt daß der Widerstand zwischen den Basiselektroden 27, die übermittelte Energie ab und beträgt bei einem 28 hoch ist. Steigt die Emitterspannung auf die Emit-Phasenwinkel von 180 ° Null. terspitzenspannung oder darüber an, so wird der Es ist zu ersehen, daß an der Ausgangsseite des 50 Transistor zwischen den Basiselektroden 27, 28 lei-

Gleichrichters keine Glättungskondensatoren vorgesehen sind, so daß die Spannung am Ende jeder Halbwelle nahezu auf Null absinkt. Hierdurch wird ein überwiegender Teil aller etwa auftretenden Lichtbogenentladungen zum Erlöschen gebracht.

Es besteht jedoch die Möglichkeit, daß bei dem erneuten Spannungsanstieg noch so viele Ladungsträger im Spalt vorhanden sind, daß ein Lichtbogen erneut zündet. Für diesen Fall können Maßnahmen getroffen

tend. Weiterhin kann sich nun der zuvor über den Widerstand 22 aufgeladene Kondensator 23 über die Basis 27 und den Widerstand 24 entladen. Nach Ausgabe des Impulses und nach dem Entladen des Kondensators 23 lädt sich dieser über den Widerstand 22 erneut auf, bis die Emitterspitzenspannung wieder erreicht ist, bei der die Basisstrecke 27, 28 wieder leitend wird. Die Impulsabgabefrequenz ist somit eine Funktion der Zeitkonstanten des ÄC-Gliedes, das aus

werden, welche bewirken, daß die Spannung erst nach 60 dem Widerstand 22 und dem Kondensator 23 besteht.

einer bestimmten zusätzlichen Zeitverzögerung wieder einsetzt. Diese Verzögerung wird automatisch durch Verstellen des Zündwinkels der gesteuerten Gleichrichter^, 5 bewirkt. Um dies zu erreichen, liegen

Der an dem Widerstand 24 erscheinende Zündimpuls wird über die Widerstände 26 und 25 den Steuerelektroden der steuerbaren Gleichrichter 4 und 5 zugeführt und bewirkt deren Zündung zu einem beliebi-

parallel zu dem Erosionsspalt in Serie zwei Wider- 65 gen steuerbaren Zeitpunkt einer Halbwelle,
stände 8 und 9, wobei der Widerstand 9 einen einstell- Zur Speisung des Oszillatorkreises sind zwei Gleichbaren Abgriff aufweist. Zwischen dem Abgriff an dem richter 16, 17 vorgesehen, die einerseits miteinander Widerstand 9 und einem Endpunkt dieses Widerstan- verbunden sind und deren freie Enden an die End-

punkte der Sekundärwicklung des Transformators 1 angeschlossen sind. Der Verbindungspunkt der Gleichrichter ist über einen Widerstand 18 mit der Speiseleitung 20 des Oszillatorkreises verbunden. Zwischen dem Punkt 7 und der Speiseleitung 20 liegt zur Spannungsbegrenzung der Leitung 20 gegenüber dem Bezugspotential am Punkt 7 eine Zenerdiode 19. Wenn der Effektivwert der Wechselspannung der Sekundärseite des Transformators beispielsweise 100 Volt betiägt, begrenzt die Zenerdiode 19 die Spannung zwisehen dem Punkt 7 und der Leitung 20 auf etwa 20 Volt. Wenn die Spannung an der Leitung 20 ansteigt, steigt auch die Spannung in Durchlaßrichtung an einem der gleichsinnig wie die Gleichrichter 16,17 geschalteten, gesteuerten Gleichrichter 4, 5. Bei Anstieg der Spannung auf der Leitung 20 gegenüber dem Punkt 7 beginnt sich der Kondensator 23 aufzuladen, und zwar in Abhängigkeit von dem eingestellten Wert des Widerstandes 22. Mit dem Widerstand 22 kann somit der Zündzeitpunkt für die Gleichrichter 4, 5 relativ zum Nulldurchgang der Wechselspannung des Transformators 1 eingestellt werden.

Der Zündwinkel der gesteuerten Gleichrichter 4 und 5 wird weiterhin durch den parallel zu dem Kondensator 23 liegenden Transistor 13 beeinflußt.

Bei normalem Arbeitsablauf liegt zwischen Emitter und Basis des Transistors 13 eine Spannung, die den Transistor 13 auf einer geringen Leitfähigkeit hält, so daß der normale Zündvorgang nur von dem eingestellten Wert des Widerstandes 22 abhängig ist. Tritt eine Lichtbogen- oder Funkenerosion auf, so verkleinert sich die Spannung am Kondensator 10.=Als Folge hiervon überwiegt der Einfluß des negativen Potentials der den Kondensator 10 mit dem Emitter des Transistors 13 verbindenden Bezugsspannungsquelle 12, so daß die Emitter-Kollektor-Strecke des NPN-Transistors 13 leitend wird. Dadurch wird der Ladekondensator 23 überbrückt, so daß kein Zündimpuls erzeugt werden kann. Dieser Shuntvorgang mittels des Transistors 13 gibt also die Möglichkeit, den Zündwinkel automatisch so zu verstellen, daß im Falle von Lichtbogen- oder Funkenerosion die Spannung am Erosionsspalt unter den kritischen Wert abgesenkt wird.

Die Schaltung gemäß der Erfindung zeichnet sich somit dadurch aus, das Lichtbogen jeweils am Ende einer Halbwelle der speisenden Wechselspannung erlöschen, da die Speisespannung am Spalt zu diesem Zeitpunkt praktisch auf Null absinkt. Für Anwendungsfälle, bei denen zufolge einer verbleibenden Ionisation im Spalt ein erneutes Zünden des Lichtbogens beim erneuten Spannungsanstieg zu befürchten ist, ist gemäß der Erfindung eine Integratorschaltung vorgesehen, welche den erneuten Spannungsanstieg am Spalt verzögert, wenn in der vorangegangenen Halbwelle ein Lichtbogen aufgetreten ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Schaltanordnung für die elektrolytische Erosion, bei welcher der Erosionsspalt über eine Gleichrichteranordnung derart unter Fortlassung von Glättungselementen mit einer — auch einphasigen — Wechselspannungsquelle verbunden ist, daß die Spannung am Ende jeder Halbwelle entsprechend absinkt, und bei welcher Lichtbogen- und Funkenentladungen automatisch durch Beeinflussung des Spannungsverlaufes unterdrückt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichteranordnung (2, 3, 4, 5) wenigstens einen an sich bekannten steuerbaren Gleichrichter, vorzugsweise einen steuerbaren Halbleiter mit Thyratroncharakteristik (4, 5), enthält, und daß dessen Zündzeitpunkt einerseits durch einen veränderbaren Emitterwiderstand (22) im Zündschaltkreis einstellbar und andererseits automatisch hinausschiebbar ist durch ein in an sich bekannter Weise parallel zum Erosionsspalt (E-W) liegendes Integrationsglied (9,10) zur Ermittlung des zeitlichen Spannungsintegrals im Erosionsspalt, das aus der Parallelschaltung eines Kondensators (10) und eines die Ansprechempfindlichkeit bestimmenden einstellbaren Widerstandes (9) in Potentiometerschaltung besteht.

2. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der den regulären Zündwinkel des steuerbaren Gleichrichters (4, 5) bestimmende Zündstromkreis (18 bis 23) als an sich bekannter Oszillatorkreis (22, 23) ausgebildet ist, der durch einen an sich bekannten Doppelbasistransistor (15) von dem Integrationsglied (9, 10, 12,13,14) her kurzschließbar ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Auslegeschriften Nr. 1055 152, 614, 1 009 739;

britische Patentschrift Nr. 812 012; USA.-Patentschrift Nr. 2 769 078;

Zeitschrift »Mitteilungen der Deutschen Patentanwälte«, 1957, Heft 5, S. 81;

Zeitschrift »Deutsche Elektrotechnik«, Heft 9, S. 451/452.

1957,

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

® 2OJ 607/305 5.