DE1138875B

DE1138875B - Schaltungsanordnung fuer einen Generator zum elektrolytischen Bearbeiten metallisch leitender Werkstoffe

Info

Publication number: DE1138875B
Application number: DED34231A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hans Schierholt; Dipl-Ing Hans Joachim Schulz
Original assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG; AEG AG
Current assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG; AEG AG
Priority date: 1960-09-07
Filing date: 1960-09-10
Publication date: 1962-10-31
Also published as: US3284691A; CH402218A; US3202599A; GB973164A; GB912683A; CH402219A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für einen elektrischen Generator zum elektrolytischen Bearbeiten metallisch leitender Werkstoffe unter Verwendung eines an eine Wechselstromquelle angeschlossenen Gleichrichters, der mit einem im Gleich- oder Wechselstromkreis angeordneten, vorzugsweise strombegrenzenden nichtlinearen Widerstand in Reihe geschaltet ist und der ein Schaltelement zur Spannungsbegrenzung parallel zum Arbeitsspalt aufweist. Derartige Generatoren dienen zur Erzeugung einer verhältnismäßig niedrigen Gleichspannung und eines hohen Stromes. Diese Stromquelle wird im Falle des elektrolytischen Schleifens mit ihren Klemmen an eine metallische, gegebenenfalls metallgebundene Diamantschleifscheibe einer Schleifmaschine üblicher Bauart und an das zu bearbeitende Werkstück angeschlossen. Zwischen Schleifscheibe und Werkstück wird eine elektrolytische Flüssigkeit eingebracht, wobei bei richtiger Polung durch die elektrolytische Wirkung des Stromes eine Abtragung vom Werkstück erfolgt.

Bei derartigen Generatoren ist es von größter Wichtigkeit, für die einwandfreie Bearbeitung des Werkstückes und zum Schutz der teuren Schleifscheibe Mittel vorzusehen, die eine Lichtbogen- und Funkenbildung verhindern. Es sind schon Vorschläge bekanntgeworden, die dahin zielen, zur Vermeidung von Lichtbogen- oder Funkenbildung im Generator Rückführungen vorzusehen, mit HiKe derer die Spannung an Werkstück und Elektrode unter einem Wert gehalten wird, bei dem die Lichtbogenbildung beginnt. Die vorbekannten Verfahren und Einrichtungen hierzu bedienen sich der hochfrequenten Stromkomponente, die bei der Entstehung eines Funkens oder Lichtbogens auftritt. Für eine solche Regelvorrichtung ist vorgeschlagen worden, die hochfrequente Stromkomponente dem Arbeitsstromkreis zu entnehmen und über geeignete Verstärker dem Gleichrichter so zuzuführen, daß die Spannung zwischen Werkzeug- und Werkstückelektrode herabgesetzt wird, wenn infolge von Lichtbogen oder Funken diese hochfrequente Wechselstromkomponente auftritt.

Einem nicht bekannten Vorschlag zu Folge soll als Signal für die Regelung der Ausgangsspannung eine, den ersten Differentialquotienten des Ausgangsstromes nach der Zeit enthaltende elektrische Stellgröße verwendet werden.

Obschon die vorbekannten Verfahren und Einrichtungen eine verhältnismäßig wirksame Unterbindung der Lichtbogen- oder Funkenbildung herbeiführen, haftet ihnen jedoch der Nachteil an, daß sie durch den verhältnismäßig großen Aufwand anSchalt-Schaltungsanordnung für einen Generator

zum elektrolytischen Bearbeiten

metallisch leitender Werkstoffe

Anmelder:

Deutsche Edelstahlwerke Aktiengesellschaft,

Krefeld, Oberschlesienstr. 16,
und Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft,
Berlin-Grunewald, Hohenzollerndamm 150

Dipl.-Ing. Hans Joachim Schulz,

Wuppertal-Vohwinkel,

und Dipl.-Ing. Hans Schierholt, Aachen,

sind als Erfinder genannt worden

mitteln zu teuer sind. Auch ist durch die komplizierten Verstärkereinrichtungen die Anzahl der möglichen Fehlerstellen erheblich größer.

Ferner ist zu berücksichtigen, daß bei den meist von Hand bedienten elektrolytischen Schleifanlagen die unerwünschte Bildung von Lichtbogen vorwiegend auf schlagartige Änderungen der zwischen den Elektroden im Eingriff befindlichen Arbeitsflächen, insbesondere bei Beginn des Arbeitsprozesses, zurückzuführen ist. So weisen z. B. ausgekolkte oder ausgebrochene Werkzeuge, die geschliffen werden sollen, scharfe Kanten und Vorsprünge auf. Die Lichtbogenbildung wurde in den bekannten Schalteinrichtungen ferner durch dauernde Schwankungen des Anpreßdruckes begünstigt. Die Veränderungen der Arbeitsfläche und des Anpreßdruckes bewirken zwangläufig stark unterschiedliche Belastungen der Stromquelle, die zwischen Leerlauf und Vollast wechseln.

Gemäß der Erfindung wird eine einfache Schaltungsanordnung für derartige Generatoren angegeben, die trotz ihres einfachen Aufbaues eine wirksame Unterdrückung der Lichtbogenbildung als Folge des Spannungsanstieges im Schwachlastbereich bewirken. Die erfindungsgemäße Schaltanordnung für einen Generator zum elektrolytischen Bearbeiten metallisch leitender Werkstoffe unter Verwendung eines an eine

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Wird der nichtlineare Widerstand in den Gleichoder Arbeitsstromkreis geschaltet, so kann dafür eine mit Luftspalt versehene Drossel mit ferromagnetischem Kern verwendet werden, deren Scheinwider-5 stand sich unter Ausnutzung der besonderen Ausbildung des Luftspaltes in einem weiten Belastungsbereich ändert. Soll der nichtlineare Widerstand in den Wechselstromkreis geschaltet werden, so kann hierfür in an sich bekannter Weise eine vormagneti-

An Hand der Figuren soll der Erfindungsgegenstand schematisch aufgezeigt und seine Funktionsweise näher beschrieben werden.

Die Fig. 1 bis 3 stellen verschiedene Prinzipschaltbilder der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung dar, und

Fig. 4 zeigt in graphischer Darstellung die Strom-Spannungs-Charakteristik der Schaltungsanordnung

prinzip nicht wesentlich und üben keine Wirkung auf
das Werkstück und den Bearbeitungsspalt aus, sondern erhöhen nur die Lebensdauer des Generators

Wechselstromquelle angeschlossenen Gleichrichters,
der mit einem im Gleich- oder Wechselstromkreis angeordneten, vorzugsweise strombegrenzenden, nichtlinearen Widerstand in Reihe geschaltet ist und der
ein Schaltelement zur Spannungsbegrenzung parallel
zum Arbeitsspalt aufweist, ist dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorbelastung des nichtlinearen Widerstandes
durch das Schaltelement in gegenseitiger Abstimmung
derart getroffen ist, daß im Schwachlastbereich ein

Spannungsanstieg gegenüber der Arbeitsbereichspan- io sierte Drossel, beispielsweise ein Transduktor, in nung unterdrückt wird. Strombegrenzungssteuerung Anwendung finden.

Dieses spannungsbegrenzende Schaltelement ist
nicht mit den bekannten Mitteln zur Spannungsbegrenzung zu vergleichen, die bei Generatoren für
die funkenerosive Metallbearbeitung verwendet wer- 15
den. Denn es erfüllt andere Aufgaben und ist in einem
anderen Arbeitsbereich wirksam. Bei den Generatoren für die Funkenerosion können parallel zu empfindlichen Bauteilen, wie z. B. Impulstransformatoren,
Spannungsbegrenzer geschaltet werden, um sie im 20 nach Fig. 1.

Leerlauf zu schützen. Diese sind für das Arbeits- I_n der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 ist die

Wechselstromquelle 1 über einen Transduktor 2 unter Zwischenschaltung eines Transformators 3 mit dem Gleichrichter 4 verbunden. Der im Wechselstromteil und ermöglichen z. B. eine billigere Auslegung des 25 des Gleichrichters vorgesehene, als strombegrenzen-Impulstransformators. Auch kann bei der Funken- der nichtlinearer Widerstand dienender Transduktor! erosion wegen des grundsätzlichen impulsförmigen, besteht im allgemeinen aus einer oder mehreren also diskontinuierlichen Stromfiusses über den Be- Drosseln mit ferromagnetischen Kernen, deren Scheinarbeitungsspalt von einem Schwachlastbereich im hier widerstand durch einen unabhängigen Strom unter erwähnten Sinn nicht gesprochen werden. Es gibt nur 30 Ausnutzung der Sättigung in ihren magnetischen die beiden Möglichkeiten, daß Entladungen statt- Kreisen beeinflußt werden kann. Der Gleichrichter 4 finden oder ausbleiben. Das erfindungsgemäße span- ist auf seiner Gleichstromseite an den Anschlußnungsbegrenzende Schaltelement dagegen wirkt wäh- klemmen 13, 14 mit dem ohmschen Belastungswiderrend des Arbeitsvorganges auf das Werkstück und stand 5 überbrückt. Die beiden Anschlußklemmen den Bearbeitungsspalt und ist für den Arbeitserfolg 35 sind in richtiger Polung mit dem Werkstück 6 und wesentlich. der Schleifscheibe 7 verbunden. Die Stromspannungs-

In besonders einfacher Ausführungsform wird als charakteristik des in Fig. 1 abgebildeten Generators spannungsbegrenzendes Schaltelement zur Über- ist in Fig. 4 in ihrem prinzipiellen Verlauf wiederbrückung der Anschlußklemmen ein ohmscher Be- gegeben. Während die Spannung im Bereich von lastungswiderstand vorgeschlagen, derdenSpannungs- 4° 11-12 nur geringfügig in Abhängigkeit von der Last anstieg im Schwachlastbereich verhindert und den sich ändert, ist im Schwachlastbereich zwischen den Gleichrichter mit der durch den nichtlinearen Wider- Punkten 10 und 11 bei Entlastung des Generators stand gegebenen Strom-Spannungs-Charakteristik so eine stärkere Spannungsabhängigkeit zu erwarten, belastet, daß die Spannung im gesamten Arbeits- Der Widerstand wird so groß gewählt, daß er dem bereich kleiner bleibt als der Wert, bei dem die Licht- 45 Gleichrichter 4 einen Strom entnimmt, der dem Punkt bogenbildung beginnt. Auf diese Weise wird ein An- 11 der Stromspannungscharakteristik entspricht. Insteigen der Spannung im Schwachlastbereich verhin- folge dieser Maßnahme bleibt der Spannungsanstieg dert, und es kann sich daher, weil die Arbeitsspan- im Schwachlastbereich beim Arbeiten mit dem Genenung stets unter der Lichtbogengrenzspannung liegt, rator auch bei völliger Entlastung unterhalb des kein Lichtbogen ausbilden. Dem ohmschen Wider- 50 Wertes, bei dem die Lichtbogenbildung beginnt. Der stand kann ein Glättungskondensator parallel ge- Spannungswert, bei dem die Lichtbogenbildung beschaltet werden. ginnt, ist in der Stromspannungscharakteristik mit

Es ist ferner möglich, als strombegrenzendes einer gestrichelten Linie 16 angedeutet. Schaltelement zur Überbrückung des Gleichrichters In Fig. 2 ist das Prinzip einer Schaltung wiedereine Pufferbatterie, vorzugsweise einen Akkumulator 55 gegeben, bei der das Schaltelement zur Spannungsmit kleiner Ampere-Stundenzahl, zu verwenden, deren begrenzung aus einer zum Gleichrichter 4 parallel ge-Leerlauf- oder Entladespannung kleiner ist als der schalteten Pufferbatterie 8 besteht, die eine kleine Wert der Spannung, bei dem die Lichtbogenbildung Amperestundenzahl aufweist und deren Leerlaufbeginnt. Diese Pufferbatterie ist nicht vergleichbar oder Entladespannung kleiner ist als der Wert der mit Anordnungen aus der Funkenerosion, bei welchen ε₀ Spannung, bei dem die Lichtbogenbildung beginnt, durch eine Batterie oder eine andere Hilfsstromquelle, In Fig. 3 ist als nichtlinearer Widerstand eine mit

die über einen Widerstand parallel zum Bearbeitungs- Luftspalt versehene Drossel 9 mit ferromagnetischem spalt geschaltet ist, die Impulsform der Funkenent- Kern vorgesehen, die in den Gleichstromkreis geladungen beeinflußt und möglichst unipolar gemacht schaltet ist. Hinter der Drossel ist parallel zu den werden soll. Die Aufgabe der erfindungsgemäßen 65 beiden Ausgangsklemmen der spannungsbegrenzende Pufferbatterie, die unmittelbar parallel zum Bearbei- ohmsche Widerstand 5 geschaltet. Die Drossel 9 soll tungsspalt geschaltet wird, ist es im Gegenteil, jede dabei so bemessen werden, daß sie im Schwachlast-Funken- oder Lichtbogenentladung zu verhindern. betrieb des Generators eine möglichst hohe Indukti-

vität aufweist, damit der Strom bei Entlastung des Generators und damit die Spannung an den Klemmen 13, 14 nicht zu stark pulsieren. Andererseits kann die Induktivität der Drossel wegen der damit verbundenen starken Spannungsabhängigkeit im Arbeitsbereich nicht beliebig groß gewählt werden. Die Kombination dieser Drossel mit dem Widerstand 5 und einem parallel zu diesem Widerstand geschalteten Glättungskondensator 15 ergibt eine Strom-Spannungs-Charakteristik, bei der, ähnlich wie in Fig. 4 gezeigt, dem Gleichrichter bei Entlastung ein solcher Strom entnommen wird, daß der gegenüber dem Hauptarbeitsbereich 11-12 stärkere Spannungsanstieg im Schwachlastbereich 10-11 unterdrückt wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Schaltanordnung für einen Generator zum elektrolytischen Bearbeiten metallisch leitender Werkstoffe unter Verwendung eines an eine Wechselstromquelle angeschlossenen Gleichrich- ao ters, der mit einem im Gleich- oder Wechselstromkreis angeordneten, vorzugsweise strombegrenzenden nichtlinearen Widerstand in Reihe geschaltet ist und der ein Schaltelement zur Spannungsbegrenzung parallel zum Arbeitsspalt aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorbelastung des nichtlinearen Widerstandes (2,9) durch das Schaltelement (5,8) in gegenseitiger Abstimmung derart getroffen ist, daß im Schwachlastbereich (11-10) ein Spannungsanstieg gegenüber der Arbeitsbereichspannung (11 -12) unterdrückt wird.

2. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Spannungsbegrenzendes Schaltelement ein ohmscher Belastungswiderstand (5) verwendet wird.

3. Schaltanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem ohmschen Widerstand (5) ein Glättungskondensator (15) parallel geschaltet ist.

4. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als spannungsbegrenzendes Schaltelement eine Pufferbatterie (8) mit kleiner Amperestundenzahl verwendet wird, deren Leerlauf- oder Entladespannung kleiner ist als der Wert der Spannung, bei dem die Lichtbogenbildung beginnt.

5. Schaltanordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als nichtlinearer Widerstand eine mit Luftspalt versehene Drossel (9) mit ferromagnetischem Kern in den Gleichstromkreis geschaltet ist.

6. Schaltanordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise als nichtlinearer Widerstand in den Wechselstromkreis vormagnetisierte Drosseln, insbesondere Transduktoren (2), in Strombegrenzungssteuerung eingeschaltet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 1 013 371, 1 011 094, 972733;

deutsche Auslegeschriften Nr. 1 009 739,
1081165;

USA.-Patentschrift Nr. 2 769 078;

Technische Rundschau (Bern), 1954, Nr. 10, S. 2/3.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen