DE1185317B

DE1185317B - Schaltanordnung zur Funkenerosion

Info

Publication number: DE1185317B
Application number: DEF31564A
Authority: DE
Original assignee: Elox Corporation of Michigan
Current assignee: Elox Corporation of Michigan
Priority date: 1959-07-02
Filing date: 1960-07-01
Publication date: 1965-01-14
Also published as: GB945369A; CH386022A; US3089059A; ES259367A1

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: H 05 b

Deutsche KL: 21 h - 30/02

Nummer: 1185317

Aktenzeichen: F 31564 VIII d/21 h

Anmeldetag: 1. Juli 1960

Auslegetag: 14. Januar 1965

Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung zur Funkenerosion mit einem Hochfrequenz-Impulsgenerator, der über einen Halbwellengleichrichter mit einem kapazitiven Speicher verbunden ist, der parallel zur Funkenstrecke liegt.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Funkenbearbeitungseinrichtung mit hoher Frequenz, bei der keine mechanischen Schaltvorrichtungen erforderlich sind und bei dem die Spitzenströme in dem Funkenstreckenkreis während eines Kurzschlusses von Werkstück und Elektrode niedriger als die Spitzenentladungströme während des normalen Schneidvorganges sind.

Die Erfindung besteht darin, daß die Kapazität und Induktivität des Entladekreises derart bemessen sind, daß dessen Resonanzfrequenz während der Entladung höher ist als die Ladefrequenz des kapazitiven Speichers.

Vorzugsweise liegt in dem Entladekreis ein Kondensator in Reihe mit dem kapazitiven Speicher und zu der Funkenstrecke.

Insbesondere beträgt die Frequenz im Ladekreis etwa 40 kHz und im Entladekreis etwa 50 kHz.

Zweckmäßig sind in an sich bekannter Weise Spannungsregelvorrichtungen zum Begrenzen der Kondensatorladespannung während des Leerlaufs vorhanden.

Die Spannungsregelvorrichtung kann ein an sich bekannter nichtlinearer Widerstand sein, bei dem die Stromstärke in Form einer Exponentialfunktion der anliegenden Spannung mit dem Exponenten größer als 1 zunimmt.

Im allgemeinen ist zu dem im Entladekreis in Reihe mit dem kapazitiven Speicher und der Funkenstrecke angeordneten Kondensator ein nichtlinearer Widerstand parallel geschaltet.

Der kapazitive Speicher und der Kondensator können im Entladekreis etwa gleiche Kapazitätswerte haben.

Zweckmäßig nimmt der durch den nicht linearen Widerstand fließende Strom in an sich bekannter Weise als eine Exponentialfunktion, mit einem Exponenten größer als 1, der an dem Kondensator liegenden Spannung zu.

Weitere Vorteile sind aus den folgenden Ausführungsbeispielen der Zeichnungen ersichtlich. Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild eines Schnell- oder Grobschneidfunkenbearbeitungsgerätes,

F i g. 1 a eine vereinfachte schematische Darstellung eines Teiles des in F i g. 1 dargestellten Gerätes zur Veranschaulichung der Ladezeitkonstante und der elektrischen Entladungsresonanz,

Schaltanordnung zur Funkenerosion

Anmelder:

Elox Corporation of Michigan, Troy, Mich.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls und
Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Pechmann,
Patentanwälte, München 9, Schweigerstr. 2

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 2. Juli 1959 (824503) --

Fig. 2 eine andere Ausführungsform des in F ig. 1 gezeigten Gerätes,

F i g. 3 ein Schaltbild eines zur feinen Endbearbeitung bestimmten Funkenschneidgerätes nach der Erfindung,

F i g. 4 eine andere Ausführungsform des in F i g. 3 dargestellten Gerätes, das zwecks Durchführung eines noch feineren Endbearbeitungsschneidvorgangs modifiziert ist,

F i g. 5 a bis 5 e Vergleichsdiagramme für die in der Schaltung nach Fig. 1 auftretende Oszillatorspannung, Kondensatorspannung, Kondensatorstrom, Funkenstreckenspannung bzw. Funkenstreckenstrom über einen weiten Bereich von Betriebsbedingungen, und

F i g. 6 a bis 6 e Vergleichsdiagramme für die in der Schaltung nach F i g. 3 auftretende Oszillatorspannung, Kondensatorspannung, Nebenschlußkondensatorspannung, Reihenkondensatorspannung, Funkenstreckenspannung bzw. Funkenstreckenstrom über einen weiten Bereich von Betriebsbedingungen.

In den zu beschreibenden Schaltungen wird eine hochfrequente Wechselstromquelle über einen Gleichrichter an einen Speicherkondensator eines Entladungskreises angelegt, der die Funkenschneidstrecke enthält. Ein deutlicher Vorteil einer solchen bekannten Anordnung ist die zeitliche Steuerung des Abstandes zwischen den Durchlaßhalbperioden unter Ausnutzung des Umstandes, daß die umgekehrten Halbperioden gesperrt sind.

Zeitliche Trennung der angelegten Spannungsimpulse ist jedoch keine vollständige Antwort auf das Problem. Die Natur der Überschlagsentladung fordert Anerkennung der Tatsache, daß der Funkenüberschlag nicht immer zu genau dem gleichen Zeit-

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punkt mit Bezug auf die angelegte Spannung beginnt oder die gleiche Zeitdauer der Spannungsanlegung verlangt. Ein Teil dieses Problems liegt in der Unvollkommenheit der Vorschubvorrichtungen hinsichtlich der Aufrechterhaltung einer genauen und momentan konstanten Funkenstreckenweite. Am besten ist jedoch das Auftreten einer durch Überspannung eingeleiteten Entladung für eine meßbare gegebene Funkenstreckenweite auf einer gemäß dem statistischen Durchschnitt ermittelten Basis voraussagbar. In gewissem Ausmaß folgt der Durchschlag eher der Amplitude eines Spannung-Zeit-Produktes als einer Spannungsamplitude allein. Die örtliche Reinheit des flüssigen Dielektrikums kann ebenfalls eine Rolle spielen. Auch hat die Konzentration verdrängter Teilchen oder anderer Verunreinigungen Bedeutung.

Die folgende Beschreibung betrifft im besonderen die Art und Weise, in der die regelmäßige zeitliche Steuerung von angelegten Impulsen unter Ausnutzung einer Wechselstromquelle mit dem gewöhnlich zu erwartenden unregelmäßigen zeitlichen Auftreten der Entladung ohne übermäßigen Leistungsverlust bei Benutzung der Stromquelle einerseits oder Verlust an Gleichmäßigkeit der Entladungen sowie Begrenzung von Kurzschlußschäden andererseits ausgeglichen wird.

Da das Gerät für verschiedene Schnittgeschwindigkeiten und Feinheitsgrade der Endbearbeitung anwendbar ist, wird der Aufbau und die Arbeitsweise hier im Hinblick auf den tatsächlichen Schaltungsaufbau und die Wirkungsweise erklärt, welche die Erzeugung verschiedener Schnittgeschwindigkeiten und Endbearbeitungsgrade ermöglichen. Diese Ausführungsformen enthalten als ein Extrem eine mit hoher Geschwindigkeit arbeitende, verhältnismäßig grob schneidende Anordnung, die zur Entfernung einer großen Teilchenmasse beispielsweise am Anfang eines Bearbeitungsvorgangs besonders nützlich ist. Das andere Extrem ist eine feine Endbearbeitung liefernde, verhältnismäßig langsam arbeitende Anordnung, die speziell für sehr glatte, endbearbeitete Oberflächen, wie z. B. bei Werkzeugen oder Werkzeugformen, entwickelt ist. Verschiedene Zwischengeschwindigkeiten können angewandt werden, wobei dann bei der Schaltung leicht verschiedene Umschaltungen mittels Schaltern vorgenommen werden können, die zur Vereinfachung hier nicht dargestellt sind. Irgendeine Schaltungsform oder Kombination von Schaltungsformen kann je nach Lage des Falles für bestimmte Anlagen ausgewählt werden.

Das in den Schaltbildern der Fi g. 1 und 2 gezeigte Gerät ist durch hohe Geschwindigkeit bei der Teilchenabnahme gekennzeichnet.

Eine geeignete Wechselstromquelle, die in den veranschaulichten Schaltungen enthalten ist, ist im einzelnen in F i g. 1 gezeigt. Sie hat zweckmäßigerweise die Form eines mit Elektronenröhren bestückten Leistungsoszillators 10 anstatt eines umlaufenden Wechselstromgenerators, da der Aufbau eines solchen Oszillators wirtschaftlich ist und Frequenzen benutzt werden können, die hoch gegenüber der üblichen Netzfrequenz von 60 Hz sind. Frequenzen in der Größenordnung von 10 oder mehr kHz sind bei solchen Oszillatoren verwendbare hohe Frequenzen, und der Begriff »hohe Frequenz« ist hierbei auch in dieser Weise definiert. Die in den veranschaulichten Ausführungsformen realisierten Konstruktionserwägungen stützen sich auf eine Frequenz von 40 kHz für die verschiedenen Schnittgeschwindigkeiten und Endbearbeitungsgrade bei einer Nennleistung von 5 kW. Diese Daten für die Frequenz oder Leistung stellen keine Beschränkung dar. Andere Oszillatoren sind bei Funkenschneidgeräten verwendet worden, die bei Frequenzen zwischen 10 und 220 kHz arbeiten. Der innere Widerstand einer solchen Energiequelle wird durch einen zeitlich gesteuerten Oszillatorausgang oder Tankkreis dargestellt. Es handelt sich nicht um eine »steife« Spannungsquelle (d. h. eine Spannungsquelle mit schlechter Spannungsregelung), sondern die angeschlossene Belastung des gesamten Funkenbearbeitungskreises paßt sich an diesen Kennwert trotz der hohen Spitzejientladungsströme an.

Der in F i g. 1 dargestellte spezielle, selbsterregte Oszillator 10 ist auch unter Berücksichtigung der Stabilität, der Betriebssicherheit und der Zweckmäßigkeit der Regelung oder Steuerung entwickelt. Die elektrische Oszillatorröhre 11 ist eine Vakuumtriode, die von einer Gleichstromquelle gespeist wird. In üblicher Weise ist die positive Klemme B + über eine Drossel 12 an die Anode der Triode angeschlossen, und die negative Klemme oder Erdklemme ist mit der Kathode verbunden. Ein abgestimmter Ausgangs-Tankkreis, der aus einem Kondensator 13 und einer Selbstinduktionsspule oder Wicklung 14 besteht und dessen Resonanzfrequenz beispielsweise bei 40 kHz liegt, ist über einen Kondensator 15 an die Anode angekoppelt. Die Rückkopplungsverstärkung von dem Tankkreis zu dem Gitter der Triode wird hauptsächlich durch die Gitterwicklung 16 und ein i?C-Gitterableitglied 17, 18 kontrolliert. Bei einem .

solchen Wechselstromerzeuger dient eine Schaltvorrichtung 19 in dem mit sehr geringer Leistung arbeitenden Gitterkreis in zweckmäßiger Weise zum Ausoder Einschalten des Oszillators. Energie von dem Oszillator der F i g. 1 wird mit einem brauchbaren Spannungspegel an einen Speicherkondensator 20 übertragen. Zweckmäßig werden ölgefüllte Kondensatoren verwendet, die vorzugsweise eine Nenngleichspannung haben, die um ein Mehrfaches höher als die Scheitelspannung des Oszillators ist. Falls die Kapazität verstellbar sein soll, kann eine Kondensatorgruppe wahlweise parallel oder in Reihe gemäß dem gewünschten Verhältnis von Schnittgeschwindigkeit und Bearbeitungsgrad geschaltet werden.

Zur Ankopplung des Oszillator-Tankkreises an den Kondensator 20 ist ein Kopplungselement in Form einer Wicklung 21 an die Wicklung 14 des Oszillator-Tankkreises luftgekoppelt. Die beiden Wicklungen wirken auf diese Weise als Transformator, und zwar gewöhnlich mit einem Spannungsuntersetzungsverhältnis von dem primären Tankkreis zu dem sekundären Kopplungs- oder Zwischenkreis. Ein kleiner Kondensator 22 (d. h. ein Kondensator, dessen Kapazität klein gegen die Kapazität des Kon-

densators20 ist) bleibt parallel zu der Wicklung 21 geschaltet. Er unterstützt die Korrektur der von der Halbwellenbelastung hervorgerufenen Wellenformverzerrung, ohne die Oszillatornennleistung wesentlich zu erhöhen, die für eine bestimmte Leistungsabgabe an den Speicherkondensator 20 erforderlich ist.

Ein wesentlicher Teil des Zwischenkreises zwischen dem Leistungsoszillator 10 und dem Konden-

sator 20 ist der Gleichrichter oder die in einer Richtung leitende Vorrichtung 23. Dieser bzw. diese arbeitet in der Weise, daß abwechselnde Halbwellen gesperrt werden, so daß die Ladespannung an den Kondensator 20 nur während der Durchlaß-Halbperioden angelegt wird. Silizium- oder andere Halbleiterdioden werden so ausgewählt, daß sie dem Strom einen sehr niedrigen Widerstand bieten (der in der vereinfachten Darstellung der Fig. la getrennt mit R₂₃ bezeichnet ist), wobei eine solche Eigenschaft am besten mit Halbleitervorrichtungen, wie z. B. Siliziumdioden, erhalten wird. Die Zeitkonstante (d. h. das Produkt des Flußwiderstandes des Gleichrichters in Ohm und der Kapazität des Speicherkondensators in Farad) darf die Dauer der Oszillatorhalbperiode nicht überschreiten. Wenn sich die Kondensatorspannung bei einer Einzelimpulsladung der Quellenscheitelspannung annähern soll, muß die Zeitkonstante viel kleiner sein, damit die Spannung des Kondensators 20 während der Aufladung dicht folgen kann.

Der Speicherkondensator 20 ist über Leiter 24 und 25 an die Funkenstrecke G geschaltet, die zwischen dem leitenden Werkstück W und dem Elektrodenwerkzeug T begrenzt ist, so daß der Entladungskreis auf diese Weise definiert ist. Selbsttätige Werkzeugvorschubvorrichtungen (nicht gezeigt) werden üblicherweise verwendet, um die Funkenstreckenweite so genau wie praktisch möglich in Abhängigkeit von Änderungen der integrierten Funkenstreckenspannung und/oder -stromes zu halten. Kerosin oder ein anderes sich selbst regenerierendes, ionisierbares, dielektrisches Mittel durchfließt die Funkenstrecke, um erodierte Teilchen mitzunehmen sowie elektrische Kennwerte der Funkenstrecke herzustellen, die Vorbedingungen für kurze Entladungen mit hohem Strom sind.

Sowohl die Gleichstrompolarität als auch die Wechselstromresonanz des Entladungskreises sind von Bedeutung. Der Leiter 24 verbindet das Werkstück W mit der positiv geladenen Elektrode des Kondensators 20, und der Leiter 25 verbindet das Elektrodenwerkzeug T mit der negativ geladenen Elektrode des Kondensators. Die unvermeidlich vorhandene Induktivität ist zum größten Teil durch die verteilte Induktivität L₂₄ und L₂₅ der Leiter 24 und 25 bedingt. Wie einf acher in F i g. 1 a dargestellt ist, gelangt der Entladekreis vorzugsweise bei einer Frequenz

in Resonanz, wenn die Funkenstrecke G durch eine Entladung überbrückt ist. Die Funkenstrecke ist während dieser Zeit in F i g. 1 a als Widerstand R₀ bezeichnet. Dieser Widerstandswert nimmt mit wachsendem Strom ab (hunderte von Ampere Entladungsstrom bringen weniger als 30 Volt Spannungsabfall mit sich). Der Spitzenentladungsstrom ist nur geringfügig durch den Funkenstreckenwiderstand begrenzt und

L₂₅

-20

proportional, wobei E₀ die Spannung des Kondensators 20 ist. Ein sehr viel höherer Ableitwiderstand (der durch die Verunreinigung des Dielektrikums und durch den Eingansgwiderstand der Werkzeugvorschubrichtung bedingt ist) parallel zu der Funkenstrecke begrenzt den Entladekreisstrom auf einen vernachlässigbaren Wert bei fehlender Ionisierung der Bearbeitungsfunkenstrecke.

Die Resonanzfrequenz Ftf des Entladekreises wird größer als die Oszillatorfrequenz gemacht (welche die abgestimmte Frequenz des belasteten Tankkreises 13,

ίο 14 ist). Dies wird leicht dadurch erreicht, daß den Leitern 24 und 25 eine geeignete Länge gegeben wird. Wenn der Entladekreis auf eine Frequenz, die gleich der Frequenz des Oszillators oder kleiner als diese ist, abgestimmt wäre, ist ein bei den betrachteten hochfrequenten Vorgängen leicht anzutreffender Zustand verlängerter oder fortdauernder Entladungen wahrscheinlich, die in die negativen oder Sperrhalbperioden übergehen. Der dann entstehende Lichtbogen würde dem Funkenschneidvorgang schaden.

Gemäß einem speziellen weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist der Entladekreis der F i g. 1 so abgestimmt, daß er bei einer Frequenz in Resonanz gelangt, die nur etwas höher als die Frequenz des Oszillators ist. In einem Beispiel ergab bei einem 40-kHz-Oszillator eine Entladekreisresonanz von 50 kHz optimalen Wirkungsgrad bei einem Grobschneidarbeitsgang. Wenn man das zeitliche Auftreten der einzelnen Entladung zergliedert, wie ausführlich in dem vorliegenden Abschnitt beschrieben ist, beträgt die Dauer einer Halbperiode der Entladekreisfrequenz 10 Mikrosekunden oder 80% der Oszillatorhalbperiode, die sich auf 12,5 Mikrosekunden beläuft. Die Abstimmeinstellung erfolgt zweckmäßigerweise durch Verlängerung der Leiter 24 und 25, die als ein Kabel von einer elektrischen Trageinheit zu einer mechanischen Einheit ausgebildet sein können, welche das Werkstück und das Werkzeug trägt. Der niedrige Funkenstreckenwiderstand R₀ hält die Abstimmung geeignet breit.

F i g. 2 stellt eine abgeänderte Ausführungsform der Schaltung nach F i g. 1 dar, um hohe Ladeströme bei hohen Oszillatorfrequenzen und beim Fehlen von wirtschaftlich verfügbaren und zuverlässigen Halbleiterdioden 23 für solche Nennleistungen anzupassen.

Infolgedessen ist in F i g, 2 eine Gruppe parallelgeschalteter Vakuumdioden 26 dargestellt, die für diesen Zweck besonders geeignet sind. Zwar werden auch Einzelvakuumdioden mit großen Nennströmen und mit geringem Durchlaßspannungsabfall hergestellt. Jedoch hat es sich in dem veranschaulichten Beispiel mit erforderlichen Ladeströmen von 100 A als durchaus durchführbar und wirtschaftlich erwiesen, eine Gruppe von 168 kleinen Doppel-Vakuumdioden anstatt einer geringeren Anzahl von größeren Diodenvorrichtungen zu verwenden. Gasgefüllte Röhren sind im allgemeinen ungeeignet wegen ihrer niedrigeren Sperrnennspannungen oder der Erfordernisse hinsichtlich der Entionisierungszeit. Vakuumdioden werden mit Vorteil eher als Vakuumtrioden verwendet, da eine Gittersteuerung nicht erforderlich ist. Trioden haben gewöhnlich größere Anoden-Kathoden-Abstände und sind teurer. Die Heizdrähte der Vakuumdioden werden von einer Werkstattnetz-Wechselstromquelle über einen Heiztransformator 27 gespeist. Eine verteilte Kapazität 28 gegen Erde wird auf diese Weise eingeführt, stellt jedoch kein Problem dar, da sie lediglich parallel zu der normalerweise

sehr viel größeren Kapazität des Kondensators 20 liegt. Der Widerstand der somit parallel geschalteten 336 Diodenabschnitte ist nichtlinear (und sucht sich bei wachsender Spannung zu vergrößern) und braucht auch nichtlinear zu sein.

Zur Überwindung des Widerstandes der Diodengruppe 26 wird eine wesentlich höhere Kopplungsspannung als die gewünschte normale Kondensatorscheitelspannung verwendet. Beispielsweise ist zur Ladung des Kondensators 20 auf 150 bis 220VoIt während eines Ladungsimpulses für Grob- oder Schnellschneidarbeitsgänge, wobei der Kondensator 20 die Größe von 4 Mikrofarad hat und der zuvor beschriebene Oszillator 10 auf 40 kHz abgestimmt ist, eine Leerlaufscheitelspannung der Zwischenkreiswicklung 21 von 450 Volt benutzt worden. Die hohe Scheitelsinusspannung von der Oszillatorzwischenkreiswicklung dient zur Erzielung einer viel höheren Stromaufnahme des Kondensators 20, als dies eine Scheitelspannung derZwischenkreiswicklung von 150 bis 200 Volt erreichen lassen würde. In einem solchen Fall ist die Arbeitsspannung, auf die der Kondensator geladen wird, in typischer Weise kleiner als das Zeitkonstanten verhältnis (70,7%) der Quellenscheitelspannung. Die Wahl der anzulegenden Scheitelspannung wird durch eine Anzahl Abgriffe 29 an der Zwischenkreiswicklung 21 erleichtert. Zur Veranschaulichung wurden in der dargestellten Ausführungsform die Abgriffwindungen der Wicklung so gewählt, daß Leerlaufscheitelspannungen von 200, 250 und 350VoIt zusätzlich zu dem dargestellten 450-Volt-Abgriff erhalten wurden, der mit den Dioden 26 verbunden ist.

Ohne Spannungsbegrenzungsvorrichtungen und bei Leerlaufbedingungen steigt die Kondensatorspannung jedoch während aufeinanderfolgender Ladungshalbperioden an, bis sie sich dem Kopplungswert weitgehend annähert. Dann können Entladungen über eine größere Funkenstreckenweite erfolgen, als sonst auftreten könnten, wenn die Kondensatorspannung auf 150VoIt begrenzt wäre. Die Entladungsenergie, die dem Quadrat der Spannung der gespeicherten Ladung proportional ist, ist auch viel größer, wodurch eine größere Teilchenentfernung bei jeder Entladung erzielt wird. Jeder dieser beiden Vorgänge ist gleichförmig. Auch der Kurzschlußstrom ist höher, falls ein Kurzschluß bei dem höheren Spannungswert auftritt.

Um gleichmäßige Endbearbeitung während irgendwelcher gewählter Schneidbedingungen zu gewährleisten, wird die parallel an den Kondensator angelegte Spannung vorzugsweise begrenzt, nachdem sie den Wert erreicht hat, der normalerweise während einer normalen einzelnen Ladungshalbperiode erzielbar ist. Die Begrenzungsvorrichtung ist ein Widerstand 30, der parallel zu dem Kondensator 20, vorzugsweise unmittelbar an den Kondensatoranschlußenden, geschaltet ist. Sein Widerstandswert ist insofern nicht linear, als der Strom durch diesen Widerstand als Exponentialfunktion der daran liegenden Spannung zunimmt. Solche Materialeigenschaften werden in typischer Weise durch Siliziumkarbidwiderstände verkörpert, deren Exponent eine Zahl in der Nähe von vier oder eine noch größere Zahl ist.

Die Bemessung des Spannungsbegrenzungswiderstandes 30, der gewöhnlich als eine Anzahl handelsüblicher Einheiten von gegebener Größe und gegebenem Exponenten definiert ist, wird unter Berücksichtigung der gewünschten Funkenstrecken-Spannungsbegrenzung gewählt. So würde beispielsweise bei 150VoIt als Maximum und bei einem nichtlinearen Material mit dem Exponenten 5 eine Spannungserhöhung auf 200 Volt einen Kriech- oder Ableitentladungsstrom durch den Widerstand von mehr als dem Vierfachen als bei 150 Volt ergeben. Die Wirkung besteht in einer schnellen Begrenzung des Bestrebens der Kondensatorspannung, einen gegebenen

ίο absoluten Spannungswert zu überschreiten. Offensichtlich wird eine sich summierende Erhöhung der Kondensatorspannung während aufeinanderfolgender Leerlaufimpulsperioden verhindert, da der Widerstandswert nur niedrig ist, wenn die Spannung hoch ist. Falls ein üblicher fester Widerstand verwendet worden wäre, müßte der Widerstand so ausreichend klein gemacht werden, daß der Kondensator 20 zwischen Leerlaufentladungszeiträumen vollständig entladen wird, um die Spannung mit Erfolg zu begrenzen. Offenbar unterbindet aber ein solcher Ableitoder Kriechpfad niedrigen Widerstandes auch die schnelle Ladung des Kondensators 20.

Die Kurven der Fig. 5a bis 5e veranschaulichen sowohl die Arbeitsweise der Schaltung als auch die Konstruktionserwägungen, die beim Auswählen der Bauteilwerte für das Gerät nach F i g. 2 (sowie auch nach F i g. 1) zu treffen sind. Ein überraschend hoher Grad an Gleichmäßigkeit der Entladungsenergie sowie der Ausnutzung jeder Oszillatorhalbperiode wird bei Anwendung von zeitlich gesteuerten Entladeschaltvorrichtungen erzielt.

Der Vergleich der einzelnen bemerkenswerten Spannungs- und Strombedingungen der Schaltung wird durch die Fig. 5a erleichtert, die den Zeitmaßstab enthält. Diese Figur veranschaulicht mehrere (in diesem Falle zwölf) der Oszillatorperioden bei 4OkHz, d.h. 25 Mikrosekunden pro Periode. Die Sinuskurve der Fig. 5a stellt die unbelastete Spannung an der Kopplungs- oder Zwischenkreiswicklung 21 dar. Bei der Schaltung nach Fig. 1 mit dem einen sehr niedrigen Widerstand aufweisenden Gleichrichter 23 kann die Oszillator-Kupplungsscheitelspannung in der Nähe von 200 Volt gewählt werden, wobei eine Spannung von 150 bis 200 Volt einen erwünschten Maximalwert an der Funkenstrecke für normale Funkenstreckenweiten darstellt. Für die Schaltung nach F i g. 2 ist eine höhere Zwischenkreisspannung erforderlich, um die gleiche Funkenstreckenspannung in einem Einzelladungsimpuls wegen des höheren Widerstandes der Dioden 26 zu erzeugen. Infolgedessen ist ein Abgriff 29 zur Schaffung einer (unbelasteten) Zwischenkreisscheitelspannung von 450VoIt vorgesehen. Eine gewisse Verzerrung der Wellenform (nicht dargestellt) tritt unter verschiedenen Belastungsbedingungen ein. Jedoch läßt sich das deutlicher an dem Speicherkondensator und den Funkenstreckenelektroden abschätzen. Die Sperrhalbperioden sind mit gestrichelten Linien dargestellt und kennzeichnen den möglicherweise verfügbaren Funkenstrecken-Entionisierungszeitraum. Die Flußhalbperioden oder Ladeimpulse sind zur Erleichterung des Verständnisses der folgenden Aufgliederung mit den Zahlen 1 bis 12 bezeichnet.
Die ersten zwei Halbperioden oder Impulse 1 und 2 der Fig. 5a bis 5e stellen Leerlaufbedingungen dar, während denen die Funkenstrecke G eine zu große Weite hat, um einen Überschlag bei der vorhandenen Spannung oder den vorhandenen Span-

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9 ίο

nung-Zeit-Produkten zu ermöglichen. Dieser Zu- Solange der Entladekreis auf eine höhere Frequenz

stand tritt beispielsweise auf, wenn das Werkzeug T als die Frequenz der Spannungsquelle abgestimmt

schnell zurückgezogen worden ist, um einen Kurz- ist, hat das unregelmäßige zeitliche Auftreten des

schluß zu unterbrechen. Leerlaufbedingungen sind Funkenüberschlags nur einen begrenzten Einfluß auf

auch für den Impuls 9 dargestellt. 5 die Gleichmäßigkeit der Entladung. Falls somit der

Wie in Fig. 5b gezeigt ist, wird der ungeladene Funkenüberschlag in dem Impuls verspätet erfolgt, Kondensator 20 während des Impulses 1 auf einen steht die in dem Kondensator 20 gespeicherte Energie Wert zwischen 150 und 200 Volt geladen und bleibt für die Entladung zur Verfügung. Falls der Funkenauf diesem Spannungspegel. Die Verwendung des Überschlag in der Periode früh auftritt, wird die nichtlinearen Widerstandes 30 der F i g. 2 bildet eine io Energie von dem Oszillator direkt an die Funkenbesonders vorteilhafte Art, eine gleichmäßige End- strecke während des übrigen Teils der Ladehalboberflächenbearbeitung mit kleinstem Verlust an periode geliefert. Der Energiespeicherkondensator Schnittgeschwindigkeit zu erzielen. Mit der gleichen dient somit zusätzlich als eine regulierende oder aushohen Speicherkapazität (4 Mikrofarad) wie bei dem gleichende Vorrichtung für die zeitlich unregel-Betrieb der Schaltung nach F i g. 1 arbeitet die An- 15 mäßige Entladung und wird mit Vorteil zusammen Ordnung nach F ig. 2 in der Weise, daß die Spannung mit der gleichgerichteten Wechselspannungsquelle an dem Speicherkondensator während Leerlauf- unabhängig davon verwendet, ob die Resonanzbedingungen auf angenähert den gleichen Wert wie frequenz des Entladekreises nur wenig oder um ein für die Schaltung nach Fig. 1 begrenzt wird. Da der Vielfaches höher als die Oszillatorfrequenz ist.
Widerstand 30 in dem beschriebenen spannungs- 20 Ein besonders bemerkenswerter Ausgleichs- oder begrenzenden Sinn zweckmäßigerweise nichtlinear Reguliervorgang wird realisiert, wenn sich die Resoist, ist seine Wirkung während der niedrigeren Kon- nanzfrequenz des Entladekreises der Oszillatordensatorspannungen nicht von besonderer Bedeu- frequenz annähert, aber geringfügig höher als diese rung. Auf diese Weise wird eine schnelle anfängliche bleibt. Dies ist durch die Resonanzfrequenz von Ladegeschwindigkeit erhalten. Der Gesamteffekt be- 25 50 kHz des Entladekreises bei dem Gerät veransteht darin, daß eine Spannung-Zeit-Ladecharakte- schaulicht, dessen Arbeitsweise hier beschrieben ristik des Kondensators erhalten wird, bei welcher wird. Unter diesen Bedingungen wird die wesentliche die Ladegeschwindigkeit sehr steil ist, bis sie einen positive erste Halbperiode der Entladungsenergie auf scharfen Knick erreicht, wonach sie außer einem ge- den größten Teil (80%) der vollen Oszillatorladeringen Abfall nahezu auf gleicher Höhe bleibt. 30 Impulsperiode verlängert. Dem Überschlag, der nahe

Strom fließt in den Speicherkondensator während dem Ende der Ladehalbperiode auftritt, folgt noch des ersten Ladeimpulses in F i g. 5 c, wenn die Kon- eine über die volle Zeit nutzbare Entladung. Eine densatorspannung ansteigt. Ein sehr kleiner Strom Entladung von weitgehend konstanter Dauer wird kann in den Kondensator 20 während des Spitzen- somit unabhängig davon erhalten, wann der Funkenteiles des Impulses 2 infolge des durch Ableit- oder 35 Überschlag erfolgt. Der negative Ausschlag (während Kriechstrom bedingten Abfalls der Kondensator- dem das Elektrodenwerkzeug mit Bezug auf das spannung zwischen den Ladeimpulsen fließen. Die Werkstück positiv ist) wird auch verlängert. Jedoch Funkenstreckenspannung folgt, soweit die Funken- wird der Nachteil des Werkzeugverschleißes durch strecke nichtleitend ist, der Kondensatorspannung, die verbesserte Leistung gegenüber den üblichen zum wie in F i g. 5 d gezeigt ist. Während der Leerlauf- 40 Schneiden verwendeten Leistungsgeneratoren und bedingungen ist kein Funkenstreckenstrom vorhan- durch die Erzielung hoher Schnittgeschwindigkeiten den, wie aus Fi. 5e hervorgeht. weitgehend ausgeglichen. Diese Regulierwirkung ist

Die während der Leerlaufperioden gespeicherte in einem Sinne ein Synchronisiervorgang, da sie die Energie wird gegebenenfalls entladen, wenn dies die gewünschten Bedingungen wiederherstellt, die für Funkenstreckenbedingungen zulassen. Die Begren- 45 gleichmäßige, positive Entladungsstromimpulse notzung der Funkenstreckenspannung steuert in er- wendig sind. Sie läßt jedoch nicht den unerwünschwünschter Weise die maximale Funkenstreckenweite, ten Typ von oszillatorischem Gleichlauf zu, bei dem bei der ein Überschlag auftreten kann, da die korn- die negativen Stromimpulse hergestellt werden,
plementäre Beziehung des Werkstückumrisses zu F i g. 5 a veranschaulicht eine Vielzahl Zeitpunkte, dem Umriß des Werkzeugs weniger genau ist, wenn 50 zu denen Durchschlag erfolgen kann. Wie aus die Entladung bei großen Funkenstreckenweiten auf- Fig. 5b, 5c, 5d und 5e ersichtlich ist, kann zeitlich tritt. Falls sich natürlich die Kondensatorspannung unregelmäßiger Funkenüberschlag in manchen Fällen auch von Impuls zu Impuls erhöhen sollte, bis der begrenzte Übertragungsleitung zwischen positiven Durchschlag erfolgt, dann unterbindet die ent- Impulsen verursachen. Jedoch wird Entionisierung stehende hohe Entladungsenergie eine gleichmäßige 55 gewöhnlich während der ersten negativen Oszillator-Werkstoffentfernung bei jeder Entladung in solchen halbperiode erzielt, die nach dem Funkenüberschlag Fällen, in denen Leerlaufbedingungen mit Wahr- auftritt. Ein möglicherweise nachteiliger Zustand scheinlichkeit anzutreffen sind. stellt sich ein, wenn der Kondensator 20 auf die

Die Impulse 3 bis 8 und 10 veranschaulichen den Grenzspannung geladen worden ist und auf dieser Bereich von Bedingungen, der während des normalen 60 Spannung während eines Leerlaufzustandes bleibt. Schneidens angetroffen wird, wenn die Funkenstrecke Danach kann Entladung mit gleicher Wahrscheinin dem gewünschten oder normalen Weitenbereich lichkeit jederzeit während der von der Oszillatorgehalten wird. Ein Überschlag kann bei so niedrigen kopplungsspannung dargestellten Zeitbestimmungs-Funkenstreckenspannungen wie z. B. 40 Volt auf- periode auftreten.

treten. Er könnte aber auch erst bei einem Span- 65 Wenn man beispielsweise den Funkenüberschlag

nungsanstieg auf nahezu 150 Volt im besonderen im am Anfang des Impulses 3 betrachtet, muß die volle

Hinblick auf die enthaltenen sehr kleinen Spannung- Ladung des Speicherkondensators 20 zusätzlich der

Zeit-Produkte auftreten. Gesamtenergie des positiven Ladeimpulses vernichtet

werden. Dies ergibt eine negative Spannung an dem Kondensator 20 (Fig. 5b) und einen negativen Funkenstrom (Fig. 5e) für einen Teil der auf den Impuls 3 folgenden, von dem Oszillator gesperrten Halbperiode. Jedoch wird die Funkenstrecke vor der Anlegung des Impulses 4 normalerweise entionisiert. In einem anderen veranschaulichten Beispiel, bei dem der Durchschlag kurz vor der Anlegung des sogleich auf die Leerlaufbedingungen folgenden positiven Impulses auftritt, wird die Energieentladung durch die Energie direkt von der Zwischenkreisquelle während des Impulses 10 vergrößert. Jedoch ist die Entladungsschwingungsdauer kleiner als die Schwingungsdauer der Quelle und verhindert eine Verlängerung der Entladung. Die negative Entladungsstromschwingung durch die Funkenstrecke wird ausreichend vor dem Ende der auf den Impuls 10 folgenden gesperrten Halbperiode beendet, wie in der Zeichnung dargestellt ist.

Andere Bedingungen sind für den Durchschlag oder Überschlag während der positiven Impulse 4, 5, 6, 7 und 8 veranschaulicht. Gewöhnlich kann das Auftreten von Funkenüberschlag erwartet werden, bevor die Kondensatorspannung ihren erreichbaren Scheitelwert annimmt. Jedoch kann wie bei dem Impuls 4 Durchschlag beim Scheitelwert der Kopplungsspannung erfolgen, wobei möglicherweise negativer Funkenstreckenstrom auf den Impuls 5 übertragen wird. In einem solchen Fall bewirkt die kürzere Periode der Resonanzentladungsfrequenz, daß die Kondensatorspannung positiv zu einem früheren Zeitpunkt schwingt als die angelegte Oszillatorkopplungsspannung während des Impulses 5. Die Entionisierung der Funkenstrecke am Ende des den Impuls 5 begleitenden, früher auftretenden Stromimpulses ist gewährleistet, Die normalerweise erwartete Situation während des angelegten Impulses 8 veranschaulicht der Durchschlag, bevor die Kondensatorspannung den verfügbaren Scheitelwert erreicht hat. In einem solchen Fall folgt die Entionisierung der Funkenstrecke unmittelbar dem positiven Impuls, wobei eine volle Halbperiodendauer vor der Anlegung des Impulses 9 verbleibt. Die Schaltung arbeitet in dieser Weise während des größten Teiles des Bearbeitungsvorganges.

Aus einem Vergleich von gleichzeitigen Spannungen und Strömen in Fig.5a bis 5e ist ersichtlich, daß für einen frühen oder spaten Funkenüberschlag während eines Ladungsimpulses eine gewisse Kombination der bereits gespeicherten Energie des Kondensators 20 und der restlichen Energie des Ladungsimpulses wirksam ist, um einen positiven Entladungsimpuls durch die Funkenstrecke zu erzeugen.

Falls die Funkenstrecke kurzgeschlossen wird, wie dies bei Überbrückung mit erodierten Teilchen geschehen kann, muß die Entstehung und Fortdauer eines Lichtbogens und das Verschweißen des Werkzeugs mit dem Werkstück vermieden werden.

Die Impulse 11 und 12 stellen einen solchen Kurzschlußzeitraum dar, während dem die Funken-Streckenspannung in F i g. 5 d Null ist, da praktisch tatsächlich keine Funkenstrecke vorhanden ist. Wenn die Entladekreisfrequenz in der Nähe der Oszillatorfrequenz liegt, wird der Kondensator so entladen, wie er geladen wird, wobei die Spannungskurve der Kurve des belasteten Oszillatorzwischenkreises folgt, wie in Fig.5b dargestellt ist. Der Funkenstreckenstrom in F i g. 5 e folgt einer ähnlichen Kurve. Die Spitzenströme durch die kurzgeschlossenen Elektroden sind vorteilhafterweise etwas kleiner als die normalen Spitzenschneidströme. Dieser Vorteil ist dadurch bedingt, daß der Kurzschlußstrom, wie in Fig. 5e gezeigt ist, über die volle Periode der 40-kHz-Quellenfrequenz verteilt und nicht in der kürzeren Halbperiode der höheren Resonanzentladungsfrequenz konzentriert ist. Schwingspannungen in dem Energiespeicherkondensator bewirken kleine Rückströme während negativer Halbperioden der Quelle, während die Funkenstrecke kurzgeschlossen bleibt. Jedoch kann während der gesperrten negativen Halbperioden kein Strom von der Quelle in den Entladekreis fließen.

Das Gerät nach F i g. 3 und 4 wird zum Schneiden mit feiner endbearbeiteter Oberfläche oder zum Herausarbeiten von kleinen Löchern verwendet und ist hinsichtlich Arbeitsgeschwindigkeit und Bearbeitungsqualität dem Gerät nach Fig. 1 und 2 überlegen, bei dem lediglich die Speicherkapazität verkleinert wird. Es besitzt spezielle Vorteile und zwar im besonderen infolge der Begrenzung der Kurzschlußströme. Es wird bemerkt, daß für jede solche Bearbeitung Entladungen kleiner Energie erforderlich sind und jede durch Wärmewirkung oder Verschweißung bedingte Beschädigung die Bearbeitungserfordernisse schwerwiegend beeinträchtigt.

In Fig. 3 kann der Ladekreis so ausgebildet sein wie in Fig. 1, wobei ein Oszillator 10 eine Tankkreisspule 14 hat, an die eine Zwischenkreis- oder Kopplungswicklung 21 gekoppelt ist. Für Schneidbedingungen mit feiner Oberflächenbearbeitung ist die Scheitelspannung an dem Zwischenkreis praktisch mit 250VoIt gewählt worden (verglichen mit dem 450-Volt-Abgriff des Grobschneidgerätes nach Fig.2). Der Wert des Kondensators20 ist vermindert, und zwar zweckmäßigerweise um den Faktor 10 oder um einen noch höheren Faktor.

Gemäß der Erfindung besteht die Hauptabweichung des Gerätes nach Fig. 3 von dem zuvor beschriebenen Gerät in der Hinzufügung eines zweiten Kondensators 31 in Reihe mit der Funkenstrecke G in dem Entladekreis. Ein solcher Reihenkondensator begrenzt die Entladung von dem Speicher- oder Nebenschlußkondensator 20, wobei nachher Funkenüberschlagsgleichgewicht erreicht wird, nachdem sich der Nebenschlußkondensator 20 auf den Zwischenspannungswert entladen hat, auf den er den Reihenkondensator 31 ladet, wobei diese Gleichgewichts- oder Ausgleichsspannung kleiner als die zur Aufrechterhaltung der Funkenstreckenionisierung erforderliche Spannung ist.

Um zu verhindern, daß bei jeder der aufeinanderfolgenden Entladungen die Ausgleichsspannung ansteigt und die Differenzspannung zwischen den Kondensatoren absinkt, sind Mittel zum Begrenzen der Reihenkondensatorspannung wesentlich. Diese bestehen vorzugsweise einfach aus einem Widerstand 32, der parallel zu dem Reihenkondensator geschaltet und in dem Sinne nichtlinear ist, daß sein Widerstandswert abnimmt, wenn sich die daran liegende Spannung vergrößert. Als Spannungsregler ist sein effektives Schaltpotential so gewählt, daß die Reihenkondensatorspannung auf einen Wert begrenzt wird, der angenähert gleich der oder kleiner als die Einzelentladungs-Gleichgewichtsspannung ist, die aus der Entladung des Nebenschlußkondensators in einen ungeladenen Reihenkondensator entsteht. Als Ableit-

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widerstand vermindert der Widerstand 32 auch die die verteilte oder Eigenkapazität 28 des Heiztrans-Ladung, die in dem Reihenkondensator 31 in dem formators 27 für die Gleichrichterdiode oder -dioden Zeitraum zwischen den Entladungen gespeichert 26 Bei einer als Beispiel ausgeführten Anlage hatte wird. Beispielsweise wurden dort, wo zwei Einheiten diese Kapazität eine Größe von 0,02 Mikrofarad, in Reihe als Spannungsbegrenzungswiderstand 30 in 5 und der gleiche Wert wurde für den Reihenkondeneiner Einrichtung verwendet wurden, welche die sator 31 gewählt.

Schnellschneidposition der F i g. 2 darstellt, die Da eine sehr feine Oberflächenbearbeitung mit

gleichen beiden Einheiten in der Schaltung nach den kleinen Kapizitäten 28 und 31 in F i g. 4 erreicht Fig. 3 oder 4 parallel als Widerstand 32 geschaltet. werden soll, kann die Zwischenkreis- oder Kopp-Seine Funktion und Wahl der Bemessung werden io lungsspannung vermindert werden. In einer solchen weiterhin bei der Beschreibung der Arbeitsweise der Anlage wurde der Abgriff 29 so gewählt, daß er eine Schaltung erläutert. Scheitelspannung von 200VoIt von dem Oszillator

Die Kapazitätswerte des Reihenkondensators 31 erhält, die unter Belastungsbedingungen ausreicht, und des Nebenschlußkondensators 20 sind für ein um die Kapazität 23 auf einen Durchschnittswert optimales Verhältnis von Wirkungsgrad und Kurz- 15 von etwa 100 Volt zu laden.

schlußschutz zweckmäßigerweise gleich groß. Die Die Kurven in Fig. 6a bis 6e veranschaulichen

Einzelentladungs-Gleichgewichtsspannung ist dann die Arbeitsweise des in F i g. 3 und 4 dargestellten ein Bruchteil der Scheitelspannung, auf die der Kon- Gerätetyps und sind im besonderen auf Schaltungsdensator 20 geladen ist. Die Berechnung des Ent- bedingungen abgestellt, die in der Beschreibung des ladekreises hängt in gewisser Weise von der Größe ao Gerätes der F i g. 3 erwähnt sind. Diese Bedingungen und örtlichen Lage der verteilten Induktivitäten ab. umfassen eine Scheitelspannung von 250VoIt von Jedoch ist die Resonanzfrequenz, von den Elek- dem 40-kHz-Zwischenkreis sowie den Kapazitätswert troden des Kondensators 20, mit denen die Lade- 0,5 Mikrofarad für die Kondensatoren 20 und 31. quelle verbunden ist, aus gesehen, zweckmäßiger- Wie in Fig. 5a zeigt Fig. 6a eine Folge von Oszilweise hoch mit Bezug auf die Oszillatorfrequenz. Es 25 latorperioden, von denen die Flußhalbperioden oder ist kein Versuch unternommen worden, die beiden Ladeimpulse der Reihe nach mit 1 bis 10 bezeichnet Frequenzen genau oder angenähert anzupassen. sind.

Naturgemäß stellt die Funkenstrecke G im nicht- Die ersten .beiden Halbperioden oder Impuls 1

leitenden Zustand eine Reihenkapazität dar. Jedoch und 2 der Fig.6a bis 6e stellen Leerlaufbedinist die Kapazität so klein, daß sie keine wesentliche 30 gungen dar, während denen kein Funkenüberschlag Ladung des Reihenkondensators 31 während des erfolgt. Da die Größe des Nebenschlußkondensators Ladens des Nebenschlußkondensators 20 ergibt. 20 in der Feinschneidschaltung verhältnismäßig klein

Infolgedessen ist vor dem Auftreten der Entladung ist, steigt die Spannung an dem Nebenschlußkondenkeine wesentliche Spannung an dem Reihenkonden- sator 20 während des Impulses 1 von Null im sator 31 vorhanden, und die an der Funkenstrecke 35 wesentlichen auf den Maximalwert an, wie in liegende Spannung ist im wesentlichen die Spannung Fig. 6b gezeigt ist. Die Kondensatorspannung folgt zwischen den Elektroden des Nebenschlußkonden- somit der Kopplungsspannung vermindert um den sators 20. Ein Pfad hohen Widerstandes durch die Spannungsabfall an dem Gleichrichter 23. Funkenstrecke hindurch kann in Form eines Ein- Während der Leerlaufimpulse ist nur eine ver-

gangskreises für den Werkzeugvorschubregler (nicht 40 nachlässigbar kleine Spannung an dem Reihenkongezeigt) vorhanden sein, würde jedoch nicht die densator31 vorhanden und beim Fehlen der Fun-Spannung an der Funkenstrecke infolge des niedrige- kenstreckenableitpfade oder Funkenstrecken- und ren Widerstand aufweisenden Pfades des Ableit- Verdrahtungskapazitäten wäre überhaupt keine Widerstandes 32 beseitigen. Der größte Teil des Spannung zu erwarten, wie in Fig. 6c gezeigt wird. Stromes des Nebenschlußkreises wird zwangläufig 45 Dies setzt voraus, daß jede zuvor in dem Kondenbegrenzt, da der Kondensator 31 und der Widerstand sator 31 gespeicherte Ladung infolge längerer be-32 jederzeit zwischen der Funkenstrecke und dem triebsloser Perioden oder Leerlaufbedingungen verOszillator oder einer anderen Energiequelle liegen. braucht worden ist. Unter diesen Bedingungen tritt Obgleich der Reihenkondensator 31 auch kleiner an der Funkenstrecke G eine Leerlaufspannung auf, als der Nebenschlußkondensator 20 gemacht werden 50 die sich der Spannung zwischen den Elektroden kann, um die Entladung weiterhin zu begrenzen, so des Nebenschlußkondensators 20 annähert, wie in hat sich dies nicht als vorteilhaft erwiesen, da es den F i g. 6 d gezeigt ist.

Wert vermindert, auf den der Nebenschlußkonden- Der bei den Impulseji 3 bis 8 auftretende Funkensator entladen wird. Praktisch bleibt die nutzbare Überschlag veranschaulicht normale Schneidbedin-Nebenschlußkapazität gleich der Reihenkapazität. 55 gungen, wenn die Funkenstrecke in den Bereich nor-Eine Reihenkapazität, die groß gegen den Neben- maler Weite eingestellt ist. Funkenstreckenweiten für Schlußkondensator ist, entladet diesen zwar voll- Feinschneidvorgänge sind in typischer Weise klein, ständiger, jedoch auf Kosten der Begrenzung des und es hat sich gezeigt, daß die Entladungen ziem-Kurzschlußstromes mit Bezug auf den normalen lieh beständig in der Nähe des Scheitelwertes der an Schneidstrom. Auf diese Weise würden die Kurz- 60 die Funkenstrecke angelegten Spannung auftreten, schlußspitzenströme wahrscheinlich höher anstatt Wenn die Entladungsresonanzperiode viel kleiner als niedriger als die Spitzenschneidströme sein. die Oszillatorperiode ist, sind keine Übertragungs-

Eine abgeänderte Ausführungsform, die eine Ein- schwingungszüge zwischen den Impulsen aufgetreten, richtung für sehr feine Oberflächenendbearbeitung Wie inFig. 6b gezeigt ist, steigt die Nebenschlußdarstellt und wiederum einen Reihenbegrenzungs- 65 kondensatorspannung während der Ladung auf einen kondensator 31 verwendet, ist in Fig. 4 veranschau- Wert von über 200VoIt an und fällt dann sehr licht. Ein getrennter Nebenschlußkondensator 20 schnell bei einem Überschlag auf einen Gleichwird dabei nicht benutzt. Seine Funktion übernimmt gewichts- oder Ausgleichswert von etwa 100 Volt ab.

Claims

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Fig. 6c zeigt, daß die Spannung an dem Konden- strecke G Überschläge auftreten. Der Ladestrom sator 31 nicht langsam steigt, bis die Ausgleichs- durch das Werkzeug T und das Werkstück W ist so- oder Gleichgewichtsspannung erreicht ist, jedoch bei mit kleiner als der Entladestrom während des nor-Funkenüberschlag sehr schnell anwächst, um den malen Schneidens. Der Strom durch die Funken-Gleichgewichtswert zu überschreiten. Die Scheitel- 5 strecke ist immer proportional der Momentanspanspannung an dem Reihenkondensator 31 wird je- nung an dem Kondensator 20 vermindert um die doch schnell vermindert, wobei nur ein Minimum Spannung an dem Kondensator 31. Da der nichtan Schwingungszeit infolge der sehr kleinen Ent- lineare Widerstand 32 einen hohen Widerstandswert ladungszeitkonstante des iüC-Gliedes 31, 32 verfüg- hat, bis die Spannung zwischen seinen Enden das bar ist. Während des Uberschreitungszeitraumes ist io Potential erreicht, bei dem er effektiv schaltet, wird der Widerstand sehr klein, da die angelegte Spannung der Strom durch die kurzgeschlossene Funkenoberhalb des effektiven Schaltpotentials liegt. Die strecke auf einen sicheren Wert während der ge-Funkenstreckenspannung fällt während der Im- samten Ladeperiode begrenzt. Beim Fehlen der pulse3 bis 8, wie in Fig. 6d gezeigt ist, auf ein durch den Überschlag verursachten plötzlichen Zuniedriges Ionisierungspotential, das in typischer 15 Standsänderung, dämpft der Widerstand 32 Schwin-Weise in der Größenordnung von 20 bis 30VoIt gungen in sehr wirksamer Weise und unterbindet liegt. Wenn die Spannungen der beiden Konden- Rückstrom während negativer Halbperioden, satoren einen Ruhezustandswert mit einer geringeren Die Gesamtwirkung besteht darin, den Kurz-Spannungsdifferenz als der Funkenstreckenionisie- schlußspitzenstrom durch das Werkstück auf einen rungsspannung erreichen, wird die Funkenstrecke 20 viel kleineren Wert als den normalen Spitzenentionisiert, und die Entladung ist beendet. schneidstrom zu begrenzen. Ein Teil der Energie Der in Fig. 6e dargestellte Funkenstreckenstrom wird in dem Widerstand32 vernichtet. Diese autohat einen Hauptentladungsimpuls, währenddem das matische selektive Regelung verhindert vollständig Werkstück mit Bezug auf das Elektrodenwerkzeug irgendeine Kurzschlußbeschädigung des Werkstücks, positiv ist. Ein kleinerer negativer Impuls kann 25 dessen Oberfläche bearbeitet wird. Die Impulse 9 folgen (nicht gezeigt), wobei jedoch jede Schwing- und 10 in F i g. 6 a, denen die Stromimpulse in neigung sehr schnell gedämpft wird. Fig. 6e entsprechen, veranschaulichen den be-Nachdem der Entladestrom aufgehört hat, nimmt schriebenen Zustand. Zusätzlich zu der Spitzendie Spannung an dem Kondensator 31 in dem ver- strombegrenzung wird der Kurzschlußdurchschnittshältnismäßig langen Intervall zwischen den Ent- 30 strom sowie der Spitzenstrom durch Verwendung des ladungszeiträumen infolge des von dem Neben- Reihenkondensatorkreises vermindert, da praktisch schlußwiderstand 32 gebildeten Kriech- oder Ableit- immer eine wesentliche Spannung von der an den Widerstandspfades ab. Bei solchen angelegten Span- Funkenstreckenelektroden liegenden Quellenspannungen ist der Widerstand verhältnismäßig groß und nung abgezogen wird.

die Spannungsabnahme ist begrenzt (auf einen Wert 35 Verschiedene Abwandlungen der Geräte nach in der Nähe von 60 Volt, wie in Fig. 6c gezeigt ist), Fig. 3 und 4, bei denen alle oder einige der Beso daß die Differenzspannung zwischen den Konden- triebsvorteile beibehalten werden, können innerhalb satoren keinen Funkenstreckenüberschlagswert er- des Rahmens der Erfindung durchgeführt werden, reicht, bevor der nächste Quellenimpuls angelegt Beispielsweise kann der Widerstand 32 so gewählt wird. Diese Reihenkondensatorspannung vermindert 40 werden, daß der Reihenkondensator 31 während der die Funkenstreckenspannung zu jedem Zeitpunkt Intervalle zwischen den Entladungen entladen wird, während der Anlegung eines Quellenimpulses für ge- Verschiedenartige Energiequellen können den gebene Kapazitäts- und Ladespannungswerte. Nebenschlußkondensator 20 speisen und trotzdem Fig. 6e veranschaulicht einen sehr wesentlichen den Vorteil des Reihenkondensators 31 ausnutzen. Vorteil, der den gleichmäßigen Schneidvorgang mit 45 Beispielsweise kann eine Gleichspannung oder eine feiner Oberflächenbearbeitung mittels der Schaltung pulsierende Spannung durch eine geeignete Ladenach F i g. 3 (oder F i g. 4) während der Impulse 9 impedanz hindurch für einen abklingenden Schwin- und 10 begleitet und im besonderen durch die neue gungstyp angelegt werden, bei dem sich der Kon-Schaltungsanordnung bedingt ist. Der Kurzschluß- densator 20 bis zum Funkenüberschlag ladet und die

strom durch die Funkenstrecke wird von dem Kon- 50 Ladeimpedanz den Stromfluß von der Quelle wähdensator31 begrenzt, der in Reihe mit der Quelle rend der Entladung begrenzt. In einem solchen und der Funkenstrecke liegt. Während der Wider- Fall braucht die Ladeimpedanz nicht der Widerstand stand 32 auf einen sehr kleinen Wert abnehmen des Gleichrichters 23 zu sein, sondern kann eine Inkann, wird der Kurzschlußstrom in keinem Fall von duktivität oder ein Widerstand sein, diesem Widerstand allein begrenzt. Dies folgt aus 55
der Tatsache, daß der Widerstand 32 einen niedrigen

Wert hat, der einen starken Stromfluß nur zuläßt, Patentansprüche: wenn eine verhältnismäßig hohe Spannung zwischen

den Elektroden des Kondensators 31 auftritt. Der 1. Schaltanordnung zur Funkenerosion mit

Kurzschlußstrom wird wirksam auf den Wert be- 60 einem Hochfrequenz-Impulsgenerator, der über

grenzt, der durch die Differenz zwischen der momen- einen Halbwellengleichrichter mit einem kapazi-

tan angelegten Spannung und einer Kondensator- tiven Speicher verbunden ist, der parallel zur

spannung mit einem gegebenen Minimalwert (in die- Funkenstrecke liegt, dadurch gekenn-

sem Fall etwa die halbe Leerlauf spannung der ζ eich η et, daß die Kapazität und Induktivität

Quelle) entsteht. 65 des Entladekreises derart bemessen sind, daß

Wenn die Kondensatoren 20 und 31 während des dessen Resonanzfrequenz während der Entladung

Kurzschlusses parallel liegen, steigt und fällt ihre höher ist als die Ladefrequenz des kapazitiven

Spannung langsamer, als wenn in der Funken- Speichers (20).

2. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Entladekreis ein Kondensator (31) in Reihe mit dem kapazitiven Speicher (20 bzw. 28) und zu der Funkenstrecke (G) liegt.

3. Schaltanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz im Ladekreis etwa 4OkHz und im Entladekreis etwa 50 kHz beträgt.

4. Schaltanordnung nach Anspruch 1 oder Unteransprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise Spannungsregelvorrichtungen zum Begrenzen der Kondensatorladespannung (20) während des Leerlaufs vorhanden sind.

5. Schaltanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsregelvorrichtung ein an sich bekannter nichtünearer Widerstand (30) ist, bei dem die Stromstärke in Form einer Exponentialfunktion der anliegenden Spannung mit dem Exponenten größer als 1 zunimmt.

6. Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem im Entladungskreis in Reihe mit dem kapa-

zitiven Speicher (20, 28) und der Funkenstrecke (G) angeordneten Kondensator (31) ein nichtlinearer Widerstand parallel geschaltet ist.

7. Schaltanordnung nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der kapazitive Speicher (20, 28) und der Kondensator (31) im Entladekreis etwa gleiche Kapazitätswerte haben.

8. Schaltanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der durch den nichtlinearen Widerstand (32) fließende Strom in an sich bekannter Weise als eine Exponentialfunktion, mit einem Exponenten größer als 1, der an dem Kondensator (31) liegenden Spannung zunimmt.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 1013 371;

deutsche Auslegeschrift Nr. 1052 600;

deutsche Auslegeschrift C10763 VIIId/21h (bekanntgemacht am 17. 5. 1956);

Fertigungstechnik, H. 7, 1955, S. 305 bis 310,
H. 11, 1955, S. 500 bis 504;

Deutsche Elektronik, H. 9, 1957, S. 450 bis 458.

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