-
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für die elektroerosive
Bearbeitung elektrisch leitender Werkstücke, in der einer die Funkenstrecke speisenden
Gleichspannung Spannungsimpulse mit abwechselnd verschiedener Polarität überlagert
werden.
-
Bei bekannten Schaltungsanordnungen dieser Art sind Reihen- bzw. Parallelschaltungen
einer Gleichspannungsquelle und einer Spannungsimpulse mit abwechselnd verschiedener
Polarität lieferndenWechselspannungsquelle vorgesehen (USA.-Patentschrift 3 014155,
britische Patentschrift 870 661). Dabei bewirkt die der Gleichspannung überlagerte
Wechselspannung nur, daß einerseits die Entladungen erleichtert und andererseits
Kurzschlußzustände beendet werden. Ferner ist eine Schaltungsanordnung zur elektroerosiven
Bearbeitung bekannt, bei der eine Quelle niederer Spannung und hoher Leistung mit
einer Quelle hoher Spannung und niederer Leistung parallel geschaltet sind, die
den die Funkenstrecke enthaltenden Arbeitskreis beaufschlagen (USA.-Patentschrift
3 052 817). Besondere Anweisungen für die Form der Halbwellen sowie über die Amplitudenverhältnisse
von Gleichspannung und Wechselspannung sind für die bekannten Schaltungsanordnungen
nichtgegeben.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, die von der Wechselspannungsquelle aufzubringende
Energie zu verringern. Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung der eingangs
genannten Art dadurch gelöst, daß die Gleichspannung kleiner als die Zündspannung
und größer als die Brennspannung der Funken ist und daß zeitlich getrennte Spannungsimpulse
mit gegenüber der Periodendauer kurzer Dauer überlagert werden, deren Amplitude
größer als die Differenz zwischen Zünd- bzw. Brennspannung und der Gleichspannung
ist. Dadurch wird praktisch die gesamte im Arbeitskreis über die Funkenstrecke umgesetzte
Energie ungesteuert aus der Gleichspannungsquelle in den Arbeitskreis eingespeist,
während nur ein sehr kleiner Teil der umgesetzten Energie gesteuert aus der Quelle
der Spannungsimpulse zugeführt wird.
-
Dabei bestehen verschiedene prinzipielle Möglichkeiten für die Auslegung
der Schaltungsanordnung nach der Erfindung, und zwar a) die Impulse verschiedener
Polarität, nämlich Zünd- und Löschimpulse, werden in Reihe mit der Gleichspannung
in den Arbeitskreis eingespeist, b) die Zünd- und, Löschimpulse werden parallel
zur Gleichspannung in den Arbeitskreis eingespeist, c) die Zündimpulse werden in
Reihe mit der Gleichspannung und die Löschimpulse parallel zur Gleichspannung in
den Arbeitskreis eingespeist, d) die Zündimpulse werden parallel zur Gleichspannung
und die Löschimpulse in Reihe mit der Gleichspannung in den Arbeitskreis eingespeist.
-
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Schaltungsanordnung nach der
Erfindung besteht darin, daß die Quelle der Spannungsimpulse aus der in den Arbeitskreis
eingeschalteten Sekundärwicklung eines übertragers besteht, dessen Primärwicklung
an einen Impulsgenerator angeschlossen ist. Mit dieser Schaltungsanordnung werden
Zünd- und Löschimpulse in Reihe mit der Gleichspannung in den Arbeitskreis eingespeist.
-
Andere vorteilhafte Ausführungsformen der Schaltungsanordnung nach
der Erfindung bilden die Quelle der Spannungsimpulse als über einen Schalter aufladbaren,
in Parallelschaltung zur Funkenstrecke liegenden Kondensator aus. Eine Möglichkeit
für die Auslegung einer solchen Schaltungsanordnung besteht darin, daß der Arbeitskreis
in Reihenschaltung die Gleichspannungsquelle, einen Gleichrichter, einen Widerstand
und die Funkenstrecke enthält und daß parallel zu der Funkenstrecke die Reihenschaltung
eines Kondensators und eines Widerstandes liegt, deren Verbindungspunkt über einen
Schalter mit einer weiteren Gleichspannungsquelle verbunden ist, die andererseits
an den ungleichnamigen Pol der Gleichspannungsquelle des Arbeitskreises angeschlossen
ist. Eine weitere Möglichkeit für die Auslegung einer solchen Schaltungsanordnung
besteht darin, daß der Arbeitskreis in Reihenschaltung die Gleichspannungsquelle,
einen Gleichrichter, einen Widerstand und die Funkenstrecke enthält und daß parallel
zu der Funkenstrecke die Reihenschaltung eines Kondensators und eines Schalters
liegt, deren Verbindungspunkt über einen weiteren Widerstand an den mit dem Gleichrichter
verbundenen Pol der Gleichspannungsquelle angeschlossen ist.
-
In der Zeichnung zeigt F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung
nach der Erfindung bei Reihenschaltung der Gleichspannungsquelle und der Quelle
der Spannungsimpulse, F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung
nach der Erfindung bei Parallelschaltung der Gleichspannungsquelle und der Quelle
der Spannungsimpulse, F i g. 3 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung
nach der Erfindung bei abwechselnder Reihen- und Parallelschaltung der Gleichspannungsquelle
und der Quelle der Spannungsimpulse, F i g. 4 schematisch den Verlauf der Spannung
an der Funkenstrecke und des durch die Funkenstrecke fließenden Stromes über der
Zeit bei den Schaltungsanordnungen nach den F i g. 1 bis 3.
-
In den drei dargestellten Schaltungsanordnungen enthält der Arbeitskreis
jeweils in Reihenschaltung eine Gleichspannungsquelle 1, einen Widerstand 2 und
die zwischen den Elektroden 5 und 7 gebildete Funkenstrecke 6. Bekanntlich liegt
bei einer Schaltungsanordnung für die elektroerosive Bearbeitung elektrisch leitender
Werkstücke die »Brennspannung« der Entladung etwa zwischen 15 und 30 Volt und ist
nur in geringem Umfange von der Stromstärke und dem Abstand zwischen den Elektroden
5 und 7 abhängig. Zur Zündung der Entladung zwischen den Elektroden 5 und 7 ist
bekanntlich jedoch eine höhere Spannung, die »Zündspannung« erforderlich, die erheblich
von dem Abstand zwischen den Elektroden 5 und 7 abhängt. Die Entladung zwischen
den Elektroden 5 und 7 erlischt bei Unterschreiten der Brennspannung.
-
Die Scliältungsanordnung nach F i g. 1 enthält in dem Arbeitskreis
zusätzlich die Sekundärwicklung eines Übertragers 3, dessen Primärwicklung an die
Quelle 4 der Spannungsimpulse angeschlossen ist.
Hierbei ist folgende
Wirkungsweise gegeben: Die Spannung Ui der Gleichspannungsquelle 1 liegt
zwischen der Brennspannung UB und der für den vorgegebenen Abstand zwischen
den Elektroden 5 und 7 charakteristischen Zündspannung Uz. Die Spannung U1 liegt
in der Zeit to bis t1 an der Funkenstrecke 6 an, ohne daß in dieser Zeit ein Strom
durch die Funkenstrecke 6 fließt. Zur Zeit ti erzeugt die Quelle der Spannungsimpulse
einen kurzen Zündimpuls, der über den Übertrager 3 in den Arbeitskreis eingespeist
wird und so gerichtet ist, daß er sich zur Spannung U1 der Gleichspannungsquelle
1 addiert. Die Amplitude des Zündimpulses ist so gewählt, daß seine in den Arbeitskreis
eingespeiste Spannung U, zusammen mit der Spannung U1 der Gleichspannungsquelle
1 mindestens die Zündspannung UZ erreicht. Zur Zeit t1 zündet die Entladung in der
Funkenstrecke 6, die Spannung an der Funkenstrecke 6 fällt auf die Brennspannung
UB ab, und in der Zeit t1 bis t. fließt ein Strom IS durch die Funkenstrecke
6, dessen Größe durch die Spannung U1 der Gleichspannungsquelle 1, ,die Größe des
Widerstandes 2 und die Größe der Brennspannung UB bestimmt ist. Zur Zeit
t, speist die Quelle 4 der Spannungsimpulse über den Übertrager 3 in den Arbeitskreis
einen kurzen Löschimpuls ein, der so gerichtet ist, daß sich seine Spannung von
der Spannung U1 der Gleichspannungsquelle 1 subtrahiert. Die Amplitude des Löschimpulses
ist so gewählt, daß seine in den Arbeitskreis eingespeiste Spannung U3, von der
Spannung U1 der Gleichspannungsquelle 1 subtrahiert, eine unterhalb der Brennspannung
UB liegende Spannung ergibt. Überschreitet die Dauer des Löschimpulses die
Entionisierungszeit der Funkenstrecke 6, so erlischt dort die Entladung, und die
Spannung an der Funkenstrecke 6 steigt wieder auf die Spannung Ui der Gleichspannungsquelle
1 an, und während der folgenden Zeit t2 bis t3 fließt kein Strom mehr durch
die Funkenstrecke 6. Zur Zeit t3 folgt ein weiterer Zündimpuls, worauf sich die
geschilderte Arbeitsweise fortlaufend wiederholt.
-
Diese Arbeitsweise der Schaltungsanordnung nach der Erfindung läßt
insbesondere folgende Vorteile erkennen. Die Spannung U1 der Gleichspannungsquelle
1 braucht nur wenig über der Brennspannung UB zu liegen. Der Widerstand
2 kann relativ klein gewählt werden und bei passender Wahl der Spannung U1
durch die in dem Arbeitskreis ohnehin vorhandenen Widerstände, z. B. den Innenwiderstand
der Gleichspannungsquelle 1, gebildet sein. Infolgedessen können die Verluste
an Energie im Arbeitskreis klein gehalten werden im Vergleich zu der an der Funkenstrecke
6 umgesetzten Energie. Da die Dauer des Zündimpulses nur größer als die Zündverzögerungszeit
der Entladung und die Dauer des Löschimpulses nur größer als die Entionisierungszeit
in der Funkenstrecke 6 sein muß, die Zündverzögerungszeit und die Entionisierungszeit
im allgemeinen aber klein gegenüber den üblichen Dauern der Entladung sind, sind
die beim Zündimpuls und beim Löschimpuls umgesetzten Energien klein gegenüber der
in der Funkenstrecke 6 umgesetzten Energie. Schalter im Arbeitskreis fehlen; gesteuert
wird nur die von der Quelle 4 der Spannungsimpulse abgegebene Energie.
-
Die Schaltungsanordnung nach F i g. 2 enthält im Arbeitskreis zusätzlich
einen Gleichrichter 17. Außerdem sind parallel zu der Funkenstrecke 6 zwischen den
Verbindungspunkten 12 und 14 ein Kondensator 11 und ein Widerstand
10 in Reihe geschaltet, wobei der dazwischenliegende Verbindungspunkt
13 über den Schalter 9 mit der weiteren Gleichspannungsquelle 8
verbunden
ist, die andererseits an den ungleichnamigen Pol der Gleichspannungsquelle
1 des Arbeitskreises angeschlossen ist. Dabei ergibt sich folgende Wirkungsweise
der Schaltungsanordnung. Die Summe der Spannungen U1 der Gleichspannungsquelle
1 und U8 der Gleichspannungsquelle 8 ist mindestens gleich der Zündspannung
UZ. Die Spannung U1 der Gleichspannungsquelle 1 allein liegt zwischen der
Zündspannung UZ und der Brennspannung UB. Der beispielsweise als Transistor
oder als Thyristor ausgebildete Schalter 9 werde zur Zeit to geschlossen. Dann lädt
sich der Kondensator 11 auf die Summe der Spannungen U1 und U8 auf. Der Verbindungspunkt
14 kommt dabei auf das Potential -I- U1, der Verbindungspunkt 13 auf
das Potential - U, und der Verbindungspunkt 12 auf das Potential O, so daß
an der Funkenstrecke 6 die Spannung U1 anliegt. In der Zeit to bis t1 wird demnach
keine Entladung gezündet, und durch die Funkenstrecke 6 fließt kein Strom. Zur Zeit
t1 wird der Schalter 9 geöffnet, so daß der Verbindungspunkt 14 das Potential U1
-!- U8 annimmt. Damit liegt die Summe der Spannungen U1 und U8 an der Funkenstrecke
6 an und zündet die Entladung. Dann fällt die Spannung an der Funkenstrecke
6 auf die Brennspannung UB ab, und in der Zeit t1 bis t., fließt der
Strom IS durch die Funkenstrecke 6. Währenddessen entlädt sich auch der Kondensator
11 über den Widerstand 10 und die Funkenstrecke 6 bis auf die Brennspannung
UB. Die Größen des Kondensators 11 und des Widerstandes
10 sind in der Schaltungsanordnung so gewählt, daß die Zeitkonstante Rio
@ Cii klein ist gegenüber der Zeit t1 bis t., der Dauer der Entladung durch die
Funkenstrecke 6. Die Entladung des Kondensators 11 übt also praktisch keinen
Einfluß auf die Entladung an der Funkenstrecke 6 aus. Zur Zeit t2 wird der Schalter
9 wieder geschlossen. Dadurch fällt das Potential des Verbindungspunktes 13 wieder
auf - U$ ab. Der Verbindungspunkt 14 nimmt dabei das Potential
UB- U$ an, so daß die Spannung an der Funkenstrecke 6
unter die Brennspannung
UB absinkt, die Entladung an der Funkenstrecke 6 erlischt und in der Zeit
t., bis t3 kein Strom durch die Funkenstrecke 6 fließt. An dieser steigt dann die
Spannung wieder auf U1 an, und der Kondensator 11 lädt sich auf die Summe
der Spannungen Ul+U8 auf. Die beschriebene Arbeitsweise wiederholt sich fortlaufend.
-
Bei der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 3 enthält der Arbeitskreis
ebenfalls einen Gleichrichter 17;
außerdem liegen parallel zu der Funkenstrecke
6 in Reihenschaltung der Kondensator 11 und der Schalter 9, deren
Verbindungspunkt über den Widerstand 16 mit der Verbindung zwischen der Gleichspannungsquelle
1 und dem Gleichrichter 17 verbunden ist. Dies ergibt folgende Arbeitsweise: Die
Spannung U1 der Gleichspannungsquelle 1 ist größer als die Brennspannung
UB und zugleich mindestens gleich der Hälfte der Zündspannung UZ, jedoch
kleiner als die Zündspannung Uz. Zur Zeit to werde der Schalter 9 geschlossen, der
Kondensator 11 lädt sich auf die Spannung U1 auf, und diese Spannung liegt zugleich
an der Funkenstrecke 6 an, die dadurch nicht gezündet wird, so daß in der Zeit to
bis t1 kein Strom durch die Funkenstrecke 6 fließt. Zur Zeit ti wird der Schalter
9 geöffnet, so daß nunmehr die
Gleichspannungsquelle 1 und
der Kondensator 11 in Reihenschaltung mit der Summe ihrer Spannungen an der Funkenstrecke
6 anliegen. Dadurch wird die Entladung in der Funkenstrecke 6 gezündet, und die
Spannung an der Funkenstrecke 6 fällt auf die Brennspannung UB ab, so daß
in der Zeit t1 bis t2 der Strom IS durch die Funkenstrecke 6 fließt. Währenddessen
wird der Kondensator 11 über den Widerstand 16 auf die Differenzspannung Ul-UB umgeladen.
Die für diese Umladung maßgebende Zeitkonstante Rls " Cl, ist klein gegenüber der
Zeit t1 bis t2, der Dauer der Entladung an der Funkenstrecke 6. Zur Zeit t2 wird
der Schalter 9 wieder geschlossen, so daß die Differenzspannung U1- UB mit
umgekehrter Polarität auf die Funkenstrecke 6 einwirkt. Die Entladung an der Funkenstrecke
6 erlischt, und in der Zeit t2 bis t3 fließt dort kein Strom. Währenddessen steigt
an der Funkenstrecke 6 und dem Kondensator 11 die Spannung wieder auf U1 an. Die
geschilderte Arbeitsweise wiederholt sich fortlaufend.