DE1565095A1 - Einrichtung zum Begrenzen der Kurzschlussenergie an Werkzeug und Werkstueck bei elektrolytischen Maschinen - Google Patents

Description

• Einrichtung; zum Begrenzen der Kurzschlu3energie an Werkzeug und VerkstUck bei elektrolytischen , Maschinen .
• Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Begrenzen der Kurz;chlaßenergie an Werkzeug und Werkstück bei elektrolytischen Maschinen, bei denen das als Anode dienende Werkstück sowie das als Kathode dienende Werkzeug aus einem Wechselspannungsnetz über einen Drehstromsteller und eine Gleichrichteranordnung mit nachgeschalteter Glättungs drossel gespeist sind.
• Bei elektrolytischen Maschinen wird das zu formende Werkstück und das Formwerkzeug mit einer Elektrolytflüssigkeit bespült, z.B. einer Kochsalzlösung, und auf sehr dichten Abstand z. F3. 1110 mm aneinander genähert. Durch den Stromfluß zwischen den Elektroden (z.B. 104.A bei 12 V Llektrodenspannung) gehen Metallionen z.B. Fe-Ionen aus dem als 1inode wirkenden Werkstück in die Lösung. Es gilt: Fe + +NaCI + H20 = P eCl + NaOH + H Bei geeigneter Bemessung entsteht dabei das Negativ des rIerkz.;uge; z.B. ein Gesenk, im Werkstück. Damit die Kathode nicht verschmutzt, wird der Elektrolyt umgepumpt und gereinigt. Die :leine Entfer-' n:ing zrri scheu @9erkst'ick und Werkzeug ergibt sich einmal dadurch, da:5 das zu formende "Jerkst:iek möglichst genau dem iTegativ des Werkzeuges entsprechen soll und zum andern dadurch, daß man die aufzuwendende elektrische Leistung, die ja wesentlich vom Elektrodenabstand abhängig ist, möglichst klein halten will. (dpahnung ist von dem Abstand abhängig!) Zar Energielieferung für derartige elektrolytische Anlagen wurde bereits eine Anordnung vorgeschlagen, bei der iNerkst@:ck und Werkzeug aus einem Dreiphasennetz über antiparallel geschaltete als Drehstromsteller dienende Ventile, einen Transformator und einem diesem nachgeschafteten Brückengleichrichtersatz und einer Glättungsdrossei mit Gleichspannung versorgt werden. Die Glättungsdrossel ist bei dieser Anordnung notwendig, da bei einer zu großen "lelligkeit des Gleichstromes nachteilige ,'Jirkungen für den Abtrat des Werkstückes zu befürchten sind, und am den Kurzschlußstrom im Kurzschlußfalle zu begrenzen. Bei einer elektrolytischen Maschine tritt häufig ein elektrischer Kurzschluß durch einen Oberschlag zwischen Anode und Kathode auf; sei es durch Verunreinigung des Elektrolyten oder sei es durch infolge örtlicher Erwärmung des Elektrolyten auftretender Luftblasen. Trotz-.des Ansprechens von Sicherungen oder einer äofortigen Löschung der primärseitigen Ventile, fließen, bedingt durch die zum Löschen notwendige Zeit und infolge der gespeicherten magnetischen Energie in Transformator und Glättungsdrossel, noch sehr hohe Kurzsehlußströme weiter: Durch--diese hohen Kurzschlußströme werden einmal die Gleichrichteranordnung belastet und zum andern Kurzschlußschä,den, wie@Kurzschlußmarken, an Werkstück und Werkzeug hervorgerufen. Dies ist vor allem hinsichtlich des kostspieligen-Werkzeuges außerordentlich unangenehm, da dies schon durch wenige Kurzschlüsse in :seiner Maßhaltigkeit verschl.eehtert wird. Die Aufgabe der Erfindung-besteht nun darin, die an Werkstück und: Werkzeug auftretende Kurzschlußenergie derart zu begrenzen, daß keine Schäden auftreten. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß parallel zur Kathoden-Anoden-Strecke ein Spannungsüberwachungsglied angeschlossen ist, das bei einer im Verhältnis zur Betriebsspannung geringen Änderung der Spannung die wechselstromseitige Zuleitung :sperrt und einen parallel zu den Elektroden liegenden Hochstromschalter schließt, Damit werden die gespeicherte magnetische Energie, sowie die bis zur vollständigen primärseitigen Sperrung gelieferte Energie, unschädlich gemacht. Vorzugsweise besteht dabei der Hochstromschalter aus einem mecha--nischen Kurzschließer, der von einem Thyristor angesteuert ist. Auf diese Weise ergibt sich eine einfache und robuste Anordnung. Ist dem mechanischen Hochstromschalter noch ein Thyristor parallel geschaltet, "so kann dieser im ersten Augenblick den Kurzschlu3strom übernehmen,bis der mechanische Schalter anspricht. Der oder die .Thyristoren können dabei verhältnismäßig klein bemessen werden, da sie nur kurzzeitig belastet sind. Man kann natürlich auch auf den mechanischen Schalter verzichten und die gesamte Leistung durch Thyristoren schalten. Zur Verringerung der von den Thyristoren aufzunehmenden Kurzschlußleistung wird ferner zweckmäßigerweise_ den Thyristoren ein auf die Glättungsdrosselenergie abgestimmter Kondensator nachgeschaltet und der Anschluß zwischen Kondensator und Thyristor auf ein im Verhältnis zur Elektrodenspannung hohes Spannungspotential in Durchlaßrichtung des Thyristors gelegt. Die Erfindung sei nun im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert: Bei der in Fig.1 gezeigten Anordnung wird die Primärwicklung 2 eines Transformators 3 über,je Phase antiparallel geschaltete Ventile 1, z.B. Thyristoren, die als Drehstromsteller dienen, aus einem 50 Hz Dreiphasennetz RST gespeist. Die Sekundäreine Gleichriehteranordnung 5 und wicklung 4 des Transformators 3 speist übe1%'eine Glättnngedroesel 12 das als Anode-dienende Werkstück 11 sowie das als Kathode dienende Werkzeug 10. Parallel zu diesen Elektroden ist ein Spannungsüberwachungsglied 9 angeordnet, das bei einer Absenkung der Elektrodenspannung anspricht. Weiter liegt parallel zu den Blektrod,en,ein mechanischer Hochstromschnellechalter 6,der über einen Thyriator 7 angesteuert wird. Parallel zu diesem mechanischen Hochatromschnellsehalter (Kurzschließer) können noch ggf. ein oder mehrere Thyristoren 8 angeordnet werden. Bei einer Absenkung der Spannung zwischen Anode und.Kathode, z.B. von 12 auf 11,5 Y, spricht das Bpanhüngeüberwachungsglied: an, löscht die Ventile 1 und zündet die Thyristcren 7 und B. Dadurch werden die Elektroden kurzgeschlossen; im ersten Augen= blick wird der Kurzschlußstrom durch-den Thyristor 8 und nach etwa lmsec. durch den Hochstremschnellschalter 6 übernommen. Damit wird die in der Glät.tungsdrossel 12 gespeicherte erhebliche magnetische Energie, sowie: die noch vom Netz bis zur vollständigen Löschung der Ventile gelieferte Energie, vernichtet, ohne daß, Schäden an Werkzeug oder Werkstück auftreten.
• Eine andere Ausführungsform der-Erfindung zeigt schematisch Fig.2, in der gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen wie in Pig.1 versehen sind. Hier wird der gesamte Kurzschlußstrom von einem Thyristor (in Wirklichkeit einer Thyristorgrupne) übernommen, dem eine Stromanstiegsbegrenzungsdrossel 13-vor-geschaltet ist.
• Eine weitere Version der Erfindung zeigt Fig.3. Hier ist- in Reihe mit dem:Thyristor 1¢ ein Kondensator 15 geschaltet, der entsprechend der Glättuigsdrosselenergie - bei gegebener Anlagenleistung -bemessen-ist. An dem Verbindungspunkt zwischen Thyristor und Kondensator-liegt eine im Verhältnis zur E'lektrodenspannung (z.B. 20 V) hohe negative Hilfsgleichspannung (z.B. 200 V),die von einem gesonderten Gleichrichtersatz 18 über einen Ladewiderstand 19 geliefert wird: Durch diese negative Gegenspannung ergibt sich bei Zündung des Thyristors 14 ein rascher Energieabbau der in der Glättungadrossei gespeicherten Energie: .Eine am Verbindungspunkt infolge von-Schwingungen auftretende Spannung entgegengesetzter Polarität wird über die Diode.16 und dem Entladswiderstand 17 geführt. Will man verhindern* 4a3 die Hilfsgleichspung an den. Elektroden liegt, so ist der Anschluß -nicht mit der mit A,- sondern mit der mit B bezeichneten Stelle im Gleichrichtersat z 5 zu verbinden. Im nachfolgenden seien durch ein Rechnungsbeispiel die Energieverhältnisse bei der letztgenannten Anordnung näher erläutert: Es sei angenommen, daß die Betriebsspannung zwischen den Elektroden 20 V und der Betriebsstrom 3000 A beträgt und daß die Glö.ttungsdrossel für eine ausreichende Glättung mit Z = 250 # 10 6 H zu bemessen ist; dann ergibt sich die in der Drossel gespeicherte magnetische Energie zu: 1/2 ZJ2 = 1/2 . 250 # 10-6. 9 # 106 = 1125 Nsec und die. elektrische Energie des Kondensators zu 1/2 CU2 = 1i25 eisec; daraus. folgt Um die Kurzschlußenergie der Glättungsdrossel 12 aufzunehmen, wird also ein Saugkondensator 15 von 50#10 3 F benötigt. Die noch zusätzlich v7Ia Netz gelieferte. Kurzschlußenergie durch das bis zum Ende der jeweiligen Spannungshalbwelle stromführende Ventil 1 ergibt sich bei einer maximalen Stromführungsdauer von 6 2/3 ursec zu etwa: 6,7 # 20 # 3000 s 360 %#räec Um auch diese Energie aufzunehmen, muß der Kondensator 15 etwa noch um 30 % vergrößert werden. Durch die vorstehend geschilderte Anordnung ist ein vollautomatischer Betrieb der elektrolytischen Maschine möglich. Die bei jedem Kurzschluß gelöschten Ventile können nach einer bestimmten Zelt wieder freigegeben werden. Ist dann die Kurzschlußursache verschwunden, infolge der Umwälzung sei es durch Abkühlung oder durch Reinigung des Elektrolyten, so spricht das Spannungsüberwachungsglied nicht mehr an und die Anlage bleibt eingeschaltet: Bei einem Dauerkurzsehluß, für-den ein mehrmaliges Ansprechen des Spannungsüberwachungsgliedes als Kriterium dient, wird die Anlage dauernd abgeschaltet. _ _

Claims (5)

1. . . Patentansprüche . , , .- _ . - .. 1. Einrichtung zum Begrenzen der Kurzschlußenergie an Werkzeug und Werkstück bei elektrolytischen Maschinen, bei der das als-Anode dienende Werftstück sowie das als Kathode dienende Werkzeug aus einem YJechselspannungsnetz über einen Drehstromsteller und eine Gleichrichteranordnung mit nachgeschalteter Glättungsdrossel gespeist sind, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Kathoden-Anodenstrecke (10,11) ein Spannungsüberwachungsglied (9) angeschlossen ist, dä,s bei einer im Verhältnis zur Betriebsspannung geringen Spannungsänderung das wechselstromseitige Stellglied (1) sperrt und einen parallel zur Kathoden-Anodenstrecke liegenden Hochstromschalter (6) schließt. .
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochstromschalter aus einem mechanischen Kurzschließer (6) besteht, der von e-2nem Thyristor (7) angesteuert ist. .
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Hochstromschalter (6) ein oder mehrere Thyristor en (8) parallel geschaltet sind.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hoehstromschalter nur aus Thyristoren (14) besteht.
5. 5. Einrichtuilg nach Anj;jruch1u.a,dadurch gekennzeichnet, daß den Thy-ristoren (14). cin auf Energiegleichheit zur'Glättungsdrossel (12) abgestimmter Kondensator (15) nachgeschaltet ist und daß der Anschluß zwischen Kondensator (15) und Thyristoren (14) äuf einen im Verhältnis zur Blektrodenspannung hohen negativen Spannungspotential in DurchlaAriahtung der Thyristoren t14) liegt.