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Schaltung zur Regelung des Elektrodenvors schubs von Funken-Erodiermaschinen
Die vorliegende Erfindung betrifft Schaltungen zur Regelung den Elek trodenvorschube
bei Funken-Erodiermaschinen mit gesteuerten speicherlosen Generator. Die Verwendung
solcher Generatoren steht neuerdings im Vordergrund des Interesses, weil sie eine
relativ geringere Abnutzung der Werkzeugelektrode und eine Größere Arbeitsgeschwindigkeit
ergeben als die bekannten Generatoren mit kapazitivem Energiespeicher ("Relaxationsgeneratoren").
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Der praktische Betriieb von Funken-Brodiermaschinen erfordert eine
selbsttätige Vorschubregelung der Werkzeugelektrodee derart, daß die Größe des Funkenspaltes
zwischen dieser und den Iverkstück immer einen Durchgang aufeinarderfolgender
kurzäauernder Funken ermöglicht. Bei den Generatoren mit kapazItiven Speicher erfolgt
da= jeweils eine Aufladvmg bis zum Durchschlagen des Funkenspaltes,
Dabei
ist die Durchbruchaspannung und mit ihr auch die mittlere Spannung am Funkenspalt
in eindeutiger -xieine von der Spaltweite abhängig. Für eine automatische Vorschubregelung
kann man daher bei diesen Generatoren z. B. von der #ibweichung dieser mittleren
Spannung von einen Sollwert ausgeben.
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Bei Verwendung gesteuerter speicherloser Generatoren soll nun mittels
eines elektronischen Schaltern, z. B. mittels einer Anzahl parallelgeschalteter
Leistungstranaistoren, eine Spannung plötzlich an den Funkenspalt angelegt und nach
einer vorgegebenen Stromübergangszeit ebenso plötzlich wieder abgeschaltet werden.
Ein solches eindeutiges Spannungskriterium für die #'orschubregelung wie bei der
Aufladung einen kapazitiven Speichers bis zur jeweiligen Durchbruchespannung ist
also hier nicht vorhanden. Es ist auch mit Rücksicht auf die begrenzte Spannungsfestigkeit
der Transistoren gar nicht erwünscht, ein solches anzuwenden. Man ist vielmehr bestrebt9
die Spannung des Generators nicht höher zu wählen, als dies für einen angenähert
regelmäßigen Ubergang der Erosionsfunken in Falle einer etwa richtig eingedtellten
Spaltweite nötig ist. Die Erfindung zeigt nun einen Weg, wie man ohne unmittelbares
Spazu;ungskriterium, eine Regelgröße für den Vorschub erhalten kann Es
liegt ihr die Erkenntnis zugrunde, daß auch bei einem festen -,Jert, der an den
Zumkenspalt gelegten spanmung der Funke
nicht sofort- sondern erst
nach einer gewissen verzögerungszeit. UbOrßPri-usti deren Dauer allerdings starken
statistleellen bohwank:Ungen unterliegt., Das statistische Mittel dieser VerzögerungetOit
nimmt bei gleichbleibender Größe der angelegten Spannung nit der Weite des Funkenspaltes
zu., Und oberhalb einer bestj.m. tOn SPaltweite treten praktisch keine Entladungen
iielir ein. Der GrUndgedanke der Erf-Lndung besteht nun darin" Mittel vorzusehen,
um elektrIsche Ppazin,-irgzinjjul se von konstanter Höhe und elmer der jeweiliger.Verzögerungszeit
entsprechenden Dauer zu bilden, hiervon eine mit dem statIstIschen zeitlichen Mittelwert
dieser Dauer anwachsende Spannung abzuleiten und deren dert mit einem :teot%Aingestell-teii
S-aarm-t,.ngr,-wert zu vergleicheni sowie weitere Mittel voi,Zueeheii.. um den durch
die Vorschubregelung zu verändernden Funkenspalt zwischen Werkneugelektrode und
Jerkstück zu verkleinermt wenit der Wert der erstgenannten Spannung den festeingestellt;en'
Spa-Murgswert Übersteigt, oder aber den Funken-Bpalt zu vergrößern. wenn der fort
der erstgenannten Spannung unter dium festeingestellten Spennungewert liegt. Die
Zeitkonstante fÜr die --tatistische Mittelwertbildung muß in Sinne eines Kompromieses
gewäh.It werden- im Verhältnis zu den Zeitkonstanten der mechanischen Voi.s:hubbeeJmflussung
auß diese Zeitkonstante klein geiag sein um Regelschwingungen zu vermeiden; andererseits
muß Übe.- eine grenügerde Z Zahl von Einzel-Nunkenverzügerungszeiten statistisch
Samitteit werden" Versuche haben die prakt#ische BÖS-
liehkeit
eines solchen Kompromisses erwiesen. Außer der Regelung auf einen möglichst gleich
M igen Punkenübergang in ihrem normalen Arbeitsbereich verhält sich die erf#ndungs.
gemäße Schaltung auch in den beiden Extremfällen sinngemäß4 Senn, sich die derkzeugelektrode
so weit vom Werkstück entfernt befindet, daß noch kein Funkenübergang möglich intg
so entsteht beim Spannungsvergleich eine verhältnismäßig große Regelspannung
sol-
cher Polarität, daß ein rasches Heranführen der Elektrode bewirkt wird.
Tritt dagegen eine direkte Berührung zwischen Elektrode und tierkstÜck eine so entsteht
eine größtmögliche Regelspannun8 =sokehrter-.Polarität, welche ein schnellen Wegführen
der Elektrode bewirkt. Zweckmä ig wird für die fest einzust91jende, Venleichsspannung
ein von Hand einstellbarer Spannungsteiler vorgesehen# velcher
s, B. bei Beginn der Arbeit an einem bestimmten Werkotüok nach dem Beobachten
der GleichaUigkeit der Funkenfolge eingestellt wird. Dazu kann man den Spannungsteiler
vorzugsweise an der Funken-ErodIernaschine selbst so anbringen, daß der B.edi
0
zugleich den Funkenopalt beobachten kana. Die durch die Einstellung der
Vergleichespannung gewählte mittlere Punke=trsögerungezeit liegt denn gewEhnlioh
in der Größewem=-9 VOA lo Nikronekunden.'
B Ine besonders zweckmäßige
Kombination ergibt sich bei i#nwenduno der erlIndungsgemäßen Schaltungen
auf Punken-Brodiernasohinen mit einer in Abhängigkeit vom Zustand des Bearbeitungeopalteegesteuerten
Impulafolge, insbesondere nach Patent (Patentanmelduns A 48 137 VIIId/21h)»
Die Ertlndung und eine spezielle AusfUrungsfo=#-derselben seien anhand der nachstehend
beschriebenen Abbildungen näher erläutert. Fiße 1 stellt ein Schaltschema
für einen speicherloSen Generator .für Funken-Brodiermaschinen dar, dessen Impulsfolge
-in -Ibhängigkeit von Zustand des Bearbeitungsspaltes gesteuert wird UM auf welchen
die Erfindung angewandt werden kann. Eine Gleichspannungs-,quelle Q#, (z. B, 6o
V) liefert über einen Stroiabegrenzungswiderstand R und über einen als elektronischer
Schalter verriendeten Transistor Tal Stromimpulse für die Erosion in einera Funkenspalt
F. Die Steuerung des Transistors geschieht durch eine bistabile Kippstufe-B.
Diese schaltet den Transistor To, ein# wenn eine parallel zu F gelegte, relativ
kleine Kapazität 01 über einen Ladewiderstand R 1 bis auf eine geeignet gewählte,
wesentlich über.der Brennsparwung eines Lichtbogens. in 7 liegende
L;pannung" Z* B. 50 V, aufgeladen ist. RI ist so bemessen, daß darüber nur
ein Strom fließen kann, welcher keinesfalls für eine Liohtbogenbildung in F ausreicht.
Eine kurze Zeit, nachden da= über den durchgeschalteten Transistor Tal die volle
Spannung von Q, am
Yunkenspalt F liegt, erfolgt dort der
elektrische Durchbruch* Diese Zeitspanne stellt die'oben erwähnte Yunken:verzögerungsseit
dar. Über einen Stromwandler SW bringt nun der Eimmts des Punkenstromes einen Schaltimpule
für den Eingang einer raonostabilen Kippistute X hervor, welcher diese
zu eineu Kippvorgang in ihren unstabilen Zustand veranlaßt. Die Kippstute
X
ist so eingerichtet, daß sie nach einer einstellbaren Zeit. welche gleich
der gewünschten Dauer eines Eimsionestroninpulees ist, in ihre stabile Lage zurückkippt
und dabei einen Triggerimpuls an die bistabile Kippstufe B abgibt. Letzterer bewirkt$
daß nun auch in B wieder ein Kippvorgang zurück in d#!n..lusgafflazustand
erfolgt und daduroh Tal wieder gesperrt wird. -.,#'ährend den Durchganges des Brosions-Strozimpulaes
war die Spannung an F auf die Lichtbogen-Brennspannung abgesunken. Nach der Sperrung
von Ts, geht die Spannung Vir eine sehr kurze Zeit pr,--k-tie-ch auf Null herunter.
Nach erfolgter Entionisation in F m&,-mt die Spannung wieder zu, indem
01 über R, aufgeladen wird, und der Schaltzyklus beginnt von neuem. In Nig.
2 ist der Verlauf der Spa=pn en über der Zeit als Ibszisa dargestellt. Die Spannung
Ul, am Funkenspalt (YJS" 2a) st6igt von einem Zeitpunkt to bis zu einem Zeitpunkt
ti an und erreicht in dieseE1 denjenigen wert, bei weichem die bIstabile Kippstufe
j B umspringt. Von ti bis zu einem etwas späteren Zeitpunkt t2, in welchen der Funkendurchbruch
erfolgt, liegt praktisch die volle
an F. Mit dem Durchbruch
fällt die. Spannung, der. eelle Q, Opannung U auf den Wert der Lichtbogea-Brennapannung
abdie dann,-während der Dauer des eigentlichen Arbeiteimpulees bit zu.,oinem Zeitpunkt
t" ungefähr gleich bleibt. Am Impuls-ende (Zeitpunkt t 3
) geht die Spannung unter der Wirkung dee nieht zu.vernachläseigenden Induktivitäten
im Entladungsk:reis, zu denen die Bogenentladung selbs#den Hauptanteil liefern ke»49
etwa auf Null, womit wiederum der Zyklus geschlossen int. In Fig.
2b ist noch-der zuge6rdnete Spannungsverlauf an einem-Behaltungepunkt
der bletabilen Kippechaltung dargestellte UB. Fig. 2o zeigt den entsprechenden Spannungsverlaut
an einen Punkt der monostabilen Zippachaltung. Jährehd die bistabile Kippechaltung
(B in Fig. 1) von t bis t in 1 3
derjenigen Kippetellung ist,welche
zum Durcheobalten des Transtotote führt, ist die monostabile Kippechaltung (M in
Vig. 1) nur von t2 bis t 3 in der zugehörigen#Kippetellung_ (Spannung
1!4e,zeit-Spanne von t bis t ist die Zunken.
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1 2 Versögeim . Meseit, Man erkennt aus dem.Vergleich
von Sig, 2b und lfig. 209 daß die Impulslängen der beiden Kippetufen sieh
Um die Ymkenversögerungszeit unterscheiden. Zu 3- ist -nun die Schaltung
einen solchen Generators zunemen mit einer Regelschaltung für den Blektrodenvorschub
SOZU--der Erfindung, dargestellt, Der Arbeitentromkreie des.
Genoratorn
und die zusehör14en Bezeichnung sind gleich wie
in Fig.
1. Die bistabile Kippstufe B und die monostabile Kippstufe 9 sind
als Funktioneschaltbilder gezeichnet. B enthält z wei Transistoren T02 und Ts
3' zwei Basisspannungsteiler mit Widerständen R 29 R31 R4# R
5 und zwei Kollektorwiderstände 1169 R,; ferner eine Gleichspannungsquelle
Q2 und einen Ankoppelkondensator C 2* Beim Ansteigen der Spannung an 01 bzw.
7 wird oberhalb der erwähnten Spannungsgrenze der Basis den Tranoi-,stors
To3 über eine Zenerdiode ZD ein Strom zugeführtl und die bistabile Kippschaltung
springt in den Schaltzustand, in wel-
chem To3 leitend und Te2 gesperrt
ist (Zeitpunkt ti in Yige' 2), Damit ändert sich die Kollektorspannung von
T03 so' daß auah Tal, dessen Basis über einen Trennwiderstand Rt und eine
Gleichspannungequelle % nit dem Kollektor von T83 verbunden istt leitend
wird. Beim Einsetzen des Punkenstromes.über 7 (Zeitpunkt t2 tritt dann auf
der Sekundärseite des Stromwandlers SW ein sehr kurzdauernder Spannungsimpuls an
einem Belastungewider4tand R13 auf. Der Impuls gelangt.,Ul;er einen Kondensator
03 zur Ba-sio einoo Transistors To. der monostabilen Kippachaltung X. Die-so
enthält außerden einen zweiten Transistor To,# einen aus zwei Widerständen R8 md
Eg bestehenden Benisteiler für Te49 zwei Itollektorviiderstände "io und Rii
9 einen Vorwiderstand Rl 2 für die Baß$.$: von Te5 und einen Ackkoppelkondensator
C4e Dieset, bestimt. zusammen '
mit R 12 die Ippuladauer
der monostabiJen Kippschaltung. Der Bdsis-Zuerwiderstand R 9? is t noch mit
einer-Diode D II überbrücktl. welche die Basis-Emitterstrecke des Transistors
Te4.gegen übermäßig hohe Impulsapannungen in Sperrichtung schützt.
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Jenndenn die monoatabile Kippechaltung in ihre stabile Lage zurückkippt,
wird über eine Leitung. welche den.Kollektor von Te4 über einen Kondensator
0 mit der Bas2.s von Tsp verbindot, 2 auch die bietabile Kippschaltung (B)
zun K-.'Lppen*in ihren Anfangezustand veranlaßt. Nun ist der Kollektor von Ta un.,1
der Koliektor von Ts4 u#t je eineu Eingang einer US verbunden" Wie, Fig«
2 zeigt, kann man eInen Impula von der Dauer der Funkenverzöserunsszeit (zwischen
den Zeitpunkten t und durch SubtraIrtion der Spannungen U, TJ, erhalten, Diese SubtraktiG.n
wird in der Tind-Schaltung vollzogen., währaatt der Zeit ti - b2 ist der
Tranaiator To.. stroml eite-nd" und'am, Kollektor von Ts2 steht die volle
posttive Spannung. Am Kollektor von Ts& steht eben-falls.neah-die volle
positive Spannung.. bis dieser Transistor mit clea Funkeneinsatz izt Zeitpunkt t
leitend w"ird,. äm Ausgang der Uncl.-8,ohal-2 tung entsteht somit ein positiver
Spawimesimpule#>" dessen Dauer von ti bis t2 reicht" Dieser Spannungaimpuls wird
nun im Sinne der Erfindung dazii Verwendet,
um eine mit der Funkenverzögerungszeit
=wachsende Gleichspannung aufzubereitän. Er wird dazu eine n in 7olgenden beschriebenen
Analysator A zugeführtl an dessen Ausgang die genannte Gleichspannung abgenommen
und zusamen mit der von einer weiteren Gleichspannungequelle Q4 gelieferten Vergleichaspannung
den Eingang eines Differenzverztärkern DV zugeführt wird. Die von DV gelieferte
Ausgangsgleichspannung Wird einem Motor X zugeführt, welcher die lerkzeu3-alektrod-e
bewegt. Dabei kann die Ausgangsspannung von DV beide Pola-ritäten annehmen, und
der Motor dementsprechend in beiden Drehrichtungen laufen. In dem Ilifferenzverstärker
kann zua Errieiehön eines besseren Regelverhaltens noch eine zusätzliche. Differenzierschaltung
eingebaut sein. Anstelle cines Gleich-.,ehrmotors kann auch ein Mehrphasennotor
hinter einem strom-Umk passenden Regelverstärker Verwendung finden.
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In, Fig. 4 ist die Schaltung des Impulsamalysators dargestellt. Die
aus der Und-Schaltung (US in Fig. 3) Seuonnene Impulsspannung, bei
weicher die Impuladauer gleich der 'L.##enverzbgerlin zeit ist, wird einem Punkt
p zugeführt. Jährend das Ir%mlses fließt dann über eine Diode
D, und einen -.iiderstamd R'14 ei" Strom in einen Kondensator 9 Y'
Dabei wird an dieseu eine mit der Zeit annähernd linear ansteigende Spanmu2#,7,-
hervorgerufän, Nach dem Ende des Impulses bleibt die dann erreichte Spannungam Kondensator
0 3 stehen, weil die Diode D 2 ein lZückfliefien der
Ladung
veAindert und ein mit seiner Kollektor-Emitterstracke parallel z- u
0 5 liegender npn-Biliziumtranaistor T06 zunächst gesperrt ist. Der
Transistor soll nun dazu eieneng um 0 5 in äußerst kurzer Zeit zu entladen,
wenn ein neuer Impuls beginntg damit die Spannung an 0 5 dann wieder von
Null aus anwachsen kann. Um den Transistor beim Impulsbeginn kurzzeitig durchzuschalteng
wird von der Vorderflanke der an p liegenden Impulsspannungg über einen Kondensator
0, ein Stromimpuls für die Basis von To. abgeleitet, wobei noch ein Differenzierwiderstand.R.1.5
parallel zur Basis-Emitterstrecke liegt. Eine Diode D 3 dient dazu, um zu
verhindern" daß der am Impulsende auf tretende Stromstoß umgekehrter Polarität eine
für den Tran--nistor gefährliobe Basis-Emitterspoaaman in Sperrichtung hervorrufen
kann. Die an 0 5 hervorgerufene Spannung wird nun der Basis eines Transistors
To 7 zugefiihrt" welcher als IMedanzwandler rait hohem Eingamawiderstand
wirkt und zu diesem Zweck als Emittorfolger mit einem.Ausgangowiderstand R16 zudammengekehaltet
ist., Ein weiterer Widerstand und ein Kondensator 0 bilden .1 17
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*in Seitkonstanteaglied für die Mittelung und Beruhigung der dennen Bemessung
in Sime des oben geschil--derten Kompromissen gewählt iste
In Fig.
5 ist der zeitliche Verlauf der Spannungen Up und Uq dargestelltg
welche an den Punkten p und q der.Schaltung in Fig. 4 auftreten. Die ImpulosPannuns
UP in ?iß, 5a weist Impulee mit unterschiedlicher Dauer auf, wie sie der
unterschiedliehen Funkenverzögerung entspricht.. Über dem gleichen Zeitmaßstab ist
in..Fig. 5b die am Kondensator 05 stehende Spa=ung Uq aufgetragen.
Man erkennt jeweils den zeitlinearen Spannungaanstieg während der Dauer der Up-Impulse
und die anschließenden horizontalen Verlautskurvenabschnitte. Es ist dabei
anGenommeng da# der über die Basis von Te7 in Fig. 4 abfließende Leakatrom während
einer Arbeitsperiode keinen nennenswerten Ladungsverm lust von 0 verursacht.
Auch ist eine äußerst schnelle L?ntle-5 dung von 0 5 über Ts , beim
Beginn des nächsten Up-Impulsen vorausgesetzt und entsprechend der jeweilige Spa=ungsrückgang
auf Null in der Zeichnung durch vertikale Verlaufestücke angenähert.