DE1588180C3 - Schaltungsanordnung zum Schutz des Arbeitskreises von elektrochemisch abtragenden Werkzeugmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Schutz des Arbeitskreises von elektrochemisch abtragenden Werkzeugmaschinen vor unzulässigen Strom- und Spannungsschwankungen, Kurzschlüssen und Lichtbogen mit an den Arbeitsspalt und an das Versorgungsnetz angeschlossenen Eingangsstufen für mehrere gleichzeitig arbeitende und verschiedene

Fehlerparameter erfassende Überwachungseinrichtungen, die jeweils ein dem Fehler proportionales Ausgangssignal erzeugen.

Es ist bekannt, daß bei elektrochemisch abtragenden Werkzeugmaschinen der Schutz von Werkzeug

und Werkstück vor Beschädigung von größter Bedeutung ist, da in aller Regel solche Beschädigungen nicht wieder beseitigbar sind, so daß das Werkstück im Falle einer solchen Beschädigung als Ausschuß auszusondern ist. Es ist weiterhin bekannt, daß die Gefahr der Beschädigung von Werkzeug und/oder Werkstück wesentlich von der Größe und der Verunreinigung bzw. Spülung des Arbeitsspaltes abhängt. Es sind daher auch Vorrichtungen bekannt, um diese Zustände

zu überwachen, sei es direkt oder durch die Überwachung bestimmter, auf diese Zustandsänderungen ansprechender elektrischer Größen. Dabei hat man stets bestimmte Parameter aus der Gruppe herausgegriffen, die auf den Arbeitszustand im elektrochemischen Arbeitskreis von Einfluß sind, und hat bei Abweichungen dieser Parameter von den vorbestimmten Werten den Arbeitskreis abgeschaltet. Parameter, die auf diese Weise erfaßt wurden, sind das Erreichen des maximalen Stromwertes, das Auftreten von Kurzschlüssen oder Überschläge im Arbeitsstromkreis.

So beschreibt die belgische Patentschrift 676163 eine Schaltungsanordnung zum Schutz des Arbeitskreises von elektrochemisch abtragenden Werkzeugmaschinen vor Kurzschlüssen und Lichtbogen. Dabei ist dem Arbeitsspalt eine Eingangsstufe zugeordnet. Da die Speisung des Arbeitsstromkreises über gesteuerte Siliziumgleichrichter betätigt wird, nimmt der Eingangsstromkreis auch die von den Schaltvorgängen hervorgerufenen Spannungsänderungen auf. Hierbei ist also ein besonderer Schaltkreis erforderlich, der die durch die Schaltvorgänge hervorgerufe- |l) nen Störungen ohne Einfluß auf die Überwachungseinrichtung läßt.

Bei den Überwachungsfunktionen kommt es wesentlich darauf an, daß die den betreffenden Parameter bestimmenden Störsignale sicher und unbeeinflußt von anderen Signalen erfaßt werden und von diesen Ausgangssignale abgeleitet werden, und zwar so rasch, daß z. B. der Arbeitskreis abgeschaltet werden kann, bevor irgendein Einfluß auf das Werkstück oder das Werkzeug festzustellen ist.

In den älteren deutschen Patentanmeldungen P 1588 175.1, P 16 13738.5 und P 1588 179.5 sowie im älteren Patent 1588176 sind Anordnungen beschrieben, die einzelne Parameter zuverlässig, rasch und befreit von anderen Signalen zu erfassen gestatten und bei einfachem Aufbau in kürzester Zeit ein entsprechendes Ausgangssignal zur Steuerung des Arbeitskreises zur Verfügung stellen. So beschreibt das ältere Patent 1588176 eine Schaltungsanordnung zum Schutz des Arbeitskreises von elektrochemisch abtragenden Werkzeugmaschinen vor Kurzschlüssen und Lichtbogen, mit der es möglich wird, bei Auftre-⁽ ten eines Stromsignals praktisch sofort am Ausgang eines Verstärkers ein von im wesentlichen allen äußeren Störsignalen befreites, dem Stromeingangssignal jedoch getreues Signal bereitzuhalten, das dann zwei getrennten Kreisen zur Verfolgung der positiv verlaufenden und der negativ verlaufenden Signale zugeführt wird.

Während in den bekannten Fällen stets nur ein oder allenfalls zwei Parameter einer Überwachungseinrichtung erfaßt und durch diesen jeweils der Arbeitskreis gesteuert wird, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, in der die den verschiedenen Parametern zugeordneten Überwachungseinrichtungen auf besonders einfache und zuverlässige Weise so miteinander verbunden werden, daß in Abhängigkeit davon, ob sich die Schaltung im Anlauf oder im stabilisierten Zustand befindet, alle Parameter, sei es für sich oder in einem vorbestimmten Zusammenwirken, zuverlässig auf eine gemeinsame, den Arbeitskreis abschaltende oder in anderer Weise steuernde Ausgangsschaltung einwirken.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Verknüpfungsschaltung aus zwei parallelen Zweigen mit je zwei in Reihe liegenden, normalerweise geschlossenen Schaltern und einem nachgeordneten Auslösekreis gebildet ist, daß an die Steuereingänge der Schalter des ersten Zweiges die Ausgänge einer auf einen einstellbaren Mindeststrom in Koinzidenz mit der Spannung ansprechenden Überwachungseinrichtung bzw. eines Zeitgliedes und daß an die Steuereingänge der Schalter des zweiten Zweiges die Ausgänge der Überwachungseinrichtungen für Stromänderung, Maximalstrom, Spannungseinbruch und Grenzspannung derart angeschlossen sind, daß ein Ausgangssignal dieser Einrichtungen mindestens einen der Schalter öffnet und der Auslösekreis anspricht, wenn wenigstens ein Schalter jedes Zweiges offen ist.

Auf Grund dieser Ausbildung wird die Verknüpfung auch dann im vollen Umfange aufrechterhalten, wenn die eine oder die andere Überwachungseinrichtung ausfällt. Durch diese Schaltungsanordnung werden alle möglichen Parameter, die bei den verschiedenen Arbeitsphasen des elektrochemischen Arbeitskreises auftreten können, zuverlässig erfaßt. Hierzu gehören Stromzunahme oder -abnähme, das Verhältnis von Stromwert zum Spannungswert, die absolute Größe von Strom und Spannung sowie Spannungskurzschlüsse, -Überschläge und -Schwankungen. Durch die Verknüpfungsschaltung werden auch die sich gegenseitig beeinflussenden Parameter zuverlässig so erfaßt, daß nur dann eine Abschaltung des Arbeitskreises vorgenommen zu werden braucht, wenn die Parameter allein für sich oder mit anderen Parametern zusammen eine solche Tendenz zeigen, die für eine Beschädigung von Werkzeug oder Werkstück maßgeblich sein kann, während ein zu häufiges unnötiges Abschalten vermieden wird. Dabei ist zu berücksichtigen, daß nach jedem Abschaltvorgang der Arbeitskreis eine Anlaufphase durchlaufen muß, in der besondere Zustände im Arbeitskreis herrschen.
Vorteilhafterweise sind die Schalter der Schalteinrichtung im normalen Betrieb leitende Transistoren, wobei die Kollektoren eines Transistors jedes Paares mit dem Auslösekreis und ihre Emitter mit dem Kollektor des zugehörigen zweiten Transistors verbunden sind, deren Emitter mit dem gemeinsamen elektrisehen Bezugspunkt verbunden sind, während die Basis jedes Transistors über einen oder mehrere Ausgänge der Überwachungseinrichtungen mit den Leit- bzw. Sperrzustand der Transistoren bestimmenden Vorspannung verbindbar ist.

Zweckmäßigerweise ist zwischen dem Ausgang der auf Stromanstieg bzw. Stromabfall ansprechenden Überwachungseinrichtung und dem Eingang des zugehörigen Schalters ein Torkreis vorgesehen, der über die auf die Grenzspannung ansprechende Überwaübungseinrichtung durch ein beim Einschalten der Werkzeugmaschine das Stabilisieren des elektrochemischen Arbeitskreises ermöglichendes Zeitglied betätigbar ist. Hierdurch lassen sich die Anlaufzustände des Arbeitsstromkreises in besonderer Weise zuverlässig berücksichtigen. Der Torkreis kann zusätzlich durch eine das Versorgungsnetz des elektrochemischen Arbeitskreises überwachende Einrichtung betätigbar sein, um zu gewährleisten, daß Spannungsoder Stromänderungen im Versorgungsnetz nicht zur Erzeugung eines Störungssignals führen.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in Form eines Blockschaltbildes die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 zeigt einen Lampenanzeigekreis in Form eines Blockschaltbildes, der anzeigt, von welcher Überwachungseinrichtung die Auslösung der Schaltanordnung erfolgt ist;

Fig. 3 und 4 zeigen Schaltbilder von Überwachungseinrichtungen für ausgewählte Parameter in bevorzugter Ausführungsform;

Fig. 5 zeigt ein Schaltbild der Verknüpfungsschaltung gemäß der Erfindung.

Allgemeiner Aufbau der Schaltungsanordnung
gemäß der Erfindung gemäß Fig. 1

Die allgemein mit 10 bezeichnete Schaltungsanordnung dient zum Schütze des Arbeitskreises einer elektrochemisch abtragenden Werkzeugmaschine 12. Zur Stromversorgung der Werkzeugmaschine und der Schaltungsanordnung dient ein Dreiphasen-Drehstromnetz 14. Der Arbeitsstromkreis ist als Gleichstromkreis durch den positiven und den negativen Pol 40,42, das Werkzeug 50, den Arbeitsspalt, das Werkstück 48 und einen Widerstand 46 wiedergegeben.

An dem Widerstand 46 ist über einen Spannungsteiler 54, 56, dessen Mittelabgriff 58 geerdet ist, ein Gleichstromverstärker 52 angeschlossen, der einen Uberwachungskreis 16 zur Gewinnung von Stromänderungssignalen, einen Überwachungskreis 18, der bei Auftreten eines Maximalstromwertes im Bearbeitungskreis anspricht und einen Überwachungskreis 24 speist, der den Strom in Prozenten von dem maximalen Stromwert erfaßt.

An den Arbeitsspalt zwischen Werkstück 48 und Werkzeug 50 ist über einen Widerstand 158 eine auf die Grenzspannung ansprechende Einrichtung 142, eine auf Spannungskurzschlüsse oder Überschläge ansprechende Überwachungseinrichtung 20 und eine auf Spannungsschwankungen ansprechende Überwachungseinrichtung 22 angeschlossen. Die Ausgänge der beschriebenen Überwachungskreise sind direkt oder über weitere Kreise mit den Eingängen von vier Schaltern 276,278, 280 und 282 einer Schalteinrichtung 30 verbunden. Gemäß dem Blockschaltbild nach Fig. 1 ist der Uberwachungskreis 16 mit je einem auf Stromanstieg bzw. Stromabnahme ansprechenden Schaltkreis 62 bzw. 64 verbunden, deren Ausgänge über eine Torschaltung 66 mit dem einen Schalter 280 der Schalteinrichtung 30 verbunden ist. Die auf einen Prozentwert vom maximalen Strom ansprechende Überwachungseinrichtung 24 speist über eine Torschaltung 150 einen Verstärker 152, dessen Ausgang mit einem anderen Schalter 278 der Schalteinrichtung 30 verbunden ist. Die Torschaltung 150 wird durch eine Steuereinrichtung 146 gesteuert, die ihrerseits durch die auf die Grenzspannung ansprechende Einrichtung 142 gespeist wird und außerdem einen einstellbaren Sperrzeitkreis 26 steuert, welcher die andere Torschaltung 66 überwacht. Diese Torschaltung wird außerdem durch einen direkt an das Stromnetz 14 angeschlossenen Uberwachungskreis 34 betätigt. Die auf Spannungsschwankungen ansprechende Überwachungseinrichtung 22 beeinflußt die auf Spannungskurzschlüsse oder Überschläge ansprechende Überwachungseinrichtung 20, die ihrerseits einen Schalter 282 der Schalteinrichtung 30 sowie den hinter der Torschaltung 150 angeordneten Verstärker steuert. Ein weiterer voreinstellbarer Sperrzeitkreis 28 steuert einen weiteren Schalter 276 der Schalteinrichtung 30.

Die Ausgänge der Schalteinrichtung 30 sind über einen Ausgangssteuerkreis 32 mit einem Kreis zur Begrenzung des Maximalstromes im Arbeitskreis 12

S der Werkzeugmaschine in Verbindung. Stellvertretend für andere dafür verwendbare Einrichtungen ist die Wicklung 324 eines Relais wiedergegeben, welches die Stromzufuhr des Arbeitskreises der Werkzeugmaschine abschalten kann. Der Ausgangssteuerkreis 32 weist einen Oszillator-Unipolartransistor 290 auf, dessen Eingang mit den Ausgängen der Schalteinrichtung 30 verbunden ist. An diesen ist ein Impulstransformator 320 angeschlossen, der einen steuerbaren Siliziumgleichrichter 322 für die Relaiswick-

is lung 324 steuert.

Die Schalteinrichtung 30 mit ihren vier Schaltern verknüpft die Ausgänge der verschiedenen Überwachungseinrichtungen miteinander derart, daß die Ausgangssignale der Überwachungseinrichtungen in

so bestimmter Weise einzeln oder gemeinsam einen Ausgangsimpuls an der Schalteinrichtung 30 erzeugen, und zwar unabhängig von Netzschwankungen oder sonstigen, die Arbeitsverhältnisse- im Arbeits- _t kreis nicht störend beeinflussenden Größen. Durch die Sperrzeitkreise wird bei bestimmten Zuständen, insbesondere beim Anlaufen des Arbeitsstromkreises, ein Abschalten des Arbeitsstromkreises verhindert, und zwar so lange, daß sich der Arbeitsstromkreis stabilisieren kann.

Signallampenkreis gemäß Fig. 2

Die in Fig. 1 eingezeichneten Anschlüsse 68, 70, 78, 84, 130 und 346 für den Signallampenkreis sind in Fig. 2 mit der gleichen Bezugsziffer wiedergegeben. Der Signallampenkreis ist so ausgebildet, daß dann, wenn die elektrochemische Werkzeugmaschine 12 auf Grund eines abnormen Wertes eines der erfaßten Parameter abgeschaltet wird, die dem Parameter zugeordnete Signallampe anspricht. So spricht die Lampe 72 bei Stromzunahme, die Lampe 74 bei Stromabnahme, die Lampe 132 bei einer Spannungsschwankung, die Lampe 330 bei Erreichen des maximalen Stromwertes und die Lampe 332 bei Spannungskurzscfiluß oder Überschlag an. Die Lampen brennen so lange, bis die Lampenkreise wieder in den Ausgangszustand zurückgeführt werden. Das kann automatisch erfolgen, wenn die Schaltanordnung 10 ebenfalls wieder zurückgestellt wird. Der Signalkreis 36 weist eine Eingangs-Torschaltung 334 auf, welche die Haltekreise 338, 340, 342, 344 und 341 für die einzelnen Anzeigekreise zum Abfallen bringt, sobald ein Eingangs-Torsteuerkreis 337 bei Ansprechen des Oszillator-Unipolartransistors 290 (Fig. 1) des Ausgangssteuerkreises 32 einen Impuls erhält und einen Verstärker 336 einschaltet. Nach Abfallen der Haltekreise befindet sich der Signallampenkreis in einem Bereitschaftszustand. In diesem können den einzelnen Lampen bei entsprechenden Ausgangssignalen an den zugehörigen Überwachungseinrichtungen über die

zugehörigen Signalkopplungskreise 348 bis 356 Signale zugeführt werden. Den Kopplungskreisen 348 und 356 für Spannungsabfall bzw. Spannungskurzschluß sind noch jeweils entsprechende Signalspeicherkreise 347 bzw. 355 zugeordnet.

Der Eingangs-Torschaltkreis 334 wird unmittelbar nach Eingang eines Signals in einem der Lampenkreise über den Verriegelungskreis 339 in den Ausgangszustand zurückgestellt oder gesperrt, um zu ver-

hindern, daß die übrigen Lampenkreise während des Abschaltens des Arbeitsstromkreises ansprechen. An dem Verriegelungskreis 339 ist ein Abgriff 340 a für den Eingang eines den Signalkreis 36 speisenden Spannungskreises 37 vorgesehen, der den Signallampenkreis auch dann mit Spannung versorgt, wenn der Arbeitskreis abgeschaltet wurde.

Der in Fig. 2 angedeutete Kreis 345 dient dazu, die Rückstellung der Lampenkreise zu sperren, solange der Arbeitskreis auf Grund des Ansprechens der Schaltanordnung abgeschaltet wird. Parallel dazu ist der zum Steuern der Lampenrückstellung 343 dienende Verstärker 349 vorgesehen, der durch den Torsteuerkreis 146 gemäß Fig. 1 betätigt wird.

Auf Stromänderung ansprechende
Überwachungseinrichtung 16

Die auf das Auftreten von Stromanstieg oder -abfall ansprechende Überwachungseinrichtung 16 wird von einem Gleichstromverstärker 52 gespeist, der an den ^ao Widerstand 46 in der oben beschriebenen Weise angeschlossen ist. Sie enthält einen zur Dämpfung und Ausfilterung von unerwünschten Anteilen des Signals '^; dienenden Verstärker (nicht dargestellt), dessen Ausgangssignal seinerseits je einem auf Stromanstieg bzw. auf Stromabfall ansprechenden Kreis 62 bzw. 64 zugeführt wird. Diese beiden Kreise steuern die Torschaltung 66: Bei Auftreten eines bestimmten Stromanstieges oder -abfalles wird das Tor 66 geöffnet, so daß das durchlaufende Signal den normalerweise geschlossenen Schalter 280 der Schalteinrichtung 30 öffnet.

Auf den maximalen Stromwert ansprechende

Überwachungseinrichtung 18

An den Ausgang des Verstärkers 52 ist auch die Überwachungseinrichtung 18 angeschlossen, die anspricht, wenn der Strom im Arbeitsstromkreis einen vorbestimmten Maximalstromwert, der noch ohne Beschädigung des Werkstückes oder des Werkzeuges zulässig ist, überschreitet. Der Ausgang der Überwachungseinrichtung ist mit dem gleichen Schalter 280 der Schalteinrichtung 30 wie der Torschaltkreis 66 verbunden.

Auf Spannungskurzschluß oder Überschlag
ansprechende Überwachungseinrichtung 20

Die Überwachungseinrichtung 20 ist an die beiden Enden des den Arbeitsspalt überbrückenden Widerstandes 158 angeschlossen und spricht auf Spannungsüberschläge, Kurzschlüsse oder das Auftreten ionisierter Strecken im Arbeitsspalt an. Das dabei auftretende Ausgangssignal wird dem Schalter 282 der Schalteinrichtung 30 sowie dem Ausgangsverstärker 152 der Überwachungseinrichtung 24 zugeführt. Als weiteres Eingangssignal wird der Überwachungseinrichtung 20 das Ausgangssignal der Überwachungseinrichtung 22 zugeführt, die parallel zu der Überwachungseinrichtung 20 an die Enden des den Arbeitsspalt überbrückenden Widerstandes 158 angeschlossen ist.

Auf Spannungsschwankungen ansprechende
Überwachungseinrichtung 22

Die Überwachungseinrichtung 22 ist in Fig. 3 näher wiedergegeben. Sie weist einen Eingangsfilterkreis 86 auf, der einen Längszweig aus Widerstand 92 und Diode 94 in Reihe, dahinter einen querliegenden Kondensator 96, einen weiteren Längszweig aus Widerstand 98 und Diode 102 und hierauf quer parallel einen Widerstand 100 und Kondensator 104 enthält. Der Eingangsfilterkreis 86 dient zur Unterdrükkung von bestimmten Spannungsschwankungen im Arbeitsspalt. Sein Ausgangssignal wird über einen Wechselstrom-Koppelkreis 88, bestehend aus Kondensator 106, Widerstand 108 und Drosselspule 110, und über die Diode 112 und den Widerstand 120 zur Basis eines Transistors 114 eines Ausgangsverstärkerkreises 90 übertragen. Die Verbindung zwischen der Diode 112 und dem Widerstand 120 ist über einen Widerstand 116 und einen dazu parallelgeschalteten Kondensator 118 geerdet. Der Kondensator 106 läßt lediglich Wechselspannungssignale durch, während die Glieder 116 und 118 einen weiteren Filterkreis bilden. Der Transistor 114 bildet einen einstufigen Verstärker, dessen Emitter über einen Widerstand 122 an eine Spannung von —20 Volt und über eine Zener-Diode 124 an Erde angeschlossen ist. Der Kollektor ist über einen Widerstand 126 ebenfalls an — 20 V und über einen Kondensator 134 an eine Diode 138 angeschlossen, wobei die Verbindungsstelle über einen Widerstand 136 mit Erde verbunden ist. Durch die beschriebene Schaltung wird ermöglicht, daß ein relativ kleiner Spannungsstoß von z.B. 2 Volt ausreicht, um den normalerweise gesperrten Transistor 114 in den leitenden Zustand zu überführen, wodurch das Signal am Kollektor steil auf einen Wert von beispielsweise 3 Volt ansteigt. Bei Überschreiten eines bestimmten Signalwertes tritt an der Diode 138 ein Ausgangssignal auf, das über die Leitung 246 der Überwachungseinrichtung 20 zugeführt wird, die ihrerseits Gegenstand der älteren deutschen Patentanmeldung P 1588175.1 ist.

Die Überwachungseinrichtung 18 mit dem zugehörigen Verstärker 52 kann gemäß dem älteren Patent (deutsche Patentanmeldung P 1613738.5) ausgebildet sein.

Die Überwachungseinrichtung 16 kann in Verbindung mit dem noch zu beschreibenden Sperrzeitkreis 26 entsprechend dem deutschen Patent 1588176 ausgebildet sein.

Der an das Versorgungsnetz 14 angeschlossene Überwachungskreis 34 ist in der älteren deutschen Patentanmeldung P 1588179.5 beschrieben.

" Auf den in Prozent des Maximalwertes angegebenen Stromwert ansprechende
Überwachungseinrichtung 24

Die Überwachungseinrichtung 24 spricht auf einen bestimmten Prozentsatz des maximalen Stromwertes an und verknüpft diesen mit der minimalen oder Grenzspannung, die in der Einrichtung 142 gemessen wird. Diese Einrichtungist in Fig. 4 im einzelnen wiedergegeben.

Die Überwachungseinrichtung 24 ist mit dem auf die Grenzspannung ansprechenden Überwachungskreis 142 über den Torschaltkreis 150 und den zugehörigen Kreis 146 verbunden. Der Torschaltkreis 150 ist außerdem mit dem Eingang eines Ausgangsverstärkers 152 verbunden.

In Fig. 4 ist an dem den Arbeitsspalt überbrückenden Widerstand 158 der Eingangskreis 151 des Überwachungskreises 142 angeschlossen. Er weist eine Parallelschaltung von einem Kondensator 162 und einer Zenerdiode auf, die einends direkt und andernends über eine Parallelschaltung eines Widerstandes

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164 und eines Kondensators 166 mit den beiden Enden des Widerstandes 158 verbunden ist. Durch diese Anordnung wird die an dem Widerstand 158 auftretende Spannung begrenzt und durch den Eingangswiderstand 170 sehr rasch einem Transistor 168 zugeführt. Gleichzeitig werden unerwünschte Fremd- oder Störsignale, die an dem Arbeitsspalt auftreten, eliminiert. Der Kollektor des Transistors istdirekt mit einer negativen Spannungsquelle von 20 Volt verbunden. Der Emitter ist einerseits über einen Widerstand 172 geerdet, andererseits über eine Rückkopplungsleitung und eine Diode 145 mit der Basis des Transistors 168 verbunden. Außerdem ist der Emitter über einen Widerstand 174 und eine Zenerdiode 178 an den Eingang eines einstellbaren Verstärkungskreises 156 angeschlossen. Der Eingang ist über einen Widerstand 176 mit Erde, über den Basiswiderstand 180 mit der Basis und über einen Kondensator 182 mit dem Kollektor des Transistors 177 verbunden, der seinerseits über einen Widerstand 181 mit einer Spannung von —20 Volt verbunden ist, während der Emitter direkt geerdet ist. Die Zenerdiode 178 verhindert, daß der normalerweise gesperrte Transistor 177 in den leitenden Zustand überführt wird, solange ein am Arbeitsspalt anliegendes Spannungssignal nicht einen vorbestimmten Grenzwert erreicht hat, der beispielsweise bei 2 Volt liegt. Wird diese Grenzspannung erreicht oder überschritten, so schaltet der Transistor 177 schnell durch, wodurch am Kollektor eine Spannungsänderung von etwa 17 Volt auftritt. Der Kondensator 182 bewirkt mit den Widerständen 176 und 181, daß das Sperren des Transistors nicht so schnell wie sein Durchschalten erfolgt. Wenn die Spannung am Spalt unter den Grenzspannungswert absinkt, beginnt das Ausgangssignal am Kollektor des Transistors 177 relativ langsam abzufallen, so daß bei kurzzeitigem Unterschreiten der Grenzspannung das Ausgangssignal der Einrichtung 142 nicht so weit absinkt, daß die Schalteinrichtung 30 anspricht.

Der Torsteuerkreis 146, dem das am Kollektor des Transistors 177 auftretende Ausgangssignal zugeführt wird, weist einen normalerweise gesperrten Transistor 190 auf, dessen Emitter direkt an Erde und dessen Kollektor über einen Widerstand 192 an eine positive Spannung von +24 Volt angeschlossen ist. Die Basis des Transistors ist über den Eingangswiderstand 196 mit dem Kollektor des Transistors 177 sowie über einen Kondensator 194 mit dem eigenen Kollektor verbunden. Außerdem ist die Basis des Transistors 190 über einen Widerstand 200 mit einer Spannung von + 24 Volt und über eine Diode 198 mit Erde verbunden. Im Sperrzustand des Transistors 190 liegt am Kollektor eine große positive Spannung an, die dem Sperrzeitkreis 26 nach Fig. 1 zugeführt wird.

Wenn die Ausgangsspannung der Einrichtung 142 die durch die Zenerdiode 178 eingestellte Grenzspannung überschreitet, so bewirkt der dann leitende Transistor 177, daß auch der Transistor 190 leitend wird. Hierdurch wird der Kollektor eines weiteren Transistors 204 des auf einen bestimmten Prozentsatz des Maximalstromes ansprechenden Überwachungskreises 148 über den Widerstand 206 und die Diode 208 mit Erde verbunden. Der Kondensator 194 sorgt dabei in Verbindung mit den zugehörigen Widerständen dafür, daß vorbestimmte Schaltzeiten beim Leitendwerden und Sperren des Transistors 190 eingehalten werden.

Wenn also der Torsteuerkreis 146 von dem Grenzspannungskreis 142 ein entsprechendes Steuersignal erhält, so spricht der Transistor 204 an und verhindert, daß von der Überwachungseinrichtung 24 durch die Torschaltung 150 ein Signal zu dem Verstärker 152 gelangt.

Der Kollektor des Transistors 204 ist über den Widerstand 212 geerdet, während der Emitter über den Widerstand 214 mit einer positiven Spannung von + 24 Volt verbunden ist. ,Die Arbeitsspannung des

ίο Transistors wird durch eine Zenerdiode 216 bestimmt, die einerseits geerdet und andererseits mit dem Emitter des Transistors verbunden ist. Außerdem ist der Emitter über eine Diode 218 mit der Basis und diese über einen Kondensator 220 mit dem Kollektor verbunden. Die Diode verhindert, daß der Transistor durch Spannungsspitzen von entgegengesetzter Polarität Schaden erleidet. Die Basis ist weiterhin über einen Strombegrenzungswiderstand 222 mit dem Abgriff 224 eines aus den Widerständen 228, 226 und 230 bestehenden Spannungsteilers verbunden, der an einem Ende geerdet und am anderen Ende mit dem

ν Ausgang des Verstärkers 52 verbunden ist. Durch die beschriebene Schaltung wird gewährleistet, daß das (f an der Basis des Transistors 204 anliegende Signal seiner Größe nach einem einstellbaren Teil des Maximalstromes entspricht, der durch den Widerstand 46 im Arbeitsstromkreis fließt.

Wenn die Werkzeugmaschine eingeschaltet wird, beginnt der Stromfluß durch den Widerstand 46, und es baut sich über dem Arbeitsspalt eine entsprechende Spannung auf. Bei einer ausgewählten prozentualen Größe des Stromes, welche von der Stellung des Schleifkontaktes 224 abhängig ist und beispielsweise 10% betragen kann, wird der normalerweise gesperrte Transistor 204 leitend und erzeugt ein Ausgangssi-, gnal, das über die Torschaltung 150 dem Verstärker 152 zugeführt werden kann.

Der Verstärker 152 weist einen normalerweise gesperrten Transistor 232 auf, dessen Emitter über einen Widerstand 234 mit einer positiven Spannung von +24 Volt und parallel dazu über eine Zenerdiode 236 mit Erde verbunden ist. Durch die Zenerdiode wird die Arbeitsspannung eingestellt. Der Kollektor des Transistors 232 ist über einen Widerstand 238 ebenfalls mit der positiven Spannung von + 24 Volt sowie über einen Widerstand 242 mit dem Ausgang 240 verbunden. Die Basis des Transistors 232 ist über den Widerstand 210 der Torschaltung an den Schaltkreis 148 angeschlossen. Der Ausgang 240 ist über einen Widerstand 244 mit einer negativen Spannung von -12 Volt, sowie mit dem Schalter 278 der Schalteinrichtung 30 verbunden, wobei der Schalter 278 geöffnet wird, wenn an dem Überwachungskreis 148 ein ins Positive gehender Impuls auftritt.

Ein weiterer Eingang 245 des Verstärkers 152 führt über eine Reihenschaltung aus einem Kondensator 251 und einer Diode 247, deren Verbindungspunkt über einen Widerstand 252 geerdet ist, zur Basis des Transistors 232 und ist mit dem einen Ausgang der Überwachungseinrichtung 20 verbunden. Auf ein Ausgangssignal dieser Überwachungseinrichtung spricht der Verstärker 152 an und steuert den Schalter 278 der Schalteinrichtung 30 auf.

Sperrzeitkreis 28 gemäß Fig. 4

Der einstellbare Sperrzeitkreis 28 ist ebenfalls mit dem Ausgang auf die Grenzspannung ansprechenden Einrichtung 142 verbunden, und zwar über den Ein-

gangswiderstand 250. Der Sperrzeitkreis weist einen normalerweise gesperrten Transistor 254 auf, dessen Arbeitsspannung über eine an den Emitter angeschlossene Zenerdiode 258 und einen dazu parallelgeschalteten Widerstand 256 bestimmt wird. Die Zenerdiode ist außerdem an Erde und der Widerstand an eine negative Spannung von —20 Volt angeschlossen. Dadurch wird eine Arbeitsspannung von etwa 2,4 Volt am Emitter eingestellt. Der Kollektor des Transistors ist über einen Widerstand 257 mit einer positiven Spannung von +24 Volt und über einen Kondensator 260 mit der Basis des Transistors verbunden, um die automatische Rückstellung des Sperrzeitkreises nach Ansprechen zu verzögern.

Das Ausgangssignal am Kollektor des Transistors *5 177 des Kreises 142 wird dem Sperrzeitkreis über den Widerstand 250, eine Diode 262 und den Widerstand 264 zugeführt. Zwischen der Diode und dem Widerstand 264 ist ein Zeitkreis in Form einer Parallelschaltung aus dem Widerstand 266 und Kondensator 268 *° vorgesehen, die beide mit Erde verbunden sind. Außerdem gehört dazu ein die Basis des Transistors mit "Λ Erde verbindender weiterer Widerstand 270.

Normalerweise wird von dem gesperrten Transistor 254 ein Sperrsignal erzeugt, das der Schalteinrichtung 30 über einen Ausgangswiderstand 272 und die Ausgangsleitung 274 zugeführt wird und bewirkt, daß der Schalter 276 geschlossen bleibt. Wenn jedoch die Ausgangsspannung des Kreises 142 einen bestimmten, durch die Zenerdiode 178 eingestellten Wert erreicht, wird der Transistor 254 nach einer durch den Zeitkreis vorbestimmten Zeitkonstante leitend. Die Zeitkonstante kann etwa 1 bis 2 Sekunden betragen. Der Transistor bleibt so lange, wie der Grenzspannungswert erreicht oder überschritten ist. Die Verzögerungszeit ist ausreichend groß, um den verschiedenen Parametern bei Einschaltung der Werkzeugmaschine die Möglichkeit zu einer Stabilisierung zu geben, ohne daß die dabei auftretenden abnormalen Werte der Parameter zu einer Abschaltung des Arbeitsstromkreises führen. Nach Ablauf der eingestellten Verzögerungszeit sorgt der Sperrzeitkreis 28 dafür, daß der Schalter 276 der Schalteinrichtung 30 offen ist, so daß nunmehr weitere Änderungen der Parameter des Arbeitsstromkreises zu einer Abschaltung des Arbeitsstromkreises führen können.

Einer entsprechenden Wirkung dient der obenerwähnte Sperrzeitkreis 26, der den Torschaltkreis 66 für eine gewählte Zeitspanne zwischen ²I₁₀ bis 10 Sekunden sperrt, um beim Einschalten der Werkzeugmaschine eine entsprechende Stabilisierung des Überwachungskreises 16 zu ermöglichen. Wie schon erwähnt, hat auch die an das Netz 14 angeschlossene Überwachungseinrichtung 34 die Funktion, die Torschaltung 66 zu sperren, um zu verhindern, daß die Schalteinrichtung 30 betätigt wird, wenn die Ursache für die von den Überwachungseinrichtungen festgestellten Stromanstiege oder -abfalle nicht in den Bedingungen des Arbeitsstromkreises, sondern in Netzschwankungen liegt.

Schalteinrichtung 30 gemäß Fig. 5

Die vier Schalter 276,278,280 und 282 der Schalteinrichtung 30 werden durch Transistoren gebildet. Der Emitter des Transistors 278 ist mit dem Kollektor des Transistors 276 verbunden, dessen Emitter mit Erde verbunden ist. Ebenso ist der Emitter des Transistors 282 mit dem Kollektor des Transistors 280 verbunden, dessen Emitter über einen Widerstand 289 ebenfalls mit Erde verbunden ist. Die Kollektoren der Transistoren 278 und 282 sind gemeinsam mit dem Emitter 288 des Unipolar-Transistors 290 des Ausgangssteuerkreises 32 verbunden. Der Emitter 288 ist außerdem über einen Widerstand 284 mit einer positiven Spannung von +24 Volt und über einen Kondensator 286 mit Erde verbunden.

Wenn jeweils beide Schalter in beiden parallelen Kreisen geschlossen sind, wird der Emitter 288 des Transistors 290 an das Potential des gemeinsamen elektrischen Bezugspunktes gelegt, so daß der Oszillator nicht schwingen kann. Dementsprechend tritt im Ausgangssteuerkreis 32 auch kein Ausgangssignal auf, welches die Abschaltung des Arbeitskreises veranlassen könnte. Wenn jedoch ein Schalter in den beiden parallelen Zweigen der Schalteinrichtung 30 offen ist, wird von der positiven Spannung von 24 Volt am Emitter 288 ein Auslösesignal erzeugt, das den Osziallator in Schwingungen versetzt. Diese liegen in der aus Fig. 5 ersichtlichen Weise am Eingang des Impulstransformators 320 an. Dabei erzeugt der Ausgangssteuerkreis 32 ein Ausgangssignal, das den Arbeitsstromkreis abschaltet.

Die Basis des Transistors 278 ist über den Widerstand 296 mit dem Kollektor des Transistors 232 des Verstärkers 152 (vgl. Fig. 4) verbunden.

Die Basis des Transistors 276 ist über eine Schutzdiode 298 mit Erde und über eine Eingangsleitung, und den Eingangswiderstand 300 mit dem Kollektor des Transistors 254 des einstellbaren Sperrzeitkreises 28 gemäß Fig. 4 verbunden. Bei normalem Betrieb der Werkzeugmaschine sind die beiden genannten Transistoren leitend, also die Schalter 276 und 278 geschlossen, da jeweils eine positive Spannung von +24 Volt an der Basis der beiden Transistoren anliegt. Wird der Transistor 232 leitend, so wird die negative Spannung von —12 Volt als Sperrspannung wirksam, so daß der Transistor sperrt und der Schalter 278 öffnet. In gleicher Weise wird bei Leitendwerden des Transistors 254 ein negatives Vorspannungssignal an die Basis des Transistors 276 gelegt, der ebenfalls sperrt, so daß der Schalter 276 öffnet.

Die Basis des Transistors 282, die über einen Widerstand 308 an der negativen Spannung von —12 Volt liegt, ist über einen Strombegrenzungswiderstand 306, dessen anderes Ende über einen Widerstand 310 an einer positiven Spannung von +24 Volt liegt, mit dem Ausgang des Überwachungskreises 20 verbunden, der auch auf das Ansprechen des Überwachungskreises 22 anspricht.

Die Basis des Transistors 280 ist über eine Diode 312 mit Erde und über einen Widerstand 314 mit einer negativen Spannung von —12 Volt sowie über Widerstände 316, 318 mit einer positiven Spannung von + 24 Volt verbunden.

Die Basis des Transistors 280 ist außerdem mit den Ausgängen mehrerer Uberwachungskreise verbunden: direkt einerseits mit dem Ausgang der Torschaltung 66 und andererseits mit dem Kollektor des Transistors 177 der auf die Grenzspannung ansprechenden Überwachungseinrichtung 142. Außerdem ist die Basis über einen Widerstand 316, dessen anderes Ende über den Widerstand 318 an positiver Spannung von +24 Volt liegt, mit dem Ausgang der auf den maximalen Stromwert ansprechenden Überwachungseinrichtung 18 verbunden. Die Transistoren 282 und 280 befinden sich im normalen Betrieb der Werkzeugma-

schine im leitfähigen Zustand, so daß die beiden Schalter geschlossen sind, da jeweils eine positive Spannungsquelle von 24 Volt an der Basis anliegt. Wird jedoch an einen Eingang der beiden Transistoren ein Ausgangssignal der zugehörigen Überwachungseinrichtung angelegt, so wird die negative Vorspannung von 12 Volt an der Basis des zugehörigen Transistors wirksam, so daß dieser sperrt, d.h. der Schalter öffnet.

Funktion der Schaltanordnung

Beim Einschalten der Werkzeugmaschine 12 neigen Spannung und Strom des Arbeitskreises dazu, anzusteigen. Wenn der Strom einen bestimmten Prozentsatz des zulässigen Maximalstromes erreicht, ehe die Spannung über dem Arbeitsspalt die Grenzspannung erreicht, erzeugt der Verstärker 152 ein Signal, durch das der Schalter 278 öffnet, so daß der Oszillator-Unipolartransistor 290 leitend wird, da während des Anlaufzustandes der Werkzeugmaschine der so Schalter 280 bereits geöffnet ist. In diesem Augenblick sind beide parallele Zweige der Schalteinrichtung 30 offen.

Wenn während des.Einschaltvorganges der Werkzeugmaschine ein Spannungsüberschlag durch die as Überwachungseinrichtung 20 festgestellt wird, wird ebenfalls in beiden parallelen Kreisen ein Schalter geöffnet.

Wenn während des Anschaltvorganges ein Kurzschluß auftritt, erreicht der Strom die durch den Überwachungskreis 148 vorgegebene prozentuale Stromstärke, bevor die erforderliche Grenzspannung erreicht wird. Auch in diesem Fall sind in beiden parallelen Kreisen der Schalteinrichtung 30 Schalter offen, so daß die Einrichtung 32 einen Ausgangssteuerimpuls erzeugt. Nach Ablauf der Sperrzeit des Sperrzeitkreises 28 ist der Zweig, der die Schalter 276 und 278 umfaßt, ständig offen. Der Ausgangskreis 32 spricht also dann an, wenn ein Spannungskurzschluß oder ein Funkenüberschlag oder ein Spannungsstoß auftritt und den zugehörigen Transistor in den Sperrzustand überführt. Ähnlich führt ein Absinken der Spannung unter die Grenzspannung oder das Ansteigen des Stromes über den Maximalwert oder ein unerwünschter Stromanstieg oder ein unerwünschter Stromabfall dazu, den zugehörigen Transistor in den Sperrzustand zu überführen und damit den Ausgangskreis 32 zum Ansprechen zu bringen.

Die Schalteinrichtung 30 ist so ausgebildet, daß die ganze Schaltanordnung 10 aus einzelnen Schaltungsplatten aufgebaut werden kann, von denen eine beliebige fehlen kann, z.B. bei Reparaturen oder aus anderen Gründen, ohne daß die Funktion der übrigen Überwachungseinrichtungen beeinträchtigt wird.

Durch die Verknüpfung der Ausgänge der verschiedenen Überwachungseinrichtungen mittels der Schalteinrichtung 30 wird weiter gewährleistet, daß die auf verschiedene Parameter ansprechenden Überwachungseinrichtungen sich in vorbestimmter Weise gegenseitig beeinflussen.

Bei Auftreten einer Abschaltung wird durch den Lampenkreis ein sofortiges Erkennen des für das Abschalten maßgeblichen Parameters bzw. der zugehörigen Überwachungseinrichtung ermöglicht.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Schutz des Arbeitskreises von elektrochemisch abtragenden Werkzeugmaschinen vor unzulässigen Strom- und Spannungsschwankungen, Kurzschlüssen und Lichtbogen mit an den Arbeitsspalt und an das Versorgungsnetz angeschlossenen Eingangsstufen für mehrere gleichzeitig arbeitende und verschiedene Fehlerparameter erfassende Überwachungseinrichtungen, die jeweils ein dem Fehler proportionales Ausgangssignal erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verknüpfungsschaltung (30) aus zwei parallelen Zweigen mit je zwei in Reihe liegenden, bei normalem Betrieb geschlossenen Schaltern (276, 278 bzw. 280, 282) und einem nachgeordneten Auslösekreis (32) gebildet ist, daß an die Steuereingänge der Schalter des ersten Zweiges die Ausgänge einer auf einen einstellbaren Mindeststrom in Koizidenz mit der Spannung ansprechenden Überwachungseinrichtung (24) bzw. eines Zeitgliedes (28) und daß an die Steuereingänge der Schalter des zweiten Zweiges die Ausgänge der Überwachungseinrichtungen (16,18,20,22 bzw. 142) für Stromänderung, Maximalstrom, Spannungseinbruch und Grenzspannung derart angeschlossen sind, daß ein Ausgangssignal dieser Einrichtung mindestens einen der Schalter öffnet und der Auslösekreis anspricht, wenn wenigstens ein Schalter jedes Zweiges offen ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter der Verknüpfungsschaltung (30) im normalen Betrieb leitende Transistoren sind, daß die Kollektoren eines Transistors jedes Paares mit dem Auslösekreis (290) und ihre Emitter mit dem Kollektor des zugehörigen zweiten Transistors verbunden sind, deren Emitter mit dem gemeinsamen elektrischen Bezugspunkt verbunden sind, während die Basis jedes Transistors über einen oder mehrere Ausgänge der Überwachungseinrichtungen mit den Leit- bzw. Sperrzustand der Transistoren bestimmenden Vorspannungen verbindbar ist.

3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang der auf Stromanstieg bzw. Stromabfall ansprechenden Überwachungseinrichtung (16, 62, 64) und dem Eingang des zugehörigen Schalters (280) ein Torkreis (66) vorgesehen ist, der über die auf die Grenzspannung ansprechende Überwachungseinrichtung (142) durch ein beim Einschalten der Werkzeugmaschine das Stabilisieren des elektrochemischen Arbeitskreises ermöglichendes Zeitglied (26) betätigbar ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Torkreis (66) durch eine das Versorgungsnetz des elektrochemischen Bearbeitungskreises überwachende Einrichtung (34) betätigbar ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (280), dessen Eingang mit dem Ausgang des Torkreises (66) verbunden ist, in der Einschaltphase des elektrochemischen Arbeitskreises (12) offen ist und von der auf die Grenzspannung ansprechen-

den Überwachungseinrichtung (142) durch einen nach einer an dem Zeitglied (26) einstellbaren baren Löschimpuls in die Schließstellung steuerbar ist. ■

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrochemische Arbeitskreis (12) in Reihe mit dem Werkstück (48) einen Widerstand (46) aufweist, an dem über dazu parallele Widerstände (54, 56) ein Gleichstromverstärker (52) zur Versorgung der auf Stromänderung ansprechenden Überwachungseinrichtung (16), der den maximal zulässigen Stromwert überwachenden Einrichtung (18) und der auf einen einstellbaren Mindeststrom in Koinzidenz mit der Spannung ansprechenden Einrichtung (24) mit Stromeingangssignalen angeschlossen ist.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verknüpfung des einstellbaren Mindeststromes mit der Spannung zwischen einer den Stromwert in Prozent des zulässigen Maximalwertes messenden Einrichtung (148) und dem zugehörigen Schalter (278) ein Torkreis (150) vorgesehen ist, der über einen Torsteuerkreis (146) von der die Grenzspannung überwachenden Einrichtung (142) derart steuerbar ist, daß der Torkreis ein Signal zum Schalter (278) erst durchläßt, wenn die Grenzspannung einen vorbestimmten Wert erreicht hat.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen Lampensignalkreis (36) mit den einzelnen Überwachungseinrichtungen zugeordneten und bei deren Ansprechen betätigbaren Lampenanzeigekreisen (72, 74, 132, 330, 332), wobei dem Lampensignalkreis ein gesonderter Stromversorgungskreis (37) zugeordnet ist, der die betätigten Lampenanzeigekreise jeweils auch nach Abschalten des Arbeitskreises (12) der Werkzeugmaschine mit Strom versorgt.