DE1615110C3

DE1615110C3 - SIVEN Bearbeitung eines Werkstückes

Info

Publication number: DE1615110C3
Application number: DE1615110A
Authority: DE
Inventors: Costantino Tadini; Werner Ullmann
Original assignee: Agie Charmilles SA
Current assignee: Agie Charmilles SA
Priority date: 1966-09-07
Filing date: 1967-09-05
Publication date: 1981-01-15
Also published as: NL6711853A; SE358837B; DE1615110A1; AT268472B; CS157027B2; US3492530A; CH455082A; DE1615110B2; GB1164315A; BE703568A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur elektroerosiven Bearbeitung eines Werkstückes mit den im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen. Eine solche Schaltungsanordnung ist aus der französischen Patentschrift 14 09 340 (Fig. 6) bekannt.

Bei den bekannten Impulsgeneratoren, welche in ihrem erosiven Stromkreis einen aus Transistoren gebildeten elektronischen Schalter aufweisen, ist die Anordnung des elektronischen Schalters auf zweierlei Weise möglich. Bei einer Art von Generatoren ist der Transistor als elektronischer Schalter in Serie zum Arbeitsspalt angeordnet. Durch Betätigen des elektronischen Schalters wird auf den Arbeitsspalt eine Spannung in Form eines Impulses gegeben oder von dem Arbeitsspalt fortgenommen. Der elektronische Schalter wird von einem Steuerkreis betätigt. Mit Hilfe dieses Steuerkreises wird in bekannter Weise die Repetitionsfrequenz sowie das Impulspauseverhältnis der Arbeitsfunken eingestellt.

Bei einer anderen bekannten Art von Impulsgeneratoren ist ein Transistor als elektronischer Schalter parallel zum Arbeitsspalt angeordnet. Der Transistor wird ebenfalls, wie oben beschrieben, durch eine Steuerschalteinrichtung geöffnet oder geschlossen. Wenn der Transistor geöffnet ist, so liegt die volle Spannung der Gleichspannungsquelle am Arbeitsspalt,

>■>

so daß ein Arbeitsfunke am Arbeitsspalt erzeugt wird. Wenn der Transistor geschlossen, d. h. im Durchschaltezustand ist, dann sind die Gleichspannungsquelle und der Arbeitsspalt gleichzeitig kurzgeschlossen. Es kann dann im Arbeitsspalt kein Arbeitsfunke entstehen.
^. ..BeJ₁₁ bekannten Impulsgeneratoren ist zum Zweck '~ einer,guten.Zündung der Impulse am Arbeitsspalt eine .· -SiuiniBytrJomq^n^;2μ? ii'ei'-hoirmalen Betriebsspannungsqueile ^zugeordnet. Die höhere Zündspannung wird durch eine Diode von der kleineren Betriebsspannung ferngehalten (französische Patentschrift 14 09 340 und schweizerische Patentschrift 3 80 260). Bei einem bekannten Generator mit einem Speicherkondensator ist ebenfalls eine Diode vorgesehen. Die Diode hält die höhere Spannung, auf die der Speicherkondensator aufgeladen werden kann, von der normalen Betriebsspannung fern (schweizerische Patentschrift 3 8b 588).

Da bei der elektroerosiven Metallbearbeitung großer Werkstücke große Stromstärken von beispielsweise 600 und mehr Ampere nötig sind, werden die elektronischen Schalter, welche beispielsweise als Transistoren Stromstärken von etwa 5 Ampere, oder als Thyristoren etwa 300 Ampere schalten können, parallel geschaltet. Bei der Parallelschaltung von mehr als zwei elektronischen Schaltern können Streuungen der Schaltzeiten zu Überlastung und Zerstörung einzelner oder aller Schalter führen.

Die großen Streuungen der Schaltzeiten sind durch die Fertigungstoleranzen der auf dem Markt erhältlichen elektronischen Schalter bedingt. Je kleiner die Fertigungstoleranzen der Schalter, desto kleiner sind die Streuungen ihrer Schaltzeiten, aber desto kostspieliger ist ihre Herstellung infolge des großen Ausschusses.

Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, wobei die Zerstörung von parallel angeordneten elektronischen Schaltern infolge unterschiedlicher Schaltzeiten auch bei großer Anzahl und normaler Fertigungstoleranz vermieden wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Ansprüche 2 bis 5 betreffen zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung.

Während die Fig. 1 und 2 die Reihenschaltung mit einem elektronischen Schalter parallel zum Arbeitsspalt und einem Richtleiter (Gleichrichter) zur allgemeinen Erklärung zeigen, werden im nachfolgenden an Hand der F i g. 3 bis 6 Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 3,4, 5 und 6 erfindungsgemäße, unterschiedliche Ausführungsbeispiele der Verbindungen zwischen Spannungsquelle und Arbeitsspalt mit Hilfe mehrerer elektronischer Schalter, Strombegrenzungswiderständen und Richtleiter.

Die F i g. 1 und 2 zeigen die aus der Spannungsquelle 1 dem strombegrenzenden Widerstand 4, dem Richtleiter 5, dem Arbeitsspalt 3, 6 bestehende Reihenschaltung. Ein Steuergerät 9 betätigt den elektronischen Schalter 7 durch die dargestellte Reihe der Steuerimpulse. Wenn der Schalter 7 im Sperrzustand ist, liegt die volle Spannung der Spannungsquelle 1 zwischen Elektrode 6 und Werkstück 3, so daß ein Arbeitsfunken in dem Arbeitsspalt gebildet wird. Beim durchgeschalteten Schalter 7 ist die Spannungsquelle 1 kurzgeschlossen. Wegen des Richtleiters 5 in der Leitung 8 kann sich kein Überschwingen mit umgekehrter Polarität über Elektrode 6, Werkstück 3, Leiter 2 und Schalter 7 bilden. Hierdurch wird also der Verschleiß an der Elektrode 6

verhindert. In der Fig. 1 ist als elektronischer Schalter 7 ein npn-Transistor gezeigt. Die Basis dieses Transistors ist in bekannter Weise mit dem Steuergerät 9 verbunden, und die Kollektor-Emitter-Strecke liegt zwischen den Leitungen 8 und 2 parallel zum '. Arbeitsspalt. Der positive Pol der Spannungsquelle 1 ist mit dem strombegrenzenden Widerstand 4 und der negative Pol mit der Leitung 2 verbunden. Die Fig! 2 ' zeigt als elektronischen Schalter 7 einen pnp-Transistor, dessen Basis ebenfalls am Steuergerät 9 und dessen in Kollektor-Emitter-Strecke zwischen den Leitungen 8 und 2 angeschlossen ist. Die Spannungsquelle 1 liegt mit ihrem negativen Pol am strombegrenzenden Widerstand 4 und mit ihrem positiven Pol an der Leitung 2. Der Richtleiter 5 ist ebenfalls in der Leitung angeordnet, ι ^r> allerdings in umgekehrter Weise wie in F i g. 1.

Als elektronischer Schalter 7 kann auch ein gesteuerter Gleichrichter oder eine Röhre verwendet werden. Da diese elektronischen Schaltertypen in paralleler Anordnung zum Arbeitsspalt allgemein bekannt sind, wird nicht näher hierauf eingegangen. Als Richtleiter 5 können selbstverständlich statt der in den F i g. 1 und 2 gezeichneten Diode auch Halbleiterelemente mit mindestens einer Steuerelektrode (z. B. Thyristor, Transistor, magnetorestriktives Element) 2^ri oder Elektronenröhren bzw. Gasentladungsröhren mit mindestens einem Steuergitter verwendet werden. Dies gilt auch für die nachfolgenden F i g. 3 bis 6.

In der Fig.3 ist eine Gleichspannungsquelle 1 über die Leitung 2 mit einem Werkstück 3 verbunden. Der so positive Pol dieser Spannungsquelle ist über den strombegrenzenden Widerstand 4 und den Richtleiter 5 mit der Bearbeitungselektrode 6 verbunden. Zwischen dem Widerstand 4 und dem Richtleiter 5 ist der elektronische Schalter 7 angeschlossen. An der Steuer- jo elektrode des elektronischen Schalters 7 ist das Steuergerät 9 angeschlossen, mit dessen Hilfe dieser Schalter im Durchschalte- oder Sperrzustand geschaltet wird. Die Steuereinrichtung 9 ist nicht Gegenstand der Erfindung und wird, da sie allgemein bekannt ist, nicht näher beschrieben. Die Figur zeigt, daß der Schalter 7 parallel zum Arbeitsspalt liegt, welcher von der Elektrode 6 und dem zu bearbeitenden Werkstück 3 gebildet wird. An dem positiven Pol der Gleichspannungsquelle 1 ist ein weiterer Strombegrenzungswiderstand 10 angeschlossen, der über die Leitung 11 mit dem Kollektor des zweiten elektronischen Schalters 12 sowie mit der Anode des weiteren Richtleiters 13 verbunden ist. Die Kathode des Richtleiters 13 liegt in gleicher Weise wie die Kathode des Richtleiters 5 an der Elektrode 6 an. Der Schalter 12 liegt zwischen den Leitungen 11 und 2 des erosiven Stromkreises und wird vom gleichen Steuergerät 9 in seinen Durchschalte- oder Sperrzustand gesteuert. Die Gleichspannungsquel-Ie 1, welche eine Batterie oder eine Gleichrichteranordnung sein kann, wird bei durchgeschalteten Schaltern 7 und 12 kurzgeschlossen. Die Richtleiter 5 und 13 verhindern, daß die Leitungen 8,11 über die Elektrode 6 ebenfalls verbunden werden. Zum besseren Verständnis der Erfindung wird im folgenden kurz beschrieben, was geschehen würde bei NichtVorhandensein der beiden Richtleiter. Wenn einer der beiden elektronischen Schalter, z. B. 7, etwas früher öffnet, so fließt der normale Strom über den Strombegrenzerwiderstand 10, Leitung 11, über den noch im Durchschaltezustand befindlichen Schalter 12 über Leitung 2 zum negativen Pol der Spannungsquelle. Gleichzeitig würde aber über den Strombegrenzerwiderstand 4, Leitung 8, Bearbeitungselektrode 6, Schalter 12, Leitung 2 ein zusätzlicher Strom zum negativen Pol der Spannungsquelle fließen. Dies würde unter Umständen die Zerstörung des Schalters 12 bedeuten. Um nun dieses zu vermeiden, sind gemäß Fig.3 die beiden Richtleiter 5 und 13 vorgesehen. Wenn also z. B. der Schalter 7 eine kurze Zeit vor dem Schalter 12 in den Sperrzustand gesteuert wird, kann der zusätzliche Strom über Strombegrenzungswiderstand 4, Leitung 8, Bearbeitungselektrode 6 wegen der in Sperrichtung geschalteten Diode 13 nicht über den Schalter 12 fließen. Hierdurch ist also dieser Schalter geschützt. Das gleiche geschieht, wenn die beiden Schalter 7 und 12 geöffnet sind und nun durch das Steuergerät 9 in den Durchschaltezustand gesteuert werden sollte. Egal welcher Schalter zuerst in den Durchschaltezustand geht, ist dieser Schalter durch die Dioden 5 und 13 in der Weise geschützt, daß über die Bearbeitungselektrode kein zusätzlicher Strom fließen kann.

Man kann also eine beliebige Anzahl von solchen Schaltanordnungen der Fig. 3 parallel schalten und diese auf einen Arbeitsspalt 3, 6 arbeiten lassen. Dies wird in F i g. 6 noch ausführlich diskutiert.

Wie schon gesagt, ist es auch ohne weiteres möglich, daß an Stelle der Dioden 5 und 13 Transistoren, Thyristoren oder Elektronenröhren mit mindestens einer Steuerelektrode, z. B. Thyratrons, verwendet werden können. Es kann auch ein sogenanntes magnetorestriktives Halbleiterelement benutzt werden. Letzteres benötigt als Steuerung für den Durchschalte- oder Sperrzustand ein magnetisches Feld, welches die Elektronenleitung in diesem Halbleiterelement sperrt oder durchschaltet. Bei Verwendung von Schalterelementen mit einer Steuerelektrode muß natürlich die Steuerelektrode mit dem Steuergerät 9 der Fig. 1 verbunden sein.

In der Fig.4 sind die gleichen Bauelemente im elektroerosiven Stromkreis vorgesehen, wie bereits beschrieben. Der einzige Unterschied besteht lediglich darin, daß die beiden parallelen Schalter 7, 12 auf zwei verschiedene Arbeitsspalte arbeiten. Es hat sich z. B. bei größeren Bearbeitungselektroden, etwa zur elektroerosiven Herstellung von Formen für Karosserieteile oder von Schmiedegesenken als zweckmäßig erwiesen, daß solch große Bearbeitungselektroden in mehrere Teile unterteilt werden und diese Teile an einer Spannungsquelle von hinreichender Leistung angeschlossen sind. Die Spannungsquelle 1 mit ihrem negativen Pol über die Leitung 2 mit dem Werkstück 3a, 36 verbunden. Der positive Pol der Spannungsquelle 1 ist über den Strombegrenzerwiderstand 4, Leitung 8, Richtleiter 5 mit dem Teil 6a der Bearbeitungselektrode verbunden. Zwischen Leitung 8 und Leitung 2 liegt der Schalter 7 parallel zu dem Arbeitsspalt, welcher von 6a und 3a gebildet wird. Der positive Pol der Spannungsquelle 1 ist ferner über Strombegrenzungswiderstand 10, Leitung 11, Richtleiter 13 mit dem Teil 66 der Bearbeitungselektrode verbunden. Zwischen der Leitung 11 und der Leitung 2 liegt der Schalter 12, welcher von dem gleichen Steuergerät 9 betätigt wird wie der Schalter 7. Wenn nun gemäß dieser Figur das Steuergerät 9 beide Schalter 7, 12 in den Durchschaltezustand steuert und der Schalter 7 eine kurze Zeit vor dem Schalter 12 durchgeschaltet ist, dann könnte bei Nichtvorhandensein der Richtleiter 5, 13, in gleicher Weise wie in der F i g. 3 beschrieben, über Strombegrenzungswiderstand 10, Leitung 11, Elektrodenteil 66, Elektrodenteil 6a ein zusätzlicher Strom über den Schalter 7 fließen. Bei

dieser Gelegenheit muß darauf hingewiesen werden, daß die Teile 6;j, 6b der Bcarbcitungselektrode durch einen engeren Spalt getrennt sind, als der Arbeitsspalt zwischen der Elektrode und dem Werkstück. Es ist nun verständlich, daß bei früherem Durchschalten des Transistors 7 ein gewisser Potentialsprung zwischen den beiden Elektrodenteilen 6a, 6b entsteht und somit ein Stromübergang in dem sehr schmalen Trennspalt zwischen den beiden Elektrodenteilen auftritt. Dieser Stromübergang würde als zusätzlicher Strom über den Transistor fließen und könnte ihn zerstören. Aus dem Vorhergehenden ergibt sich also, daß auch in dem Fall der Fig.4, wo eine Bearbeitungselektrode in mehrere Teile unterteilt ist, das Vorhandensein der erfindungsgemäßen Richtleiter 5 und 13 unbedingt erforderlich ist. Denn durch diese Richtleiter kann eine unbegrenzte Anzahl von Transistoren parallel zum Arbeitsspalt angeordnet werden, wobei jeder Transistor mit dem ihm zugeordneten Strombegrenzungswiderstand und Richtleiter auf einen Teil der großflächigen Bearbeitungselektrode arbeitet.

Die Fig.4 zeigt eine weitere Anordnung, in welcher eine Spannungsquelle 1 vorgesehen ist, an der parallel die Strombegrenzungswiderstände 4, 10, 14, 15 angeschlossen sind. Jedem Strombegrenzerwiderstand ist über die Leitungen 8,11,16,17 ein Schalter 7,12,18, 19 zugeordnet. Diese Schalter werden in gleicher Weise, wie oben beschrieben, von einem gemeinsamen Steuergerät 9 entweder in den Durchschalte- oder Sperrzustand gesteuert. Jedem dieser Schalter ist ein Richtleiter 5, 13, 20, 21 zugeordnet. Die Schalter 7, 12 sind über Richtleiter 5,13 parallel mit einer Elektrode 22 geschaltet. Diese Elektrode bildet mit dem Werkstück 23 einen Arbeitsspalt. Das Werkstück 23 ist über Leitung 2 mit dem negativen Pol der Spannungsquelle verbunden. Die Schalter 18,19 sind über die Richtleiter 20, 21 parallel mit der Bearbeitungselektrode 24 verbunden. Letztere bildet mit einem Werkstück 25 einen weiteren Arbeitsspalt. Mit dieser Figur soll lediglich gezeigt werden, daß eine unbegrenzte Kombinationsmöglichkeit besteht zwischen einer beliebigen Anzahl η von Schaltern, welche in teilweiser paralleler Anordnung auf eine Anzahl ρ von Arbeitsspalten arbeiten kann. Weiterhin geht hervor, daß zu jedem Schalter ein Strombegrenzerwiderstand und ein Richtleiter vorhanden sein müssen. In dieser F i g. 5 sind sämtliche Arbeitsspalte mit ihren dazugehörigen Schaltern, Strombegrenzungswiderständen und Richtleitern mit dem positiven Pol der Spannungsquelle 1 verbunden. Man kann ohne weiteres statt der einen Spannungsquelle mehrere Spannungsquellen verwenden. Zum Beispiel kann die Schaltungsanordnung der F i g. 3 so oft aneinandergereiht werden wie die Anzahl ρ der Arbeitsspalte beträgt. Sämtliche n-Schalter können dann von einem einzigen Steuergerät 9 in den Durchschalte- und Sperrzustand gesteuert werden. Den Variationsmöglichkeiten sind hierdurch keine Grenzen gesetzt. Dies ist besonders wichtig, wenn bei Vorhan-■ > densein von mehreren Teilen einer Bearbeitungselektrode die Stromstärke pro Einzelteil der Elektrode verringert werden soll, um dadurch eine bessere Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstückes zu erhalten. Diese Variationsmöglichkeit ist auch dann von

in Vorteil, wenn von einer Spannungsquclle mehrere Elektroden gleichzeitig ein gemeinsames Werkstück bearbeiten, z. B. wenn fünf oder zehn Elektroden in ein einziges Werkstück eine gleiche Anzahl von Ausnehmungen bei einem einzigen elektroerosiven Bearbei-

I, tungsgang herstellen sollen.

Die F i g. 6 zeigt eine Bearbeitungselektrode 6 mit einem Werkstück 3. Es sind zwei Spannungsquellen 1 und 26 vorhanden. Die Spannungsquelle 1 speist über den Strombegrenzerwiderstand 4, Leitung 8 und Diode

:ii 5 die Elektrode 6. Zwischen den Leitungen 8 und 2 ist der Schalter 7 vorgesehen, der vom Steuergerät 9 betätigt wird. Die Spannungsquelle 26 speist über den Strombegrenzungswiderstand 27, Leitung 29 und die Diode 28 die gleiche Bearbeitungselektrode 6. Zwischen

:-, den Leitungen 29 und 30 ist der Schalter 31 angeordnet. Diese F i g. 6 soll lediglich zeigen, daß ζ. Β. bei Vorhandensein von elektroerosiven Impulsgeneratoren mit geringen Stromstärken mehrere Impulsgeneratoren parallel auf einen einzigen Arbeitsspalt arbeiten können,

in ohne daß die Schalter durch nichtgewollte Ströme zerstört werden können. Zur besseren Verdeutlichung, daß es sieh hierbei um zwei verschiedene Generatoren handelt, wurde der Schalter 31 mit einem Steuergerät 32 verbunden. Statt der zwei gezeigten Generatoren kann

;-, auch eine unbeschränkte Anzahl von Generatoren parallel geschaltet werden. Lediglich müssen dann die Steuereinrichtungen 9, 32 usw. synchron geschaltet werden. Es kann aber, wie bereits erwähnt, wahlweise je nach dem Problem der elektroerosiven Bearbeitung ein Steuergerät 9 genommen werden, das alle Schalter betätigt.

Die verschiedenen Ausführungsbeispiele der Fig. 1 bis 6 sind Schaltungsbeispiele. Die räumliche Anordnung der einzelnen Schaltungsbauteile, wie Steuergerät, elektronische Schalter. Richtleiter, kann beliebig sein. So können das oder die Steuergeräte von den elektroerosiven Stromkreisen räumlich getrennt und über eine entsprechende Leitung mit diesen verbunden sein. Die einzelnen Generatoren der Fig.6 können

>o ebenfalls räumlich getrennt sein. Selbstverständlich trachtet man danach, daß die Leitungen 8,11,16,17, 29 der einzelnen elektroerosiven Stromkreise so kurz wie möglich sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur elektroerosiven Bear-. beitung eines Werkstückes, enthaltend einen speicherlosen Impulsgenerator sowie mindestens eine Gleichspannungsquelle, mit der sowohl der Arbeitsspalt als auch mehrere parallel zum Arbeitsspalt angeordnete elektronische Schalter verbunden sind, wobei zwischen der Gleichspannungsquelle und jedem elektronischen Schalter ein ohmscher Widerstand liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungspunkte zwischen den Widerständen (4, 10, 14, 15, 27) und den elektronischen Schaltern (7,12,18,19,31) über je eine Diode (5,13,20,21,28) einzeln mit dem Arbeitsspalt verbunden sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine einzige Gleichspannungsquelle (1) vorhanden ist, an deren einem Pol alle Strombegrenzungswiderstände (4, 10, 14, 15) angeschlossen sind (F i g. 3,4,5).

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziger Arbeitsspalt vorhanden ist, an dessen eine Elektrode (6) alle Gleichrichter (5, 13, 28) angeschlossen sind (Fig.3, 6).

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Arbeitsspalte vorhanden sind und an jede der voneinander isolierten Teilelektroden (6a, 6b, 22, 24) ein oder mehrere Gleichrichter (5, 13, 20, 21) angeschlossen sind (F i g. 5).

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei gleichgepolte Gleichspannungsquellen (1,26) über je mindestens einen Widerstand (4,27) und mindestens einen Gleichrichter (5, 28) mit einem einzigen Arbeitsspalt verbunden sind (F i g. 6).