DE1638130A1

DE1638130A1 - Einrichtung zum Begrenzen der Energiezufuehrung im Kurzschluss zwischen Werkzeug und Werkstueck bei elektrolytischen Maschinen

Info

Publication number: DE1638130A1
Application number: DE19681638130
Authority: DE
Inventors: Nils Dr Bardahl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1968-02-24
Filing date: 1968-02-24
Publication date: 1971-06-16
Also published as: CH482493A; GB1194815A; SE362378B; US3650940A; FR2002559A1

Description

Einrichtung zum Begrenzen der Energiezuführung im Kurzschluß zwischen Werkzeug und Werkstück bei eiektrolytischen Maschinen

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Begrenzen der Energiezuführung im Kurzschluß zwischen Werkzeug und Werkstück bei elektrolytischen Maschinen, bei der Werkzeug und Werkstück als Elektroden dienen und an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen sind.

Bei elektrolytischen Maschinen wird das formende Werkstück'und das Formwerkzeug mit einer Elektrolytflüssigkeit, beispielsweise einer Kochsalzlösung, bespült und auf sehr geringen Abotand von etwa 0,1 mm einander angenähert. Mit einem großen

1Q982&/Q24 i

BAD ORIGINAL Kin/Bg

PLA 68/1056

Strom von beispielsweise 10 000 Ampere bei geringer Spannung von 12 V gehen Metallionen auf dem als Anode wirkenden Werkstück in die Lösung und werden mit der strömenden Elektrolytflüssig-.keit forgetragen. Durch diese Abtragung des Materials entsteht das Negativ des Werkzeuges im ¥/erkstück. Sölehe Anlagen sind bekannt.

Zur Energielieferung für derartige elektrolytische Anlagen wurde bereits eine Anordnung vorgeschlagen, bei der Werkstück und Werkzeug aus einem Dreiphasennetz über einen elektronischen Drehstromsteller, einen Transformator und einen nachgeschalteten ungesteuerten Gleichrichter sowie eine Glättungsdrossel mit Gleichspannung versorgt werden. Die Glättungsdrossel im Gleichstromkreis dient zur Glättung des Gleichstromes und zur Begrenzung eines Kurzschlußstromes»

Durch Verunreinigungen der elektrolytischen Flüssigkeit oder durch Luftblasen können bei dem geringen Elektrodenabstand Kurzschlüsse auftreten. Die hohen Kurzschlusstiöme bilden eine zusätzliche Belastung für die speisende Anlage und können vor allem zu örtlichem Einbrand, sogenannten Kurzschlußmarken, am Werkstück und Werkzeug führen.

Nach einem früheren Vorschlag (Anmeldung S 100 306 VIIId/21h PLA 65/1776) kann im KurzSchlußfall die Kurzschlußenergie dadurch begrenzt werden, daß parallel zur Elektrodenstrecke ein Spannungeüberwachungsglied angeschlossen ist, das bei einem Spannungaeinbruch durch Kurzschluß die wechselstromseitige

109825/024 1 BWOfHMM.

- ² - Kin/Bg

Zuleitung sperrt und einen mechanischen oder elektronischen Kurzschließer betätigt. Die Auslösespannung muß so niedrig gewählt werden, daß sie durch welligkeitsbedingte Spannungsabsenkungen nicht unterschritten wird. Die Empfindlichkeit der Auslösung ist somit abhängig von der Welligkeit der Gleichspannung.

Die Erfindung geht nun aus von der Erkenntnis, daß die Gleichspannung im allgemeinen nur Sprünge in positiver Richtung, aber verhältnismäßig geringe Steilheiten in negativer Spannungsrichtung aufweist. Dadurch wird es möglich, ausschließlich Spannungssprünge in negativer Richtung ^aIs Kriterium für die Auslösung heranzuziehen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß parallel zur Elektrodenstrecke eine Reihenschaltung eines Kondensators mit der Primärwicklung eines Transformators vorgesehen ist, dessen Sekundärkreis eine Diode parallel zur Sekundärwicklung und eine Diode in Reihe mit der Sekundärwicklung enthält und eine Auslöse- oder Meldeeinrichtung speist. Verhältnismäßig langsame Spannungsänderungen werden vom Kondensator aufgenommen. Treten jedoch im Kurzschlußfall steile SpannungsSprünge auf, so behält der Kondensator · zunächst seine Ladung und die Differenzspannung zwischen Kondensatorspannung und Gleichspannung fällt an der Transformatorprimärwicklung ab. Durch Spannungsänderungen in einer Richtung, beispielsweise positive Spannungsstoße, hervorgerufene Sekundärströme werden über eine Diode im Sekundärkreis kurzgeschlossen. Negative Spannungsstoße werden dagegen entsprechend dem Wint dungsverhältnis verstärkt und können einer elektronischen Ein-

109825/0 24 1

' - 3 - Kin/Bg

richtung zugeführt werden, die nahezu trägheitslos entsprechende Schutzeinrichtungen betätigt.

Zur weiteren Erläuterung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch veranschaulicht ist.

Fig. 1 zeigt die Schaltung einer elektrolytischen Senkmaschine. In Fig. 2 ist die Wirkungsweise der Einrichtung nacn der Erfindung in einem Diagramm veranschaulicht.

In Fig." 1 ist als Verbraucher die Elektrodenstrecke 2 einer elektrolytischen Senkmaschine mit einer Anode 3 und einer Kathode 4 vorgesehen, die über eine Glättungsinduktivitat 5, einen Gleichrichter 6 mit vorzugsweise ungesteuerten Halbleiterventilen 8 und einen Transformator 10 mit einer mehrphasigen Sekundärwicklung 11 und einer Primärwicklung 12 sowie einen elektronischen Wechselstromsteller 14, dem eine Steuereinrichtung 15 zugeordnet sein soll, in bekannter Weise an eine Wechselstromleitung mit den Phasen R, S und T angeschlossen. Der Elektrodenstrecke kann ein Kurzschließer mit vorzugsweise elektronischen Schaltelementen, insbesondere Gruppen von Thyristoren, parallelgeschaltet sein, der von einer Auslöseeinrichtung 17 betätigt werden soll, die vorzugsweise ebenfalls elektronische Schaltelemente enthalten kann. Die Eingangsklemmen 18 und 19 der Auslöseeinrichtung 17, die zugleich auch auf eine Steuereinrichtung 15 des Wechsel- oder Drehstromstellers 14 einwirken kann, sind nach der Erfindung an eine Einrichtung angeschlossen,

109825/0241

... ~ 4 - Kin/Bg

163813Ό PLA 68/1056

die auf schnelle Spannungsänderungen im Lastkreis des Gleichrichters 6 anspricht. Zur Lösung dieser allgemeinen Aufgabe kann vorteilhaft der Elektrodenstrecke 2 die Reihenschaltung eines Kondensators mit einer Kapazität von beispielsweise 0,2 /UF bei einer Spannung an der Elektrodenstrecke von etwa 10 bis 20 V mit einem spannungsgesteuerten Übertragungsglied, insbesondere der Primärwicklung eines Transformators mit vorzugsweise verhältnismäßig geringem Widerstand und geringer Induktivität parallelgeschaltet sein.

Beim Auftreten von SpannungsSprüngen mit steiler Anstiegs- oder Abfallflanke fällt die !Differenzspannung zwischen der Spannung tL, an der Elektrodenstrecke 2 und der Spannung U_ am Kondensator im wesentlichen an der Primärwicklung 22 des Transformators ab. 2ur Erhöhung der Empfindlichkeit der Auslöseeinrichtung kann das Übersetzungsverhältnis des Transformators 21 entsprechend groß, beispielsweise wenigstens etwa 1 ϊ 10, vorzugsweise wenigstens etwa 1 j 100, gewählt werden.

Der,Sekundärwicklung 23 kann ein Ventil 25 parallelgeschaltet und mit dieser Parallelschaltung ein weiteres Ventil 26 in Reihe geschaltet sein. Die Punktion dieser Ventile soll anhand der Pig. 2 näher erläutert werden. In Pig. 2 ist der Verlauf der Verbraucherspannung U^ über der Zeit t aufgetragen. Die Spannung U am Kondensator 20 ist nach Fig. 2b jeweils etwa.

tv

eine Abbildung der Spannung U^, sie hat jedoch einen wesentlich schwächeren Anstieg. Während der Ladung des Kondensators 20 ' fließt ein Ladestrom i durch dlo Primärwicklung 22 des Trane-

109825/02*1 _₅_ „^ _Kln/Bg

formators 21» der bis zum Erreichen des Scheitelwertes der Kondensatorspannung ansteigt und dann steil abfällt, Während des Abfalls der Gleichspannung U, wird der Kondensator 20 ' mit wesentlich geringerem Strom entladen. Nach der Erfindung •wird nun die Sekundärspannung bei einem Spannungsanstieg in einer Richtung» beispielsweise in positiver Richtung, begrenzt, beispielsweise durch das Ventil 25 nach Fig. 2d auf die Schwellspannung des Ventils 25. In entgegengesetzter Richtung, hier in negativer Richtung, führt der geringe Entladestrom auch zu einer entsprechend geringen Sekundärspannung, die nicht zur Auslösung eines Signals der Einrichtung 17 führt. Im Falle eines Spannungseinbruchs der Verbraucherspannung zur Zeit, t, nach Fig. 2a fällt die Differenzspannung 4 ^{u =} U ·. - U = Um im wesentlichen an der Primärwicklung 22 des Transformators 21 ab. Dieser Spannungseinbruch hat auf die Spannung U des Kondensators 20 nur einen geringen Einfluß und wirkt sich auch auf den Entladestrom praktisch nicht aus. Dagegen wird unter dem Einfluß der Differenzspannung A U an der Primärwicklung 22 auf der Sekundärseite ein entsprechend großer Spannungsimpuls U er-

» zeugt, welcher über das Ventil 26 und die Eingangsklemmen und 19 der Auslöseeinrichtung 1? zugeführt und als Kriterium für ein Ausgangssignal der Einrichtung 17 verwendet werden kann. Die Einrichtung 17 kann nahezu trägheitslos den Kurzschließer 4 betätigen und gegebenenfalls auch den Wechselstromsteller 14 über die Steuereinrichtung 15 sperren. Ferner kann der Spannungeinbruch, insbesondere ein Kurzschluß der Elektroden^trecke 2, einer besonderen Weideeinrichtung gemeldet werden. Im allgemeinen wird ev, notwendig sein, im Falle eines

10 9 8 2 5/0241 BAD ORiGIMAt

- ό - Kin/Bg

Kurzschlusses der Elektrodenstrecke 2 auch den Vorschub der Maschine sofort auszuschalten.

Der von der Größe der Differenzspannung <Δ υ abhängige Ansprechwert der Einrichtung nach der Erfindung kann durch entsprechende, an sich bekannte elektronische Eingangsglieder der Einrichtung 17 vorzugsweise einstellbar gemacht werden. Durch die Verstärkung im Eingangskreis der Einrichtung 17 nach Pig. 2ά kann jedoch der Ansprechwert bereits bei einer kleinen Differenzspannung ΛU liegen. Die Einrichtung nach der Erfindung hat somit eine besonders hohe Empfindlichkeit. Demgegenüber müssen die üblichen Schutzeinrichtungen mit einer Spannungsabsenkung im Lastkreis als Kriterium für die Auslösung den Ansprechwert der Einrichtung so gering wählen, daß die Auslösespannung, die beispielsweise in Fig. 2a strichpunktiert angedeutet ist, noch einen ausreichenden Abstand von dem minimal möglichen Werten der Verbraucherspannung XJ* einhält.

Im Ausführungsbeispiel ist als Mittel zur Begrenzung der Sekundärspannung in einer Spannungsrichtung ein Kurzschlußventil 25 vorgesehen. Es sind aber zur Lösung der gleichen Aufgabe auch andere Mittel geeignet. Es kann beispielsweise zur Spannungsbegrenzung auch ein Widerstand vorgesehen sein. Ferner kann anstelle des Längsventils 26 auch ein Widerstand in der Eingangsleitung des Gerätes 17 angeordnet sein oder durch entsprechende Ausbildung des Gerätes 17 kann dieses lediglich für eine Richtung der Eingangsspannung ansprechbar gemacht

werden.

109825/02-41-:-

Der Eingang des Gerätes 17 kann beispielsweise ein elektronisches Schaltelement mit einstellbarer Ansprechspannung enthalten, mit dem die Empfindlichkeit des Gerätes verändert werden kann.

Anstelle des im Ausführungsbeispiel als spannungsgesteuertes Übertragungsglied gewählten Transformators können nach der Erfindung auch andere Übertragungsglieder, beispielsweise ein magnetisch gesteuerter Halbleiterwiderstand, eine sogenannte Feldplatte, oder auch ein Hall-Wandler vorgesehen sein.

4 Patentansprüche
1 Figur

Kin/Bg

Claims

Patentansprüche

1. Einrichtung zum Begrenzen der Energiezuführung bei einer stoßartigen Änderung der Verbraucherspannung bei stromempfind^ liehen Verbrauchern, insbesondere elektrolytischen Maschinen, die an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß als Kriterium für die Betätigung der Einrichtung die Spannungsänderung an einem spannungsgesteuerten Übertragungsglied vorgesehen ist, das in Reihe mit einem Kondensator (20) dem Verbraucher parallelgeschaltet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Übertragungsglied die Primärwicklung (22) eines Transformators (21) vorgesehen ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärwicklung (23) des Transformators (21) ein Ventil (25) parallelgeschaltet ist.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungsverhältnis des Transformators wenigstens etwa 1 : 10, vorzugsweise wenigstens 1 : 100, beträgt.

- 9 - Kin/Bg

1O982S/0241

ORIGINAL

Leerseite