DE1790260C3 - Verfahren zur Begrenzung des Kurzschlußstroms bei der Elektroerosion und Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Begrenzung des Kurzschlußstroms bei der Elektroerosion, wobei eine Energiequelle dem Arbeitsspalt Impulse vorgegebener Polarität zuführt, die bei normalen Arbeitsbedingungen oszillierende Entladungen bewirken und beim Fehlen normaler Arbeitsbedingungen verringert werden.

Ferner befaßt s'ch die Erfindung mit einer Schallungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens mit tiner zwischen Energiequelle und Arbeitsspalt liegenden gesteuerten Abschalteinrichtung zur Verringerung der Energiezufuhr zum Arbeitsspalt.

Ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung der beschriebenen Art sind aus der US-PS 2 769 078 grundsätzlich bekannt und dienen zur Begrenzung des Kurzschlußstroms, wenn bei der Elektroerosion zwischen der Elektrode und dem Werkstück ein Kurzschluß bzw. ein Widerstand auftritt, der kleiner als der normale Arbeitswiderstand ist. Dazu sei bemerkt, daß der Erosions- oder Entladungsspalt sehr klein ist und in der Größenordnung von einigen tausendstel Millimetern liegt Infolgedessen wird der Spalt durch die bei der Bearbeitung anfallenden Späne häufig kurzgeschlossen. Oft kommt es auch vor, daß der Spalt durch die auftretenden Späne nur verkleinert wird, was mit einer Herabsetzung des mittleren Widerstands zwischen der Elektrode und dem Werkstück verbunden ist Die Frequenz der aufeinanderfolgenden Entladungen reicht bei der Elektroerosion von einigen hundert Kilohertz bis zu etwa 1 Megahertz. Der momentane Widerstand am Spalt ändert sich bei jeder Entladung von Null bis zu einem maximalen Wert Um diese Werte als effektive Widerstandswerte darzustellen, wird der arithmetische Mittelwert des momentanen Widerstands als mittlerer Widerstandswert bezeichnet In ähnlicher Weise werden auch die Spaltspannung und der Spaltstrom als Mittelwerte angegeben.

Eine aus der genannten US-PS 2 769 078 bekannte Schaltungsanordnung zur Begrenzung des Kurzschfaßstroms enthält eine als Energiequelle dienende Wechselstromquelle mit nachgeschaltetem Gleichrichter und eine die Abschalteinrichtung bildende, bei normalen Arbeitsbedingungen im Spalt gesättigte Drossel, deren Steuerwicklung an einen vom Arb&itsspalt aus aufzuladenden Kondensator angeschlossen ist Dieser Kondensator i"t dem Arbeitsspalt über einen Widerstand parallel geschaltet und wird bei normalen Arbeitsbedingungen von den dem Spalt zugeführten Impulsen der vorgegebenen Polarität auf eine Spannung aufgeladen, die durch die Steuerwicklung einen Gleichstrom treibt, der hinreichend hoch ist, um die zwischen der Wechselstromquelle und dem Gleichrichter liegende sättigbare Drossel im gesättigten Zustand zu halten. Tritt hingegen zwischen dem Werkstück und der Elektrode ein Kurzschluß auf, dann ist auch der an die Steuerwicklung angeschlossene Kondensator kurzgeschlossen, was zu einer EntSättigung der sättigbaren Drossel führt Dies hat zur Folge, daß die von der Wechselstromquelle dem Gleichrichter zugeführte Wechselspannung zum größten Teil an der entsättigten Drossel abfällt, so daß der auftretende Kurzschlußstrom auf einen kleinen Wert begrenzt ist

Die bekannten Schaltungsanordnungen der beschriebenen Art haben den Nachteil, daß sie ihre Steuerenergie direkt derjenigen elektrischen Energie entnehmen, die eigentlich vollständig zur Bearbeitung des Werkstücks dem Arbeitsspalt zugeführt werden sollte. Dieser ständige Energieentzug hat eine beträchtliche Verminderung des Wirkungsgrades zur Folge. Ferner kommt es zu einer nachteiligen Beeinträchtigung des Erosionsvorganges durch die in dem Steuerkreis enthaltene Energie, worunter die Bearbeitung des Werkstücks leidet.

Weiterhin kann es bei der bekannten Schaltungsanordnung zum Begrenzen des Kurzschlußstroms in Abhängigkeit von den dynamischen Eigenschaften einer bei der Elektroerosion verwendeten Elektrodenvorschubeinrichtung nachteilig sein, daß unmittelbar nach der Beseitigung eines Kurzschlusses die Drossel erneut gesättigt und die !Erosionsimpulse auf ihre normale Arbeitsamplitude gebracht werden. Dazu sei erläutert, daß beim Auftreten eines Kurzschlusses die Elektrodenvorschubeinrichtung die Elektrode so weit von dem Werkstück zurückzieht, bis der Kurzschluß beseitigt ist. Danach wird die Elektrode wieder vorgeschoben, um sie in ihre normale Arbeitsstellung gegenüber dem Werkstück zu bringen. Um eine schnelle Bearbeitungszeit zu erzielen, ist es dabei erwünscht, die Elektrode sehr schnell zurückzuziehen und ebenso schnell wieder

k" ihre normale Arbeitsstellung zu bringen. Infolge der Trägheit der sich schnell bewegenden Elektrode kommt es nach einer Kurzschlußbeseiügur.g beim erneuten Einstellen des Arbeitsspalts zu einem Überschwingen der Elektrode über die gewünschte Arbeitsstellung hinaus in Richtung auf das Werkstück. Wenn sich zum Zeitpunkt dieses Überschwingens bereits die volle Erosionsimpulsspannung aufgebaut hat, kann es an Stelle der erwünschten Funkenerosion sehr leicht zu einer lichtbogenartigen Entladung kommen, die in Richtung auf einen erneuten Kurzschluß zunimmt Die Elektrodenvorschubeinrichtung beginnt dann, die Elektrode erneut zurückzuziehen. Dabei kann es zu einem unerwünschten Elektrodenpendeln kommen, so daß eine kontinuierliche Bearbeitung nicht möglich ist Um in Verbindung mit der beschriebenen bekannten Schaltungsanordnung zur Begrenzung des Kurzstiilußstroms ein Pendeln der Elektrode zu vermeiden, müßte man nach der Beseitigung des Kurzschlusses die Elektrode langsam und ohne Überschwingen in ihre normale Arbeitsstellung bringen. Dies führt jedoch zu einer beträchtlichen Verlängerung der Bearbeitungszeit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Begrenzung des Kurzschlußstronis bei der Elektroerosion zu schaffen, die den Arbeitsstrom im Kurzschlußfall möglichst rasch verringern und nach Beseitigung des Kurzschlusses mit einer gewissen Verzögerung wieder aufbauen, dabei aber den Erosionsvorgang weder durch Entnahme noch durch Rückführung von Energie ungünstig beeinflussen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das eingangs beschriebene Verfahren nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß als Kriterium für normale Arbeitsbedingungen die infolge der Oszillation entstehenden, der vorgegebenen Polarität entgegengesetzten Spannungsanteile der Entladungen benutzt werden.

Die eingangs beschriebene Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß eine auf die der vorgegebenen Polarität der Arbeitsimpulse entgegengesetzten Spannungsanteile ansprechende Steuereinrichtung einerseits mit dem Arbeitsspalt und andererseits mit der Abschalteinrichtung verbunden ist.

Der Grundgedanke der angegebenen Lösung besteht somit darin, daß als Kriterium für normale Arbeitsbedingungen im Spalt die infolge von Oszillation im Erosionskreis entstehenden, der normalen Erosionspolarität entgegengesetzten Spannungsanteile der Entladungen dienen und daß das Steuersignal für die 7wisthen Energiequelle und Arbeitsspalt liegende Abschalteinrichtung aus diesen Spannungsanteilen abgeleitet wird.

Nach der Erfindung werden also nicht — wie bei der bekannten Schaltungsanordnung — die eigentlichen Erosionsimpulse der vorgegebenen Polarität ausgenutzt, sondern die Spannungsanteile der entgegengesetzten Polarität zur Bildung des Steuersignals herangezogen, die sowieso zur Elektroerosion nichts beitragen. Obwohl diese Spannungsanteile eine geringere Amplitude und Dauer haben, bringt ihre Ausnutzung im Hinblick auf den Elektrodenverschleiß und die Bearbeitungsgenauigkeit große Vorteile. Eine Oszillation der zugeführten Erosionsimpulse ist im allgemeinen infolge der Streuinduktivität im Entladungsstromkreis von Natur aus gegeben und kann gegebenenfalls durch einen dem Arbeitsspalt parallelgeschalteten Resonanzkreis verstärkt werden.

Eine bevorzugte Weiterbildung der Schaltungsanordnung mit einer als Energiequelle dienenden Wechselstromquelle mit nachgeschaltetem Gleichrichter und mit einer die Abschalteinrichtung bildenden, bei normalen Arbeitsbedingungen im Spalt gesättigten Drossel, deren Steuerwicklung an einen vom Arbeitsspalt aus aufzuladenden Kondensator angeschlossen ist, zeichnet sich nach der Erfindung dadurch aus, daß der Kondensator mit dem Arbeitsspalt über einen Gleichrichter derart verbunden und derart bemessen ist, daß er die der vorgegebenen Polarität der Arbeitsimpulse entgegengesetzten Spannungsanteile der oszillierenden Entladungen integriert und die Drossel während der normalen Arbeitsbedingungen gesättigt hält

Der Gleichrichter bewirkt nicht nur eine Aufladung des Kondensators mit den Spannungsanteilen der entgegengesetzten Polarität, sondern verhindert auch noch, daß durch den Erosionsspalt der Strom in umgekehrter Richtung fließt, der sonst ate Elektroden erodieren und damit die Bearbeitungsgenauigkeit nachteilig beeinträchtigen würde. Wenn an dem Erosionsspalt ein Kurzschluß auftritt, verschwinden in den Erosionsimpulsen die Spannungsanteile der entgegengesetzten Polarität. Dies hat zur Folge, daß der mit dem Gleichrichter in Reihe geschaltete Kondensator nicht mehr geladen und dadurch die Steuerwicklung der sättigbaten Drossel stromlos wird. Sobald der Kurzschluß beseitigt ist, treten bei einsetzender Funkenentladung wieder die Spannungsanteile der entgegengesetzten Polarität bei den Erosionsimpulsen auf. Diese Erosionsimpulse haben jedoch zunächst eine geringe Energie, da die Drossel noch nicht gesättigt ist. Erst allmählich bauen die Spannungsanteile der entgegengesetzten Polarität eine hinreichend hohe Spannung an dem mit dem Gleichrichter in Reihe geschalteten Kondensator auf, so daß die Drossel verzögert gesättigt wird. Darüber hinaus kann man durch die Wahl des integrierenden Kondensators den Aufbau der normalen Erosionsimpulsamplitude noch mehr verzögern. Dadurch werden Instabilitäten der gesamten Anordnung vermieden.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfin · dung an Hand einer Figur erläutert.

In der Figur ist zwischen einer Beiarbeitungselektrode 1 und einem Werkstück 2 ein Arbeitsspalt dargestellt. Ein impulserzeugender Kondensator 3 ist zwischen die Elektrode 1 und das Werkstück 2 geschaltet. Der Kondensator 3 wird über eine Einrichtung gespeist, die eine Gleichrichtereinrichtung 5 und eine sättigbare Drossel 6 mit einer Steuerwicklung 7 enthält. Die Steuerwicklung 7 wird durch eine Erregerschaltung gemäß der Erfindung erregt. Die Anschlüsse dieser Schaltung liegen parallel zum Arbeitsspalt, und die Ausgangsklemmen sind mit der Steuerwicklung 7 der sättigbaren Drossel 6 verbunden. Die Erregerschaltung enthält einen Kondensator 31, dessen eine Klemme mit der Elektrode und dessen andere Klemme über ein Gleichrichterelement 32 mit dem Werkstück verbunden ist, wobei die Kathode des Gleichrichters am Werkstück liegt.

Das bearbeitete Werkstück 2 ist mit dem positiven Pol und die Elektrode mit dem negativen Pol des Hauptgleichrichters 5 verbunden. Auf Grund der in der Entladungsschaltung des Kondensators 3 vorhandenen Induktivität oszilliert der Strom während der Entladung. Infolgedessen vertauschen Werkstück und Elektrode zeitweilig ihre Polarität. Solange das Werkstück 2 während der schwingenden Entladung positive Polarität aufweist, kann kein Strom in den Kondensator 31 fließen, da der Gleichrichter 32 sperrt; wenn jedoch die

Elektrode positiv und das Werkstück negativ wird, fließt ein Strom durch den Gleichrichter in den Kondensator 31. Der Kondensator 31 wird durch diesen Strom geladen, und seine Klemmenspannung steigt an.

Der Entladungsstrom des Kondensators 31 fließt durch die Wicklung 7 über den Widerstand 33, und die sättigbare Drossel 6 wird durch den Strom gesättigt. Eine derartige Sättigung wird natürlich nur dann auftreten, wenn eine Entladung im Arbeitsspalt fortgesetzt wird, d. h., wenn eine normale Bearbeitung erfolgt.

Wenn der Arbeitsspalt kleiner ist als der normale Spalt oder wenn ein Kurzschluß am Spalt auftritt, nimmt die Entladungsfrequenz ab und wird Null. In diesem Fall läßt sich eine Ladung des Kondensators 31 nicht erzielen. Der Strom durch Wicklung 7 hört auf, und die Drosseil 6 kommt aus dem Sättigungszustand, wobei der Ladestrom des Kondensators 3 abnimmt und den Bearbeitungsstrom unterdrückt, der im Arbeitsspalt geflossen war.

Wenn der Arbeitsspalt verengt oder kurzgeschlossen wird, bewegt ein Servomechanismus (nicht gezeigt) die Elektrode 1 nach oben und im Anschluß daran nach unten, um nach Beseitigung des Kurzschlusses den gewünschten Arbeitsspalt einzustellen.

Wenn sich die Elektrode 1 auf den gewünschten Spaltabstand nach unten bewegt, erfolgt eine Entladung auch bei kleinerer Entladungsfrequenz. Bis zu diesem Zustand bleibt die Drossel 6 ungesättigt, wie oben erläutert. Infolgedessen ist die Entladung, die in diesem Zustand begonnen hat, sehr stabil. Wenn die Entladung somit beginnt, tritt wieder eine Schwingung im Arbeitsspalt auf, und der Kondensator 31 wird allmählich geladen. Während der Ladung des Kondensators 31 fließt wieder ein Strom durch die Wicklung 7, um die sättigbare Drossel 6 in die Sättigung zu bringen. Auf diese Weise kann der normale Bearbeitungszustand wieder herbeigeführt werden.

Wie sich aus vorstehenden Ausführungen ergibt, nimmt der durch den Spalt fließende Strom infolge der Wirkung der Drossel 6 rasch ab, wenn der Arbeitsspalt klein gemacht wird, und zwar so lange, bis eine stabilisierte Entladung wieder beginnt; deshalb wird ein Pen dein im Elektrodenvorschub vollständig verhindert Di« elektrische Energie zur Steuerung des Pendeins hai nichts mit der elektrischen Energie zu tun, die zur Bearbeitung erforderlich ist

Wenn in dem Ausführungsbeispiel nach der Figur eir Kondensator 3 großer Kapazität verwendet wird, ist die Schwingung sehr schwach oder tritt überhaupt nicht auf, auch wenn eine Entladung iim Arbeitsspalt erfolgt In diesem Fall wird der Kondensator 31 durch das Gleichrichterelement 32 nicht geladen. Diesel Nachteil kann dadurch verhindert werden, daß eine Re sonanzschaltung parallel zum Arbeitsspalt gelegt wird Eine solche Resonanzschaltung kann beispielsweise nach Art der gestrichelt eingezeichneten Schaltung aufgebaut sein. Dieser Resonanzkreis ergibt Resonanz wenn eine Entladung im Arbeitsspalt auftritt Ein Resonanzstrom lädt dann über das Gleichrichterelemenl 32 den Kondensator 31; die Resonanz der Resonanzschaltung ist abhängig von der Entladung im Arbeitsspalt. Infolgedessen wird die Ladung des Kondensaten 31 auf vorteilhafte Weise in Abhängigkeit von der Entladungsbedingung des Arbeitsspaltes bewirkt

Die nach der Erfindung ausgebildete Schaltungsanordnung arbeitet vorzugsweise mit einer Elektrodenvorschubeinrichtung zusammen, die nach dem Zurückziehen der Elektrode nach oben und nach der Beseitigung des Kurzschlusses die Geschwindigkeit der Elektrodenbewegung nach unten erhöht Dadurch ist es möglich, die Zeit, die zur Wiederherstellung der Entladung im Falle eines Kurzschlusses erforderlich ist, wesentlich zu verkürzen. Damit ist es auch möglich, die Bearbeitungsgenauigkeit und gleichzeitig die Bearbeitungsgeschwindigkeit zu erhöhen.

Die beschriebene Wirkung läßt sich erzielen, sobald der mittlere Widerstandswert verringert wird, also nicht nur bei Kurzschluß, sondern auch bei verkleinertem Arbeitsspalt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Begrenzung des Kurzschluß-Stroms bei der Elektroerosion, wobei eine Energiequelle dem Arbeitsspalt Impulse vorgegebener Polaritä: zuführt, die bei normalen Arbeitsbedingungen oszillierende Entladungen bewirken und beim Fehlen normaler Arbeitsbedingungen verringert werden, dadurch gekennzeichnet, daß als Kriterium für normale Arbeitsbedingungen die infolge der Oszillation entstehenden, der vorgegebenen Polarität entgegengesetzten Spannungsanteile der Entladungen benutzt werden.

2. Schaltungsanordnung zur Durchführung des '5 Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer zwischen Energiequelle und Arbeitsspalt liegenden gesteuerten Abschalteinrichtung zur Verringerung der Energiezufuhr zum Arbeitsspalt, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf die der vorgegebenen Polarität der Arbeitsimpulse entgegengesetzten Spannungsanteile ansprechende Steuereinrichtung einerseits mit dem Arbeitsspalt und andererseits mit der Abschalteinrichtung verbunden ist

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 mit einer als Energiequelle dienenden Wechselstromqueile mit nachgeschaltetem Gleichrichter und mit einer die Abschalteinrichtung bildenden, bei normalen Arbeitsbedingungen im Spalt gesättigten Drossel, deren Steuerwicklung an einen vom Arbeitsspalt aus aufzuladenden Kondensator angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator mit dem Arbeitsspalt über einen Gleichrichter derart verbunden und derart bemessen ist, daß er die der vorgegebenen Polarität der Arbeitsimpulse entgegengesetzten Spannungsanteile der oszillierenden Entladungen integriert und die Dvossel während der normalen Arbeitsbedingungen gesättigt hält

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den Arbeitsspalt zusätzlich ein Resonanzkreis aus einem Kondensator und einer Spule angeschlossen ist