DE19513593C2 - Schaltung für geregelte Prozeßstromquellen für Funkenerosionsmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung für geregelte Prozeßstromquellen für Funkenerosi­ onsmaschinen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1

Eine derartige Schaltung ist aus der DE 34 27 520 C2 bekannt. Schlüsselgedanke in DE 34 27 520 C2 ist, daß der Verbraucher über einen elektrischen Kurzschlußschalter kurzge­ schlossen werden kann [Sp. 2, Z. 62]. Die schaltungstechnische Ausführung basiert auf dem Prinzip der geregelten Prozeßstromquelle mittels einer Tiefsetzsteller-Schaltung. Grundla­ ge für die Funktionsweise der Schaltungen ist ein permanent fließender Strom, der mittels des Kurzschlußschalters von einem Lastkreis in einen Freilaufkreis geschaltet wird.

Für die Anwendung dieses Prinzips in der Erodiertechnik wird der Kurzschlußschalter für die Steuerung der Impulsdauern der Abtragsimpulse verwandt. Dadurch ist es möglich die Brenn- und Pausendauern der Abtragsimpulse abhängig vom Arbeitsstrom gezielt zu steu­ ern. Aus der Patentschrift DE 35 38 494 A1 ist zu entnehmen, daß in "bestimmten Fällen" (Sp. 7, Z. 57ff) der Verbraucherzweipol (Funkenspalt) aufgrund seines unter Umständen hö­ heren Potentials Energie entgegen der regulären, vorgesehenen Stromrichtung rückspeist. Deswegen wird in DE 35 38 494 A1 der Verbraucherzweipol (Funkenspalt) mittels einer Sperrdiode (D21, Fig. 7) von der speisenden Schaltung abgetrennt, was die deionisieren­ de Wirkung des Kurzschlußschalters, der als Kommutierungschalter wirkt, für funkenero­ sive Anwendungen aufhebt.

Die Erfindung betrifft eine Generatorschaltung, die dafür sorgt, daß bei Impulsabschaltung weder ein parasitärer Kurzschlußstrom (Spaltkurzschluß) noch ein Reststrom (Impulspau­ se) aus dem Generator in den Spalt fließen kann. Gleichzeitig wird dabei die im Erodier­ spalt befindliche Energie nahezu vollständig abgebaut. Dies führt zu einem bisher nicht möglichen Schutz von Werkzeug und Werkstück bei Bearbeitung mit der vorstehend ange­ führten Generatorart.

Bei laufendem Funkenerodierprozeß treten im Erodierspalt durch Abtragspartikel häufig sehr niederohmige Verbindungen zwischen Werkstück und Werkzeug auf. Dabei wird die natürliche Wirkung des im Arbeitsspalt befindlichen Dielektrikums aufgehoben [Fig. 3]. Fließt nun während dieser Kurzschlußphase der eingestellte Arbeitsstrom im Spalt, so kommt es zwangsläufig zu starken Überhitzung von Werkzeug und Werkstück. Wählt man den Arbeitsstrom genügend hoch, hat diese Ursache in letzter Konsequenz eine Zerstörung vom Werkzeug und Werkstück zur Folge. Dieser Sachverhalt wirkt sich besonders gravie­ rend bei der Erosion mit Graphitelektroden aus, da Graphit eine schlechtere Wärmeleitfä­ higkeit als z. B. Kupfer besitzt und sein gegenüber Kupfer höherer ohmscher Widerstand zusätzlich bei Stromspeisung zu höherem Spannungsabfall bzw. höherer Energieaufnah­ me des Werkzeugs führt. Infolge der Überhitzung bzw. des Abbrandes der Elektrode steigt der relative Volumenverschleiß stark an.

Ist eine Erodieranlage mit einer geregelten Prozeßstromquelle (ideale Stromquelle Iq, In­ nenleitwert Gi) mit einem Spaltkurzschlußschalter S1 zur Stromkommutierung [Fig. 1] ausgerüstet (Generator), so kann prinzipbedingt im Kurzschlußfall der fließende Kurz­ schlußstrom nicht aus dem Spalt kommutieren, da der Durchlaßwiderstand des nicht idea­ len Schalters S1 (Halbleiter-Schaltelement) höher sein kann als der im Kurzschlußfall verbleibende Spaltrestwiderstand. Dieses zu einer Aufteilung des Stromes entsprechend der Widerstandverhältnisse, so daß der Spalt mit einem unerwünschten parasitären Kurz­ schlußstrom belastet wird. Ein weiterer Nachteil resultiert aus dem Durchlaßwiderstand des nicht idealen Halbleiterschaltelements S1, da in den Impulspausen, abhängig vom ein­ gestellten Arbeitsstrom, eine Restspannung am Spalt anliegt. Entsprechend wird die voll­ ständige Deionisierung in den Impulspausen behindert.

Gelöst wird dieses Problem durch eine Schaltung für geregelte Prozeßstromquellen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zu Nutze, daß nur eine potentialmäßige Entkopp­ lung des Arbeitsspaltes, unter Beibehaltung der günstigen Eigenschaften des Kurzschluß­ schalters (schnelle Stromkommutierung und damit steile Schaltflanken) zur Aufhebung der vorstehend genannten prinzipbedingten Nachteile führt. Eine Auftrennung des Stromkrei­ ses sowohl innerhalb des Generators als auch der Zuleitung zum Spalt hat entscheidende Nachteile in bezug auf die möglichen Schaltfrequenzen der Erodierimpulse sowie auf das Deionisierungsverhalten des Arbeitsspaltes.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand der Figuren näher er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 Ausführungsbeispiel einer Schaltung für eine Prozeßstromquelle nach der Erfin­ dung,

Fig. 2 Maschinenaufbau einer funkenerosiven Senkanlage mit Konstantstromquelle (Generator) und erfindungsgemäßer Schaltung,

Fig. 3 Exemplarischer Aufbau der Erfindung in der Energieversorgungsstrecke von fun­ kenerosiven Anlagen.

Die erfindungsgemäße Schaltung besteht aus den Dioden D1, D2 und dem spaltseitigen Deionisierungsschalter S2 [Fig. 1]. Schalter S2 wird prinzipiell mit derselben Taktquelle wie S1 angesteuert. Die erfindungsgemäße Schaltung wird zwischen Generator und Ar­ beitsspalt installiert [Fig. 2], kann aber auch direkt in das Generatorgehäuse eingebaut werden.

Die Durchlaßspannungen der nichtidealen Dioden D1, D2 addieren sich stets zu entweder der Durchlaßspannung von S2 (Impulspause) oder der momentananliegenden Arbeits­ spaltspannung. Im gefährlichen Kurzschlußfall im Arbeitsspalt sinkt die Spaltspannung Us auf nahezu null Volt, wo hingegen die Summenspannung aus Schleusenspannungen der Dioden und Us stets größer sein wird als die Restspannung Ug über S1. Dies hat zur Folge, daß im Kurzschlußfall eine sichere Stromkommutierung über S1 stattfindet. Die Nachteile, die eine reine Diodenlösung für die Prozeßdynamik in Hinblick auf eine schnelle Spaltdei­ onisierung mit sich bringt, wird durch den erfindungsgemäßen Aufbau mit dem Deioni­ sierungsschalter vollständig beseitigt.

Claims (3)

1. Schaltung für geregelte Prozeßstromquellen für Funkenerosionsmaschinen, bestehend aus:

• - einer Konstantstromquelle (Iq, Gi) zur Lieferung eines konstanten Stromes über eine Stromzuführung an den Arbeitsspalt zwischen einer Elektrode und einem Werkstück.
• - einem ersten Kurzschlußschalter (S1), der parallel zum Arbeitsspalt angeordnet ist und
• - einer Taktquelle zur Ansteuerung des ersten Kurzschlußschalters (S1), gekennzeich­ net, durch
• - einen zweiten Kurzschlußschalter (S2) parallel zum Arbeitsspalt, und
• - einer Entkopplungsschaltung (D1, D2) in der Stromzuführung zwischen dem ersten Kurzschlußschalter (S1) und dem zweiten Kurzschlußschalter (S2).

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Entkopp­ lungsschaltung um eine Serienschaltung aus zwei Dioden handelt.

3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kurschlußschal­ ter (S2) von der Taktquelle zeitgleich mit dem ersten Kurzschlußschalter (S1) angesteu­ ert wird.