DE2038748A1

DE2038748A1 - Verfahren und Geraet zum Auffinden von Kurzschluessen beim elektrischen Funkenerosionsverfahren

Info

Publication number: DE2038748A1
Application number: DE19702038748
Authority: DE
Inventors: Kauffman Harry Dean
Original assignee: Milacron Inc
Current assignee: Milacron Inc
Priority date: 1969-12-15
Filing date: 1970-08-04
Publication date: 1971-07-15
Also published as: GB1332696A; CH536167A; NL7012394A; US3609281A; FR2071716A5

Description

CINCINNATI MIIACRON INC., 4701 Marburg Avenue, Cincinnati, Ohio 45-209, USA

Verfahren und Gerät zum Auffinden von Kurzschlüssen beim elektrischen Funkenerosionsverfahren

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein. Gerät zum Auffinden von Kurzschlüssen beim elektrischen Funkenerosionsverfahren (EDM- Verfahren).

Beim Funkenerosionsverfahren verursachen unkontrollierte Kurzschlußlagen eine Beeinträchtigung einer wirksamen Metallentfernung und können zur dauernden Zerstörung des Werkzeuges und des Werkstückes führen. Das'Problem des Auffindens von Kurzschlüssen und ihrer Beseitigung bzw. Verhinderung ist eines der Vordringendsten bei dem Funkenerosionsverfahren. Es hat seine Ursache darin, dass Kurzschlüsse in vielfacher Größe auftreten können. Erstens kann z.B. ein Kurzschluß auftreten, weil der Spalt zu bestehen aufhört, so daß das Werkz-eug und Werkstück zusammenschweißen. Zweitens kann ein Kurzschluß bei nur einem einzigen Impuls auftreten, weil ein Splitter in den Spalt gerät. Drittens kann ein Kurzschluß während mehrerer aufeinanderfolgender Impulse auftreten, wiederum wegen eines

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Schmutz- oder Splitterstückes im Bearbeitungsspalt. Schließlich kann ein Kurzschluß die Folge eines sehr langsamen Materialaufbaus auf dem Werkzeug sein, was zu einer ganz allmählichen Lichtbogenbildung führt. Das Problem wird weiter dadurch kompliziert, daß für die verschiedenen geschilderten KurzSchlußsituationen unter Umständen verschiedene Abhilfen erforderlich sind.

Da Kurzschlüsse so unregelmäßig und so unvorhersehbar auftreten, ist ein genaues und wirkungsvolles Auffinden von Kurzschlüssen sehr schwierig. Immerhin existiert ein Paramter, der ein treues Maß der Größe eines Kurzschlußzustandes ist - die Größe des Spaltwiderstandes zwischen den Bearbeitungsimpulsen. In der Vergangenheit haben andere Kraftstrombelieferungen andere Methoden des Auffindens von Kurzschlüssen benutzt. Eine Methode ist das Feststellen des Spannungsabfalls über dem Spalt während einer Entladung. Diese Methode bietet verschiedene Probleme. Erstens, welche Spannung ist genügend niedrig, um als eine Kurzschlußspannung bezeichnet zu werden? Weiter, wie muß diese eingestellt werden bei Änderungen im Material des Werkzeuges und des Werkstückes? Schließlich ist es auch möglich, eine gravierende Bedingung zur Bildung eines Lichtbogens zu haben und trotzdem nicht unter der Minimalspannung zu liegen, die einen Kurzschluß definiert. Eine andere Methode zur Feststellung von Kurzschlüssen besteht in der Messung der Stromstärke während der Ladung. Hier bestehen dieselben Probleme der Definition eines Kurzschlusses, unter anderem bei Materialänderungen. Dazu kommt, daß sich die Stromstärke nicht im besonderen Maße auch während eines Lichtbogen-zustandes ändert. Somit ist die Feststellung eines Kurzschlusses sehr schwierig.

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Um den geschilderten Nachteilen zu entgehen, wird nach der Erfindung vorgeschlagen, den Spaltwiderstand in der Zeit zwischen den Stromimpulsen zu messen. Damit erhält man eine genauere und verläßlichere Anzeige von Kurzschlußzus1;änden im Bearbeitungsspalt. Um Änderungen in der Spaltimpedanz 'festzustellen, wird in einer Ausführungsform der Erfindung eine Widerstandsbrücke benutzt, die den Bearbeitungsspalt als den zu messenden Widerstand enthält. Eine Widerstandsbrücke ist eine elektrische Schaltung, die ihrer Natur nach sehr empfindlich auf kleine Widerstandsänderungen reagiert. Daher können einer oder mehrere Kurzschluß- " widerstände vorgesehen werden und jede minutiöse Änderung dieser Werte können festgestellt und geeignete Abhilfsmaßnahmen getroffen werden.

Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren und ein Gerät zur Feststellung von Kurzschlüssen in der Stromversorgungsanlage für das elektrische Funkenerosionsverfahren. Das Verfahren nach der Erfindung umfaßt folgende Schritte. In den Zeitin^rvallen zwischen den gelieferten Starkstromimpulsen wird ein elektrisches Signal an den Bearbeibungsspalt gelegt. Die Größe der Signalspannung ist nicht ausreichend, den Spalt zu ionisieren. Die Spalt-Impedanz kann durch Fest- * stellung der Größen der elektrischen Parameter im Spalt in Beziehung zum elektrischen Signal festgestellt werden. Mit Hilfe der Impedanzmessung werden Ausgangssignale erzeugt. Diese Signale ändern sich in Abhängigkeit von Änderungen der Größe der gemessenen Impedanz. Schließlich werden die Ausgangssignale zum Stromversorgungsgerät zurückgesandt, wo sie dazu benutzt werden, Änderungen einzuleiten, die dafür berechnet sind, die Größe der Spaltimpedanz zwischen den Ausgangsgrößen zu vergrößern. Im Gerät nach der Erfindung erzeugt eine Starkstromquelle ein Gleichstromsignal zwischen den Ausgangsimpulsen dieser Starkstr-omquelle.

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Das Gleichstromsignal wird auf ein Netzwerk zur Impedanzmessung gegeben, injiem der Bearbeitungsspalt als unbekannte zu messende Impedanz liegt. Das Signal besteht während eines wesentlichen Teiles des Zeitintervalls zwischen den Starkstromausgangsimpulsen und ist während der ganzen Impulszeit beendet. Ein idealer Spaltzustand ist definiert durch eine Offenspalt- oder unendlich große Impedanz. Wenn zwischen den Entladungen ein Kurzschluß besteht, findet sich über dem Spalt eine verhältnismäßig niedrigere Impedanz. Diese verminderte Impedanz wird durch das Messnetzwerk festgestellt; es wird ein Irrtumssignal ausgesendet, das anzeigt, daß ein Kurzschlußzustand besteht. Das Ausgangssignal wird dann in der Starkstromspeiseanlage dazu benutzt, einen Vorgang einzuleiten, der so kalkuliert ist, daß die KurzSchlußbedingung behoben wird.

Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung an einzelnen Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm zur Veranschaulichung, wie ein Netzwerk zur Impedanzmessung und eine nachgeschaltete Treiberstufe in einem Stromversorgungsgerät für das elektrische Funkenerosionsverfahren eingeschaltet werden kann;

Fig. 2 ein schematisches Blockdiagramm eines EDM-Stromversorgungsgerätes mit einem mehr ins einzelne gehenden Schaltplan einer Ausführungsform mit einer Widerstandsbrücke und einer angeschlossenen Treiberstufe;

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J¹Ig. 3 ein schematisehes Blockdiagrainin eines EDM-Stromversorgungsgerätes mit einer mehr ins einzelne gehenden schematischen Schaltung einer anderen Ausführungsform einer Widerst and sbrücke.

Der schematische Schaltplan nach Figur 1 zeigt, wie ein widerstandsmessendes Netzwerk allgemein in einem Strom- ^ Versorgungsgerät für das elektrische Funkenerosionsverfahren verwendet werden kann. Es ist zu beachten, daß die Benutzung eines widerstandsmessenden Netzwerkes nicht von einem besonderen Typ des Stromversorgungsgerätes abhängig ist, vielmehr bei jedem Typ zur Stromversorgung eines EDM-Gerätes verwendbar ist. Ein Generator 10 in Figur 1 zur Erzeugung zyklischer Impulse liefert einen Schwachstromimpuls von der vorgeschriebenenLänge einer Pulsdauer oder "AIP-Zeit und läßt ein Zeitintervall oder "AUS"-Zeit zwischen den Impulsen, die mit den im Starkstromversorgungsgerät gewünschten Zeitabständen übereinstimmt. Die "AN"- und "AUS"-Zeitabschnitte können unabhängig voneinander eingestellt werden. Pulsgeneratoren dieses Typs gehören zum Stande der Technik und können aus Kombinationen von Multivibratoren, Sägezahngeneratoren und ähnlichen Schaltungen oder Modifikationen von diesen bestehen. Ein weiteres Element der gezeigten Schaltung ist eine Gleichstrom-Starkstromquelle 12. Die Ausgänge des Pulsgenerators 10 und der Gleichstromquelle 12 liegen am Eingang zum Starkstromschaltnetzwerk 14-, Die Kreise dieses Netzwerkes sind meistens zweistufig. Die erste oder Tr-eiberstufe empfängt die Pulse des Pulsgenerators und liefert ein verstärktes Signal. Dieses Signal dient dazu, eine Gruppe von parallelen

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Ausgangsstufen zu treiben. Die Ausgangsstufen schalten den Strom von der Gleichstromquelle, so daß zum Erodieren dienende Stromimpulse geliefert werden. Der Ausgang der Schaltstufen ist an eine Seite des Bearbeitungsspaltes angeschlossen, im gezeigten Beispiel an das Werkzeug 16. Die andere Seite des Spaltes, hier das Werkstück 18, ist/eine cemein-

anges-chlossen

same Leitung/ die mit der anderen Seite des Starkstromlieferungsgerätes 12 verbunden ist. Über dem Spalt liegt ausserdem ein Netzwerk 20 zur Impedanzmessung. Gespeist wird dieses Netzwerk durch einen Treiberkreis 22, eine Gleichstromquelle, die während der Ausgangspulszeitabschnitte "AUS" angeschaltet und während der Zeitabschnitte "AN" ab-geschaltet wird. Damit mißt das Netzwerk 20 die Spaltimpedanz nur zwischen den Bearbeitungsimpulsen. Wie später beschrieben wird, kann das Netzwerk 20 dazu dienen, ein Signal zu erzeugen, das stetig der Impedanz entspricht, ohne mehrere Signale, die die Impedanzgroßen während aufeinanderfolgender Zeitabschnitte darstellen, oder schließlich eine Mehrzahl von Signalen, die vorherbestimmte Impedanzgrößen darstellen. Zusätzlich zu dem Gesagten zeigt die Vielfalt der Ausgangsmöglichkeiten des Netzwerkes, daß es in Verbindung mit mehreren der Starkstromkreise dazu benutzt werden kann, den Kurzschluß zu mindern.

Die Schaltung nach Figur 2 zeigt im einzelnen eine Ausführungsform der Erfindung und ein Blockdiagramm eines Stromlieferungsgerätes vom Pulstyp, bei dem diese Ausführungsform der Erfindung angewendet werden kann. Es gibt viele Schaltungen zum Messen einer Impedanz; beispielsweise eine Kapazitätsmeßbrücke, ein Kreis, der auf Änderungen in der induktiven Reaktanz anspricht oder eine Widerstandsmeßbrücke. Figur 2 erläutert die Verwendung einer elektrischen Widerstandsmeßbrücke. Diese Meßbrücke ist eine modifizierte Wheatfctone'sche Brücke, die vier Widerstandszweige hat und in der die Stromgröße in einer Diagonalen

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zwischen zwei einander entgegengesetzt liegenden Verbindungspunkten ein Maß für die Größe des Spaltwiderstandes ist, wenn eine Bezugsspannung zwischen die "beiden anderen einander entgegengesetzten Widerstandsverbindungspunkte gelegt wird.

In Figrur 2 erzeugt ein Sägezahngenerator 23 eine Sägezahnfunktion mit einer Zeitkonstanten, die durch ein Wider stands-Kapazitäts-Netzwerk bestimmt werden kann. Am Ende der Anstiegszeit erzeugt der Generator 23 ein Si- ■ . gnal zum Auslösen des monostabilen Multivibrators 24. Dieser Multivibrator 24- erzeugt einen Impuls, der eine einstellbare Zeitdauer hat. Dieser Impuls schaltet der Reihe nach eine Anzahl Treiber 26 an,die ihrerseits eine Mehrzahl von Ausgangsschaltkreisen 28 betätigen. Diese Schaltkreise schalten den Ausgang der Gleichstromquelle 30 zur Erzeugung eines Bearbeitungsimpulses von einer Länge gleich der Zeitdauer des Ausgangsimpulses des Multivibrators 24. Wenn der Multivibrator 24 in seine stabile Lage zurückkehrt, ist der Ausgangsbearbeitungsimpuls beendet$ dann wird ein Ausgangssignal über die Leitung 32 zurück zum Sägezahngenerator 23 gesendet, um den nächsten Säge- -g zahn anlaufen zu lassen. Somit bestimmt der Multivibrator 24 die Impulsbreite des Bearbeitungsimpulses, also die "AN"-Zeit,und der Sägezahngenerator 23 bestimmt die Zeit zwischen den Bearbeitungsimpulsen, also die "ATJS"-Zeit.

An die Schaltung ist eine Widerstandsmessbrücke 33 und eine Treiberstufe für die Brücke 34 angeschlossen. Die Treiberstufe 34 dient lediglich zur Stromversorgung und arbeitet während der "AUS"-Zeitabschnitte, während sie während der "AIP-Zeitabschnitte der Bearbeitungsimpulse keinen Strom liefert. Der Empfängerteil eineslphotonen-gekoppel-

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ton Isolators 36, dessen Emitterteil am Sägezahngeneratorausgang liegt, arbeitet als ein Schalter, um den Brückentreiber an- und auszuschalten. Bei Beginn eines "AUS"-Zeitabschnittes zwischen den Bear-beitungsimpulsen wird der Empfängerteil des Isolators 36 in den leitenden Zustand geschaltet, und hierdurch wird eine höher positive Spannung an die Zenerdiode 38 geliefert. Wenn die Zusammenbruch-Spannung der Zenerdiode 38 erreicht ist, wird die Basis des Transistors 40 in eine höher positive Spannung gebracht, so daß der Transistor in den leitenden Zustand kommt. Die Transistoren 40 und 42 liegen in einer Schmitt-Triggerschaltung; bei Leitendwerden des Transistors 40 hört die Leifähigkeit durch den Transistor 42 schlagartig auf. Damit gelangt das Potential an der Kathode der Zenerdiode auf ein höher positives Potential, bis ihre Zusammenbruchsspannung erreicht ist. In diesem Zeitpunkt wird die Basis des Transistors 46 höher positiv und der Transistor kommt in den leitenden Zustand. Die Leitung durch den Transistor 46 bedingt eine Verschiebung des Basispotentials des Transistors 48 mehr ins Negative, so daß dieser Transistor leitend wird. Bei seinem Leitendwerden wird unmittelbar auch der Transistor 50 leitend, der stets dem Zustand des Transistors 48 folgt. Damit erhält man ein Bezugspotential für die Brücke 33·

Die Brücke in Figur 2 ist, wie schon gesagt, eine modifizierte Wheatstone'sehe Brücke. Im abgeglichenen Zustande ist bei offenem Bearbeitungsspalt der Spannungsabfall über den Punkten A zu B (B ist der Punkt des Abgleicharmes 52) gleich dem Spannungsabfall über den Punkten A zu C (hierbei ist 0 definiert als der Kontaktpunkt des Schleiferarms 54); damit fließt kein Strom im Verbindungsstück 56 zwischen B und C.

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Wenn nun ein leichter Lichtbogenzustand vorhanden ist, so ist der Spaltwiderstand zwar sehr hoch, jedoch ist der Kreis nicht mehr geöffnet; infolgedessen wird der äquivalente Widerstand zwischen C und D um ein geringes niedriger sein als in ausgeglichenem Zustand. Bei festen Potential zwischen A und D wird ein etwas grösserer Strom von A zu D über E fließen. Damit wird der Spannungsabfall von A zu E und von Azu G etwas grosser. Dementsprechend entsteht eine Potentialdifferenz zwischen B und G und im Verbindungsstück 56 wird ein Strom flies- Il sen. In dem Maße, in|dem der Spaltwiderstand abnimmt, muß' die Größe des Kurzschlusses zunehmen und der Stromfl.uss im Verbindungsstück 56 von B zu C wird proportional anwachsen. Damit repräsentiert der Stromfluß durch das Verbindungsstück 56 zeitkontinuierlich Änderungen in der Größe des Kurzschlusses. Ein Stromfluß im zentralen Verbindungsstück 56 veranlaßt den Emitterteil 58 eines photonen-gekoppelten Isolators 60, Photonen auszusenden. Dies stellt eine Kopplung zwischen dem Detektorteil der Brücke und einer Ausgangstreiberstufe 61 her. Diese Treiberstufe kann verschiedene Formen haben je nach der Anwendung. Im gezeigten Beispiel veranlaßt eine Photonemission vom Emit- ^ ter 58 den Empfänger 62 leitend zu werden und die Kathode ™ der Zenerdiode 64- auf ein höheres positives Potential zu bringen. Wenn die Durchbruchsspannung der Zenerdiode erreicht ist, wird die Basis des Transistors 66 höher positiv und dieser damit in den leitenden Zustand geschaltet. Der sorgt für ein Ausgangssignal, welches das Bestehen eines Kurzschlusszustandes anzeigt. Im gezeigten Beispiel wird dieses Signal zurück zum Multivibratoreingang geliefert, unterbindet seine Tätigkeit und verhindert weitere Bearbdtungsimpulse. Bei Verschwinden des Kurzschlusses kehrt die Brücke in ihren ausgeglichenen Zustand zurück und der Stromfluß durch das zentrale Leitungsstück 58

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hört auf. Der Isolator 60 wird ausgeschaltet, ebenso der Transistor 66, und der Multivibrator setzt seine Tätigkeit fort.

Bei einer anderen Ausnutζungsform des Ausgangssignales von der Treiberstufe 61 kann zwischen der Treiberstufe und dem monostabilen Multivibrator 24 ein Zeitverzögerungsglied vorgesehen sein. Dieses Glied kann ein einfaches Widerstandskapazitätsnetzwerk wohlbekannter Art sein. Durch Änderung des Widerstandswertes wird die RC-Zeitkonstante und damit proportional die Zeitverschiebung geändert. Wenn der Transistor 66 in den leitenden Zustand geschaltet wird, wird die Zeitverschiebung eingeleitet und damit die Tätigkeit des Multivibrators 2h unterbunden. Der Ablauf der Zeit verschiebung setzt die Tätigkeit des Multivibrators 2A wieder in Gang bis der Ausgang der Treiberstufe 61 wiederum eine Zeitverschiebung einleitet.

Zusätzlich sorgt ein Sicherheitskreis 67 für weiteren Schutz. Wenn die Behebungsaktion fehlschlägt, ein Teil der Schaltung ausfällt, oder wenn aus irgendeinem anderen Grunde eine Kurz Schlußbedingung über eine Zeitperiode aufrecht erhalten bleibt, wird die Sicherheitsschaltung 67 tätig und schaltet die Gleichstromquelle 30 ab. Solch eine Sicherheitsschaltung kann verschiedene Formen haben. Beispielsweise kann das Ausgangssignal des Treibers 61 eine Zeitverschiebung einleiten, z.B. über ein Widerstandskapazitätsnetzwerk. Wenn nach dieser Einleitung das Ausgangssignal aufhört, bevor die Zeitverzögerung abgelaufen ist, wird die Zeitverzögerung wieder eingesetzt. Wenn das Ausgangssignal fortdauert, bis die Spannung über der zeitbestimmenden Kapazität eine bestimmte Höhe erreicht, wied diese Spannungshöhe dazu benutzt, einen

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elektronischen Schalter auszulösen, der die Abschaltung der Gleichstromquelle 30 durchführt. Die Zustandsbedingungen des Bearbeitungsspaltes, die dieser Kreis feststellen soll, sind so schwer, daß eine automatische Rückkehr zur Strombelieferung nicht wünschenswert ist. Daher wird das Bearbeitungsverfahren nicht eher wieder beginnen, bis der Bedienende selbst es einleitet.

Wie schon einleitend dargelegt wurde, gibt es eine Vielfalt von Kurzschlußmöglichkeiten. Die Größe eines Kurzschlusses zu einer bestimmten Zeit ist eine direkte Funktion des Spaltwiderstandes zu .dieser Zeit. Der Grad an Schaden, den der Bearbeitungsprozeß durch einen Kurzschluß erleidet, ist eine direkte Funktion der Größe des Kurzschlusses als eine Größe der Zeit. Unglücklicherweise ist das EDM-Verfahren noch Objekt entgegengesetzter Ansichten bezüglich der Größe der Bearbeitungsparameter,die den idealen EDM-Prozeß ergeben. Weiter erhebt sich die Frage, welcher Grad an Abweichung von den gegebenen Paramtern notwendig ist, um eine zu beanstandende Bearbeitungssituation darzustellen? Und wenn schließlich eine zu J beanstandende Reihe von Bearbeitungsparametern festgestellt worden ist, was muß unternommen werden, um möglichst prompt den idealen Bearbeitungszustand wieder herzustellen? Hieraus wird ersichtlich, welch technischen Fortschritt die Erfindung bringt. Die Em-pfindlichkeit und Genauigkeit der gezeigten Apparatur ist größer als die der bisher verwendeten Kreise. Der Meßkreis nach der Erfindung macht es sehr leicht, den Bearbeitungsprozeß zu überwachen, entweder fortlaufend oder in aufeinanderfolgenden Abschnitten über eine Zeitperiode. Außerdem können bestimmte Schwellwerte festgestellt werden, die bestimmen, wann bestimmte Aktionen zu unternehmen sind.

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Um die Vielseitigkeit der Erfindung darzulegen, soll ein weiteres Beispiel betrachtet werden. Es soll für diese Betrachtung angenommen· werden, daß es drei bemerkenswerte KurzschlußgrÖßen in dem Spalt gibt. Ebenso soll angenommen werden, daß es drei Beseitigungsoperationen gibt. Dann muß die Brücke drei Ausgänge haben. Die erste Kurzschlußgröße sei durch einen relativ hohen Spaltwiderstand repräsentiert. Dies kann z.B. durch einen sehr langsamen Materialaufbau an dem Werkzeug während des Bearbeitungsprozesses verursacht sein. Als Abhilfe hierfür kann z.B. eine Änderung der "AN"- "AUS^'-Z-eitinte-rvalle des Pulsgenerators dienen. Eine zweite Kurzschlußgröße kann durch einen relativ niedrigeren Spaltwiderstand repräsentiert sein. Dies kann z.B. durch einen Splitterpartikel oder ein entsprechendes Stück im Spalt verursacht sein, das damit eine teilweise Stromleitung verursacht. Die Abhilfe hierfür kann in einem Versuch bestehen, das Material durch Beaufschlagung mit einem einzelnen oder einer Anzahl von Pulsen von wesentlich größerer Energie auszubrennen. End - lieh könnte eine Schwelle geringen Widerst-andes festgestellt werden, die einen großen Kurzschluß anzeigt. Die Abhilfe hierfür kann z.B. im Abschalten des Stromversorgungsgerätes bestehen. Die einfachste Methode hierfür besteht im Abschalten des Pulsgenerators. Jedoch lö5meD|auch die Stromquelle, die Starkstromschaltkreise oder die ganze Maschine alternativ abgeschaltet werden. Eine Schaltung zur Ausführung des Vorgesagten ist in Figur 3 dargestellt.

In dieser Figur 3 ist eine Widerstandsbrücke gezeigt, die in Aufbau und Arbeitsweise derBrücke 33 nach Figur 2 ähnelt. Der wesentliche Unterschied liegt in der Mehrzahl der zentralen Detektorabschnitte 68, 70 und 72. In jedem Abschnitt liegt eine Zenerdiode, die eine Durchbruchspannung hat, die einen signifikanten Spaltwiderstand repräsentiert. Im ge-

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zeigten Beispiel repräsentiert Jede der Durchbruchspannungen eine der drei kritischen Spaltwiderstände, die vorstehend aufgezählt waren. Wie früher schon diskutiert wurde, repräsentiert jeder Spaltwiderstand eine Kurz schlußgröße, die jeweils eine eigene Abhilfe erfordert. Die drei im Ausgang liegenden Treiber 80, 82, 84 sind in ihrer Wirkungsweise ähnlich der Treiberstufe 61 in Figur 2. Wenn der Spaltwiderstand abnimmt, wächst der Spannungsabfall von B1 nach.01, bis die Zusammenbruchspannung der Diode 74 erreichiiC Ereignet sich dies, dann wird der Isolator 86 leitend und speist seine entsprechende Ausgangsstufe 82, die an den Pulsgenerator 10 angeschlossen'ist. Nach obigem Beispiel ist die Abhilfe für die geringste kritische Größe der KurzSchlußbedingungen eine Variation der "AUS"- "AIP-Zeitabschnitte des Impulsgenerators 10. Wenn die Kurzschlußgröße anwächst bzw. der Spaltwiderstand zwischen den Impulsen abnimmt, wächst der Spannungsabfall von B2 nach 02 bis die Zusammenbruchspannung der Diode 76 erreicht ist. Dann leitet der Isolator 88 und speist den Ausgangstreiber 84. Nach dem gegebenen Beispiel ist die Abhilfe hiergegen eine Änderung der Impulsenergie des folgenden oder einer Anzahl der folgenden Impulse. Dies kann z.B. durch Auslösen einer abweichenden Betätigung der Starkstromschaltkreise 14 mit Hufe des Ausgangstreibers 84 durchgeführt werden. Schließlich kann der Spaltwiderstand zwischen den einzelnen Impulsen auf einen so niedrigen Wert absinken, daß es das beste ist, die ganze Stromversorgung abzuschalten. Dieser kennzeichnende Widerstand äußert sich in einer Spannung zwischen B3 und 03, die die Zenerdiode 78 und den Isolator 90 in den leitenden Zustand bringt. Damit wird die Treiberstufe 80 gespeist, welche an die Gleichstromquelle 12 angeschlossen ist und diese abschaltet.

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Es wird also jeder Kurzschlußgrad, wenn er in einen entsprechenden Spaltwiderstand übersetzt wird, entdeckt. Wenn mehrere Schwellwerte definiert werden können, können mehrere Detektoreinheiten parallel im zentralen Leitungsstück der Brücke untergebracht werden, wie in Figur 3 gezeigt. Dies gestattet die Einleitung mehrerer Abhilfsaktionen in Abhängigkeit von der zur Zeit anerkannten Bearbeitungstheorie. Somit ist die genaueste und empfindlichste Methode zum Feststellen von Kurzschlüssen erreicht.

Allgemein betrifft die Erfindung ein Verfahren und ein Gerät zum Auffinden von Kurzschlüssen beim EDM-Verfahren. Sie besitzt zwei wesentliche Punkte, die beschrieben werden.

Der erste betrifft die Überwachung des Bearbeitungsspaltes zwischen den Funkenentladungen. Da ein Kurzschlußzustand durch eine besondere Kreisimpedanz definiert ist, könnte man logischerweise einen Kurzschluß durch Überwachung der Impedanz entdecken. Mit Hilfe der bekannten Einrichtungen werden aber Kurzschlüsse während der Entladung überwacht. Unglücklicherweise ist aber während der Entladung die Spaltimpedanz im höchsten Maße nicht linear; eine direkte Impedanzmessung ist eine sehr komplexe Angelegenheit. Daher müssen andere Parameter wie z.B. die Entladungsspannung und der Entladungsstrom überwacht werden; das ergibt wiederum ein recht grobes und in Wirklichkeit nicht befriedigendes Ergebnis beim Feststellen eines Kurzschlusses. Die Erfindung hat einen ins Auge springenden Vorteil. In den Zeitabschnitten zwischen den Entladungen ist die Spaltimpedanz angenähert linear; diese Impedanz kann man mit einer verhältnismäßig einfachen Einrichtung überwachen. Dies führt zu dem wesentlichen zweiten Punkt der Erfindung, der in der Benutzung eines sehr empfindlichen und genauen Mesaen des Instrumentes

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"besteht, nämlich eines Brückenkreises. Wie in der Anmeldebeschreibung im einzelnen nahegelegt wird, gestattet die Benutzung eines Brückenkreises das Auffinden von einer oder verschiedenen Kurzschlußlagen, wie auch Neigungen der Spaltimpedanz, die zu einer Kurzschlußlage führen . könnte.

Ist einmal eine Kurz sch lußlage festgestellt worden, so ist es eine Sache ingenieurmäßiger Entscheidung, zu welchem Mittel der Abhilfe im Stromversorgungsteil gegriffen werden soll. Man kann die Ausgangsstromimpulse unterbinden, indem man den Pulsgenerator, die Gleichstromquelle oder die Starkstromschaltkreise außer Betrieb setzt. Weiterhin, wenn eine Anzahl von Kurzschlußlagen vorbestimmt sind,· kann die Abhilfsaktion ein selektives Variieren der "AN"- und "AUS"-Zeitabschnitte einer vorbestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden Stromimpulsen mit umfassen, oder auch das Ändern des Energieniveaus einer vorbestimmten Anzahl aufeinanderfolgender Stromimpulse.

Bekanntlich werden beim EDM-Verfahren ein elektrisch leitendes Werkzeug und ein elektrisch leitendes Werkstück mit einem Stromimpulse liefernden Stromversorgungsgerät verbunden, und liegen so in einem dielektrischen Medium, das ein Bearbeitungsspalt zwischen ihnen beiden gebildet wird. Dieser Bearbeitungsspalt wird in einer impedanzmessenden Schaltung als die zu messende Impedanz eingeschaltet. Die impedanzmessende Schaltung prüft den Spaltzustand durch Messen der Impedanz des Spaltes zwischen den vom Stromversorgungsgerät gelieferten Impulsen. Nach der beschriebenen Erfindung werden Änderungen in der Spaltimpedanz zwischen den Ausgangsimpulsen mit Hilfe einer modifizierten Wheatstone¹sehen Brükke festgestellt. In der Zeit zwischen den Impulsen wird eine

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Spannung, die geringer ist als die Ionisationsspannung, an die Brücke gelegt. Besteht kein Kurzschluß, so ist die Brücke ausbalanciert; der Brückenausgang ist Null. Ein Kurzschluß beseitigt das Brückengleichgewicht und erzeugt damit ein Irrtumssignal am Brückenausgang. Dieses Ausgangssignal wird zurück in das Stromversorgungsgerät geliefert und verursacht eine Änderung in seinen Ausgangsparametern, die das Bestreben haben, die Kurz-Schlußbedingung zu beseitigen.

Wenn auch die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen in Einzelheiten dargestellt worden ist, so soll hierdrin jedoch keine Beschränkung auf diese Einzelheiten liegen. Es sind im Gegenteil alle Modifikationen, Abänderungen und Äquivalente von der Erfindung umfasst, die dem ihr zugrundeliegenden Erfindungsgedanken entsprechen.

Sämtliche in der Beschreibung erkennbaren und in den Zeichnungen dargestellten technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

( 1. Verfahren zur Peststellung von Kurzschlüssen bzw. der Stärke von Kurzschlüssen im Bearbeitungsspalt einer nach dem Funkenerosionsverfahren arbeitenden Anlage, an den ein impulsförmiger Arbeitsstrom mit vorbestimmten "AUS"- und "AN^II-Zeitintervallen gelegt wird, gekenn zeichnet durch folgende Verfahrensschritte: ™

a) Anlegen eines elektrischen Signals an den Bearbeitungsspalt während der "AUS"-Zeitintervalle des Impulsstromes,

b) Messen der Impedanz über dem Bearbeitungsspalt durch Feststellen der Änderung eines elektrischen Parameters in Antwort auf das elektrische Signal,

c) Erzeugen eines Ausgangssignals in Reaktion auf die Impedanzmessung, und

d) Übermittlung des Ausgangssignales an das Stromversorgungsgerät zum Einleiten vorberechneter Änderungen, die ein Anwachsen der Impedanz über dem Bearbeitungsspalt ~J zur Folge haben.
2. Verfahren zur überwachung von Kurzschlußlagen im Bearbeitungsspalt einer nach dem Funkenerosionsverfahren arbeitenden Anlage, an den ein impulsförmiger Arbeitsstrom mit vorbestimmten "AUS"- und "AN"-Zeitintervallen gelegt wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) Anlegen eines elektrischen Signals an den Bearbeitungsspalt während der "AUS"-Zeitintervalle des Impulsstromes,

b) Messen der Impedanz über dem Bearbeitungsspalt durch Feststellen der Änderung eines elektrischen Parameters in Antwort auf das elektrische Signal,

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c) Feststellen einer Impedanzänderung im Vergleich zu einer vorbestimmten Impedanzgröße, und

d) Erzeugen eines Ausgangsirrtumssignals in Reaktion auf die festgestellte Änderung.
3. Stromversorgungsgerät für eine nach dem Funkener-osionsverfahren arbeitende Anlage, das einen Impulsstrom zur Erzeugung elektrischer Entladung über einem Bearbeitungsspalliefert, der vorbestimmte "AN"- und "AUS"-Zeitintervalle hat, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Ein Impedanzmeßgerät,

b) Mittel zur elektrischen Verbindung des Impedanzmeßgerätes mit dem Bearbeitungsspalt während der "AUS"-Zeitintervalle des Impulsstromes,

c) mit dem Meßkreis verbundene Mittel zur Erzeugung eines Ausgangssignales, das die durch den Meßkreis gemessene Impedanzgröße des Bearbeitungsspaltes repräsentiert, und

d) Mittel die auf das Ausgangssignal reagieren, um die AusgangsStarkstromimpulse zu modifizieren.
4. Stromversorgungsgerät für eine nach dem Funkenerosionsverfahren arbeitende Anlage, das einen Impulsstrom zur Erzeugung elektrischer Entladung über einem Bearbeitungsspalt liefert, der vorbestimmte "AN"- und "AUS"-Zeitintervalle hat, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Ein Impedanzmeßgerät,

b) Mittel zur elektrischen Verbindung des Impedanzmessgerätes mit dem Bearbeitungsspalt während der "AUS"-Zeitintervalle des Impulsstromes,

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c) mit dem Meßkreis verbundene Mittel zur Erzeugung eines Ausgangssignales, das die durch den Meßkreis gemessene Impedanzgröße des Bearbeitungsspaltes repräsentiert,

d) ein Zeitverzögerungsgerät mit vorherbestimmter wählbarer Dauer der Zeitverzögerung,

e) auf" das Ausgangssignal reagierende Mittel, die die Zeitverzögerung einleiten,

f) Mittel, die sowohl auf das Auslaufen der Zeitverzögerung,

als auch auf das fortgesetzte Vorhandensein des Ausgangs- " signales reagieren, um ein Irrtumssignal zu erzeugen, und

g) Mittel zur Übersendung des Irrtumssignals an das Stromversorgungsgerät und zur Beendigung der Erzeugung von Ausgangsstromimpulsen.
5· Stromversorgungsgerät für eine nach dem Funkenerosionsverfahren arbeitende Anlage, in dem Impulse mit vorbestimmten "AN"- und "AUS"-Zeitintervallen erzeugt werden, die dazu dienen, elektrische Entladungen über dem Bearbeitungsspalt zu erzeugen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Eine Gleichstromquelle (12), Λ

b) ein Netzwerk zum Impedanzmessen (20 ) mit Speisung durch einen Gleichstrom,

c) Mittel (22) zum Anlegen des Impedanzmeßnetzwerkes an den Bearbeitungsspalt während der "Au"S"-Zeitintervalle der Starkstromimpulse,

d) mit dem Netzwerk verbundene Mittel (60) zur Erzeugung eines Ausgangssignals, das proportional mit dem durch das Netzwerk gemessenen Spaltwiderstand sich ändert, und

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e) durch das Ausgangssignal gesteuerte Mittel (61) zur selektiven Änderung der "AN"- und "AUS"-Zeitintervalle des Ausgangsstromes des Stromversorgungsgerätes in Abhängigkeit von den Änderungen des Ausgangssignales.
6. Stromversorgungsgerät für eine nach dem Funkenerosionsverfahren arbeitende ia. Anlage mit einem impulsförmigen Ausgangsstrom zur Erzeugung elektrischer Entladung über einem Bearbeitungsspalt, mit folgenden Merkmalen;

a) Eine Gleichstromquelle (12),

b) ein Impedanzmeßnetzwerk mit GleichStromanschluß (20),

c) Mittel (22) zum A-nlegen des Impedanznetzwerkes an den Bearbeitungsspalt während der "AUS"-Zeitintervalle der AusgangsStromimpulse,

d) mit dem Meßnetzwerk verbundene Mittel (60) zur Erzeugung eines Ausgangssignals, das sich als Punktion des mit dem Netzwerk gemessenen Spaltwiderstandes ändert, und

e) durch das Ausgangssignal gesteuerte Mittel (61) zur selektiven Änderung des Energieniveaus einer vorbestimmten Anzahl aufeinanderfolgender Ausgangsstromimpulse .
7. Stromversorgungsgerät für eine nach dem Punkenerosionsverfahren arbeitende ia Anlage mit einem impulsförmigen Ausgangsstrom zur Erzeugung elektrischer Entladung über einem Bearbeitungsspalt, mit folgenden Merkmalen:

a) Eine Gleichstromquelle (12),

b) ein Impedanzmeßnetzwerk mit GleichStromanschluß (20),

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c) Mittel (22) zum Anlegen des Impedanznetzwerkes an den Bearbeitungsspalt während der "AUS"-Zeitintervalle der Ausgangsstromimpulse,

d) mit dem Meßnetzwerk verbundene Mittel (60) zur Erzeugung eines Ausgangssignals, das sich als Funktion des mit dem Netzwerk gemessenen Spaltwiderstandes ändert, und

e) durch das Ausgangssignal gesteuerte Mittel (61) zur Beendigung der Stromimpulserzeugung.
8. Stromversorgungsgerät für eine nach dem Funkenerosions- g verfahren arbeitende Anlage, in dem Ausgangsstromimpulse mit vorbestimmten "AN"- und "AUS"-Zeitintervallen erzeugt werden, die elektrische Entladungen über einem Bearbeitungsspalt hervorrufen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Eine Gleichstromquelle (12),

b) eine elektrische Widerstandsmeßbrücke (33) mit Speisung durch Gleichstrom,

c) Mittel (34) zur Verbindung der Meßbrücke mit dem Bearbeitungsspalt während der "AUS"-Zeitintervalle der Aus-' gangsstromimpulse,

d) mit der Widerstandsmeßbrücke verbundene Mittel (61) zur ([ Erzeugung einer Mehrzahl von auf das Stromversorgungsgerät zurück gelieferten Signalen, von denen jedes Signal in Reaktion auf eine vorbestimmte Spaltwiderstandsgröße erzeugt wird,

e) Mittel, die auf ein erstes zurückgesandtes Signal reagieren, und mit dem Stromversorgungsgerat so verbunden sind, daß sie eine selektive Änderung der "AN"- und "AUS"-

der AusgangßGtromimpulse hervorrufen,

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f ) auf ein zweites zurückgeliefertes Signal ansprechende Mitteljdie so mit dem Stromversorgungsgerät verbunden sind, daß sie die Stromstärke einer ausgesuchten Anzahl von aufeinanderfolgenden Impulsen ändern, und

d) auf ein drittes zurückgesandtes Signal antwortende Mittel, die mit dem Stromversorgungsgerät so verbunden sind, daß sie die Ausgangsstromimpulse unterbinden.
9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mit-tel zur Beendigung der Ausgangsstromimpulse enthalten:

a) ein Gerät zur Erzeugung von Zeitverschiebungen vorbestimmter auswählbarer Dauer, und

b) Mittel, die auf ein fortgesetztes Vorhandensein des dritten zurückgelieferten Signals und auf das Auslaufen der zur Unterbindung der Stromimpulse dienenden Zeitverschiebung ansprechen.
10. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Beendigung der Ausgangsstr-omimpulse folgende weiteren Merkmale aufweist:

a) Ein Gerät zur Erzeugung von Zeitverschiebungen vorherbestimmter auswählbarer Dauer,

b) auf das dritte zurückgesandte Siganal ansprechende Mittel zur Beendigung der Ausgangsstromimpulse und zur Einleitung der Zeitverschiebung, und

c) auf das Auslaufen der Zeitverschiebung ansprechende

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Mittel zum/in-Gang-setzen der Ausgangsstromimpulse.
11. Stromversorgungsgerät für eine nach dem Funkenerosionsverfahren arbeitende Anlage zur Erzeugung von Ausgangsstromimpulsen, die üb*er einem Bearbeitungsspalt elektrische Ent-

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ladungen hervorrufen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale :

a) Einen Sägezahngenerator (23) zur Steuerung der "AUS"-Zeitintervalle der Ausgangsstromim-pulse,

b) einen monostabilen Multivibrator (24) zur Steuerung der "AN"-Zeitintervalle der Ausgangsstromimpulse, der auf den Sägezahngenerator anspricht,

c) eine Gleichstromquelle (12),

d) Starkstromschaltkreise, die auf die Gleichstromquelle und den Multivibrator ansprechen zur Erzeugung der an den Bearbeitungsspalt gelieferten Ausgangs s tr omimpulse, die eine durch die Gleichstromquelle bestimmte Stromstärke und durch den Multivibrator bestimmte "AN"-Zeitintervalle haben,

e) ein gleichstromlieferndes Gerät (22),

f) eine Widerstandsbrücke (33) zur Feststellung der Größe von Kurzschlüssen, die an das gleichstromliefernde Gerät (22) angeschlossen ist,

g) Mittel (3*0 zum Anschalten der Widerstandsbrücke an den Bearbeitungsspalt während der "AUS"-Zeitintervalle der | Ausgangsstromimpulse,

h) mit der Widerstandsnetzbrücke verbundene Mittel (61) zur Erzeugung zurückgesandter Signale, die eine Funktion des Bearbeitungsspaltwiderstandes sind, der während der "AUS"-Zeitintervalle durch die Brücke gemessen worden ist, und

i) durch die Widerstandssignale gesteuerte Mittel zur Einleitung von Änderungen in den Ausgangsstromimpulsen, die danach streben, den Kurzschluß zu eliminieren.

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12. Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Starkstromschaltkreise enthalten:

a) Eine Mehrzahl von Treiberstufen zur Verstärkung eines vom Multivibrator gelieferten Ausgangssignales, und

b) eine Mehrzahl von Schalterkreisen für jeden Treiberstufe, um von der Gleichstromquelle gelieferten Gleichstrom entsprechend dem Ausgang der Treiberstufen zu schalten.
13. Stromversorgungsgerät nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektronisches Kopplungsnetzwerk (60) eine Zenerdiode (64) zur Erzeugung eines isolierten Ausgangssignals, das auf eine vorbestimmte Größe des Spaltwiderstandes anspricht, enthält.
14. Stromversorgungsgerät nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsmeßbrücke (33) eine Mehrzahl von Detektorzweigen (68, 70, 72) enthält.
15· Gerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Kopplungsnetzwerk eine Mehrzahl von Elementen (86, 74, 88, 76, 90, 78) enthält, um eine Mehrzahl von isolierten AusgangsSignalen, die auf vorbestimmte Größen der Spaltimpedanz ansprechen, zu erzeugen.
16. Stronrversorgungsgerät nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Netzwerk (61) auf das Kopplungsnetzwei^k anspricht, um die "AN"- und "AUS"-Zeitintervalle der Ausgangsstromimpulse als eine Funktion des isolierten Ausgangssignales zu ändern.

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17. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Netzwerk (61) auf das Kopplungsnetzwerk z*tr selektiver Änderung des Energieniveaus aufeinanderfolgender Stromimpulse anspricht.
18. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Netzwerk (61) auf das Kopplungsnetzwerk zur Beendigung der Erzeugung von Ausgangsstromimpulsen anspricht.
19. Gerat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Sicherheitskreis (67), der auf das elektrische Netzwerk (61) zur Beendigung der Ausgangsstromimpulse nach einer vorbestimmten Zeitdauer anspricht.
20. Gerät nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet, daß der Sicherheitskreis (67) einen Zeitverzögerer enthält, der durch ein Ausgangssignal des elektrischen Netzwerkes (61) angestossen wird und die Ausgangsstromimpulse unterbindet, wenn das Ausgangssignal nach Ablaufen der Zeitverzögerung noch fortdauert.

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