-
Einrichtung zur Speisung elektrischer Entladungen für die elektroerosive
Bearbeitung von Werkstücken Die Erfindung,betrifft eine Einrichtung zur Speisung
elektrischer Entladungen für die elektroerosive Bearbeitung von Werkstücken.
-
Die elektroerosive Bearbeitung beruht bekanntlich auf dem Prinzip
der erosiven, also-werkstoffabtragenden~ Wirkung an den beiden Fußpunkten des Entladungskanals
einer kurzzeitig brennenden Entladung, die zwischen zwei elektrisch leitfähigen
Körpern, der Werkstückelektrode und der Werkzeugelektrode, gezündet wird.
-
Die Bemühungen bei der Weiterentwicklung des Verfahrens laufen dahin,
durch jede einzelne Entladung einen möglichst kleinen Erosionskrater an einer Elektrode
und einen möglichst großen Erosionskrater an der gegenüberliegenden Elektrode zu
erhalten, um damit dann als Summenwirkung vieler, aufeinanCter folgender Entladungen
eine möglichst rasche und genaue Abbildung einer Elektrodenform in der Gegenelektrode
zu erzielen.
-
Die notwendige Energie zur Speisung der einzelnen Entladungen wird
bekanntlich entweder einem statischen Generator entnommen oder einem rotierenden
Generator, der auch Maschinengenerator genannt wird.
-
Die bekannten statischen Generatoren lassen sich gliedern in: 1) Generatoren
mit Ladekreis und Ladungsspeicher, auch "Speichergeneratoren " genannt.
-
Bei den Speichergeneratoren wird ein elektrischer Ladungsspeicher,
z.B. ein Kondensator oder ein Kabel, über einen Ladekreis aufgeladen. Durch Entladung
des Speichers über einen angeschlossenen Entladekreis wird einer Entladungsstrecke
Energie zur Speisung einer kurzzeitig brennenden Entladung zugeführt.
-
1.1) Ungesteuerte Speichergeneratoren Bei den ungesteuerten Speichergeneratoren
besteht keine Möglichkeit die Dauer und Amplitude der Stromimpulse einer Entladung
direkt zu steuern. Nur durch Veränderung der Ladespannung, der Ladungsmenge, der
Impedanz des Entladungskreises oder anderer, nicht direkt steuerbarer Kenngrößen
des Entladekreises können Dauer und Amplitude der Stromimpulse verändert werden.
-
1.11) Ungesteuerte Speichergeneratoren mit Stromimpulsen konstanter
Stromrichtung Bei diesen Generatoren wird jede einzelne Entladung, d.h. jeder einzelne
Entladungskanal-, von -einem einzigen Stromimpuls konstanter Stromrichtung gespeist.
-
1.12) Ungesteuerte Speichergeneratoren mit Stromimpulsen wechselnder
Stromrichtung Bei diesen Generatoren wird jede einzelne Entladung, d.h. jeder einzelne
Entladungskanal, von zwei oder mehr, zeitlich aufeinander folgenden Stromimpulsen
wechselnder Stromrichtung gespeist.
-
Zu den Stromimpulsen wechselnder Stromrichtung kommt es zwangsläufig,
da der Entladekreis einen Schwingkreis darstellt.
-
1.2) Gesteuerte Speichergeneratoren Bei den gesteuerten Speichergeneratoren
besteht durch Einbau einer Röhre, eines Thyristors, eines Transistors oder eines
ähnlichen, steuerbaren Torelementes die Möglichkeit, Dauer und Amplitude der Stromimpulse
einer Entladung direkt zu steuern.
-
1.21) gesteuerte Speichergeneratoren mit Stromimpulsen konstanter
Stromrichtung Bei diesen Generatoren wird jede einzelne Entladung, d.h. jeder einzelne
Entladungskanal, von einem einzigen Stromimpuls konstanter Stromrichtung gespeist.
-
1.22) Gesteuerte Speichergenratoren mit Stromimpulsen wechselnder
Stromrichtung Bei diesen Generatoren wird jede einzelne Entladung, d.h. jeder einzelne
Entladungskanal, von zwei oder mehr, zeitlich aufeinander folgenden Strominpulsen
wechselnder Stromrichtung gespeist.
-
2) Generatoren ohne Ladekreis und ohne Ladungsspeicher, auch "speicherlose
Generatoren" genannt.
-
Bei den speicherlosen Generatoren wird die zur Speisung einer kurzzeitig
brennenden Entladung erforderliche Energie ohne Zwischenschaltung eines elektrischen
Ladungsspeichers direkt einer elektrischen Energiequelle entnommen. Als Energiequelle
wird bei statischen Generatoren eine Gleichspannungsquelle verwendet.
-
Ein Ladekreis entfällt somit bei dieser Schaltung, es ist nur ein
Entladekreis vorhanden. Um jedoch aus einem Gleichstrom eine Folge einzelner Stromimpulse
zu erzeugen muß der Entladekreis ein steuerbares Torelement enthalten. Ungesteuerte,
speicherlose Generatoren sind nicht denkbar.
-
2.1) Gesteuerte, speicherlose Generatoren Bei diesen Generatoren besteht
durch Einbau eines steuerbaren Torelementes die Möglichkeit, Dauer und Amplitude
der Stromimpulse einer Entladung zu steuern.
-
2.2) Gesteuerte, speicherlose Generatoren mit Stromimpulsen konstanter
Stromrichtung Bei dIesen Generatoren wird jede einzelne Entladung, d.h. jeder einzelne
Entladungskanal von einem einzigen Stromimpuls konstanter Stromrichtung gespeist.
-
Am häufigsten wird derzeit dieser Generatortyp zur elektroerosiven
Bearbeitung von Werkstücken eingesetzt. Er hat alle Arten von Speichergeneratoren
fast vollkommen verdrangt, da durch den Wegfall des Ladung@@peichers eine nahezu
völlig freie Wahl von A i Ll tle gld Dauer eines Stromimpulses möglich ist und dies
zu hoher Abtragleistung an der Werkstückelektrode und geringem Verschleiß an der
Werkzeugelektrode geführt hat. Die einzelnen Stromimpulse besitzen nur mehr Grenzen,
auf Grund des verwendeten steuerbaren Torelementes, in Bezug auf kürzest mögliche
Impulsdauer und maximal mögliche Amplitude.
-
Für die elektroerosive Bearbeitung von Werkstücken wird der gesteuerte,
speicherlose Generator derzeit nur zur Erzeugung von Stromimpulsen konstanter Stromrichtung
angewendet.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, durch Weiterentwicklung
dieser Generatorbauart auch Stromimpulse wechselnder Stromrichtung für die elektroerosive
Bearbeitung von Werkstücken zu erzeugen, um damit die technologischen Kenngrößen
des Abtragprozesses weiter zu verbessern.
-
Erfindungsgemäß wird jede einzelne Entladung, die zwischen Werkstückelektrode
und Werkzeugelektrode gezündet wird, durch zwei, zeitlich aufeinander folgende Stromimpulse
unterschiedlicher Stromrichtung und mit steuerbarer Amplitude und Dauer gespeist,
wobei zur Vermeidung einer Abhängigkeit von Amplitude und Dauer zwischen den beiden
Impulsen zwei Gleichspannungsquellen unterschiedlicher Polarität verwendet werden,
die je über eine Strombegrenzungseinrichtung und ein steuerbares Torelement mit
der Entladungsstrecke verbunden sind.
-
Vorteilhafterweise liegt parallel zu jedem der beiden steuerbaren
Torelemente und der Entladungsstrecke ein weiteres steuerbares Torelement, sodaß
der Strom einer Gleichspannungsquelle entweder über die Entladungsstrecke oder parallel
dazu über das steuerbare Torelement fließt.
-
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß im Anfangsstadium
einer elektrischen Entladung ein hoher Anteil des Stromes von Elektronen getragen
wird. Mit fortschreitender Brenndauer sinkt dieser Anteil und der Anteil der Ionen
am Stromfluß nimmt zu.
-
Durch diese änderung im Mechanismus des Ladùngstransportes ergibt
sich auch ein zeitlich unterschiedliches Erosionsverhalten an den beiden Elektrodenflächen.
Am Beginn einer Entladung ist der Erosionsangriff an der Anode, mit fortschreitender
Brenndauer der an der Kathode größer. Dieser physikalische Effekt soll zum Vorteil
für die elektroerosive Bearbeitung eines Werkstückes gezielt in BeZug auf Steigerung
der Abtragleistung an der Werkstückelektrode und Verminderung des unerwünschten
Abtrags an der Werkzeugelektrode ausgenützt werden.
-
Dazu sind gesteuerte Stromimpulse mit wechselnder Stromrichtung und
mit völliger Unabhängigkeit von Amplitude und Dauer zwischen den einzelnen Stromimpulsen
einer Entladung erforderlich. Diese Impulse ermöglichen gegenüber den derzeit bekannten
Impulsen für die elektroerosive Bearbeitung von Werkstücken eine bessere Anpassung
der Impulsform an das unterschiedliche Erosionsverhalten von Anode und Kathode in
Abhängigkeit von der Entladungsdauer.
-
Der Vorteil, parallel zu jedem der beiden steuerbaren Torelemente
und der Entladungsstrecke ein weiteres steuerbares Torelement anzuschließen, liegt,
zufolge eines nahezu kontinuierlichen Stromflusses der
beiden teilströme,
in der einfacheren Beherrschung der elektrischen Ausgleichsvorgänge während der
Umschaltzeitpunkte.
-
Die geforderte Unabhängigkeit zwischen den elektrischen Parametern
beider Stromimpulse einer Entladung schließt die Verwendung eines gesteuerten Speichergenerators
mit Stromimpulsen wechselnder Stromrichtung aus, da bei diesem Generatortyp, trotz
Steuerung der einzelnen, alternierenden Stromimpulse einer Entladung, Amplitude
und Dauer des zweiten Stromimpulses nicht unabhängig von Amplitude und Dauer des
ersten Stromimpulses gewählt werden können.
-
Die Abhängigkeit folgt aus der schwingenden, gedämpften Entladung
des Ladungsspeichers, wodurch die Energiemenge im Speicher zur Speisung des zweiten
Stromimpulses stets kleiner und damit abhängig ist von der Energiemenge im Speicher
zur Speisung des ersten Stromimpulses.
-
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich an Hand der Zeichnung
in der unter anderem mehrere Ausführungsbeispiele dargestellt sind.
-
Fig.l zeigt ein Diagramm mit Stromimpulsen konstanter Stromrichtung.
-
Fig.2 zeigt ein Diagramm mit Stromimpulsen wechselnder Stromrichtung.
-
Fig.3 zeigt ein Diagramm mit Stromimpulsen konstanter Stromrichtung.
-
Fig.4 zeigt ein Diagramm mit Stromimpulsen wechsender Stromrichtung.
-
Fig.5 zeigt ein Schaltungsbeispiel zur Erzielung des in Fig.4 dargestellten
Stromverlaufes und Fig.6 zeigt eine Variante hierzu.
-
Fig.7,8 und 9 zeigen den Stromverlauf in der Variante nach Fig.6 in
verschiedenen Schaltzuständen.
-
Fig.lO zeigt ein Schaltungsbeispiel in der Variante nach Fig.6 für
größere Stromstärken.
-
Fig.1 zeigt den Stromverlauf bei bekannten, ungesteuerten Speichergeneratoren
und bekannten, gesteuerten Speichergeneratoren mit Stromimpulsen konstanter Stromrichtung.
-
Fig.2 zeigt den Stromverlauf bei bekannten, ungesteuerten Speichergeneratoren
und bekannten, gesteuerten Speichergeneratoren mit Stromimpulsen wechselnder Stromrichtung.
-
Fig.3 zeigt den Stromverlauf bei bekannten, gesteuerten, speicherlosen
Generatoren mit Stromimpulsen konstanter Stromrichtung.
-
Fig.4 zeigt den Stromverlauf wie er bei der erfindungsgemäßen Einrichtung
beispielsweise nach Fig.5 auftritt. Wie Fig.4 zeigt, tritt während der Zeit t1 ein
Stromimpuls i auf, auf den ein Stromimpuls i2 mit umgekehrter Stromrichtung und
der Zeitdauer t2 folgt, an den eine impulsfreie Zeitspanne to anschließt. Nach Ablauf
dieser Zeitspanne wiederholt sich dieser Zyklus, beginnend mit dem Strómimpuls i1.
-
Bei den Ausführungsbeispielen nach Fig.5 und 6 wird eine positive
Spannungsquelle +U2 und eine negative Spannungsquelle -U1 in je einer Reihenschaltung,
bestehend aus einer Strombegrenzungseinrichtung 3 bzw. 4 und einem steuerbaren Torelement
5 bzw. 6 an die Anordnung "Werkstückelektrode 1 - Werkzeugelektrode 2" angeschlossen.
Die Torelemente 5,6 sind mit Hilfe von Taktgebern 7, 8 zeitlich gesteuert im Sinne
des in Fig.4 dargestellten Stromverlaufes wobei parallel zu den Torelementen 5,
6 zur Vermeidung von Uberlastungen Uberspannungsschutzelemente , beispielsweise
Zenerdioden 9, 10 geschaltet sind.
-
Bei dem Beispiel nach Fig.6 liegt, parallel zum steuerbaren Torelement
5 bzw. 6 und der Anordnung Werkstückelektrode 1 - Werkzeugelektrode 2, Je ein weiteres
steuerbares Torelement 11 biw. 12. Wie bei den Torelementen 5, 6 sind auch für diese
Torelemente 11, 12 Taktgeber 13, 14 und ¢berspannungsschutzelemente 15, 16 vorgesehen.
Die Entladungen erfolgen über den Spalt zwischen der Werkstückelektrode 1 und der
Werkzeugelektrode 2, wobei durch periodische Steuerung der beiden steuerbaren Torelemente
5, 6 (Fig.5) bzw. der vier steuerbaren Torelemente 5, 6, 11, 12 (Fig.6) mit Hilfe
der Taktgeber 7, 8 bzw. 7, 8, 13, 14 der in Fig.4 dargestellte Stromverlauf erzielt
wird.
-
Fig.7, 8 und 9 zeigen den Schaltzustand während der Zeit t1, t2 und
to. Während der Zeit t1 sind, wie Fig.7 zeigt, die Torelemente 6, 11 leitend, die
Torelemente 5, 12 gesperrt. Demgemäß fließt der Strom il über die Werkstückelektrode
1 und Werkzeugelektrode 2, das Torelement 6 und die Strombegrenzungseinrichtung
4 zur negativen Spannungsquelle -U1, während der Strom i2 von der positiven Spannungsquelle
+U2 über die Strombegrenzungseinrichtung 3 und das Torelement 11 fließt.
-
Während der Zeit t2 sind, wie Fig.8 zeigt, die Torelemente 5, 12 leitend,
die elemente 6, 11 gesperrt. Demgemäß fließt der Strom i1 über das Torelement 12
und die Strombegrenzungseinflchtung 4 zur negativen Spannungsquelle -U1, während
der Strom i2 von der positiven Spannungsquelle U2 über die Strombegrenzungseinrichtung
3, das Torelement 5, die Werkzeugelektrode 2 und die Werkstückelektrode 1 fließt.
-
Während der Zeit t sind, wie Fig09 zeigt, die Torelemente 11, 12 leitend,
die Torelemente 5, 6 gesperrt. Demgemäß fließt der Strom i über das Torelement 12
und die Strombegrenzungseinricbtung 4 zur negativen Spannungsquelle -U1, während
der Strom i2 von der positiven Spannungsquelle +U2 über die Strombegrenzungseinrichtung
3 und das Torelement 11 fließt.
-
Durch mehrere, parallel liegende Stromkreise, bestehend aus je einer
Strombegrenzungseinrichtung und zwei steuerbaren Torelementent ist es möglich, periodisch
über die Entladungsstrecke einen Strom zu leiten, dessen Größe über dem Schaltvermögen
eines einzelnen Torelementes liegt.
-
Eine solche Schaltung zeigt Fig.lO mit zwei parallel liegenden Stromkreisen.
Zum Schutz der steuerbaren Torelemente 17, 18, 19, 20, 25, 26, 27, 28 gegen zu hohe
Strombelastung, verursacht durch geringe Unterschiede der Schaltzeitpunkte dieser
Elemente, sind die bereits bei gesteuerten, speicherlosen Generatoren mit Stromimpulsen
konstanter Stromrichtung bekannten Gleichrichter 21, 22, 23, 24 zwischen den steuerbaren
Torelementen 25, 26, 27, 28 und der Werkzeugelektrode 2 in den Stromkreis eingeschaltet.
-
Ebenso wie bei den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 5 und 6
sind auch bei diesem Ausführungsbeispiel Strombegrenzungseinrichtungen 29, 30, 31,
32 vorgesehen.