DE2256649C3

DE2256649C3 - Vorrichtung zum rechtzeitigen Erkennen von Lichtbögen

Info

Publication number: DE2256649C3
Application number: DE2256649A
Authority: DE
Inventors: Willem Van Nijmegen Liefland
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1971-12-08
Filing date: 1972-11-18
Publication date: 1981-07-23
Also published as: CA955655A; FR2164358A5; JPS536760B2; DE2256649B2; US3812317A; DE2256649A1; IT971562B; JPS4865598A; NL7116823A; CH557215A; GB1360957A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum rechtzeitigen Erkennen von Lichtbögen hei Funkenerosion mittels Bestimmung der Zündverzögerungszeit jeder Entladung.

Beim Entfernen von Materialteilchen aus elektrisch leitenden Werkstücken durch Funkenzerspanung kann, unter Bedingungen, unter denen der Durchfluß durch den Funkenspalt stark behindert ist, eine spontane Bildung eines Lichtbogens auftreten. Ein derartiger Lichtbogen besteht aus einer Anzahl örtlich fixierter Entladungen. Die Möglichkeit des Auftretens eines Lichtbogens ist namentlich dann groß, wenn die Werkzeugelektrode aus Graphit besteht. Durch den sich stets an derselben Stelle wiederzündenden Bogen wird in das Werkstück ein tiefes Loch eingebrannt. Wenn solche ortsgebundenen Entladungen zu spät erkannt werden, wird das Werkstück derart beschädigt, daß es oft als verloren zu betrachten ist. Es ist daher von großem wirtschaftlichem Interesse, Lichtbögen rechtzeitig erkennen zu können, um den Funkenzerspanung optimal einstellen zu können.

Aus der französischen Offenlegungsschrift 20 10 484 ist eine Vorrichtung zum Erkennen von Lichtbögen bekannt, in der gemessen wird, ob in einem bestimmten Zeitintervall die Spannung zwischen dem Werkstück und der Werkzeugelektrode größer als ein Bezugswert gewesen ist. Die bekannte Vorrichtung benutzt die Tatsache, daß einer guten Funkenentladung stets eine Spannung über dem Funkenspalt vorausgeht, die viel

größer ist als die Spannung während der Entladung und die bei einer Bogenentladung fehlt

In dem älteren Patent 2126 439 wird ein ande.es Verfahren zum Unterdrücken vo» Lichtbögen vorgeschlagen. Dabei wird für jede Entladung die Zündverzögemngszeit genau gemessen und die Dauer der auf die Zündung folgenden Entladung dieser Zündverzögerungszeit angepaßt Unter »Zündverzögerungszeit« ist die Zeit zu verstehen, die zwischen dem Zuführen einer Spannung mit einem genügend hohen Pegel zum Bewirken einer Entladung, der sogenannten Leerlaufspannung, und dem Auftreten der Entladung vergeht Die Dauer der nacheinander an den Arbeitsspalt angelegten Impulse ist nicht konstant

Aus der US-PS 34 74 216 ist eine Vorrichtung zur Funkenerosion bekannt, die auf elektronischem Weg erkennt, wenn eine bestimmte Anzahl schlechter, d. h. zur Bearbeitung ungeeigneter Entladungen nacheinander auftritt, und in diesem Fall beispielsweise die Impulsquelle zeitweilig abschaltet Als Kriterium für gute bzw. schlechte Entladungen dient eine charakteristische Zeitspanne beim Spannungsabfall nach Beginn der Entladung.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei einer Einleitung zu einem Lichtbogen nacheinander eine Reihe von Entladungen auftreten, deren Zündverzögerungszeiten nicht nur kleiner werden, sondern sich selbst einem Wert von 0 see. nähern. Um die Gäfahr für das Auftreten von Lichtbögen zu erkennen, genügt es zu erkennen, ob für eine bestimmte Anzahl nacheinander auftretender Entladungen die Zündverzögerungszeit unter einem bestimmten Wert liegt.

Die Vorrichtung nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine elektronische Einrichtung zum Erkennen, ob die Zündverzögerungszeit kleiner als ein Bezugszeitintervall ist eine Zählschaltung zum Zählen der Anzahl nacheinander auftretender Entladungen mit Zündverzögerungszeiten kürzer als das Bezugszeitintervall, und eine Vergleichsschaltung zum Vergleichen dieser Anzahl mit einer eingestellten Bezugsanzahl, wobei das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung die Pulsspeisequelle steuert

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 schematisch eine bekannte Pulsspeisequelle für eine Funkenerosionsvorrichtung,

Fig. 2 dL von dieser Speisequelle gelieferten Impulse,

F i g. 3 eine bevorzugte Ausführungsform einer Lichtbogenerkennungsvorrichtung nach der Erfindung, und

Fig.4 die an verschiedenen Stellen in dieser Vorrichtung auftretenden Signale.

In der Vorrichtung nach F i g. 1 ist ein Wei kstück 2 über einen Schalttransistor 4 und eine Impedanz 6 mit der positiven Klemme und eine Werkzeugelektrode 1 mit der negativen Klemme einer Stromquelle 3 verbunden. Es ist auch möglich, die Werkzeugelektrode mit der positiven und das Werkstück mit der negativen Klemme der Stromquelle zu verbinden. Das Vorhandensein eines elektrischen Stromes in dem Funkenkreis wird mit Hilfe eines Stromdiskriminators 7 erkannt. Mit 8 und 9 sind zwei monostabile Multivibratoren bezeichnet, die Impulse konstanter Impulsdauer T\ bzw. To abgeben und die Dauer der Entladung bzw. 'ler Impulspause steuern. Ein Verstärker 10 leitet diese Impulse an den Schalttransistor 4 in dem Funkenkreis

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weiter.

In F i g. 2 ist der Verlauf der Spannung U_e zwischen dem Werkstück und der Werkzeugelektrode als Funktion der Zeit t dargestellt. Dabei ist die Leerlaufspannung LO, die z. B. 80 V heträgt die s maximale Spannung, die über einem iFunkenspalt auftreten kann. Nach einem Zeitintervall, das als die Zündverzögerungszeit Td bezeichnet wird, nachdem die Spannung LO über dem Funkenspalt erschienen ist, tritt eine Entladung im Funkenspalt auf. Dabei sinkt ο ie ίο Spannung zwischen dem Werkstück und der Werkzeugelektrode aai die sogenannte Betriebsspannung U₃ herab, die z. B. 20 V beträgt

Obwohl die Zündverzögerungszeit keine konstante, sondern eine sich mit Prozeßbedingungen ändernde Größe ist, weist sie stets einen meßbaren Wert auf. Diese Verzögerungszeit kann z. B. von ca. 0,1 uset bis zu 500psec. variieren. Bei einer Einleitung zu einem ortsgebundenen Lichtbogen sinkt jedoch die Zündverzögerungszeit stets auf einen sehr niedrigen Wert (T_d<0,\ |isec.)herab.

Diese Eigenschaft kann nach der Erfindung zu einer zuverlässigen und schnellen Lichtbogenerkennung benutzt werden. Zu diesem Zweck wird die Zündverzögerungszeit für jede Entladung gemessen, und die Entladungen, bei denen diese Verzögerungszeit einen bestimmten Wert, z. B. 1 bis 2 (isec. überschreitet, werden als gut, die Entladungen mit kürzeren Verzögerungszeiten dagegen als fehlerhaft erkannt

Es hat sich nun herausgestellt daß bei einer Einleitung >o zu einem Lichtbogen eine Reihe von Entladungen nacheinander auftritt bei denen sich die Zündverzögerungszeit einem Wert von Osec. nähert mit anderen Worten, einen Grenzwert unterschreitet Daher ist die Vorrichtung nach der Erfindung derart eingerichtet, daß J5 nur dann, wenn eine Reihe von Entladungen mit einer verschwindend kurzen Verzögerungszeit auftritt, die Gefahr von Lichtbogen angezeigt wird.

F i g. 3 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Erkennungsvorrichtung, während in Fig.4 verdeutlicht wird, wie die Signale in der Vorrichtung nach F i g. 3 verarbeitet werden.

Beispielsweise sind in F i g. 4a vier aufeinanderfolgende Entladungen dargestellt, bei denen der Grenzwert der Zündverzögerungszeit derart gewählt ist daß die zweite Entladung als gut die erste, die dritte und die vierte Entladung dagegen als fehlerhaft erkannt werden. F i g. 4b und 4c zeigen die zu diesen Zündungen gehörigen Impulse P\ und Po .

Wie in Fig.3 dargestellt ist, werden zwei Impulsreihen Po und P\ an die Eingänge 31 und 32 der Vorrichtung angelegt. In dem Kreis des Impulses Po ist ein Verzögerungselement 33 angeordnet, das den Impuls Po verlängert, mit anderen Worten die Hinterflanke des Impulses Po in bezug auf den Impuls P\ ss verzögert. Hinter dem Element 33 tritt ein Impuls Pod auf (siehe F i g. 4d). Die Verzögerung des Elements 33 ist z. B. zwischen 0 und 2 μβεα einstellbar. Der Impuls Pod wird an einen Eingang eines logischen Gatters 34 angelegt, während der Impuls Pi dem anderen Eingang dieses Gatters zugeführt wird. Am Ausgang dieses Gatters erscheint ein Zählimpuls, wenn an den beiden Eingängen ein Signal auftritt mit anderen Worten, wenn die Vorderflanke von P\ eher als die verzögerte Hinterflanke des Impulses Pod erscheint Die erhaltenen Zählimpulse, die in Fig.4e dargestellt sind, werden einem elektronischen Zähier 38 zugeführt Der Stand dieses Zählers wird in einer Vergleichsschaltung 39 mi! dem Stand eines Elements 40 verglichen, in dem die Anzahl fehlerhafter Entladungen, die nacheinander auftreten müssen, bevor eingegriffen wird, angegeben ist Das Element 40 kann z. B. zwischen 1 und 99 eingestellt werden.

Wenn die Anzahl Zählimpulse die eingestellte Anzahl überschreitet, gibt die Vergleichsschalfjng 39 ein Signal ab. Dieses Signal kann dazu verwendet werden, die Pulsspeisequelle derart zu steuern, daß die Lichtbogen unterdrückt werden. Zu diesem Zweck kann z. B. mit dem Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 39 ein monostabiler Multivibrator 42, der einen verhältnismäßig langen Impuls liefert der z. B. zwischen 1 und 99 μεεα einstellbar ist gesteuert werden. Dieser Impuls Po' kann dem monostabilen Multivibrator 9 (Fi g. 1) der Pulsspeisequelle zugeführt werden, um dort den Impuls Po zu überlappen, so daß ein in bezug auf das Zeitintervall To verlängertes Zeitintervall To' erhalten wird, in dem der Energiestrom unterbrochen ist Bei Vergrößerung des Abstandes zwischen dem Werkstück und der Werkzeugelektrode wird dann eine bessere Abfuhr der Abtragsprodukte ermöglicht. Außerdem ist dann eine zusätzliche Zeit für die Abkühlung der Störstelle verfügbar.

Da nur die nacheinander erscheinenden fehlerhaften Entladungen gezählt werden dürfen, muß der Zähler 38 auf Null gesetzt werden, sobald eine gute Entladung erfolgt ist Dies kann mit Hilfe eines zweiten logischen Gatters 35 erreicht werden. Den Eingängen dieses Gatters werden die in Inverterschaltungen 36 und 37 invertierten Signale Pi und Pad der Impuls Pi und Pad zugeführt. Für eine gute Entladung, d. h. eine Entladung, bei der die Vorderflanke des Impulses Pi erst nach der verzögerten Hinterflanke des Impulses Po^ erscheint, tritt am Ausgang des Gatters 35 ein Impuls auf (siehe Fig.4f). Dieser Rückstellimpuls wird dem Rückstelleingang 41 des Zählers 38 zugeführt, wodurch der Zähler auf Null gesetzt wird. Der Zähler wird gleichfalls auf Null gesetzt, wenn die Vergleichsschaltung 39 ein Signal abgibt d. h., wenn der Zähler eine Anzahl fehlerhafter Entladungen gleich der im Element 40 eingestellten Anzahl gezählt hat In den F i g. 4g und 4h sind das Signal P2 der Vergleichsschaltung 39 und der Rückstellimpuls Pj für den Fall dargestellt daß im Element 40 eine 2 eingestellt ist

Die in Fig.3 gezeigte und oben beschriebene Vorrichtung nach der Erfindung ist der Einfachheit halber nur blockschematisch dargestellt. Die Wahl der Elemente, die die Funktionen der in F i g. 3 dargestellten Blöcke erfüllen können, wird dem Fachmann keine Schwierigkeiten bereiten.

Die Lichtbogenerkennungsvorrichtung nach der Erfindung wird an Hand der speziellen Pulsspeisequelle nach F i g. 1 näher erläutert, weil die von den Multivibratoren gelieferten Impulse Po und Pi direkt zur Steuerung der Lichtbogenerkennungsvorrichtung verwendet werden können. Die Vorrichtung ist jedoch bei jedem Funkenerosionsvorgang anwendbar, bei dem die Auftrittszeitpunkte der Leerlaufspannung und der Betriebsspannung und der Zeitpunkt, zu dem die Energiezufuhr zu dem Funkenspalt aufhört, erfaßt werden können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum rechtzeitigen Erkennen von Lichtbögen bei Funkenerosion mittels Bestimmung der Zündverzögerungszeit jeder Entladung, gekennzeichnet durch eine elektronische Einrichtung zum Erkennen, ob die Zündverzögerungszeit kleiner als ein Bezugszeitintervall ist, eine Zählschaltung zum Zählen der Anzahl nacheinander auftretender Entladungen mit Zündverzögerungszeiten kürzer als das Bezugszeitintervall, und eine Vergleichsschaltung zum Vergleichen dieser Anzahl mit einer eingestellten Bezugsanzahl, wobei das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung die Pulsspeisequelle steuert

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erkennen, ob die Zündverzögerungszeit kleiner als ein Bezugszeitinüsrvall ist, enthält

1) ein Verzögerungselement (33), dem eingangsseitig ein erstes Impulssignal (P₀), dessen Impulsdauer der Pausendauer zwischen zwei von der Speisequelle gelieferten Arbeitsimpulsen entspricht, zugeführt wird,

2) ein erstes logisches Gatter (34), dem eingangsseitig der Ausgang (Pm) des Verzögerungselements (33) bzw. ein zweites Impulssignal (P\), dessen Impulsdauer der Dauer der Entladung im Arbeitsspalt entspricht, zugeführt wird, sowie

3) ein zweites logisches Gatter (35), dessen Eingänge über zwei Inverterschaltungen (36, 37) mit den Eingängen des ersten logischen Gatters (34) verbunden sind.