DE2302040A1

DE2302040A1 - Schaltung zur verwendung bei elektroerosionsmaschinen

Info

Publication number: DE2302040A1
Application number: DE2302040A
Authority: DE
Inventors: Nicolas Mironoff
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-06-01
Filing date: 1973-01-12
Publication date: 1973-12-13
Also published as: FR2186324A1; US3893013A; GB1423856A; IT986933B; ES415470A1; FR2186324B1; NL7307545A

Description

Nicolas Mironoff CH 1295 Mies (Kanton Waadt, Schweiz)

Schaltung zur Verwendung bei Elektroerosionsinaschinen

Gegenstand dieser Erfindung sind Schaltungen zur Verwendung bei Elektroerosionsinaschinen und insbesondere solche Schaltungen, die auf dem Kipp-Prinzip beruhen.

Bekanntlich werden in diesen Schaltungen die die Materialabtragung bewirkenden Strotnimpulse -die als Erosionsimpulse bezeichnet werden sollen- durch periodische Entladungen eines Speichers für elektrische Energie, wie z.B. die Entladungen eines Kondensators, erzeugt. Wenn die Lade·

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.2-

spannung des Kondensators einen bestimmten, als Durchschlagspannung bezeichneten Wert erreicht, so erfolgt in der dielektrischen Flüssigkeit, die sich in dem Raum befindet, der die Werkzeugelektrode von dem zu bearbeitenden Werkstück trennt, eine Ionisierung, die einen Kanal hohen elektrischen Leitvermögens entstehen lässt. Durch diesen Kanal fliesst dann der eigentliche Entladungsstrom, der den Erosionsimpuls erzeugt. Nach der Entladung entionisiert sich dieser Kanal; die Flüssigkeit nimmt wieder ihre dielektrische Festigkeit an, was eine erneute Aufladung des Kondensators ermöglicht.

Wenn Kippschaltungen auch wesentliche Vorzüge aufweisen, wozu ihr einfacher Aufbau, die Betriebszuverlässigkeit der darin enthaltenen Bauelemente und die Erzeugung sehr kurzzeitiger Entladungen gehören, so weisen sie jedoch auch schwerwiegende Nachteile auf. Von diesen Nachteilen sind vor allem ihr geringer Wirkungsgrad zu nennen, die Schwierigkeit, stabile Abtraglingsbedingungen zu erhalten und die Unmöglichkeit, längere Impulse bei relativ niedriger Stromstärke zu erzeugen, was besonders im Interesse einer Verminderung des Verschleisses der Werkzeugelektrode wichtig wäre.

Figur 1 ist das Schaltbild einer Kippschaltung bekannter Art, wobei C der Energiespeicher-Kondensator ist, R .

U ^r*

der den Ladestrom des Kondensators begrenzende Widerstand,

L die Induktivität des Ladekreises, R, und L der cn ^d α

309850/0789 ~³~

Widerstand und die Induktivität des Entladekreises, U die Ruhespannung einer Gleichspannungsquelle, el die Werkzeugelektrode und ρ das zu bearbeitende Werkstück.

Figur 2 zeigt für die bekannte Schaltung von Fig. 1 das Spannungs- und das Stromschaubild für den Entladekreis der Schaltung, wobei U die Ladespannung, U die Durchschlagspannung und t . und t . die Entlade- bzw. Ladespannung des Kondensators ist.

Entsprechen die Parameter des Entladekreises der Beziehung

so haben die Entladungen den Charakter gedämpfter Schwingungen (Fig. 2a). Entsprechen diese Parameter jedoch der Beziehung

so sind die Entladungen aperiodisch, wie es die Fig. 2b zeigt.

Für beide Fälle lässt sich der Prozess der Ionisierung und Entionisierung des Entladungskanals durch die Kurve des Ersatzwiderstandes des Kanals graphisch darstellen.

Wenn nach Beendigung der Entladung auf die letztere keine erneute Aufladung des Kondensators folgt, erfolgt die Entionisierung des Kanals rasch; sein Ersatzwiderstand steigt so an, dass sich die Kurve Il ergibt. Handelt es sich

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jedoch um eine kontinuierliche Bearbeitung, und der Kondensator lädt sich erneut auf, so hemmt die zunehmende Spannung u . dieser Ladung die Entionisierung des Kanals, dessen Ersatz-Widerstand sich dann so verhält, wie es die

Kurve R¹ darstellt,
e

Mit zunehmendem Ladestrom des Kondensators steigt die Kurve der Spannung seiner Ladung im Raum zwischen den Elektroden stärker an und hemmt den Prozess der Entionisierung des Kanals nach der vorhergehenden Entladung für eine längere Zeit, wie dies die Fig. 3 zeigt. Die Kurve der Ladespannung u , wird dann zu u¹, und die des Ersatzwiderstandes R' des Kanals zu R". Die beiden Kurven nähern sich e e

einander und können miteinander verschmelzen. Der Kanal wird dann nur zum Teil entionisiert, die Entladungen erfolgen in unregelmässigen Abständen und häufiger, und der „Ladestrom des Kondensators wandelt sich leicht in einen Kurzschluss durch den Raum zwischen den Elektroden um. Dadurch kommt der Bearbeitungsprozess zum Stillstand und der Kurzschluss-Lichtbogen verschlechtert die bearbeitete Oberfläche. Das Löschen des Lichtbogens durch das Zurückziehen der Werkzeugelektrode ist umso schwieriger, je stärker der Ladestrom ist.

Deshalb erfordern die Kippschaltungen eine Ladezeit des Kondensators,, die im Verhältnis zur Entladezeit sehr lang ist, so dass ein wenig günstiges Verhältnis t ,/t . vorliegt (Fig. 2a und 2b) und die effektive Bearbeitungsleistung begrenzt wird.

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Ist auf der anderen Seite die Entladungsspannung U zu niedrig gewählt, so wird der Abstand zwischen der Werkzeugelektrode und dem zu bearbeitenden Werkstück sehr gering. Die Zunahme der Ladespannung des Kondensators übt einen stärkeren Einfluss auf die Entionisierung des Kanals aus, und der Bearbeitungsprozess wird noch instabiler; unterhalb eines bestimmten Wertes der Spannung U, wird dieser Prozess dann schliesslich praktisch unmöglich.

Man sieht also, dass die Anwendbarkeit eines Kippkreises eingeschränkt wird einerseits durch das Verhältnis t /t , , durch das die Bearbeitungsleistung auf einen relativ niedrigen Pegel beschränkt wird, andererseits durch die Entlade· spannung U , die nicht xinter einen recht hohen Wert sinken darf, und schliesslich durch die Energie der Entladungen, denn wenn man die Kapazität des Kondensators über einen bestimmten Grenzwert hinaus erhöht, ruft die Stärke des Ladestromes bei einem Kurzschluss einen Lichtbogen hervor, der starke Schaden an der bearbeiteten Oberfläche verursacht.

Die Anwendungsbedingungen von Kippschaltungen bestimmen ihrerseits die Eigenschaften der mit diesen Schaltungen erzeugten Erosionsimpulse. Sie sind gekennzeichnet durch eine hohe Stromstärke und eine relativ kurze Dauer. Die durch den Joule-Effekt verursachte Wärmeenergiedichte an den Entladungsstellen auf Anode und Kathode wird dann sehr

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hoch, und an diesen Stellen überschreitet die Temperatur die Schmelztemperatur des Werkstückmaterials und der Werkzeugelektrode so stark, dass die Materialabtragung in der Hauptsache durch Verdampfen des Materials erfolgt. Das führt zu einem starken Verschleiss der Werkzeugelektrode und zu einem ungerechtfertigten Verlust der eingesetzten Energie.

Der Versuch zeigt, dass man den höchsten Wirkungsgrad und den geringsten Werkzeugverschleiss bei der Bearbeitung durch Elektroerosion bei einem ganz bestimmten Verhältnis zwischen der maximalen Stromstärke des Impulses und seiner Dauer erhält.

Da dieses Verhältnis bei durch Kippschaltungen erzeugten Impulsen nicht zu erreichen ist, gingen die Konstrukteure von Elektroerosionstnaschinen dazu über, die Impulse über andere Wege zu erzeugen, wozu verschiedene, häufig komplizierte und kostspielige elektronische Schaltungen entwickelt worden sind.

Das Ziel dieser Erfindung ist es nun, Stromimpulse zu benutzen, die durch einfache elektrostatische oder elektromagnetische Energiespeicher erzeugt werden, indem man ihre Parameter so wählt, dass bessere Bearbeitungsbedingungen erhalten werden, ohne dass diese Impulse den oben aufgeführten Einschränkungen unterliegen wurden.

Erfindungsgemäss wird dieses Ziel durch eine Schaltung für Maschinen zur Bearbeitung durch Elektroerosion erreicht,

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bei der man zur Erzeugung der Erosions-Stromimpulse Entladungen benutzt, die durch Einrichtungen zum Speichern elektrischer Energie erzeugt werden, wobei diese Einrichtungen in einem Organ mit kapazitiver Spannungs/Strom-Beziehung bestehen, das eine Energie zu speichern und wieder abzugeben vermag, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung, die zu Beginn jeder Entladung geliefert wird, höher ist als die Spannung, mit der sich dieses Organ auflädt.

Auf diese Weise werden die Entladungen des Energiespeichers nicht mehr durch die Spannung seiner Ladung ausgelöst, sondern durch eine höhere Spannung. Da die Durchschlagspannung eines Dielektrikums eine Funktion des Abstandes zwischen den Elektroden ist, kann die Ladespannung des Speichers nicht mehr seine Entladung hervorrufen, sondern die letztere wird einzig und allein durch das vorübergehende Anlegen einer höheren Spannung bewirkt. Auf diese Weise erhält man eine Unabhängigkeit zwischen Ladung und Entladung, die umso deutlicher ausgeprägt ist, je grosser die Differenz zwischen der Ladespannung des Speichers und' der Durchschlagspannung des Dielektrikums ist.

Das Anlegen der erhöhten Durchschlagspannung -die als Vorzündungsspannung bezeichnet werden soll- muss durch einen unabhängigen Impuls sehr geringer Energie erfolgen, der weder auf dem zu bearbeitenden Werkstück noch auf der Werkzeugelektrode Erosionsspuren erzeugt, der aber ausreicht, um den Beginn der Ionisierung des Entladungskanals hervorzurufen. Der Ersatzwiderstand dieses Kanals sinkt dann

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auf einen Wert, der den Durchgang des Entladungsstromes des geladenen Speichers bei einer niedrigeren Spannung ermöglicht. Während der Dauer der Entladung wird das hohe Leitvermögen des Kanals durch den Impulsstrom aufrechterhalten· Jedoch erlischt der Kanal am Ende des Impulses, und die dielektrische Festigkeit der Flüssigkeit im Raum zwischen den Elektroden wird rasch wieder hergestellt, da die niedrige Ladespannung des Speichers den Vorgang der Entionisierung des Kanals nicht merklich zu beeinflussen vermag,

Die Arbeitsweise einer derartigen Schaltung bietet auch gegenüber bekannten Schaltungen, die so arbeiten, dass der niedrigeren Ladespannung des Energiespeichers eine hochfrequente Dauerschwingung höherer Spannung überlagert wird, beträchtliche Vorteile. Diese Schwingung höherer Spannung sollte dazu dienen, den Abstand zwischen den Elektroden zu vergrössern, um die Abführung der Bearbeitungsrückstände zu erleichtern. Sie bewirkte indirekt eine Vorzündung des Kanals. Jedoch konnte diese überlagerte Spannungsschwingung und die von ihr gelieferte Energie in gewissem Umfang die Ionisierung des Kanals nach der Entladung aufrechterhalten, so dass die Entladungsfrequenz instabil wurde und die Gefahr von Kurzschlüssen zunahm.

Nun ist diese Instabilität der Entladungsfrequenz eine weitere Ursache für den schlechten Wirkungsgrad der Maschine, denn wenn die Entladungen zu kurz aufeinanderfolgen, vergasen sie die Flüssigkeit im Raum zwischen den Elektroden,

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was das Auftreten des normalen hydrodynamischen Effekts verhindert, der in der Explosion und der anschliessenden Implosion des gasgefüllten Hohlraumes besteht, der durch die hohe Temperatur im Entladungskanal erzeugt wird, und dieser Effekt ist für das Herausschleudern geschmolzenen Metalls aus der Stosszone verantwortlich.

Der Versuch zeigt, dass für optimale Bearbeitungsbedingungen ein ganz bestimmter zeitlicher Abstand zwischen den aufeinanderfolgenden Entladungen erforderlich ist, und dass die präzise Regulierung des Verhältnisses t.,/t , zwischen der Impulsdauer und der Wartezeit und die Aufrechterhaltung dieses Verhältnisses während der Bearbeitung sehr wichtige Faktoren sind.

Das erfindungsgemässe Verfahren zum Vorzünden der Entladungen ermöglicht innerhalb weiter Grenzen diese Regulie- rung und ermöglicht es, das Verhältnis t /t . mit guter Genauigkeit konstant zu halten.

Die beigefügte Zeichnung zeigt als Beispiele und im Vergleich zum bisherigen Stand der Technik Wege zur Erreichung der Ziele der Erfindung. Dabei zeigen:

Figur 1 das Schaltbild eines Bßarbeitungskreises für

eine Elektroerosionsmaschine, der als herkömmlicher Kippkreis ausgeführt ist, Figur und Figur 3 graphische Darstellungen, die die

Arbeitsweise der bekannten Schaltung von Fig. erklären,

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-ΙΟ-Figur k das Schaltbild eines erfindungsgemässen Bearbeitungskreises für eine Elektroerosionsmaschine, Figur 5 eine graphische Darstellung, die die Arbeitswiese der Schaltung von Fig. 4 erklärt, Figur 6 ein Schaltbild eines anderen Ausführungsbeispiels

der erfindungsgemässen Schaltung, Figur 7 eine graphische Darstellung, die die Arbeitsweise

der Schaltung von Fig. 6 erklärt, Figur 8 ein Schaltbild einer dritten Ausführungsforni der erfindungsgemässen Schaltung und

Figur 9 eine graphische Darstellung, die die Arbeitsweise der Schaltung von Fig. 8 erklärt.

Beim Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäss Fig. k dient ein Kondensator C als Energiespeicher. Er wird über den veränderlichen Widerstand R , , der die Ladestromstärke I ,

cn cn

reguliert, mit einer Spannung U geladen. In diesem Stromkreis könnte auch noch eine Induktivität L liegen, die den Anstieg der Ladespannungskurve des Kondensators praktisch linear macht. Die Entladung des Kondensators C erfolgt über eine veränderliche Induktivität L , deren Wert

die Impulsdauer bestimmt, und eine, Diode D. verhindert den negativen Bogen der Entladung, indem sie sie einpolig macht.

Für die Vorzündung benutzt man eine besondere Gleichstromquelle, die den Kondensator C mit einer Spannung U' auflädt, die höher als die Spannung U ist. Der veränderliche Widerstand R' reguliert die Stärke dieses Ladestromes ¹^_n*

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Vor und hinter dem Kondensator C liegen die Induktivitäten L und L¹ , wobei auf dieses Glied, das eine Verzöpr pr

gerungskette darstellt, noch weitere, gleichartige Glieder

C , L" , usw. folgen können. Die Diode D_n verhindert, pr P^* *"·

dass die Spannung U¹ den Entladungskreis und den Raum zwischen den Elektroden d verlässt.

Erreicht die Vorzündungsspannung U' den Durchschlagswert des Dielektrikums, so ionisiert die Entladung des oder der Kondensatoren C den Kanal im Baum zwischen den Elektro-

pr

den, durch den dann die erodierend wirkende Entladung des Bearbeitungskondensators C fliesst.

Da der Ersatzwiderstand des Kansls während der Entladung sehr niedrig ist, addiert sich der Strom I¹. und der Entladestrom des Kondensators C und lädt den oder die Kondensatoren C nicht auf. Am Ende des Entladungsvorganges erlischt der Kanal, und der Ersatzwiderstand des Raumes zwischen den Elektroden nimmt rasch zu. Die -Kapazitäten der Kondensatoren C und die Werte der Induktivitäten L

pr pr

bestimmen das Intervall vor der nächsten Vorzündungsentladung.

Das Schaubild der Fig. 5 zeigt den Spannungs- und Stromverlauf an den Entladungsklemmen. Dabei sind U und U¹ die Ladespannungen des Kondensators C bzw. der Kondensatoren C ; U und U' sind die Entladespannungen der Kondensatoren C und C ; u ist die Lichtbogenspannung der erosiven Entladung, u . die Ladespannung des Kondensators C (die eine Punktion des Ladestroms I , ist), u die Ladespannung

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des Kondensators C (die eine Funktion des Ladestromes

pr

I' ist), t die Dauer der Erosionsentladung, t die Speien ο a

cherzeit der Ladung des Vorzündungskondensators C. , t' die Ladezeit des Kondensators C , t . = T die Ladezeit

pr cn

des Kondensators C = Dauer des Intervalls zwischen den beiden aufeinanderfolgenden Entladungen, i , der während der erosiven Entladung fliessende Strom und i die maxi-

male Stärke dieses Stromes.

Da der Kondensator C bei einer Spannung geladen wird, die unter der Durchschlagspannung liegt, kann er sich nur mit Hilfe des Vorzündungsirapulses entladen. Da die Speicherzeit der Vorzündung durch die Werte C und L bestimmt

pr pr

wird, kann sie verändert werden, bleibt jedoch während des Bearbeitungsvorganges konstant,

Da die Kapazität des oder der Kondensatoren C klein ist

pr

und die Induktivitäten L vergleichsweise gross sind, stellt der Anstieg der Ladespannung u eine sehr steile Flanke dar, so dass die Zeit t¹. dieses Ladevorganges, verglichen mit der Ladezeit t , des Kondensators C , sehr kurz ist und somit der Zeitpunkt der erosiven Entladung mit einer Genauigkeit festgelegt ist, die ausreicht, um die Frequenz dieser Entladungen konstant zu halten.

Die wichtigen Parameter der erosiven Entladung selbst, d.h. das Verhältnis zwischen der maximalen ImpulsStromstärke i

und der Impulsdauer t -das die Wärmeenergiedichte an den

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Entladungsstellen bestimmt- wird mit Hilfe der veränderlichen Induktivitäten L eingestellt, deren Wert die Dauer des erosiven Impulses t, festlegt. Die maximale Stromstärke i

α m

dieses Impulses hängt von der Kapazität des Kondensators C und von der Spannung U seiner Ladung ab.

Mit Hilfe des Umschalters In ermöglicht es diese Schaltung, erosive Entladungen unterschiedlicher Polarität zu erhalten.

Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt die Fig. 6. Die Vorzündung wird hier auf folgende Weise erhalten: Ein Kondensator geringer Kapazität C wird über ein Potentiometer P durch den Ladestrom des Kondensators C geladen. Wenn die Ladespannung des Kondensators C einen bestimmten Wert ν erreicht, beginnt die Doppelbasisdiode Tr, leitend zu werden und entblockt den Transistor Tr₂, der aus einer Hilfsquelle S mit einem Strom unter niedriger Spannung gespeist wird, und dieser Strom fliesst dann durch die Primärewicklung eines Impulstransformators T,. Die Sekundärseite des Transformators T- liefert einen Impuls mit höherer Spannung, der sich der Ladespannung des Bearbeitungskondensators C überlagert und den Entladungskanal des letzteren vorzündet. Der Zeitpunkt der Vorzündung wird mit dem Potentiometer P eingestellt, das es ermöglicht, die Spannung ν des Emitters der Doppelbasisdiode Tr, in einem Augenblick zu erreichen, der dem gewählten Wert der Ladespannung des Kondensators C entspricht, Die Zenerdiode D- und der Widerstand R stabilisieren die Speisespannung der

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-Ik-

Doppelbasisdiöde Tr,. Die entgegengesetzte Schwingung des Vorzüi dungsimpulses wird durch die Diode D„ gesperrt.

Fig. 7 zeigt die Spannungs- und Strom-Schaubilder an den K emmen der Entladungen gemäss diesem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Stellt man das Potentiometer P so ein, dass die Ladespannung des Kondensators so verläuft, wie die Kurve u es zeigt,

so erreicht diese Spannung den Wert ν in dem Augenblick t. , in dem die Ladespannung des Kondensators C* gleich U- ist. Dadurch wird der Vorzündungsimpuls ausgelöst und den Kondensator C entlädt sich.

Führt die Einstellung des Potentiometers P zur Spannungskurve

u·, so erreicht diese Spannung den Wert ν im Zeitpunkt c

t₂, und der Vorzündungsimpuls wird ausgelöst, wenn die Spannung u , den Wert U„ hat. Die zusätzliche Vorzündungsspannung U . ist in beiden Fällen dieselbe, die absolute Vorzündungsspannung U jedoch hängt von der Speisespannung U ab und vom Zeitpunkt, in dem der Vorzündungsimpuls ausgelöst wird.

Der Hauptvorzug des zuletzt beschriebenen Systems liegt darin, dass, wenn man den Vorzündungszeitpunkt in Abhängigkeit von der Ladespannung des Bearbeitungskondensators C einstellt, die Entladung des letzteren stets einem ganz bestimmten Wert seiner Ladespannung entspricht und zwar unabhängig von der Kapazität von C als auch von der Ladestromstärke I , .
ch

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Wenn bei dem beschriebenen System die überlagerte Vorzündungsspannung U , konstant ist, so kann man die Bearbeitungsleistung regulieren, ohne den Vorzündungskreis zu verstellen. Auf diese Weise kann bei gegebenen Betriebsbedingungen die maximale Bearbeitungsleistung -die von der kürzesten Zeitspanne zwischen zwei aufeinanderfolgenden Entladungen abhängig ist- durch eine einfache Regulierung erreicht werden, was den Anbau einer automatischen Optimierungseinrichtung an eine Blektroerosionsmaschine erleichtert.

Die vorstehend beschriebenen Schaltungen sind zwar geeignet, das Ziel der Erfindung zu erreichen, sie weisen jedoch stets noch die folgenden Mangel auf: 1) Sie machen eine gesonderte Stromversorgung erforderlich, wodurch ihre Fertigung komplizierter wird und 2) erzeugen sie Vorzündungsimpulse einer gegebenen Energie, deren Wert zwar einges.tellt werden kann, aber nicht Schwankungen der Bearbeitungsbedingungen untergeordnet ist, wie etwa Übergang von Grob- zu Feinbearbeitung.

Um einen Kanal zu ionisieren, durch den dann die Entladung desjenigen Kondensators erfolgen kann, der mit einer Spannung unter der Durchschlagsspannung des Raumes zwischen den Elektroden geladen worden ist, muss nicht nur die Vorzündungsspannung recht hoch sein, sondern auch die Energie der Vorzündungsimpulse gross genug sein, um jedesmal einen

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Kanal mit ausreichendem elektrischen Leitvermögen zu erzeugen und dadurch eine regelmässige Aufeinanderfolge der Entladungen des Kondensators genau zu dem Zeitpunkt sicherzustellen, der, einem ganz bestimmten Wert seiner Ladespannung entspricht.

Der Versuch zeigt, dass die für eine wirksame Vorzündung der Entladungen erforderliche Energie mit der erforderlichen Bearbeitungsieistung zunimmt, d.h. es muss die Energie der Vorzündungsimpulse bei einer mit hohem Leistungsaufwand durchgeführten Art der Bearbeitung (Grobbearbeitung) grosser sein als im Falle von wenig Leistung erfordernden Bearbeitungsbedingungen (Feinbearbeitung).

Die Erklärung dafür liegt in der Tatsache, dass der Abstand zwischen den Elektroden mit der Erhöhung der Energie der' einzelnen erosiven Entladungen zunimmt, so dass es klar sein dürfte, dass die Energie der Vorzündungsimpulse grosser werden muss, um eine ausreichende Ionisierung des Entladungskanals sicherzustellen, wenn der letztere länger wird.

Darüberhinaus zeigt der Versuch auch, dass, wenn man den bei der Grobbearbeitung erforderlichen Bedingungen entsprechende Vorzündungsimpulse zur Feinbearbeitung benutzen würde, deren Energiegehalt im Vergleich zur Energie der eigentlichen, erosiven Impulse zu hoch wäre. In Anbetracht der höheren Spannung der Vorzündungsimpulse würden die letzteren einen zusätzlichen Verschleiss der Werkzeugelektrode

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bewirken. Um daher unter allen Bearbeitungsbedingungen dieselben Verhältnisse zu haben, muss die Energie der Vorzündungsimpulse im richtigen Verhältnis zur Energie der Erosionsimpulse stehen.

Man hat sich dann bemüht, die Vorzündung des Entladungskanals in Abhängigkeit von der Ladespannung des Kondensators mit einfachen Einrichtungen zu erzeugen, die einerseits eine einfache Regulierung aller Parameter der Vorzündungsimpulse ermöglichen sollen, ohne dazu eine besondere Stromversorgung zu benötigen und die andererseits für eine automatische Anpassung der Energie dieser Inipulse an die jeweiligen Betriebsbedingungen sorgen sollen.

Ein derartiges Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt das Schaltbild Fig. 8. Auch hier bestehen der Lade- und der Entladekreis des Kondensators aus einem Widerstand R^,

cn

der den Ladestrom begrenzt, gegebenenfalls einer Induktivität L . , die die Ladespannungskurve festlegt, aus einem Kondensator C , der die Erosionsentladungen erzeugt und einer veränderlichen Induktivität L , die es ermöglicht, Erosionsimpulse unterschiedlicher Dauer zu erhalten· Die Diode D₁ verhindert den negativen Bogen der Impulse, indem sie sie einpolig macht.

Der Vorzündungskreis besteht aus einem Transformator T, dessen Primäreseite mit der positiven und der negativen Klemme des Kondensators C über einen veränderlichen Wider-

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staxid R, und eine Zenerdiode DZ verbunden ist. Die Sekundärseite des Transformators T ist über einen veränderlichen
Widerstand R₀ und eine Diode D₀ mit dem Entladungskreis
verbunden.

Die Fig_o 9 zeigt den Verlauf von Strom und Spannung an den Entladungsklemmen.

Erreicht die Ladespannung u , des Kondensators C einen etwas unter ihrem Ladewert U liegenden Wert U , so beginnt die

ο ζ

Zenerdiode DZ zu leiten. Die Kennlinie von Zenerdioden bewirkt ein plötzliches Ansteigen des Kurzschlusstromes I ,

cc

dessen Wert mit Hilfe des Widerstandes R, eingestellt werden kann. Beim Durchfliessen der Primärwicklung des Transformators T induziert dieser Strom in der Sekundärwicklung einen Stromimpuls I₀ mit einer Spannung U , die höher ist

Δ ρ

als die Ladespannung des Kondensators C . Die Stärke dieses Stromes kann mit Hilfe des Widerstandes R₀ eingestellt werden. Die Diode D„ ermöglicht es, die zusätzliche Spannung
des Vorzündungsimpulses, die gleich U-U ist, in den
Raum d zwischen den Elektroden zu leiten, und die Diode D_ trennt während des Ladens des Kondensators C den Vorzündungs· kreis vom Entladungskreis.

Da die Freigabe des Kurzschlusstromes I durch die Zener-

C C

diode BZ innerhalb einer extrem kurzen Zeitspanne erfolgt, werden die Ladespannung des Kondensators C sowie der Zeit-

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punkt seiner Entladung stabilisiert, woraus sich eine automatische Stabilisierung der Energie jedes Erosionsimpulses und der Impulsfrequenz ergibt.

Die Steilheit des Anstiegs der Vorzündungsspannung u und damit die Zeit t . die zwischen dem Zeitpunkt der Entblokkung des Stromes I durch die Zenerdiode DZ und dem Be-

cc

ginn der Erosionsentladung verstreicht, werden durch die Induktivität der Wicklungen des Transformators T bestimmt'. Wenn man die Windungszahl von Primär- und Sekundärwicklung vermindert, kann man die Zeit t auf ein Minimum herabsetzen und so eine praktisch sofortige Vorzündung des Entladungskanals erreichen.

Das Verhältnis zwischen der Ladespannung des Kondensators und der Vorzündungsspannung wird durch das Übersetzungsverhältnis des Transformators T bestimmt. Da die Vorzündungsspannung den Durchschlagsabstand bestimmt, hat man es durch Verändern der Windungszahl der Sekundärwicklung (die durch mehrere Anzapfungen dieser Wicklung bewerkstelligt werden kann) in der Hand, den seitlichen Abstand zwischen den Elektroden innerhalb eines bestimmten Betriebsbereiches zu verändern; das ist für die Bearbeitung durch Elektroerosion sehr nützlich.

Die Energie der Vorzündungsimpulse wird mit den Widerständen R, und R₂ eingestellt.

Geht man von einem Betriebszustand zum anderen über -z.B.

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von der Bearbeitung bei geringer Energiezufuhr zur Bearbeitung bei starker Energiezufuhr-, so erhöht man die Kapazität des Kondensators C und den Ladestrom I ,. Die

u cn

Stärke des von der Zenerdiode DZ durchgelassenen Stromes

I steigt dann proportional zur automatischen Erhöhung cc

der Energie der Vorzündungsimpulse an·

Die Schaltung macht es also möglich, die günstigsten Parameter für die Vorzündungsimpulse zu wählen; dann wird die Energie dieser Impulse automatisch den jeweiligen Bearbeitungsbedingungen angepasst.

Der Vorzündungskreis arbeitet unabhängig von der Polarität der Entladungen, ohne dass sonst noch Anpassungsmassnahmen erforderlich wären. Die Wahl der jeweiligen Polarität erfolgt mit Hilfe des Umschalters Zn.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1.; Elektrische Schaltung für eine Maschine zur Bearbeitung durch Elektroerosion, bei der zum Erzeugen der Erosionsimpulse Entladungen von Einrichtungen zum Speichern elektrischer Energie benutzt werden, wobei zumindest ein Teil dieser Einrichtungen in einem Element mit kapazitiver Spannung/Stroin-Beziehung besteht, das eine Energie zu speichern und wieder abzugeben vermag, dadurch gekennzeichnet, dass jedesmal, wenn eine solche Entladung beginnt, eine Spannung abgegeben wird, die höher ist als diejenige Spannung, bei der sich dieses Element auflädt.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese jedesmal am Beginn einer Entladung abgegebene Spannung in Form eines Stromimpulses geringer Energie zur Anwendung kommt, dessen Spannung jedoch ausreicht, um die Vorzündung des Kanals für die Erosionsentladung herbeizuführen, wobei dieses kapazitive Element nach Aufladung bei niedrigerer Spannung sich mit einem stärkeren Strom zu entladen vermag, um den Erosionsimpuls zu liefern.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung des Vorzündungsimpulses unabhängig von derjenigen Spannung eingestellt werden kann, mit der sich das Element auflädt.

k. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung des Vorzündungsimpulses einen konstanten Wert besitzt , der in Abhängigkeit vom Wert der Ladespannung des Elements zur letzteren addiert oder von der letzteren subtrahiert wird.

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-sell

5. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zritpunkt der Vorzündung in Abhängigkeit von demjenigen Zeitintervall gesteuert wird, das die beiden aufeinanderfolgenden Erosionsentladungen trennen muss.

6. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie des Vorzündungsimpulses veränderlich ist.

7· Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entladespannung einen Impuls kurzer Dauer in sich einschliesst, der den Entladungskana1 vorzündet und durch die plötzliche Entblockung eines schwachen Stromes am Ende der Aufladung des kapazitiven Elements erhalten wird, der dann in einen Zweig der Schaltung gelangt, der direkt oder
indirekt mit diesem Element verbunden ist, wobei dieser
Strom durch die Primärwicklung eines Aufwärtstransformators fliesst, der den schnellen Anstieg dieses Stromes
in einen Spannungsimpuls umwandelt, dessen Spannung höher
ist als die Ladespannung dieses Elements.

8. Schaltung nach' Anspruch 7_t dadurch gekennzeichnet, dass dieser Zweig der Schaltung mit dem kapazitiven Element
parallelgeschaltet ist, wobei die Entblockung des schwchen Stromes in diesem Zweig der Schaltung durch eine
Zenerdiode bewirkt wird, die in diesem Zweig in Reihe mit
der Primärwicklung des Aufwärtstransformators liegt.

9· Schaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen der Ladespannung des kapazitiven

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Elements und der Spannung des Vorzündungsimpulses eine Funktion des Übersetzungsverhältnisses des Aufwärtstransformators ist.

10. Schaltung nach Anspruch 9t dadurch gekennzeichnet, dass die Energie der Vorzündungsimpulse durch einen Widerstand gesteuert wird, der den Strom in diesem Zweig der .Schaltung begrenzt, sowie durch einen Widerstand, der im Sekundärkreis des Aufwärtstransformators in Serie geschaltet liegt.

11. Schaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke des durch die Zenerdiode entblockten Stromes, dem die Energie der Vorzündungsimpulse-proportional ist, eine Funktion der Stärke des Ladestromes des kapazitiven Elements ist, so dass die Energie der Vorzündungsimpulse sich automatisch in Abhängigkeit von diesem Ladestrom verändert·

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