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Verfahren und Vorrichtung zur Elektroerosionsbearbeitung.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Elektroerosionsbearbeitung
eines Werkstücks durch intermittierendes Beaurschlagen eines Arbeitsspaltes mit
geregelten Entladunsstromimpulsen unter Verwendung einer Vielzahl von Halbleiterschaltelementen.
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Bei herkömmlichen Verfahren zur Elektroerosionsbearbeitung von Werkstücken
ist der Zustand am Arbeitsspalt variabel und fflhrt oft einer unnormalen Entladung,
wodurch das Werkstück und die Elektrode besckAdigt werden, falls dieser unnormale
elektrische Zustand, wie z.B. eine unnormale mittlere Entladungsstromstärke ungeregelt
bleiben. Daher muß die Bedienungsperson bei diesen herkömmlichen Verfahren den elektrischen
Zustand Je nach der Situation am Arbeitsspalt einregeln. Es ist jedoch schwierig,
den mittleren Wert des Entladungsstroms einzustellen. Daher muß die Bedienungsperson
eine erhebliche Erfahrung und GeschicL-lichkeit besitzen, um die optimalen elektrischen
Bedingungen herauszutinden.
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Fig. 1 zeigt ein Schematischen Diagramm einer Vorrichtung zur herkömmlichen
Elektroerosionsbearbeitung von Werkstücke. In der Vorrichtung gemäß Fig. 1 kann
ein Basisstrom zu jeder Basis
von Schalttransistoren la, 1b, lc,....ln
fließen, wodurch der jeweilige Schalttransistor eingeschaltet wird. Durch die Einschaltung
des oder der Transistoren fließt der Entladungsstrom über den Arbeitaspalt zwischen
Elektrode 5 und Werkstück und zwar von einer Gleichstromquelle 3 über die Schalttransistoren
la, ib, lc, ln und die Kollektorwiderstände 4a, 4b, 4c,...
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4n der Schalttransistoren.
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Fig. 2 zeigt Spannungswellenformen und Stromwellenformen am Arbeitsspalt
der Vorrichtung gemäß Fig. 1 In Fig. 2 bezeichnet das Bezugszeichen 7 -die Impulsbreite,
das Bezugszeichen 8 das Ruhezeichenintervall, das Bezugszeichen 9 das Zeit intervall
während dem eine Spannung anliegt aber keine Entladung stattfindet, das Bezugszeichen
10 die Entladungsdauer, das Bezugs zeichen 11 die Spannung ohne Belastung, das Bezugszeichen
12 Entladungsspannung, das Bezugs zeichen 13 den Entladungsstrom, das Bezugs zeichen
14 den Entladungsstromspitzenwert und das Bezugszeichen 15 die mittlere Bearbeitungsstromstärke.
Unter stabilen Bearbeitungsbedingungen erscheint der Zustand bei dem die Spannung
ii anliegt, berkeine Entladung stattfindet, mit einer hohen Wahrscheinlichkeit.
Dabei wird das mittlere Zeitintervall 9 durch einen Servomechanismus konstant gehalten.
Dieser Servomechanismus dient dazu, die mittlere Bearbeitungsspannung am Arbettsspalt
konstant zu halten. Diese Regelung ist jedoch nur so lange stabil als der Zustand
am Arbeitsspalt gut ist. Wenn mit anderen Worten der Arbeitsspalt sich verschlechtert
hat (z.B. aufgrund von Pulverablagerungen im Arbeitsspalt) so verringert sich das
Zeitintervall während dem eine Spannung anliegt aber keine Entladung stattfindet
oder es verschwindet sogar völlig. Demzufolge kann es sehr leicht vorkommen, daß
die Entladung an einem spezifischen. Punkt konzentriert wird und somit das Werkstück
aushi*blt. Im Vergleich zu Fig. 2 kommt es in einem solchen Fall zu einer Erhöhung
des mittleren Bearbeitungsstrons, Falls dieser Zustand während einer beitimiten
Zeitdauer anhält findet eine Extinktion der Ionen in Arbeitsspalt nicht mehr richtig
statt, wodurch die Konsentrat ion der Entladung auf eine Punkt des Werkstücks begünstigt
wird
und der verschlechterte Zustand am Arbeitsspalt noch schlechter wird.
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Zur Lösung dieses Problems muß der Zustand am Arbeitsspalt durch Senkung
der mittleren Stromstärke wieder hergestellt werden. Eine herkömmliche Methode zum
Senken des mittleren Stroms besteht in der Prüfung des Zustandes am Arbeitsspalt
in Bezug auf die mittlere Entladungsstromstärke und in der Anderung der Oscillatorfrequenz
entsprechend dem festgestellten Wert. Diese Methode hat den Nachteil, daß die Wirkung
auf den sich ständig ändernden Zustand am Arbeitsspalt abnimmt.
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ObgEich man bei dieser Methode ein rasches Ansprechen auf die verschiedenen
Zustände am Arbeitsspalt beobachtet, tritt doch durch die Verkürzung der Entladungsperiode
ein hoher Verbrauch der Elektrode ein.
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Die Impulsbreite und der Spitzenwert des Entladungsstroms haben eine
enge Beziehung zu den Bearbeitungscharakteristika und führen unter den genannten
Umständen zu einer großen Rauhigkeit der bearbeiteten Fläche und zu einem übermäßigen
Elektrodenverbrauch. Andererseits wurde bereits eine bestimmte Verbesserung der
Bearbeitungscharakteristika durch Verwendung eines Impuls Strom mit einer speziellen
Wellenrorm, welche von der Rechteckswellenform abweicht (Dreieckswellenform oder
@rapezförmige Wellenrori) vor£eschlagen (Journal of Denki Kako Gakukai, Bd. 3 "Wirkung
der Wellenformen bei Elektroerosionsbearbeitung" (erster Bericht) von Karafuji,
Kinoshita und Fukui). Es wurde gewunden, daß bei Durchführung der Elektroerosionsbearbeitung
mit einer Wellenform mit schrägverlaufender Linie, wie z.B einer Dreieckswellenform
der Verbrauch der Elektrode stark beeinflußt wird. Dabei wird eine Schaltung zur
Erzeugung eines Impulsstroms mit Dreieckswellenform verwendet, bei der Kondensatoren
parallel zwischen Kollektor und Emitter der Transistoren geschaltet sind, bei der
Drosseln in Reihe zwischen der Stromquelle und der Elektrode liegen, um so den Anstieg
oder den Abfall der Wellenform zu ändern, so daß die geänderte Wellenform von der
Rechteckswellenform abweicht.
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Bei dies ein Verfahren wird somit ein R-C Kreis oder ein L-R Kreis
angewandt, was den Nachteil hat, daß eine Vielzahl von Ncndensatoren oder Drosseln
für die änderung des Anstiegs oder des Abfalls in einem weiten Bereich erforderlich
sind. Darüberhinaus ist es gewöhnlich schwierig, eine spezielle Wellenform mit einer
schrägen Linie zu bewirken, welche von der Dreieckswellenform oder von der Trapezwellenform
erheblich abweicht. Darüberhinaus hat der Einbau einer Drossel in eine Schaltung
den Nachteil, daß eine Funkenspannung erzeugt wird, so daß die Transistoren rasch
zerstört werden.
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Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und
eine Vorrichtung zur Elektroerosionsbearbeitung der genannten Art zu schaffen, wobei
der Vlektrodenverbrauch auf ein indium gesenkt ist und ein stabiler Betrieb gewährleistet
ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelost, daß man Entladungsstromimpulse
mit schrägverlaufender Wellenform, welche von der Rechteckwellenform verschieden
ist, verwendet werden, und daß die schrägverlaufende Wellenform durch Schalten der
IIalbleiterschaltelemente in vorbestimmt er Reihenfolge und in vorbestimmten Intervallen
verwirklicht wird.
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Die Wellenform kann z.,. dreieckig sein. Durch diese einfache Ulaßnahme
wird der Elektrodenverbrauch erheblich gesenkt. Ferner kann bei einem derartigen
Verfahren die Anstiegs charakteristik der Entladungsstromimpulse geregelt werden
und zwar je nach dem Spitzenwert des Impulsstroms. Auf diese Weise kann der Elektrodenverbrauch
auf ein Minimum herabgesetzt werden.
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Ferner kann der Impuls strom mit der speziellen schrägverlaufenden
Wellenform derart in Abhängigkeit von der Länge des Zeit intervalls während dem
eine Spannung anliegt aber keine Entladung stattfindet, geregelt werden. Dabei wird
festgestellt, ob dieses Zeitintervall während dem eine Spannung anliegt der keine
Entladung stattfindet, kürzer ist als ein vorbestimmtes Zeitintervall. Falls dies
der Fall ist wird die Wellenform im Vergleich ZU!!i Normalfall (Zeitdauer während
der eine Spannung anliegt aber keine Entladung
stattfindet ist größer
als die vorbestimmte Zeitdauer) geändert.
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Hierdurch kann der mittlere Bearbeitungsstrom gesenkt werden und ein
stabiler Betrieb gewährleistet werden. Ferner kann eine Speichereinrichtung vorgesehen
sein, in der eine Vielzahl von Stromwellenformen gespeichert sind, so daß jeweils
die optimale Stromwellenform ausgewählt werden kann. Welche Wellenform ausgewählt
wird hängt ab vom Zeitintervall während dem eine Spannung anliegt aber keine Entladung
stattfindet. Auf diese Weise kann jeweils die genau optimale Stromimpulswellenform
ausgewählt werden und eine stabile Bearbeitung gewährleistet werden.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher ererläutert.
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Es zeigen Fig. 1 das Schaltbild einer herkõmmlichen Vorrichtung zur
Elektroerosionsbearbeitung; Fig. 2 die Spannungsimpulswellenformen und die Stromimpulswellenformen
bei der herkömmlichen Vorrichtung gemäß Fig. 1; Figuren 3a, b Spannungsimpulswellenformen
und Stromimpulswellenformen, welche erfindungsgemäß verwirklicht werden; Fig. 4
eine graphische Daratellung des Prinzips der Ausbildung einer Stromwellenform mit
schrägem Verlauf; Figuren 5a, b Spannungswellenformen und Stromwellenformen, welche
erfindungsgemäß nicht erwünscht sind; Fig. 6 eine Schaltung einer ersten Auaführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Elektroerosionsbearbeitung; Fig. 7a bis 7r
graphische Darstellungen zur Veranschaulichung des Prinzips der Arbeitsweise der
Vorrichtung gemäß Fig. 6; Fig. 8 ein Detailschaltbild der Vorrichtung gemäß Fig.
6; Fig. 9 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung des Prinzips der Detailschaltung
gemäß Fig. 8; Fig. 10 weitere Impulswellenformen, welche erfindungsgemäß verwirklicht
werden können; Fig. 11 eine graphische Darstellung zwischen der Beziehung des Anstiegs
der Stromwellenform und dem Elektrodenverbrauchsverhältnis bei der Elektroerosionsbearbeitung
eines sehr harten Metalls;
Figuren 12a, b, c, graphische Darstellungen
der Beziehungen zwischen dem Spitzenwert der Spannungswellenform und der Anstiegszeit;
Fig. 13a, b, Spannungswellenformen und Stromwellenformen der ersten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung; Figuren 14a, b graphische Darstellungen des Arbeitsprinzips
einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Elektroerosionsbearbeitung;
Figuren 15a, b Spannungswellenformen und Stromwellenformen im praktischen Betrieb
der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; Fig. 16 ein@Schaltbild
der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung für Elektroerosionßbearbeitung;
Figuren 17a, b Spannungswellenformen und Stromwellenformen einer dritten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Elektroerosionsbearbeitung; Fig. 18 ein Schaltbild
der dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Elektroerozionsbearbeitung;
Fig. 19 verschiedene in der dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Elektroerosionsbearbeitung gemäß Fig. 18 gespeicherte Wellenformen und Fig.
20 eine Detailschaltung eines Schaltungsteils der Vorrichtung gemäß Figuren 16 und
18.
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Fig. 4 zeigt eine graphische Darstellung des Prinzips der Erfindung.
Wenn der Transistor la eingeschaltet wird, so ergibt sich ein Strom 1A am Punkt
A-gemäß Fig. 4. Wenn in analoger Weise die Transistoren 1b, lc....ln nach einer
Zeitspanne tis t2.....tn-1, gerechnet von der Einschaltezeit des Transistors la
eingeschaltet werden, so ergeben sich die Ströme 1B bis IN an den Punkten B, C N
gemäß Fig. 4.Dabei -gilt IX = IA + IB + IC......+ IN wobei IX den durch den Punkt
X fließenden Strom bezeichnet und wobei 1 , 1 1N die Strafe durch die Punkte A,
B, C...
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N bezeichnen.
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Demzufolge ergibt sich im Punkt X gemäß Fig. 4 eine Stromwellenform
I. . Die Art und Weise des Anstiegs des Stroms kann innerhalb eines Breitenbereichs
variiert werden, wobei man lediglich die Zeitintervalle tal, t2 tn-1,gerechnet von
der Einschaltzeit des Transistors la bis zur Einschaltzeit der Transistoren 1b,
lc,....ln zu ändern braucht. In ähnlicher Weise kann auch die Art der Stromabsenkung
innerhalb eines breiten Bereichs ausgewählt werden, wobei die Transistoren la, Ib,
lc.
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ln, welche bereits eingeschaltet wurden, nacheinander ausschaltet.
Bei diesem aufeinanderfolgenden Einschalten der Transistoren la, 1b, lc,....ln entsteht
ein Impulsstrom mit einer speziellen Wellenform und dieser Impulsstrom fließt von
einer Gleichstromquelle 3 durch die Schalttransistoren la, ib, 1q....ln und die
Kollektoren 4a, 4b, 4c,....4n über den Arbeitsspalt zwischen Elektrode 5 und Werkstück
6.
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Es wurde nun experimetell festgestellt, daß zwischen dem Einschalten
der Schalttransistoren la, ib, 1c,....1n und den Beginn der Entladung ein gewisses
Zeitintervall liegt. Fig. 5a und 5b zeigen die Spannungswellenform einer Elektrode
und die Entladungsstromwellenform im Falle eines dreieckigen Stromimpulses.
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In Fig. 5 bezeichnen die Bezugszeichen 17, 18 und 19 Elektrodenspannungsvellenformen
bei denen die Entladung nach einem gewissen Zeitintervall vom Beginn der Einschaltung
der Schalttransistoren la, lb, ic,....ln stattfindet. Die Bezugszeichen 20, 21 und
22 bezeichnen die entsprechenden Stromwellenformen.
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Das Bezugszeichen 23 bezeichnet eine Elektrodenspannungswellen@ form,
bei der die Entladung gleichzeitig mit dem Einschalten der Schalttransistoren ta,
1b, lc, ln beginnt. Bezugszeichen 24 bezeichnet die zugehörige Entladungsstromwellenform.
Aus diesem Diagramm wird deutlich, daß die praktisch auftretenden Entladungsstromwellenformen
eine trapezf8rmige Gestalt besitzen, obwohl die Schalttransistoren derart eingeschaltet
werden, daß sie mit einer dreieckigen Impulswellenform arbeiten. Daher reicht die
Verbesserung der Charakteristiken der Elektroerosionsbearbeitung nicht aus und der
Elektrodenverbrauch ist immer noch sehr hoch.
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Fig. 6 zeit ein Schaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Elektroerosionsvorrichtung. Das Bezugszeichen 25 bezeichnet eine Schaltung zur Festlegung
des Diuhezeitintervalls. Das Bezugszeichen 26 bezeichnet ein Flip-Flop, und das
Bezugszeichen 27 bezeichnet Schalttransistoren, um den Arbeitsspalt mit einer Spannung
zu beaufschlagen. Die Bezugszeichen 28, 29 bezeichnen einen Basiswiderstand und
einen Kollektorwiderstand des Transistors. Das Bezugszeichen 30 bezeichnet einen
Entladungsdetektor und das Bezugs zeichen 31 einen Taktgeber.
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Alle anderen Elemente dieser Schaltung entsprechen denjenigen in Fig.
1. Im folgenden soll die Arbeitsweise der Schaltung gem.
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Fig. 6 erläutert werden.
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Wenn die Schaltung 25 zur Bestimmung der Ruhezeit ein Signal zum Beenden
der Ruhezeit abgibt, so gelangt dieses Signal über eine Signalleitung S1 zum Flip-Flop
26 und der Schalttransistor 27 wird über den Basiswiderstand 28 eingeschaltet, wodurch
an dem Arbeitsspalt zwischen Elektrode 5 und Werkstück 6 eine Spannung angelegt
wird. Sodann beginnt nach einer bestimmten Verzögerung die Entladung. Der Beginn
der Entladung wird durch den Entladungsdetektor festgestellt und hierdurch wird
ein Impulssignal über eine Signalleitung S2 dem Flip-Flop 26 zugeführt, wodurch
der Schalttransistor 27 gesperrt wird.
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Andererseits wird bei Beginn der Entladung der Taktgeber 31 durch
ein Signal, welches vom Detektor 30 über eine Signalleitung S3 bereitgestellt wird,
aktiviert. Das Signal des Takt gebers 31 gelangt Steuerschaltung 2 und zu den Schalttransistoren
la, 1b, 1c,....1n, welche sodann einer nach dem anderen eingeschaltet werden. Sobald
die Schalttransistoren la, lb, lc,....ln eingeschaltet sind, fließt ein Impulsstrom
mit einer speziellen Wellenform von der Gleichstromquelle 3 über die Schalttransistoren
la, Ib, lc,....ln und die Kollektorwiderstände 4a, 4b, 4c,....4n zum Arbeitsspalt.
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Das Prinzip dieser Schaltung soll nun anhand der Fig. 7 näher erläutert
werden.
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Fig. 7a bezeichnet die Ruhezeittanktimpulse. Fig-7b zeigt die Elektrodenspannungswellenform.
Fig. 7c zeigt das Impulssignal des Entladungsdetaktors und Fig. 7d zeigt die Einschaltdauer
des Schalttransistors 27. Fig. 7e zeigt die Taktimpulse während der Entladungszeit
und Fig. 7f zeigt die Entladungsstromwellenform.
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Wenn die Ruhezeittaktimpulse gemäß Fig. 7a einen vorbestimmten Wert
erreichen, wird der Schalttransistor 27 gemäß Fig. 7d eingeschaltet.Sodann beginnt
die Entladung über den Arbeitsspalt nach einer bestimmten Verzögerungs.
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zeit gemäß Fig.4b. Bei Beginn der Entladung wird das Impulssignal
gemäß Fig.c erzeugt und gelangt zum Impulsgeber 31 der Fig. 6, wodurch der Taktimpuls
gemäß Fig. 7e beginnt.
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Der Schalttasnsistor 27 wiEd bei Beginn des Takt impuls gemäß Fig.
7d abgeschaltet. Durch die Taktimpulse gemäß Fig. 7e werden die Schalttransistoren
la, 1b, 1c,...1n der Reihe einer nach dem anderen eingeschaltet und zwar mit einer
jeweiligen Verzdgerung, welche der Reihenfolge der Transistoren entspricht, wodurch
eine Entladungsstromwellenform gemäß Fig. 7f des über den Arbeitsspalt fließenden
Stroms gebildet wird.
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Fig. 8 zeigt ein schematisches Diagramm der Steuerschaltung 2 gemäß
Fig. 6, welche den Stromimpuls mit der jeweiligen spezifischen Wellenform durch
ein- und ausschalten der Transistoren la, 1b, ic,....ln mit bestimmten Zeitintervallen
bildet. In Fig. 8 bezeichnen die Bezugszeichen 70a, 70b, 70c, ....70n JK-Flip-Flops.
Die Symbole Ja, Jb, Jc,.....Jn und Ka, Kb, Kc,....Kn bezeichnen Eingangsanschlüsse
des Jk-Flip-Flops. Die Bezugszeichen Ta, Tb, Tc Tn bezeichnen Eingangsanschlüsse
für den Taktimpuls CP. Die Eingangsanschlüsse Ka, Kb, Kc,.....Kn haben gewöhnlich
den Schaltzustand Null.
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Die Bezugszeichen Qa, Qb, Qc Qn bezeichnen Ausgangsanschlüsse des
JK-Flip-Flops. Diese sind mit NAND-Gattern 60a,
60b, 60c,....60n
verbunden und-ferner auch mit den benachbarten Eingangsanschlüssen Jb, Jc, Jn. Die
NAND-Gatter 60a, 60b, 60c,....60n sind mit den X-Achsenanschlüssen einer Programmtafel
61 verbunden und die Eingangsanschlüsse der NAND-Gatter 62a, 62b, 62c,....62n sind
mit den Y-Achsenanschlüssen verbunden. Wenn in eines der Löcher der Programmtafel
61 ein Stift 63 eingesteckt wird, so bedeutet dies, daß der Eingangsanschluß des
entsprechenden NAND-Gatters 62a, 62b, 62c,.....oder 62n mit einem der NAND-Gatter
60a, 60b, 60c,....60n verbunden ist.
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Diese Auswahl kann somit leicht durch Einstecken des Stiftes 63 erfolgen.
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Im folgenden soll das Prinzip der Arbeitsweise der Schaltung gemäß
8 erläutert werden. Zunächst werden die Ausgangsanschlüsse Qa, Qb, Qc,.....Qn auf
den Schaltzustand "O" eingestellt und der Eingangsanschluß Ja auf den Schaltzustand
"1". Wenn nun ein Impuls der Impulse CP des Taktgebers an die Eingangsanschlüsse
Ta, Tb, Tc Tn gel&ngt, so ergeben sich die folgenden Schaltzustände: Qa = 1,
QW = O, Qc = 0 0.....
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Qn = O gemäß Fig. 9 (9-2)#(9-4). Das Signal al Ausgang Qa gelangt
Aber das NAND-Gatter 60a, den Stift 63 auf der Programmtafel 61 und das NAND-Gatter
62a zur Basis des Transistors la, so daß der Transistor 1a leitend wird. Der Ausgangsanschluß
Qa ist mit dem Eingangsanschluß Jb wie gezeigt verbunden, so daß der Eingangsanschluß
Jb den Schaltzustand "1" erhält. Wenn nun eineweiterer Taktimpuls CP eingegeben
wird, so erhält ian die Schaitzustände Qa t 1, Qb = 1, Qc X 0,....
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Qn = O, wobei der Transistor Ib in ähnlicher Weise leitend wird. Auf
diese Weise können die Transistoren 1c,....1n ebenfalls einer nach dem anderen eingeschaltet
werden.
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Um nun andererseits die Transistoren minen nach dem anderen abzuschalten,
muß Ja = Jb = Jc,.....Jn= t 0 gelten. Ka wird mit Qb verbunden; Kb wird mit Qc verbunden
und Kc wird mit Qd verbunden und so weiter, wobei die Ausgangssignale an den NAND-Gattern
60a, 60b, 60c,....60n von den Anschlüssen
Qa, Qb, Qc Qn getrennt
werden. Der Durchschnittsfachman kann leicht anhand der obigen Ausführungen eine
Schaltung erstellen, in der das Einschalten der Transistoren einer nach dem andern
und das Ausschalten der Transistoren einem nach dem andern kombiniert sind. Das
jeweilige Schaltprogramm wird durch Einstecken der. Stifte 63 in die jeweils ausgewählten
Löcher der Programmtafel 61 gewählt, wobei die Zeitintervalle tl, t2 tun~1 der Fig.
4 leicht geändert werden können.
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Ferner kann auch der Stromspitzenwert durch Auswahl der Zahl der Transistoren,
welche im jeweiligen Zeitpunkt eingeschaltet werden können, festgelegt werden. Die
durch die in die Programmtafel eingesteckten Stifte gebildete Figur entspricht der
Entladungsimpulswellenform, sowie den verschiedenen ImpulswellenformtertenO wie
z.B. der Impulsbreite und der Ruhezeitbreite usw..
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Man kann anstelle der Schaltung 64 eine Schaltungsvorrichtung mit
verschiedenen Schaltern und Halbleiterelementen zur Änderung des Programms und zur
Festlegung der Wellenform vorsehen.
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Erfindungsgemäß ist es möglich, eine Vielzahl verschiedner Wellenformen
auszubilden, wie z.B. Dreieckswellenformen, trapezförmige Wellenformen oder bestimmte
angenäherte Stufenwellenformen gemäß Fig. 10, z.B. die Wellenform der n-Funktion,
eine Sinus-Wellenform, eine Stufenwellenform oder dergleichen.
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Der Anstieg und der Abfall können bei der Dreieckswellenform, bei
Trapezwellenform während des Betriebs der Elektroerosionsbearbeitung geändert werden.
Eine Drossel ist in der Schaltung nicht vorgesehen und demgemäß tritt keine Funkenspannung
auf und die Transistoren halten im Betrieb länger stand. Die Schalttransistoren
27 und die Kollektrowiderstände 29 für das Anlagen der Spannung an den Arbeitsspalt
gemäß Fig. 6 können durch einen oder eine Vielzahl der anderen Schalttransistoren
la, lb, lc, ln bzw. 4a, 4b, 4c 4n ersetzt werden. Wenn der Kollektorwiderstand 29
gemäß Fig. 6
recht hoch ist, so ist es nicht erforderlich, den
Schalttransistor 27 zur Zeit der Feststellung des Beginns der Entladung durch das
Signal S2 auszuschalten.
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In Impulsstrom mit der speziellen Wellenform gemäß vorliegender Ausführungsform
umfaßt auch eine Form bei der eine rechteckige Wellenform mit einer speziellen Wellenform
mit schräger Linie kombiniert ist. Wie bereits im einzelnen erläutert, kann erfindungsgemäß
der Impulsstrom eine spezielle Wellenform wie z.B. eine Dreieckswellenform erhalten,
welche eine ideale Gestalt hat. Auf diese Weise können die Bearbeitungscharakteristika
wesentlich verbessert werden und der Elektrodenverbrauch kann auf ein Minimum herabgesetzt
werden.
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Wenn erfindungsgemäß der Arbeitsspalt mit einem Impulsstrom mit spezieller
Wellenform beaufschlagt wird, so ist die Anstiegszeit: bei der jeweiligen Wellenform
recht wesentlich für die Herabsetzung des Elektrodenverbrauchs.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, die Anstiegszeit
je nach dem Spitzenwert des Impulsstroms am Arbeitsspalt zu ändern, wobei das Elektrodenverbrauchsverhältnis
herabgesetzt und die Bearbeitungscharakteristika verbessert werden können.
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Fig. 11 zeigt die Beziehung zwischen der Anstiegszeit der Stromwellenform
und dem Elektrodenverbrauchsverhältnis. Die ausgezogenen Linien betreffen einen
Stromspitzenwert von 90 A. Die strichpunktierten Linien betreffen den Fall eines
Stromspitzenwertes von 36 A und die gestrichelten Linien betreffen den Fall eines
Strom-spitzenwertes von 19 A. Wenn die Anstiegszeit 0 ist, so liegt die Rechteckswellenform
vor, welche bei herkömmlicher Elektroerosionsbearbeitung angewandt wird. Aus Fig.
11 ersieht man nun, daß das Elektrodenverbrauchsverhältnis im Vergleich zum herkömmlichen
Verfahren mit einer rechteckigen Impulswellenform erheblich gesenkt
werden
kann, indem man die Anstiegszeit des Impulsstroms in Beziehung zum Spitzenwerts
des Impulsstroms in geeigneter Weise auswählt. Die gewünschten Verhältnisse liegen
vor, wenn eine Anstiegszeit von etwa 0,5 - 1µ auf einen Spitzenwert von 1 A kommen,
wenn man ein Werkstück aus Hartmetall bearbeitet, wobei das Elektrodenverbrauchsverhältnis
einen Minimalwert hat. Wenn die Elektroerosionsbearbeitung unter Verwendung von
Stromimpulsen mit der speziellen Wellenform und mit der speziellen Beziehung zwischen
Anstiegszeit und Spitzenwert des Impulsstroms durchgeführt wird, so kann das Elektrodenverbrauchsverhältnis
vorteilhafterweise auf etwa 7 bis 8 % gesenkt werden und zwar im gesamten Bereich
von Schruppbearbeitung mit hoher Energie pro Impuls bis zu Schlichtbearbeitung mit
geringer Energie pro Impuls.
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Bei der beschriebenen Ausführungsform wird der Anstieg der Wellenform
linear geregelt. Es ist jedoch klar, daß ein ähnlicher effekt erzielt werden kann,
wenn man die Anstieg dauer von 0,5 - 1/u pro Stromspitzenwert von 1 A gemäß Fig.
12 regelt. In den hier gewählten Ausführungsbeispielen besteht e lv aus Kupfer und
das -erirstüct aus nartmetall.
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Die beziehung zwischen dem SpitzenTxert des Impulsstroms und der Anstieszeit
ist jedoch abhängig von der Art des Ausgangsmaterials.
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Das Prinzip der vorliegenden Erfindung besteht darin, den Elektrodenverbrauch
bei der Elektroerosionsbearbeitung von Werkstücken unter Verwendung eines Impulsstroms
dadurch zu senken, daß man eine spezielle Wellenform mit schräger Linie (verschieden
von der rechteckigen Wellenform) verwendet und eine solche Wellenform unter Verwendung
von Transistoren und-Schaltelementen bildet. Im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren
mit rechteckiger Wellenform ergeben sich verschiedene Vorteile. Fig. 13 zeigt die
Spannungswellenform am Arbeitsspalt bei der Vorrichtung gemäß Fig. 6 sowie die Stromwellenform.
In Fig. 13 bezeichnet das Bezugs zeichen 7 die Spannungsimpulsbreite. Das Bezugszeicnen
8 bezeichnet die Ruhezeit.
Das Bezugszeichen 9 bezeichnet das eitintervall
während dem wohl eine Spannung anliegt aber keine@@@@dung stattfindet.
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Das Bezugszeichen 10 bezeichnet die Entladungsdauer und das Bezugs
zeichen 11 bezeichnet die Spannung ohne Entladung und das Bezugs zeichen 12 bezeichnet
die Spannung während der Entladung. Das Bezugszeichen 13 bezeichnet den Entladungsstrom
und das Bezugszeichen 15 den.mittleren Bearbeitungsstrom.
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Die Fig. 13 entspricht der Fig. 2 eines herkömmlichen Verfahrens,
wobei-jedoch die Stromwellenform keine rechteckige Gestalt sondern eine dreieckige
Gestalt hat. Solange die Bearbeitung stabil verläuft, erscheint mit großer Wahrscheinlichkeit
der Impulsabsehnltt bei dem wohl eine pannung anliegt aber keine Entladung stattfindet.
Hierbei wird das mittlere Zeitintervall,bei dem keine Entladung stattfindet aber
eine Spannung anliegt, durch einen Servomechani^muz geregelt, so daß cdie mittlere
Bearbeitungsspannung konstant ist.
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Es kommt jedoch nun auch beim erfindungsgemEßen Verfahren hin nnd
wieder zu einer Verschlechterung des Zustandes am Arbeitsspalt aufgrund von abgeschiedenen
Pulverteilchen oder dergleichen. Hierdurch wird das Zeitintervall während dem eine
Spannung anliegt aber keine Entladung stattfindet kürzer und es verschwindet schließlich,
so daß sich die Entladung auf einen spezifischen Punkt konzentriert und hier eine
ungevtLnschte Vertiefung erzeugt. Wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine
solche Verkleinerung der Zeitdauer während der die Spannung anliegt aber keine Entladung
stattfindet, auftritt, so beginnt zunächst die Entladung mit kleinen Stromwerten,
wobei das Zeitintervall zwischen Beginn der Entladung und dem hohen Entladungswert
gesteuert ist und wobei somit auch der mittlere Bearbeitungsstrom gesteuert ist.
Somit wirkt sich die erfindungsgemäße Aus führungs form auch im Falle einer Verschlechterung
des Arbeitsspaltes günstig aus, da sich der Zustand am Arbeitsspalt wieder rasch
erholt und die Bearbeitung wieder stabilisiert wird. Dieser Stabilisierungsvorgang
spricht sehr rasch an.
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Fig. 14 zeigt das Prinzip einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 14a zeigt eine Elektrodenspannungswellenform.
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Hierbei wird eine spezifische Zeitdauer #s festgelegt. Wenn das Zeitintervall
9,währenddem eine Spannung anliegt aber keine Entladung stattfindet, länger als
7S ist, so wird die Bearbeitung gemäß dem Impulsstrom der Wellenform 35 durchgeführt.
Wenn jedoch andererseits das Zeitintervall 9, währenddem eine Spannung anliegt aber
keine Entladung stattfindet, kürzer als #s ist, so fließt gemäß Impulsform 36 zunächst
ein sehr kleiner Entladungsstrom 37, welcher den Bearbeitungsvorgang im wesentlichen
nicht beeinflußt, Dieser kleine Entladungsstrom fließt während einer Zeitdauer 38
und wird dann je nach dem Zeitintervall 9, während dem eine Spannung anliegt aber
keine Entladung stattfindet, geändert, wodurch der mittlere Bearbeitungsstrom gesenkt
wird.
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Fig. 15a zeigt die Elektrodenspannungsform in einem praktischen Ausführungsbeispiel
und Fig. 15b zeigt die entsprechende Stromwellenform. Bei den Elektrodenspannungswellenformen
39 und 42 ist das Zeit intervall, während dem eine Spannung anliegt aber keine Entladung
stattfindet, länger als 7S, so daß die Bearbeitung schon kurz nach Beginn der Entladung
mit einem relativ großen Entladungsstrom durchgeführt wird. Bei den Elektrodenspannungswellenformen
40 und 41 ist die Zeitdauer während der eine Spannung anliegt aber keine Entladung
stattfindet kürzer als so s S0 daß in der Anfangsphase der Entladung nur ein kleiner
Entladungsstrom fließt, wobei nach einer bestimmten Zeitdauer der Entladungsstrom
erst wieder ansteigt. Fig. 16 zeigt eine Schaltung für eine derartige Ausführungsform,
wobei das Bezugszeichen 47 einen Detektor zur Feststellung des Zustandes am Arbeitsspalt
bezeichnet.
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Das Bezugs zeichen 48 bezeichnet eine Bezugsschaltung. Das Zeit intervall
während dem eine Spannung anliegt aber keine Entladung stattfindet wird durch den
Detektor 47 gemessen.
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Dieses Zeitintervall wird mit dem vorbestimmten Zeit intervall der
der Bezugsschaltung 48 verglichen. Wenn nun das Zeitintervall während dem eine Spannung
anliegt aber keine Entladung stattfindet kürzer als ts ist, so wird ein Signal
zum
Einschalten eines oder eines Teils der Schalttransistoren la, lb, lc, ln erzeugt
und gelangt zur Steuerschaltung 2.
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Andererseits wird schon von Beginn der Entladung an die Vorrichtung
zur Ausbildung des Impulses mit spezieller Wellenform in der Steuerschaltung 2 aktiviert.
Das Signal erreicht jedoch nicht die Basis der Transistoren. Nach einer bestimmten
Verzögerungszeit, welche vom Zeitintervall abhängt, während dem eine Spannung anliegt
aber keine Entladung stattfindet, gelangt ein Signal von der Bezugsschaltung 48
zur Steuerschaltung 2. Dieses Signal dient zum Abschalten des Gatters der Transistoren
und zum Abschalten des Schaltungsteils zur Bildung der jeweiligen speziellen Wellenform
in der Steuerschaltung (welches mit Beginn der Entladung aktiviert wird).
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Das von der Steuerschaltung 2 ausgehende Signal gelangt zu den Basen
der Schalttransistoren la, lb, lc,....ln, so daß die Schalttransistoren eingeschaltet
werden. Demgemäß gelangt der Impuls strom von einer Gleichstromquelle 3 über die
Schalttranstistoren la, Ib, lc,....ln und die Kollektorwiderstände 4a,4b, 4c 4n
zum Arbeitsspalt zwischen Elektrode 5 und Werkstück 6. In den bisherigen Ausführungsformen
wurde der Fall amgenommen, daß bei der Dreieckswellenform der Spitzenwert im mittleren
Bereich liegt. Es ist jedoch auch möglich, eine dreieckige Impulswellenform zu wählen,
bei der der Spitzenwert im vorderen Bereich liegt.
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Nach dem beschriebenen Prinzip ist es möglich, eine optimale Bearbeitung
vorzunehmen, die man zur Zeit des Beginns der Entladung zunächst einen kleinen und
mittleren Entladungsstrom wählt und dann nach einer bestimmten Zeitdauer, welche
vom Zustand am Arbeitsspalt abhängt, den Entladungsstrom erhöht.
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Eine weitere Ausführungsform ist in den Figuren 17 und 18 gezeigt,
wobei ebenfalls der mittlere Bearbeitungsstrom je nach dem Zustand am Arbeitsspalt
geändert wird. Wenn der Zustand am Arbeitsspalt sich bei dieser Ausführungsform
so verschlechtert, daß das Zeitintervall, während den eine Spannung anliegt aber
keine Entladung stattfindet, im wesentlichen
verschwindet, so wird
der Anstieg und/oder der Abfall der Wellenform des Stromimpulses derart geregelt,
daß die Steigung bei Jeweiligen Impuls geringer wird, wobei die Steigung vom Zeitintervall,
während dem eine Spannung anliegt aber keine Entladung stattfindet, abhängt. Auf
diese Weise kann der mittlere Bearbeitungsstrom ebenfalls ausgezeichnet geregelt
werden. Auch bei dieser Ausführungsform spricht die Regeleinrichtung rasch auf irgendwelche
Störungen rasch an und es kommt bei einer Verschlechterung des Zustands am A»beitsspaltes
und sogar bei einer völligen Störung des Arbeitsapaltes zu einer raschen Erholung
desselben und zur Wiederaufnahme eines stabilen Bearbeitungszustandes. Wenn der
Anstieg der Wellenform des Stromimpulses eine geringere Steigung hat, 80 wird gemäß
Figuren 11 und 12 der Elektrodenverbrauch gesenkt. Dies ist ein wesentlicher Vorteil.
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Fig. 17a zeigt eine Elektrodenspannungswellenform im praktischen Betrieb.
Fig. 17b zeigt die entsprechende Spannungswellenform. In Figuren 17a und 17b bezeichnen
die Bezugszeichen 39 und 42 Elektrodenspannungswellenformen im stabilen Bearbeitungsbetrieb.
Die Bezugszeichen 47 und 50 bezeichnen die entsprechenden Stromwellenformen. Im
Vergleich zu den Wellenfornen 39 und 42 erscheint die Wellenform Xo, wenn das Zeitintervall
während dem eine Spannung anliegt aber keine Entladung stattfindet, recht kurz ist
und somit der Zustand am Arbeitsspalt in gewissem Maße gestört ist. Die Wellenform
41 ersoheint^, wenn das Zeitintervall, während dem eine Spannung anliegt aber keine
Entladung stattfindet, völlig verschwindet und der Zustand am Arbeitsspalt völlig
instabil ist.
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Wenn gemäß Wellenformen 39 und 42 der Zustand am Arbeitsspalt stabil
ist, so wird das Werkstück durch ImpulsstrõDe mit Rechteckwellenform gemäß dem Bezugszeichen
47 und 50 in herkömml@cher Weise bearbeitet. Wenn nun jedoch das Zeitintervall,
während dem keine Entladung stattfindet aber eine Spannung anliegt, kürzer ist als
eine verbestimste Zeitdauer, so wird der
Anstieg des Stromimpulses
derart geändert, daß sich die Wellenformen gemäß Bezugs zeichen 48 oder 49 ergeben
und zwar je nach der Länge des Zeitintervalls während dem eine Spannung anliegt
aber keine Entladung stattfindet. Somit gelingt es, bei Störung des Zustandes am
Arbeitsspalt den mittleren Bearbeitungsstrom rasch zu senken, so daß sich der Arbeitsspalt
erholen kann und der stabile Betrieb wieder aufgenommen wird.
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Fig. 18 zeigt ein Schaltbild dieser Ausführungsform, wobei das Bezugszeichen
47 einen Detektor zur Feststellung des Zustandes am Arbeitsspalt bezeichnet. Das
Bezugzeichen 48 bezeichnet einel!Bezugsschaltung und das Bezugs zeichen 51 bezeichnet
eine Speichervorrichtung zum Speichern verschiedner Wellenformen der Stromimpulse,
wobei die gespeicherten Wellenformen verschiedene Anstiegszeiten haben. Das Zeitintervall,
während dem eine Spannung anliegt aber keine Entladung stattfindet, wird durch den
Detektor 47 bestimmt. Sodannwird durch die Bezugsschaltung 48 die jeweils infrage
kommende Wellenform der Speichereinrichtung 51 ausgewählt. Dies geschieht je nach
dem Zeitintervall während dem eine Spannung anliegt aber keine Entladung stattfindet.
Die Information bezüglich der ausgewählten Wellenform gelangt sodann zur Steuerschaltung
2. Das Signal der Steuerschaltung 2 gelangt danach zu den Basen der Transistoren
la, lb,lc, ln und diese werden einer nach dem anderen eingeßchaltet. Dabei fließt
der Impulsstrom der spezifischen Wellenform von der gleichen Stromquelle 3 über
die Schalttransistoren ia, Ib, lc,....ln und die Kollektorwiderstände Iia, 4b, 4c
4n zum Arbeitsspalt zwischen Elektrode 5 und Werkstück 6. In der Speichervorrichtung
zum speichern der Wellenformen 51 sind die jeweiligen Einschaltzeiten der Schalttransistoren
la, lb, lc, ....ln aufgezeichnet. Wie Fig. 19 zeigt, ist es möglich, in dieser Speichereinrichtung
51 die verschiedensten Wellenformen zu speichern und die jeweilige Wellenform für
den Stromimpuls von Hand nach Wunsch einzustellen.
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Bei obiger Ausführungsform wird die Wellenform des Stromimpulses geändert,
wobei der Stromspitzenwert konstant gehalten wird. Es ist jedoch auch möglich, den
Stromspitzenwert zu ändern.
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Fig. 20 zeigt eine Ausführungsform des Detektors zur Feststellung
des Zustandes am Arbeitsspalt 47 und der Bezugsschaltung 48 gemäß Figuren 16 und
18.
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Im Detektor 47 liegen Widerstände R1, R2, R3 in Reihe zwischen der
Elektrode 5 und dem Werkstück 6. Die Spannungen an den Anschlüssen dieser Widerstände
liegen über Zenerdioden ZD1, ZD2 an- den Basen von Transistoren Tr1S Tr2 an. Der
Kollektor des Transistors Tr1 ist mit dem Ende eines NICHT-Gatters NOT1 verbunden
sowie mit dem Ende des UND-Gatters AND1. Der Kollektor des Transistors Tr2 ist mit
dem anderen Ende des UND-Gatters AND1 über ein NICHT-Gatter NOT2 verbunden.
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Die Bezugsschaltung 48 besteht aus dem Flip-Flop FF1 dem UND-Gatter
AND2 und einem Binärzähler, welcher durch das UND-Gatter betätigt wird. Das Flip-Flop
FF1 betätigt den Taktgeber (Taktgeber 31 in Fig. 6 oder Tankimpuls CP in Fig. 8)
aufgrund eines Eingangssignals am Anschluß BA für die Feststellung der Entladung
und am Anschluß B für die Feststellung der Ruhezeit.
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Das UND-Gatter AND2 erzeugt ein Signal wenn es das Signal vom Anschluß
A für die Feststellung einer unbelasteten Spannung empfängt sowie das Signal am
Eingang des Taktgebers, dessen Frequenz in Abhängigkeit von dem vorbestimmten Zeit
intervall geändert wird. Die in Fig. 20 gezeigte Schaltung wird nun für den Fall
der Ausführungsform gemäß Fig. 16 und der Steuermethode eä Fig. 15 näher erläutert.
Wenn am Arbeitsspalt eine Spannung anliegt, bei der keine Entladung stattfindet,
so hat das Signal am Anschluß A den Wert \1 und das Tor im UND-Gatter AND2 wird
geöffnet, so daß der Taktimpuls C2 zum Binärzähler gelangt. Wenn der Binärzähler
einen Impuls empfängt, so hat am den Wert ?i1t?. Wenn der Binärzähler 2 Impulse
empfängt so haben am 1 und am den Wert "1. Wenn schließlich
der
Binärzähler m Impluse empfängt, so haben a1, a2,...
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am den Wert 1.
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Wenn nun das Zeitintervall während dem eine Spannung anliegt aber
keine Entladung stattfindet länger ist als das vorbestimmte Zeitintervall ts (Fall
39 der Fig. 15) so liegt am Anschluß des Zählers das Ausgangssignal vom Wert "1",
so daß die Gatter 62a, 62b 62n der Steuerschaltung 2 gemäß Fig. 8 geöffnet sind.
Somit liegt am Anschluß BÄ zu Beginn der Entladung ein Signal des Wertes "1" an
und dieses Signal gelangt durch das Flip-Flop FF1 zum Taktgeber, wodurch der Taktgeber
betätigt wird, und wobei die Ausgänge an den J-K-Flip-Flops 70a, 70b 70n einer nach
dem anderen den Wert "1" erhalten.
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Das Signal gelangt sodann durch das offene Gatter 62a, 62b, ......62n,
so daß-die jeweiligen Transistoren eingeschaltet werden. Auf diese Weise kommt die
Stromwellenform 43 zustande.
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Wenn andererseits das Zeitintervall, während dem eine Spannung anliegt,
aber keine Entladung stattfindet, kürzer ist als das vorbestimmte Zeitintervall
ts (siehe Fall 40 der Fig. 15), so setzt eine Entladung ein bevor alle Gatter 62a,
62b,...62n geöffnet sind. Somit gelangt das Signal lediglich durch die Gatter 62a,
62b, welche aufgrund der Ausgangssignale der ersten J-K-Flip-Flops 70a, 70b geöffnet
sind. Daher wird nur ein Teil der Transistoren eingeschaltet, wobei ein Entladungsstrom
gemäß Wellenform 44 der Fig. 15 fließt.
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Im Fall der Ausführungsform gemäß Fig. 18 und der Steuermethode gemäß
Fig. 17 gelangt das Ausgangssignal des Binärzählers der Bezugsschaltung 48 der Fig.
20 zur Speichereinrichtung 51, wobei die jeweils erwünschte gespeicherte Wellenform
von den Speicherelementen ausgewählt wird. Der Detektor 47 zur Feststellung des
Zustandes am Arbeitsspalt kann als Detektor 30 zur Feststellung des Entladungsbeginns
gemäß Fig. 6 dienen.