DE2441734C2

DE2441734C2 - Impulserzeugungsschaltung für Elektroerosionsmaschinen

Info

Publication number: DE2441734C2
Application number: DE2441734A
Authority: DE
Inventors: Georges-Andre Meyrin Genf Marendaz
Original assignee: Ateliers des Charmilles SA
Current assignee: Ateliers des Charmilles SA
Priority date: 1973-08-31
Filing date: 1974-08-30
Publication date: 1982-12-09
Also published as: FR2242191A1; DE2441734A1; US3956609A; FR2242191B1; JPS5312719B2; GB1476647A; JPS5050796A; CH569545A5

Description

Die Erfindung betrifft eine Impulserzeiigungsschaltung für Elektroerosionsmaschinen, bestehend aus einem von einer Gleichspannungsquelle gespeisten Kondensator, dessen Ladestromkreis eine in Reihe geschaltete Selbstinduktionsspule enhält und dessen Entladestromkreis eine gesteuerte Schaltvorrichtung und einen Impulstransformator aufweist, der sekundärseitig mit Werkzeugebktrode und Werkstück verbunden ist, wobei die gesteuerte Schaltvorrichtung leitend gemacht wird, wenn die Spannung des Kondensators eine vorbestimmte Höhe erreicht hat.

Die Schaltungen, mit denen man Stromimpulse für eine geregelte Entladung eines Kondensators erzeugt, sind allgemein bekannt. Wenn der Kondensator in Reihe mit einer Selbstinduktionsspule geladen wird, erreicht seine Maximalspannung bekanntlich die doppelte Spannung der Speisequelle des Stromkreises, wenn seine Anfangsladung Null ist. Dies ist der Fall bei der Schaltung nach dem US-Patent 28 35 785, die mehrere Stromkreise dieses Typs umfaßt, die parallelgeschaltet sind und in dem Bearbeitungsraum durch einen zyklisch gesteuerten Schalter entladen werden.

In einem anderen Typ bekannter Schaltungen umfaßt der Entladestromkreis des Kondensators eine gesteuerte Schaltvorrichtung, z. B. einen Thyristor, die die Umkehrung des Stromes verhindert. In diesem Fall wird ein Bruchteil der in dem Kondensator gespeicherten Energie in dem Entladestromkreis nicht in eine andere Energieform umgesetzt, und die Kondensatorspannung kann dann auf einen noch höheren Wert am Ende des Ladevorgangs steigen (US-Patent 34 85 888 und 34 85 990).

Indessen haben die obenerwähnten Schaltungsarten neben dem Vorteil der erhöhten Entladespannung den Nachteil, daß sie Impulse erzeugen, deren Energieniveau sich als Funktion des Leitfähigkeitszustandes des Entladestromkreises ändert. Überdies kann sich dieses Niveau ebenfalls als Funktion der Speisespannungsschwankungen des Kondensatorentladestromkreises ändern. Daraus folgt, daß die Dauer, während der sich die Spannung an den Anschlußklemmen des Thyristors umpolt, nicht geregelt wird.

Es ist bekannt, das Spannungsniveau der Entladungen zu stabilisieren, indem man die Entladespannung des Kondensators auf einen bestimmten Wert begrenzt, beispielsweise dadurch, daß man eine Begrenzungsdiode zwischen die Spannungsquelle und den Kondensator schaltet. Jedoch kann diese Begrenzung nicht auf die oben erwähnten Schaltungen angewandt werden, weil unter diesen Bedingungen die mittlere Spannung der Selbstinduktion einen von Null abweichenden Wert annimmt, woraus eine fortschreitende Vergrößerung des Ladestromes und eine Verminderung des Zeitintervalls folgt, während dem sich die Spannung an den Anschlußenden des Thyristors umpolt. Eine stabile Arbeitsweise dieser Schaltung kann nur erhalten werden, wenn die mittlere Spannung des Ladestromkreises auf einen Wert abfällt, welcher der mittleren Spannung des Kondensators entspricht. Durch Ände-

rung des Verhältnisses zwischen der Begrenzungsspannung und der mittleren Speisespannung des Stromkreises kann man dann den Ladestrom des Kondensators und infolgedessen die Dauer regeln, während der sich die Spannung an den Anschlußenden des Thyristors umpolt. Unter der Voraussetzung, daß diese Dauer determinierend für die Löschung des Thyristors ist, ermöglicht diese Regelung, die Impulsfrequenz bis zu der Grenze der dynamischen Kennlinie des Thyristors mit sehr großer Betriebssicherheit zu vergrößern. ι ο

Es ist bei Schaltungen, die des eingangs genannten weitgehend entsprechen, auch bekannt, den Ladestrom eines Kondensators durch eine Selbstinduktion zu begrenzen (DE-AS 16 15 270) und einen Kondensator über eine selbsttätige Schaltvorrichtung in dem Spalt zu entladen, wenn er eine bestimmte Spannung erreicht (CH-PS 3 82 879).

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Impulserzeugungsschaltung der genannten Art, die ermöglicht, eine maximale Frequenz der impulse zu erreichen und dabei den Schutz der Halbleiter zu gewährleisten.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß eine zweite gesteuerte Schaltvorrichtung in an sich bekannter Weise zwischen eine der Anschlußklemmen der Spannungsquelle und eines der Anschlußenden des Ladestromkreises geschaltet ist und daß ein Richtleiter in Sperr-Richtung zwischen das genannte Anschlußende des Ladestromkreises und die andere Klemme der Spannungsqueile geschaltet ist, wobei die zweite sü gesteuerte Schaltvorrichtung einer Steuerschaltung unterworfen ist, die sie nichtleitend macht, wenn der Ladestrom des Kondensators einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht, und sie leitend macht, wenn dieser Ladestrom einen kleineren vorbestimmten Schwellenwert erreicht. Eine weitere erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe besteht darin, daß eine zweite gesteuerte Schaltvorrichtung in an sich bekannter Weise zwischen eine der Anschlußklemmen der Spannungsquelle und eines der Anschlußenden des Ladestromkreises geschaltet ist, und daß ein Richtleiter in Sperr-Richtung zwischen das genannte Anschlußende des Ladestromkreises und die andere Klemme der Spannungsquelle geschaltet ist, wobei die zweite gesteuerte Schaltvorrichtung einer Steuerschaltung ή unterworfen ist, die sie nichtleitend macht, wenn die Dauer einer bestimmten Polarität des Spannungsverlaufes am Kondensator (C) eines vorbestimmte Dauer unterschreitet, und sie leitend macht, wenn diese Dauer der Polarität eine längere vorbestimmte Dauer über- ^r>o schreitet.

Die Lösungen nach Anspruch 1 und 2 unterscheiden sich also nur dadurch, daß statt des Ladestroms des Kondensators die Dauer einer bestimmten Polarität des Spannungsverlaufs am Kondensator als Kriterium zur Steuerung der zweiten Schaltvorrichtung herangezogen wird.

Hierdurch wird die Selbstinduktionsspule des Kondensatorladestromkreises als Energiespeicher verwendet, um auf diese Weise den Ladestrom regeln zu *>o können, wobei die Erhöhung des Spannungsniveaus des Kondensators gewährleistet und der Kondensator entladen wird, wenn er eine konstnate vorbestimmte Spannung erreicht, deren Höhe unterhalb oder oberhalb der Höhe der Speisespannungsquelle der Schaltung ^b5 liegen kann.

Die Enstellung des Ladestrom des Kondensators in bestimmten Grenzen einerseits und die Einstellung der maximalen Spannung des Kondensators andererseits bieten den Vorteil.die Frequenz der Bearbeitungsimpulse und die Stromstärke dieser Impulse getrennt steuern zu können.

Diese neue Schaltung besitzt die folgenden bemerkenswerten Eigenschaften: Die Entladungen werden mit einem einstellbaren Spannungsniveau, das über dem der Speisespannungsquelle der Schaltung Hegen kann, isoenergetisch.

Die maximale Impulsfrequenz, die von der dynamischen Kennlinie der gesteuerten Schaltvorrichtung abhängt, wird mit sehr großer Betriebssicherheit erreicht. Das Spannungsniveau der Impulse ist von den Schwankungen der Speisespannung der Schaltung unabhängig, und die Impulsfrequenz kann unabhängig vcn diesem Spannungsniveau eingestellt werden. Wenn die Vorrichtung zur Einstellung der mittleren Spannung des Ladestromkreises von einer zweiten gesteuerten Schaltvorrichtung gebildet ist, die aufeinanderfolgend leitend und nichtleitend bei einer bestimmten Frequenz gemacht wird, abeitet die Schaltung überdies mit maximalem Energiewirkungsgrad. Diese neue Schaltung besitzt die Vorteile der bekannten Schaltungen hinsichtlich der Erhöhung des Spannungsniveaus der Impulse, hält aber noch zusätzlich dieses Spannungsniveau im Verlauf der Bearbeitung auf einem konstanten und vorbestimmten Wert.

Die Arbeitsweise einer solchen Schaltung ist besonders gut geeignet für Maschinen, deren Werkzeug von einer Drahtelektrode gebildet wird, die in der Bearbeitungszone kontinuierlich erneuert wird und deren Abnutzung relativ erhöht werden kann. Man kann also unter diesen Bedingungen die Bearbeitungsleistung vergrößern, indem man Impulse sehr kurzer Dauer mit hohem Energieniveau und erhöhter Frequenz anwendet. Außerdem ist infolge des Vorhandenseins eines Impulstransformators zwischen dem Entladestromkreis und dem Bearbeitungsstromkreis die mittlere Spannung zwischen den Elektroden Null, wodurch die elektrolytischen Erscheinungen vermieden und eine solche Bearbeitungsflüssigkeit, wie natürliches Wasser, mit allen daraus resultierenden Vorteilen verwendet werden kann.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsformen und zwei Varianten der Schaltung nach der Erfindung als Beispiele veranschaulicht. Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild der ersten Ausführungsform der Schaltung nach der Erfindung;

F i g. 2a, 2b, 2c Diagramme von charakteristischen Größen der Schaltung nach F i g. 1;

Fig.3 das Schaltbild der zweiten Ausführungsform;

F i g. 4a bis 4e Diagramme von charakteristischen Größen der Schaltung nach F i g. 3;

Fig.5 ein Schaltbild einer abgeänderten Ausführungsform, die mehrere zyklisch gesteuerte Stromkreise aufweist; und

F i g. 6 ein Schaltbild einer anderen abgeänderten Ausführungsform der Schaltung nach der Ei findung.

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung wird von einer Spannungsquelle B gespeist und enthält einen gesteuerten Schalter S, der die Ladung eines Kondensators C steuert, der an die Klemmen der Spannungsquelle B über eine Selbstinduktionsspule L, einen Widerstand R una die Primärwicklung eines Impulstransformators 77 angeschlossen ist. Die Sekundärwicklung dieses Transformators erzeugt die Bearbeitungsfunken, die quer durch den Bearbeitungsraum 3 zwischen einer Werkzeugelektrode 1 und einer Werkstückelektrode 2

überspringen.

Der Kondensator C ist mit einem Entladestromkreis verbunden, der von der Primärwicklung des Transformators 77 und von einem Thyristor Th gebildet wird. Dieser Thyristor wird leitend gemacht, sobald die -, Spannung zwischen den Kondensatoranschlüssen einen vorbestimmten Wert erreicht, der mittels eines Potentiometers 4 einstellbar ist. Zu diesem Zweck ist einer der zwei Eingänge einer Vergleichsschaltung 5 mit dem Kontaktarm des Potentiometers 4 und der andere m Eingang mit einem Anschlußende des Kondensators C verbunden. Sobald die Spannung des Kondensators ein Potential erreicht, das höher als das des Kontaktarms des Potentiometrs 4 ist, gibt die Vergleichsschaltung 5 ein Signal ab, das von einem Verstärker 6 an die ι ·, Steuerelektrode des Thyristors Th übertragen wird. Der Thyristor wird leitend gemacht, wodurch die Entladung des Kondensators in der Primärwicklung des Impulstransformators erfolgt, so daß ein Funke zwischen den Elektroden 1 und 2 überspringt. _ό

Der gesteuerte Schalter 5 wird von einem auf den Ladestrom des Kondensators C ansprechenden Stromkreis gesteuert. Zu diesem Zweck wird der durch das Fließen des Ladestromes in dem Widerstand R bedingte Spannungsabfall an je einen der Eingänge der zwei r> Vergleichsschaltungen 8 und 10 angelegt. Die anderen Eingänge dieser Vergleichsschaltungen liegen an einem regelbaren Potential, das mittels der Potentiometer 7 bzw. 9 erhalten wird. Die Ausgänge der Vergleichsschaltungen 8 und 10 sind an eine ODER-Schaltung 12 und an so eine NAND-Schaltung 13 angeschlossen, wobei eine Umkehrstufe 11 zwischen der Vergleichsschaltung 10 und der NAND-Schaltung 13 vorgesehen ist. Die Schaltungen 12 und 13 steuern ein Speicher-Flip-Flop 14. dessen Ausgang (?den Schalter Ssteuert.

Im Betrieb wird jeweils dann, wenn das Potential des Kondensators C den durch das Potentiometer 4 festgelegten Wert erreicht, der Thyristor Th leitend und entlädt den Kondensator C, dessen Potential sich infolge der von dem Transformator 77 gebildeten induktiven -so Last umkehrt. Zu dem Zeitpunkt, zu dem der Entladestrom sich umzukehren beginnt, ruft der geringe Gegenstrom in dem Thyristor Th seine Löschung hervor. Auf diese Weise wird der Kondensator ausgehend von einem negativen Potential auf ein positives Potential mit Hilfe der Selbstinduktionsspule L geladen, so daß man in bekannter Weise die positive Ladung dieses Kondensators auf einem höheren Potential als dem der Spannungsquelle Verhalten kann.

Die Potentiometer 7 und 9 werden eingestellt, um an ihren Kontaktarmen Spannung L^bzw. Un zu erhalten, die somit den Strömen //., und /£.2 entsprechen, die in F i g. 2b dargestellt sind. Wenn der Strom in dem Widerstand R einen Schwellenwert /Ί. 1 erreicht, wird der Schalter 5 geöffnet, und wenn der Strom einen ϊϊ Schwellenwert ili erreicht, wird der Schalter geschlossen, wie durch die Stellung /in Fig.2c veranschaulicht ist.

Wenn S leitend bleibt, erreicht der Strom einen höheren Wert nach jeder Ladeperiode des Kondensa- «o tors C. Wenn dagegen 5 nichtleitend ist, fließt der Strom des Energiespeichers L durch die Diode D₁ und lädt ebenfalls den Kondensator C, bis seine Spannung den von der Spannung des Potentiometers 4 bestimmten Schwellenwert erreicht indessen fällt in diesem Fall der " ■ Wert des Stromes nach jeder Ladeperiode des Kondensators. Die Schaltung arbeitet ohne die Diode Di, wenn die maximale Ladespannung des Kondensators C mit dem Potentiomter 4 auf einen Wen eingestellt wird, der über dem Wert der Spannungsquel le B liegt.

Die Ausführungsform nach Fig. 3 unterscheidet sich insofern ein wenig von dem Schaltbild nach Fig. 1, als der Schalter 5 ausgehend von einer Messung der Dauei der negativen Polarität des Spannungsverlaufs arr Kondensator C gesteuert wird, nach dem sich dei Kondensator entladen hat. Diese Messung erfolgt durch eine Schmitt-Triggerschaltung 15, deren Ausgang Q nach der Entladung des Kondensators C Spannung führt. Zu dem Zeitpunkt, zu dem sich die Spannung umpolt, betätigt der Ausgang Q gleichzeitig zwe monostabile Kippschaltungen 16 und 17. Die Ausgang« dieser Kippschaltungen sind mit den Eingängen eine; Flip-Flop 18 mittels einer logischen Schaltung verbunden, die eine NAND-Schaltung 19, eine ODER-Schal tung 20 und eine UND-Schaltung 21 aufweist. Dei invertierte Ausgang (?der Kippschaltung 15 steuert der Eingang C_p des Flip-Flop 18. Wenn die Dauer de; Zeitintervalls r, wänrend dem die Kondensatorspannung negativ ist, länger als die Dauer des Zeitintervall! T2 ist, während dem sich die Kippschaltung 16 in ihrerr instabilen Zustand befindet, gibt die ODER-Schaltung 20 kein Signal an den Eingang D des Flip-Flop 18, unc dessen invertierter Ausgang Q liefert einen Schließungsbefehl an den Schalter S.

Wenn dagegen das Zeitintervall τ kleiner als da; Zeitintervall τι wird, während dem die Kippschaltung 17 in ihrem instabilen Zustand ist, erhält der Eingang Ddej Flip-Flop 18 ein Signal, und sein invertierter Ausgang ζ gibt einen Öffnungsbefehl an den Schalter S.

Die Fig.4a bis 4e zeigen die Spannung an der Anschlußenden des Kondensators C, den Ausgang Q der Schmitt-Triggerschaltung 15, die Ausgänge der monostabilen Kippschaltungen 17 und 16 und die Stellung des Schalter S.

Man kann mit der Schaltung nach F i g. 3 auch die Frequenz der Impulse von dem Spannungsniveau jedes Impulses regeln. Es genügt, die Schmitt-Triggerschaltung 15 durch eine bistabile Kippschaltung zu ersetzen die beispielsweise von dem Ausgangssignal des Verstärkers 5 gesteuert wird. Die Dauer τ wird in diesem Fall gleich der Periode der Impulse. In diesem letztgenannten Fall wird der Umschalter Y in die Stellung b gebracht.

F i g. 5 stellt eine abgeänderte Ausführungsform dar in der mehrere Schaltungen vorgesehen sind, die der Schaltung der F i g. 1 ähnlich und parallelgeschaltet sind wobei zwei von diesen in F i g. 5 dargestellt sind. Die in diesen Schaltungen fließenden Ströme werden von der Steuervorrichtung 22 gesteuert, die in der gleichen Weise wie die logische Schaltung nach F i g. 1 arbeitet. Diese Vorrichtung steuert mittels einer Torschaltung einen Transistor 23. Der Thyristor Th oder 7Ä'wird mit einer UND-Schaltung 24 bzw. 24' gesteuert, deren einer Eingang Spannung führt, wenn die Kondensatorspannung eine durch die Bezugsspannung des Potentiometers 4 festgelegte Höhe erreicht. Der andere Eingang erhält ein zyklisches Signal, das von einem zum Zähler und einem Decodierer 26 erzeugt wird. Die Zählimpulse werden an den Zähler 25 durch eine ODER-Schaltung 27 übertragen. Die Schaltung kann so wie die vorhergehenden Schaltungen ohne die Begrenzungsdioden Di und Di- arbeiten. Auf jeden Fall werden diese Dioden benötigt, wenn das Signal des Decodieren 26 durch eine Zeitablenkschaltung 28 während eines Zeitintervalls verzögert wird, das länger

als das Zeitintervall ist, während dem die Spannung des Kondensators von ihrem minimalen auf den maximalen Wert gelangt.

Die Schaltung umfaßt die Dioden 29 und 29', die in jedem Ladestromkreis in Reihe geschaltet sind, so daß Beeinflussungen zwischen diesen Schaltungen bei Entladung der Kondensatoren vermieden werden.

F i g. 6 veranschaulicht eine andere abgeänderte Ausführungsform, in der die Steuerung des von der Spannungsquelle B gelieferten Ladestromes durch einen Transistor 33 realisiert wird, um die Ladespan-

nung des Kondensators C zu regeln. Der Transistor 33 wird von dem Ausgangssignal eines Differentialverstärkers 30 gesteuert, dessen einer Eingang eine Spannung erhält, die dem Wert des mittleren Stromes, den man

^r> erhalten will, proportional ist, wobei diese Spannung Uu mit Hilfe eines Potentiometers 31 erhalten wird. An dem anderen Eingang des Differentialverstärkers 30 liegt das Ausgangssignal einer Vorrichtung 32 zur Messung der mittleren Spannung zwischen den Anschlußenden des

ι» Widerstandes R.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspüche:

1. Impulserzeugungsschaltung für Elektroerosionsmaschinen, bestehend aus einem von einer Gleichspannungsquelle gespeisten Kondensator, dessen Ladestromkreis eine in Reihe geschaltete Selbstinduktionsspule enthält und dessen Entladestromkreis eine gesteuerte Schaltvorrichtung (Th) und einen Impulsstransformator aufweist, der sekundärseitig mit Werkzeugelektrode und Werkstück verbunden ist, wobei die gesteuerte Schaltvorrichtung (Th) leitend gemacht wird, wenn die Spannung des Kondensators (C) eine vorbestimmte Höhe erreicht hat, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite gesteuerte Schaltvorrichtung (S) in an sich bekannter Weise zwischen eine der Anschlußklemmen der Spannungsquelle (B) und e-nes der Anschlußenden des Ladestromkreises geschaltet ist und daß ein Richtleiter (D\) in Sperr-Richtung zwischen das genannte Anschlußende des Ladestromkreises und die andere Klemme der Spannungsquelle (B) geschaltet ist, wobei die zweite gesteuerte Schaltvorrichtung (S) einer Steuerschaltung (7 bis 14) unterworfen ist, die sie nicht-leitend macht, wenn der Ladestrom des Kondensators (C) einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht, und sie leitend macht, wenn dieser Ladestrom einen kleineren vorbestimmten Schwellenwert erreicht.

2. Impulserzeugerschaltung für Elektroerosions- ju maschinen, bestehend aus einem von einer Gleichspannungsquelle gespeisten Kondensator, dessen Ladestromkreis eine in Reihe geschaltete Selbstinduktionsspule enhält und dessen Entladestromkreis eine gesteuerte Schaltvorrichtung (Th) und einen js Impulstransformator aufweist, der sekundärseitig mit Werkzeugelektrode und Werkstück verbunden ist, wobei die gesteuerte Schaltvorrichtung (Th) leitend gemacht wird, wenn die Spannung des Kondensators (C) eine vorbestimmte Höhe erreicht hat, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite gesteuerte Schaltvorrichtung (S) in an sich bekannter Weise zwischen eine der Anschlußklemmen der Spannungsquelle (B) und eines der Anschlußenden des Ladestromkreises geschaltet ist, und daß ein Richtleiter (D\) in Sperr-Richtung zwischen das genannte Anschlußende des Ladestromkreises und die andere Klemme der Spannungsquelle (B) geschaltet ist, wobei die zweite gesteuerte Schaltvorrichtung (S) einer Steuerschaltung (J5 bis 25) unterworfen ist, die sie nichtleitend macht, wenn die Dauer (τ) einer bestimmten Polarität des Spannungsverlaufs am Kondensator (C) eine vorbestimmte Dauer (τι) unterschreitet, und sie leitend macht, wenn diese Dauer (τ) der Polarität eine längere vorbestimmte Dauer (Γ2) überschreitet.

3. Impulserzeugungsschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens zwei Ladestromkreise (R, L: R', L'), in denen jeweils ein Kondensator (C, C) in Reihe mit einer Selbstinduktionsspule (L, bo U) geschaltet ist, wobei diese Ladestromkreise parallel zwischen das eine Anschlußende einer gesteuerten Schaltvorrichtung (23) und eines der Anschlußenden der Primärwicklung des Impulstransformators (TI) geschaltet sind, und durch ei wenigstens zwei Thyristoren (Th, Th'), von denen jeweils einer in einen Entladestromkreis eines der Kondensatoren (C, C) geschaltet ist, wobei jeder Thyristor bei Vorhandensein eines zyklischen Signals und eines Signals leitend gemacht wird, das anzeigt, daß die Spannung des dem Thyristor zugeordneten Kondensators ein vorbestimmtes Niveau erreicht hat.