DE2824326A1

DE2824326A1 - Stromversorgung fuer elektrische bearbeitung

Info

Publication number: DE2824326A1
Application number: DE19782824326
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Inoue
Original assignee: Inoue Japax Research Inc
Current assignee: Inoue Japax Research Inc
Priority date: 1977-06-03
Filing date: 1978-06-02
Publication date: 1978-12-07
Also published as: FR2392763A1; FR2392763B1; DE2824326C2; GB1597870A; US4507533A; HK52985A; IT7849716A0; IT1105125B

Description

Inoue-Japax Research Incorporated, Yokohamashi,
Kanagawaken, Japan

Stromversorgung für elektrische Bearbeitung

Die Erfindung betrifft eine Stromversorgung für elektrische Bearbeitung und insbesondere eine elektrische
Schaltungsanordnung dafür.

Unter dem Begriff elektrische Bearbeitung ist zu verstehen die elektroerosive oder elektrische Entladungsbearbeitung (EDM), die elektrochemische Bearbeitung (ECM) usw. und auch unter anderem der Elektrofunkenniederschlag (ESD) und das Bogenschweißen, wobei diese Verfahren für sich alle bekannt sind.

Maschinen, die zur Durchführung elektrischen Bearbeitens vorgesehen sind, enthalten bisher in üblicher Weise einen Transformator großen Leistungsvermögens, der notwendig ist, um die Größe oder den Pegel von einer üblichen

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Wechselstromquelle (AC) auf einen geeigneten Pegel zu transformieren, wobei der transformierte Wechselstrom dann gleichgerichtet wird, um ein Gleichstrom-Ausgangssignal (DC) zu erzeugen, das seinerseits gepulst wird mittels Schalteinrichtungen, um eine Folge elektrischer Impulse gewünschter Impulsdauer, Impulspause und Impulsfrequenz zu erzeugen zum Anlegen über einen Bearbeitungsspalt, der zwischen einem Werkstück und einer Bearbeitungselektrode gebildet ist. Üblicherweise ist das Bearbeitungsmedium Wasser oder Öl bei EDM oder ein Elektrolyt bei ECM oder bei Elektroniederschlag, wobei das gepulste Anlegen elektrischer Energie eine Bearbeitung oder einen Niederschlag mit hoher Stromdichte ermöglicht. Da jedoch der niederfrequente übliche oder Netz-Wechselstrom eine Frequenz zwischen 50 und 60 Hz hat und direkt verwendet wird, ist es unvermeidlich, daß der Transformator und die gesamte Versorgungseinheit unerwünscht groß und schwer ist. Darüber hinaus ist die Verwendung einer Drossel, die für Regelzwecke bei dieser Art von Stromversorgungen erforderlich ist, nachteilig, da deren Ansprechverhalten relativ langsam ist und sehr häufig unbefriedigend ist.

Abgesehen davon erfordert die Stromversorgung für elektrische Bearbeitung neben einer Hauptstromversorgung zur Versorgung des Bearbeitungsspalts mit Bearbeitungsenergie in der erläuterten Form zumindest eine Hilfsversorgung, die klein ist und daher davon verschiedene Kapazität oder davon verschiedenes Leistungsvermögen besitzt zum Betreiben bzw. Steuern bzw. Regeln der Maschine

und der Maschinenteile. Diese Forderung nach mehrfachen Eingängen bzw. Eingangssignalen hat weiter dazu geführt, daß die gesamte Stromversorgungsausrüstung größer und schwerer ist. Daher zeichnen sich bisher verwendete Stromversor-

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gungseinheiten dadurch aus, daß sie sperrig sind, geringen Wirkungsgrad besitzen und daher sehr unerwünscht sind.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Stromversorgung für elektrische Bearbeitung vorzusehen, die sowohl verringerte Größe und verringertes Gewicht besitzt, als auch hohe Stabilität und hohen Wirkungsgrad besitzt und darüber hinaus praktisch störungsfrei ist.

Gemäß der Erfindung wird eine Stromversorgung für elektrische Bearbeitung vorgesehen, die einen sogenannten AC/DC/ HF/DC-Umsetzer aufweist. Dieser AC/DC/HF/DC-Umsetzer gemäß der Erfindung weist ein Eingangsglied auf zum Empfang üblicher oder Netz-Wechselstromleistung (AC), einen Gleichrichter zum Umsetzen dieser Wechselstromleistung in ein Gleichstrom-Ausgangssignal (DC), eine Sehalteinrichtung, die durch einen Oszillator oder ein Impulsglied für Ein- und Ausschalten gesteuert ist, um aus dem Gleichstrom-Ausgangssignal einen hochfrequenten Wechselstrom (HF) oder eine Impulsfolge zu erzeugen, die wesentlich höhere Frequenz besitzen als der Netz-Wechselstrom, einen Transformator zum Transformieren der Amplitude dieser Hochfrequenz (HF) auf einen gewünschten Pegel und einen zweiten Gleichrichter zum Umsetzen des transformierten Hochfrequenz-Ausgangssignals in ein Gleichstrom-Ausgangssignal (DC) der gewünschten oder eingestellten Amplitude. Das letztere Gleichstrom-Ausgangssignal gemäß der Erfindung wird durch eine zweite Schalteinrichtung, die durch einen zweiten Oszillator steuerbar ein- bzw. ausschaltbar ist, gepulst zur Erzeugung einer Impulsfolge zur Anaige über einen Bearbeitungsspalt, der zwischen einem Werkstück und einer Elektrode gebildet ist. Der letzte Transformator bzw. die Transformatoreinrichtung kann eine

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Primärwicklung im Kreis mit dem ersten Gleichrichter und der ersten Schalteinrichtung besitzen sowie mehrere Sekundärwicklungen, deren eine zur Erzeugung des zweiten Gleichst rom- Äusgangssignals vorgesehen ist über Gleichrichtung mittels des zweiten Gleichrichters, wobei deren andere Sekundärwicklungen Eingänge für zum Betrieb oder zur Steuerung betätigbare Bauteile der Stromversorgung oder einer Maschine bilden, mit der zusammen die Stromversorgung angeordnet ist.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild der Stromversorgung gemäß der Erfindung einschließlich mehrfacher Ausgänge, die von einer einzigen Netz-Wechselstramquelle abgeleitet sind,

Fig. 2 ein Schaltbild eines Spannungsstabilisierers, der als Teil des Systems gemäß Fig. 1 verwendbar ist,

Fig. 3, ^ Schaltbilder von Weiterbildungen der Schaltung gemäß Fig. 2,

Fig. 5 ein Schaltbild eines AC/DC/HF/DC-Umsetzers gemäß der Erfindung, der abhängig von der Spaltbedingung eines elektrischen Bearbeitungsspaltes betreibbar ist,

Fig. 6 Signalverläufe an verschiedenen Teilen des

AC/DC/HF/DC-Umsetzers gemäß'der Erfindung für verschiedene Betriebsmoden bei EDM,

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FIg. 7 ein Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels des AC/DC/HF/DC-Umsetzers,bei dem ein Hochspannungs-Spaltdurchbruchimpuls einem Niederspannungs-Bearbeitungsimpuls liberlageit Ist,

Fig. 8 bis 10 Schaltbilder von Weiterbildungen der Schaltungen gemäß Fig. 7,

Fig. 11 bis 13 Schaltbilder von AC/DC/HF/DC-Umsetzern zur Erzeugung einer Impulsfolge mit Zwischen-Impulsunterbrechungsperioden oder einer Folge von Gruppenimpulsen, die durch Einheitsimpulse gebildet sind,

Fig. 1A Signalverläufe zur Darstellung verschiedener Moden von Gruppenimpulsen, die nach den Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 11 bis anlegbar sind,

Fig. 15 ein Schaltbild der Anwendung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 11 für das Elektrofunkenniederschlags-Verfahren (ESD),

Fig. 16 Signalverläufe von Impulsen, die beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 15 auftreten,

Fig. 17 schematisch eine Darstellung einer Anwendung des AC/DC/HF/DC-Umsetzers gemäß der Erfindung beim Bogenschweiß-Verfahren,

Fig. l8 ein Schaltbild zur Darstellung eines Schaltungsteils des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 17,

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Pig. 19 Signalverläufe von Impulsen, die an verschiedenen Teilen der Schaltung gemäß Fig. l8 auftreten.

In Fig. 1 sind Eingangsanschlüsse 1 vorgesehen zum Empfang einer üblichen oder Netz-Wechselstromleistung (AC) zur Gleichrichtung durch einen Vollweliengleichrichter 2, der ein Gleichstrom-Ausgangssignal (DC) über seine Ausgangsanschlüsse 2 a und 2 b abgibt. Ein Schalter, beispielsweise ein Feld oder eine Gruppe von Transistoren 3, ist vorgesehen und durch einen Oszillator ¹I steuerbar ein- bzw. ausschaltbar mit einer Frequenz von zumindest 1 kHz, vorzugsweise zwischen 10 und 50 kHz, zur Erzeugung eines Hochfrequenz-Stroms (HF) über ein Netzwerk, das aus der Primärwicklung 51 eines Transformators 5 und einem Kondensator fi gebildet ist die zueinander parallelgeschaltet sind. Der Transformator 5 ist als mit mehreren Sekundärwicklungen 53, 5¹I, ...5n versehen dargestellt, wobei deren Anzahl von dem Äusgangssignal-Bedarf einer bestimmten Maschine abhängt und von denen die Wicklung 53 zur Zufuhr von Bearbeitungi'.energie vorgesehen ist. Die Wicklungen 5*t bis 5„n bilden Ausgangswicklungen, um Steuer- bzw. Regelsignale oder Betriebssignale für verschiedene Stromversorgungs- und Maschinen-Bauteile zu erzeugen. Die Wicklungszahl jeder Windung ist einstellbar, um einen jeweils gewünschten Spannungspegel für einen Hochfrequenz-Wechselstrom vorzusehen.

Die Ausgangswicklung oder Sekundärwicklung 53, die einen Teil der Haupt- oder Bearbeitungs-Stromversorgung bildet, ist mit einem Gleichrichter 73 versehen, der seinerseits mit einem Pegelglattungsnetzwerk 84 versehen ist, wodurch ein Gleichstromsignal (DC) erzeugt wird. Das letztere wird durch einen Schalter 93 gepulst, der hier wieder durch

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ein Feld von Transistoren 93 gebildet sein kann, die von einem Oszillator oder Impulsgenerator 10 steuerbar ein- bzw. ausschaltbar sind.

In der folgenden Beschreibung wird primär auf Flektroerosion oder elektrische Entladungs-Bearbeitung (EDM) Bezug genommen zur Erläuterung des Betriebs der Schaltungsanordnung der erfindungsgemäßen Stromversorgung, es sei denn, es wird ausdrücklich etwas anderes angegeben.

Der Oszillator 10 versorgt den Schalter 93 mit einem Schaltsignal einstellbarer Parameter derart, daß eine Folge von Be-arbeitum";· irr-ru 1 v.i-n vorgegebener Impulsdauer und

spalt-Impulspause über dem Bearbeitungsr~~G erzeugt wird.

Der Hoehfrequenzwechselstrom, der über der Wicklung ^ljk erzeugt wird, wird durch einen Gleichrichter Jh gleichgerichtet und durch ein Netzwerk 8^ geglättet, um einen Gleichstrom zu ergeben. Bei diesem Netzwerk ist ebenfalls ein Schalter 9'1 vorgesehen, der durch einen Oszillator oder Impulsgenerator 11 steuerbar ist, der seinerseits abhängig von dem Spannungspegel an einem Kondensator 12 betreibbar ist, der über die Lastanschlüsse (-, +) geschaltet ist, um mit hoher Frequenz zu schwingen in einem Bereich von beispielsweise zwischen 20 und 40 kHz zum so Steuern des Schalters 9^, daß ein stabilisiertes Ausgangssignal (-, +) sichergestellt ist. Der Schalter 93 in der Haupt-Stromversorgung wirkt sowohl als Impulsgeber als auch als Ausgangssignal-Stabilisierglied. Falls das Netzwerk für elektrochemische Bearbeitung oder elektrolytischen Niederschlag verwendet wird, kann die Schaltfre-

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quenz erhöht werden, um eine stabilisierte Gleichspannung zu erzeugen.

Die anderen Ausgangswicklungen 55 bis 5-η können ebenso einzeln mit Gleichrichtern versehen sein,, wenn Gleichstrom-Äusgangssignale zu erhalten sind,oder mit Frequenzwandlern, wenn Wechselstrom-Ausgangssignale erwünscht sind. Wenn eine Pegelstabilisierung nicht erforderlich ist, muß selbstverständlich der Spannungsstabilisierschalter nicht vorgesehen sein. Als Regel ist dies im wesentlichen erforderlich für die Steuerung von Transistoren oder ähnlichen empfindlichen Schaltern und nicht notwendigerweise erforderlich für den Betrieb von beispielsweise Anzeigeschaltungen für Lampen, lichtemittierende Dioden (LED), Flüssigkristallanzeigen (LCD) und dergleichen.

Die Schaltung des AC/DC/HF/DC-Umsetzers gemäß der Erfindung besitzt den Vorteil, daß jede gewünschte Ausgangsspannung erhältlich ist ausgehend von Null bis zum Nennwert des Transformators durch Einstellen des Tastverhältnisses des Oszillators, um das Hochfrequenzsignal zu erzeugen. Zusätzlich kann, da der Transformator mit Signalen wesentlich höherer Frequenz verwendet wird, dieser außerordentlich kompakt ausgebildet sein, wodurch die gesamte Stromversorgungseinheit viel kleiner und leichtgewichtiger ist als herkömmliche Ausrüstungen. Das ermöglicht vorteilhaft, daß lediglich ein einziger Transformator verwendet wird für mehrere Ausgangssignale bzw. für sowohl die Bearbeitungsenergie als auch für Ausrüstungs-Steuerzwecke, wodurch weiter dazu beigetragen wird, daß die Einheit kompakt ist. Es ist weiter zu bemerken, daß der Ausgang von der Wicklung 53 für die Bearbeitungsenergie stabilisiert ist durch das gesteuerte Einbzw. Ausschalten des Schalters 93 derart, daß das Anlegen

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von Impulsen über den Bearbeitungsspalt G in einem vorgegebenen Modus erreicht wird mit dem Ergebnis, daß selbst dann, wenn irgendwelche Spannungsschwankungen am Eingangsanschluß 1 auftreten, praktisch kein Einfluß davon auf den Bearbeitungsbetrieb am Spalt G vorhanden ist, der nämlich von der Quelle bzw. dem Eingangsanschluß 1 isoliert oder getrennt ist. Es wird dadurch eine Bearbeitung ermöglicht, die mit einer Folge von Entladungen erfolgt, die in ihrem Auftreten stabilisiert und ausgeglichen sind und damit hohe Genauigkeit und hohen Wirkungsgrad erreichen. Wegen der gleichen Stabilisiereigenschaften können Ausgangsspannungen, die an anderen Lastanschlüssen abfallen, ebenfalls vorteilhaft im wesentlichen unempfindlich gegenüber Spannungsschwankungen an der Eingangsseite 1 gemacht werden.

B'ig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Ausgangsspannungsstabilisierers, bei dem ein Schalter 13,beispielsweise ein Transistor, zusätzlich vorgesehen und parallel zum Eingangsnetzwerk geschaltet ist und dabei durch einen Oszillator Ik gesteuert wird, der abhängig von der Eingangsspannung betreibbar ist. Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem ein zusätzlicher Schalter in Reihe mit dem Eingangsnetzwerk geschaltet ist, wobei er durch den Oszillator 14 gesteuert wird. Bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 ist ein weiterer Transformator 15 im Ausgangsnetzwerk vorgesehen, um ein weiteres transformiertes Ausgangssignal zu erreichen. Diese Weiterbildungen können im wesentlichen in der gleichen Weise verwendet werden, wie zuvor beschrieben.

Anhand der Figuren 5 und 6 erfolgt eine Beschreibung der Schaltung des AC/DC/HF/DC-Umsetzers gemäß der Erfindung

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sowie dessen Betriebsweise etwas ausführlicher. Bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 5 ist der Hochfrequenztransformator 5 so dargestellt, als ob er lediglich den Ausgangsanschluß für die Bearbeitungsversorgung enthält, wobei jedoch selbstverständlich die zusätzlichen Ausgänge für Steuerzwecke in der anhand Fig. 1 beschriebenen Weise vorgesehen sein können. Wie schon erläutert, wird die an der Sekundärwicklung 53 des Transformators 5 abfallende Hochfrequenzspannung dem Gleichrichter 7 zugeführt und in ihm in einen Gleichstrom umgeformt mit der gleichen eingestellten Spannungsamplitude. Der gleichgerichtete Gleichstrom wird gepulst durch einen von drei selektiv betätigbaren flehal-

auf/ tern in der Schalteinheit 9. Diese Schalter weisen einen Grob^Jaearbeitungs-Schalter 9 a, einen Mittelbearbeitungs-Schalter 9 b und einen End- bzw. Feinbearbeitungs-Schalter 9 c, deren jeder durch einen Impulsgeber oder Oszillator mit variablen Parametern betreibbar ist, um über den Maschinenspalt G zwischen einer Elektrode E und einem Werkstück W eine entsprechende Impulsfolge vorgegebener Impulsdauer und Impulspause oder Impulse veränderbarer Impulsdauer und Impulspause innerhalb vorgegebener Bereiche anzulegen. Widerstände Ra, Rb und Rc sind in Reihe mit den Transistor-Schaltern 9 a, 9 b bzw. 9 c geschaltet vorgesehen, um den Impulsspitzenstrom in den einzelnen Netzwerken (Grobbearbeitung, Mittelbearbeitung und Feinbearbeitung) zu erzeugen. Darüber hinaus ist bei diesem Ausführungsbeispiel ein Fühlerwiderstand 16 vorgesehen, der auf die Spaltspannung, den Spaltstrom oder die Spaltimpedanz zwischen der Elektrode E und dem Werkstück W anspricht, mit einem Potentiometerarm l6 a, der mit dem Widerstand 16 verbunden ist und ein Signal proportional der Größe der Spaltspannung oder -impedanz an eine Steuer- bzw. Regelschaltung 17 ab-

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gibt zum Steuern bzw. Regeln des Betriebsmodus des Oszillators k, abhängig von der erfaßten Spaltspannung, dem erfaßten Spaltstrom oder der erfaßten Spaltimpedanz.

Wie erwähnt, wird der Impulsgeber oder Oszillator 4 so betrieben, daß er Steuerimpulse einer Frequenz von zumindest 1 kHz erzeugt, wodurch der Transformator 5 ausreichend klein und leichtgewichtig sein kann, wobei das Tastverhältnis und die Frequenz derartiger Impulse, die den Pegel des Hochfrequenz-Ausgangssignals bestimmen, ein sehr schnelles Ansprechen ermöglichen.

Der Schalter 9 a für Grobbearbeitung wird durch den Impulsgeber od^r Oszillator 10 so betrieben, daß eine Impulsfolge einer Impulsdauer im Bereich zwischen 100 us und 10 mti erzeugt wird. Der Schalter 9 c zur Feinbearbeitung ist in ähnlicher Weise so betrieben, daß er eine Folge von Impulsen einer Impulsdauer im Bereich zwischen 1 und 5 US erzeugt, wobei der Schalter 9 b Impulse einer Impulsdauer im Zwischenbereich erzeugt. Die Impulspause für diese Impulse ist üblicherweise im Bereich zwischen 1 us und 10 ms. Die Widerstandswerte der Widerstände Ra, Rb und Rc sind so eingestellt, daß bei der Grobbearbeitung, bei der der Schalter 9 a betrieben ist, Impulse mit einem Spitzenstrom von mehreren 10 A bis 1 kA erzeugt werden, und daß bei Feinbearbeitung, bei der der Schalter 9 e betätigt ist, Impulse mit einem Spitzenstrom von 1 bis 10 A erzeugt werden, wobei Impulse bei der Mittelbearbeitung, bei der der Schalter 9 b betätigt ist, einen Spitzenstrom im zwischenliegenden Bereich besitzen.

Wenn auch der Impulsgeber oder Oszilator 10 durch einen unabhängigen Oszillator gebildet sein kann, kann er

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auch so ausgebildet sein, daß er auf die Spaltbedingung für den EDM- oder ECM-Spalt G zwischen der Elektrode E und dem Werkstück W anspricht, so daß die Impulswiederholgeschwindigkeit bzw. -frequenz die Impulsdauer und/oder die Impulspause der Impulse, die über den Bearbeitungsspalt G anzulegen sind, verändert werden können, damit eine Bearbeitung unter optimalen Bedingungen durchgeführt werden kann.

Der Spaltzustand kann auch, wie dargestellt, durch den Widerstand 16 erfaßt werden, der hier auf die Spaltspannung anspricht, zum Betätigen oder Betreiben der Steuer- bzw. Regelschaltung 17, die ihrerseits die Steuerung des Impulsgebers 4 erreicht, derart, daß dessen Betriebsfrequenz und/ oder Tastverhältnis der zum Schalter 3 übertragenen Schalt-Steuerimpulse verändert oder modifiziert werden können, um den Pegel des Ausgangswechselstroms des Transformators 5 zu steuern. Da die Steuerfrequenz ausreichend hoch ist im Vergleich mit der Frequenz des Netz-Wechselstrom-Eingangssignals (beispielsweise 50 bis 60 Hz), kann die Steuerung bzw. Regelung mit außerordentlich hoher Ansprechempfindlichkeit durchgeführt werden. Daher kann bei Auftreten eines Kurzschlusses im Bearbeitungsspalt G dies so beantwortet werden, daß sofort eine Beschädigung oder ein Überschlag verhindert wird, der sich daraus ergeben könnte, wodurch auf diese Weise schnell eine Wiederherstellung der normalen Spaltbedingungen erreicht wird, um eine Fortsetzung der Bearbeitung in stabiler und wirksamer Weise zu ermöglichen.

Wenn auch, wie erwähnt, der mittels des Einschalt- bzw. Aussehalt-Betriebs des Schalters 3 erzeugte Hochfrequenz-Wechselstrom eine Frequenz von nicht unter 1 kHz besitzen soll, wird der Energiewirkungsgrad deutlich erhöht, wenn sie ausreichend hoch eingestellt wird im Vergleich mit bei-

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^I ieIsweise zumindest dem Zweifachen der Wiederholgeschwindi₍ ^r;kc'it oder Frequenz der Bearbeitungsimpulse, insbesondere für die Grobbearbeitung.

In Fig. 6 ist die Besiehung zwischen der Frequenz des Hochfrequenzwechselstroms und der Impulsdauer der Bearbeitungspulse dargestellt. Bei Grobbearbeitung können die Bearbeitungsimpulse, die durch Pulsen des Gleichstroms mittels des Schalters 9 a erhältlich sind, wobei sich der Gleichstrom aus der Vollwellengleichrichtung mittels des Gleichrichters 7 aus dem Hochfrequenz-Wechselstrom an der Ausgangswicklung 53 des Transformators 5 ergibt, eine Impulsdauer von 50 us besitzen mit einem Tastverhältnis von 50 % bzw. einer Impulspause von 50 με, wie das in Fig. 6 c dargestellt ist. Wenn der Hochfrequenz-Wechselstrom eine Frequenz von 20 kHz gemäß Fig. 6 A besitzt, ergibt sich, daß die Wechselspannung notwendigerweise den Nullpegel einmal durchläuft während der Einschaltzeit T~ der Bearbeitungsimpulse, wie in Strichlinien dargestellt. Das bedeutet, daß der Strombegrenzungswiderstand im Gleichstrom-Bearbeitungsimpulskreis, d. h. der Widerstand Ra in Reihe mit dem Schalter 9 a, niedriger gemacht werden kann als der theoretische Wert.

Bei herkömmlichen Versorgungen, bei denen der Gleichstrom für die Bearbeitungsimpulse durch direkte Gleichrichtung eines niederfrequenten Netz-Wechselstroms (50 bis 60 Hz) erreicht wird, besitzt der gepulste Bearbeitungsstrom eine Frequenz, die wesentlich höher ist als der Eingangswechselstrom für die Gleichrichtung, derart, daß die Eingangs-Wechselspannung (Fig.- 6a) nicht notwendigerweise den Nullpegel während einer Einschaltzeit T" jedes Bearbeitungsimpulses durchläuft. Dies erfordert, daß der größte Teil der Stromsteuerung in der Bearbeitungsschaltung mittels eines

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Widerstands Ra in Reihe mit dem Bearbeitungsimpuls-Schalter 9 a erfolgt. Beispielsweise ist bei einer Grobbearbeitung mit einem Spitzenstrom von 200 A und einer Gleichspannung von 100 V ein Schaltungswiderstand Ra von 0,5 Ohm erforderlich. Im Vergleich dazu ist bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel der Erfindung lediglich ein Widerstandswert von O₅I bis 0,05 Ohm für den Widerstand Ra erforderlich.j Bei Mittelbearbeitung, bei der der Schalter 9 b betätigt ist, um Bearbeitungsimpulse einer Impulsdauer f von beispielsweise 10 us (Signalverlauf gemäß Fig. 6 d) zu erzeugen, ist die Frequenz derartiger Impulse offensichtlich höher als die Quellenfrequenz von 20 kHz, und folglich durchläuft die Wechselspannung gemäß Fig. 6 a nicht notwendigerweise den Nullpegel während jeder Einschaltzeit T~ jedes Bearbeitungsimpulses. Um einen Bearbeitungs-Spitzenstrom von beispielsweise 10 A zu erreichen, erfordert dies einen Widerstand des Reihenwiderstands Rb von 10 Ohm. Weiter muß für die Feinbearbeitung mit einer Einschaltzeit C von 2 ixs (Signalverlauf gemäß Fig. 6 e) der Reihenwiderstand Rc einen Widerstandswert von 100 Ohm besitzen, um einen Impuls-Spitzenstrom von 1 A zu erreichen. Wenn auch erhebliche Widerstandswerte daher im Bereich der Mittelboarbeitung und der Feinbearbeitung erforderlich sind, stellen diese Anforderungen keine Schwierigkeit dar wegen des niedrigen Leistungsbedarfs in diesen Bearbeitungsbereichen. Wesentlich ist hier die Tatsache, daß beim Grobbearbeitungsbetrieb, bei dem Hochstrom-Spitzenströme angelegt werden müssen, eine erhebliche Verringerung des Schaltungswiderstandes (um bis auf ein Zehntel) erreicht werden kann, wodurch der Leistungswirkungsgrad erheblich erhöht wird (bis zum Zehnfachen).

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Die Frequenz des Hochfrequenzwechselstroms kann gegebenenfalls selbstverständlich verändert werden. Auf diese Weise kann, wenn eine größere Impulsdauer ¹J^" verwendet wird, die Hochfrequenz herabgesetzt werden und umgekehrt.

Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Spannungsversorgung eine Hochspannungsversorgung A und eine Niederspannungs-Bearbeitungsversorgung B enthält, deren jede im wesentlichen aus einem AC/DC/HF/DC-Umsetzer besteht, wie er bereits erläutert worden ist. In Fig. 7 ist ein in den übrigen Figuren nicht dargestelltem; Fi lter 1 a wiedergegeben an der Ausgangsseite des Eingangsanschlusses 1 für den Empfang des Netz-Wechselstroms, um dort als Störungsunterdrücker zu wirken. Die Ausgangswicklung des Transformators 5 und des Transformators 51 des Umsetzers A bzw. B sind so ausgeführt, daß letztere zu Hochspannungs- bzw. Niederspannungsversorgungen werden. Der Schalter 9 im hochspannungsseitlgen (HV) Sekundär-Netzwerk des HV-Umsetzers A und der Schalter 91 im niederspannungsseitigen (LV) Sekundär-Netzwerk des LV-Umsetzers B zum Pulsen des Hochspannungsgleichstroms bzw. des Miederspannungsgleichstroms sind, wie dargestellt, von einem gemeinsamen Impulsgeber oder Oszillator 10 betrieben in Einklang mit dem Betrieb des Impulsgebers oder Oszillators ^l\ für die Schalter 3 bzw. 31 in den Primär-Gleichstromnetzwerken zur Erzeugung einer Folge von Bearbeitungsimpulsen vorgegebener Impulsdauer und -pause zwischen der Elektrode E und dem Werkstück W. Es ist jedoch möglich, selbstverständlich, zwei getrennte Impulsgeber für die Schalter 9 und 91 einzeln so vorzusehen, daß bei einem Spaltdurchbruch oder -Überschlag oder einer Entladungsauslösung der Hochspannungsschalter 9 abgeschaltet wird.

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Weiter sind bei diesem Ausfülirungsbeispiel Steuereinheiten 18 und l8l vorgesehen, die auf den Spaltzustand ansprechen. Bei der dargestellten Anordnung sind diese Steuereinheiten 18, l8l so ausgebildet, daß sie auf den Entladestrom so ansprechen, daß die Impulsgeber H und 4l derart angesteuert werden, daß, wenn der Spalt G kurzgeschlossen wird, ein von der erhöhten Stromgröße abhängiges Signal den Betrieb der Impulsgeber 4 und 4l unterbricht und damit den Betrieb der Umsetzer A und B oder auch das Tastverhältnis und/oder die Frequenz der Impulsgeber 4 und kl verringert, um eine Wiederherstellung des Normalbetriebszustandes im Bearbeitungsspalt G zu erleichtern. Die dem Spaltzustand entsprechende Variable kann durch die Spaltspannung, den Spaltwiderstand, die Spaltimpedanz oder die Größe der Hochfrequenzkomponente ersetzt sein, die in der Entladung enthalten ist, zum Steuern des Betriebs der Umsetzer A und B.

Die Ausgangsparameter der Impulsgeber 10 sind abhängig vom gewünschten Bearbeitungsmodus eingestellt, beispielsweise der Grob-, der Mittel- oder der Peinbearbeitung, wie bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel erläutert. Bei ein- bzw. durchgeschalteten Schaltern 9, 91 zum Pulsen des Hochspannungsgleichstroms bzw. des Niederspannungsgleichstroms wird ein Niederspannungs-Bearbeitungsimpuls, dem ein spaltsteuernder Hochspannungsimpuls überlagert ist, über den Bearbeitungsspalt G bei jedem Bearbeitungsimpulszyklus angelegt. Die Überlagerung eines Hochspannungsimpulses über einen Niederspannungs-Bearbeitungsimpuls erleichtert den Spaltdurchbruch, um so Spannungsimpulse bei offenem Spalt zu verringern. Der Impulsgeber 10 kann so verändert sein, daß er den Schalter 9 mit höherer Frequenz betätigt als den Schalter 91, so daß mehrere Hochspannungsimpulse einem einzigen Niederspannungs-Bearbeitungsimpuls überlagert auftreten.

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Bei der Weiterbildung gemäß Fig. 8 ist die Sekundärwick lung des Hochspannungs-Transformators 5 lediglich mit einem Halbwellengleichrichter 7 a versehen, um einen pulsierenden Hochspannungs-Hochfrequenzstrom zu erreichen für die Überlagerung auf eine Folge von Niederspannungs-Bearbeitungsimpulsen von der Bearbeitungsstromversorgung B. Der Oszillator ^ des Hochspannungsumsetzers A ist mit einer Frequenz von 100 bis 500 kHz betrieben, während der Oszillator 51 im Niedorspannungsumsetzer B mit einer Frequenz von 50 bis 100 kHz betrieben ist. Wenn beispielsweise der Oszillator k mit einer Frequenz von 500 kHz arbeitet, werden Hochspannungsausgangsimpulse einer Impulsdauer und einer Impulspause von jeweils 1 με direkt über dem Bearbeitungsspalt G angelegt. Niederspannungs-Bearbeitungsimpulse werden wie beim vorstehenden Ausführungsbeispiel dadurch erreicht, daß der Ausgangsgleichstrom mittels des Schalters 91 gepulst wird mit einer vorgegebenen Impulsdauer ( £" ) ^und Impulspause ( T beispielsweise mit f - 1 bis 5 us bei Feinbearbeitung, - 100 us bis 10 ms bei Grobbearbeitung. Damit jeder Nie

derspannungsimpuls und Hochspannungsimpuls synchronisiert sind, wird ein Signal vom Oszillator 10 zum Oszillator 4 übertragen. Hochspannungsimpulse werden so eingestellt, daß sie eine Spannung im Bereich zwischen 200 und 300 V besitzen, während Niederspannungsimpulse so eingestellt werden, daß sie eine Spannung im Bereich zwischen 20 und 30 V besitzen. Durch das wiederholte überlagern von Hochspannungsimpulsen mit einer Impulsdauer von beispielsweise 1 us auf Niederspannungs-Bearbeitungsimpulse mit einer Impulsdauer in einem Bereich, der von einem gewünschten Bearbeitungsmodus abhängt, kann der Entladungs-Ansteuerwirkungsgrad verbessert werden und kann die Leistungsunterbrechung bei Auftreten eines Spaltkurzschlusses erleichtert werden. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 sprechen die Steuereinhei-

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ten l8 und I8I auf Gleichströme im primärseitigen Netzwerk des Hochspannungstransformators 5 bzw. des Niederspannungstransformators 51 an, wobei eine Blockierdiode in dem sekundärseitigen Netzwerk des Niederspannungstransformators 51 vorgesehen ist.

Bei einer Weiterbildung gemäß Fig. 9 wird das Gleichstrom-Ausgangssignal des Hochspannungsumsetzers A ohne Pulsen und kontinuierlich über den Bearbeitungsspalt G angelegt, während das Gleichstrom-Ausgangssignal des Niederspannungsumsetzers B durch den Schalter 91 gepulst wird und über den Spalt G durch überlagerung über den kontinuierlichen Hochspannungs-Gleichstrom so überlagert wird, daß ein Bearbeitungszyklus wiederholt durchgeführt wird, bei dem

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ein Spaltdurchbruch durch den Hochspannungs-Gleichstrom ein Niederspannungs-Gleichstrom-Impuls folgt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein Taktsignal-Oszillator 20 verwendet, um Taktimpulse einer Frequenz von beispielsweise 1 MHz zu erzeugen, die durch einen Zähler 22 verarbeitet werden, durch den Schalt- oder Steuerimpulse voreingestellter Parameter erzeugt werden, die an die Schalter 3 bzw. 31 in den jeweiligen primärseitigen Netzwerken der Umsetzer A und B angelegt werden, sowie an den Schalter 91 im nekundärseitigen Netzwerk des Niederspannungsumsetzers B.

Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 10 verwendet mehrere Niederspannungsumsetzer Bl, B2, B3, die parallel zueinander geschaltet sind und die selektiv betätigbar sind durch einen Schalter 23, um zusammen mit einem dazu parallel angeordneten Hochspannungsumsetzer A betrieben zu werden, um je nach Wunsch eine Grobbearbeitung, eine Mittelbearbeitung bzw. eine Feinbearbeitung zu erreichen.

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Dabei können für Grobbearbeitung alle Umsetzer Bl, B 2, B 3 betätigt sein, damit ein maximaler Spitzenstrom dem Bearbeitungsspalt G zugeführt werden kann. Bei Mittelbearbeitung können zwei Umsetzer B 1 und B 2 betätigt sein, während bei Feinbearbeitung lediglich ein einziger Umsetzer B 1 betätigt oder ausgelöst ist.

Die Weiterbildung der Schalteranordnung eines AC/DC/ HF/DC-Umsetzers, die in Fig. 11 dargestellt ist, ist so ausgebildet, daß eine Folge aufeinanderfolgender Impulsgruppen erzeugt wird, die voneinander durch eine Impulspause T „„ getrennt sind, wobei jede Gruppeneinschaltzeit T mehrere Einheitsimpulse aufweist mit einer Impulsdauer von T von beispielsweise 1 us und einer Impulspause Tf ^ von beispielsweise 1 με. Die Verwendung solcher Folgen von Impulsgruppen, die aus Eiriheitsimpulsen bestehen, hat den Vorteil, daß eine bessere Oberflächenbearbeitung, eine erhöhte Entfernungsgoschwindigkeit und eine verringerte relative Elektrodenabnutzung erreichbar sind aufgrund einer verbesserten Bearbeitungsstabilität. Wegen ihrer individuellen Größe ist jedoch eine außerordentlich hohe Ansprechgenauigkeit bzw. ein gutes Ansprechverhalten erforderlich, um derartige Einheitsimpulse geeignet zu steuern.

Bei Grobbearbeitung beispielsweise muß Bearbeitungsenergie mit ausreichend hoher Stromdichte mit den gruppierten Einheitsimpulsen abgegeben werden, ungeachtet der Tatsache, daß einzelne Einheitsimpulse ihrerseits ebenso in der Energie erhöht werden müssen. Bei einem herkömmlichen System zur Erzeugung von Gruppenimpulsen wird dabei der durch Gleichrichtung aus dem Netz-Wechselstrom erhaltener Gleichstrom geschaltet, wobei jedoch derartige Systeme nicht die genannten Anforderungen vollständig erfüllen können.

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Bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 11, die die Prinzipien der Erfindung verwendet, wird der als Transistor dargestellte Schalter 3 ₅ der an der Ausgangsseite des Gleichrichters 2 für den an Eingangsans_wchlüssen 1 erhaltenen
Netz-Wechselstrom und über das Filter 1 a geführten Netz-Wechselstrom wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen
durch einen Impulsgeber 24 gesteuert, der eine Impulsdauer ⁴^ und eine Impulspause V „„ für Einheitsimpulse definiert. Der Impulsgeber 24 besitzt einen Eingangsanschluß 24 a, der von einem UND-Glied 25 versorgt ist, das einen Eingangsanschluß 25 a besitzt, der von einem Impulsgeber 26 versorgt ist, der die Impulsdauer T und die Impulspause T „„ der
Impulsgruppen definiert.

Auf diese Weise wird der Schalter 3 eingeschaltet und gesteuert zum Pulsen des Gleichstrom-Ausgangssignals des
Gleichrichters 2, um aufeinanderfolgende Gruppen von Einheitsimpulsen mit einer Einschaltzeit T~ und einer Ausschaltzeit C ~~, die üblicherweise vom Impulsgeber 24 zum zumindest 1 μΞ bestimmt sind, während der Zeit T zu erzeugen, wobei diese üblicherweise 10 us bis 10 ms beträgt, während der der Impulsgeber 26 ein Impulsausgangssignal mit dem Pegel "1" abgibt. Der Schalter 3 wird umgeschaltet und ausgeschaltet gehalten, wenn und solange der Impulsgeber einen Pegel "0" abgibt oder kein Ausgangssignal abgibt, so daß eine Pausenzeit T „„ zwischen aufeinanderfolgenden Gruppen von Einheitsimpulsen eingeschoben sein kann. Ein typischer Modus solcher Folge von gruppierten Einheitsimpulsen ist in Fig. 14 a dargestellt. Die Anzahl der in jeder Gruppe einer Folge von Impulsgruppen enthaltenen Einheitsimpulse: ist abhängig von einem bestimmten erwünschten Bearbeitungsmodus bestimmt wie beispiels Grobbearbeitung, Mittelbearbeitung oder Feinbearbeitung. Die Impulsbreite T" und

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die Impulspause T _ff der Einheitsimpulse ist in ähnlicher Weise bestimmt abhängig vom gewünschten Bearbeitungsmodus derart, daß beim Feinbearbeiten £~Τ - 1 μδ und ΐΤρ*. - 10 bis 20 \JlS, daß beim Mittelbearbeiten T = 5 us und £"_ff. 15 bis 20 US₃ und daß be
und T*ff - 20 bis 50 us.

15 bis 20 US₃ und daß beim Grobbearbeiten T - 50 bis 100 με

Der zweite Eingangsansehluß 25 b des UND-Glieds 25 ist mit ein^r Detektorschaltungseinheit 27 verbunden, die auf die Entladungöbedingung im Bearbeitungsspalt G anspricht Diese Schaltungseinheit ist so ausgebildet, daß sie auf die Spa]tspannung anspricht, um eine Spannungs/Frequenz-Umsetzung (V/F-Umsetzung) durchzuführen, um Signalimpulse einer Frequenz abzugeben proportional der am Bearbeitungsspalt G erfaßten Spannung. Die Signalimpulse werden im UND-Glied mit den Ausgangsimpulsen vom Impulsgeber 26 kombiniert, wobei das kombinierte Signal am Impulsgeber 2k anliegt, damit so aufeinanderfolgende Gruppen von Einheitsimpulsen erzeugbar sind mit veränderter Impulsdauer C und/oder Impulspause? T^

Der Schaltbetrieb mittels des Schalters 3 mit dem Schwingungskondensator 6 erreicht einen hochfrequenten Impuls-Wechselstrom einer Frequenz in der Größenordnung von 500 kHz, der vom Transformator 5 umgesetzt oder transformiert wird. Der Transformator 5 ist bei diesem Ausführungsbeispiel so dargestellt, daß er eine erste Sekundärwicklung 53 a besitzt, die einen relativ niedrigen Spannungspegel von beispielsweise 35 V erzeugt, sowie eine zweite Sekundärwicklung 53 b besitzt, die einen relativ hohen Spannungspegel von beispielsweise 200 V erzeugt. Diese beiden Spannungs-Ausgangssignale werden nach Gleichrichtung durch den

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Halbwellengleichrichter 7 a bzw. 7 b über den Bearbeitungsspalt G gelegt, wobei der Hochspannungsimpuls zur Ansteuerung einer elektrischen Entladung im Spalt dient und wobei der Niederspannungsimpuls zum Aufrechterhalten der angesteuerten Bearbeitungsentladung dient. Der Umsetzer mit zwei Ausgängen bzw. Ausgangssignalen gemäß diesem Ausführungsbeispiel stellt ebenfalls Betriebssicherheit sicher sowie erhöhten Leistungswirkungsgrad. Darüber hinaus wird ermöglicht, daß die Größe des Transformators 5 viel kleiner ist, wodurch die Vorrichtung kompakter ist.

auf/ Weil der Impulsgeber 24 sowohl dan Ausgangssignal vom

Impulsgeber 26 als auch auf das AusgangssignaL der Detektorschaltung 27 anspricht, kann jedes der in Fig. 14 b und bis 14 d dargestellten Steuermuster erreicht werden. Fig. 14 b zeigt eine Folge von gruppierten Eiriheitsimpulson, bei denen sowohl T als auch T „„ abhängig vom Spaltzustand veränderbar sind derart, daß das Anlegen von Impulsen mit einer erhöhten Anzahl und el:.<-r vergrößerten Breite T einer Impulsgruppe und einem verringerten Impulsgruppen-Abstand T „_f arbeitet, wenn der Spalt G in zufriedenstellendem Zustand ist, wobei T verringert und T „„ erhöht wird, wenn die Entladungsbedingung zu einer Zerstörung odf-τ Beschädigung neigen sollte. Bei dem in Fig. 14 c dargoste]1-ten Impuls-Steuermuster werden die Impulsdauer und die Impulspause der Einheitsimpulse gesteuert, abhängig von den Spaltentladungsbedingungen, und beim Impulsmust^r gemäß Fig. 14 d werden die Parameter von sowohl den Eirihe its impulsen als auch den Impulsgrupperi simultan gesteuert.

Bei der Weiterbildung gemäß Fig. 12 sind der Impulsgeber 24, der die Impulsdauer ^ und Impulspause Z~_rf, der Einheitsimpulse bestimmt, und der Impulsgeber 26, der die

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Dauer T und die Pausenzeit T „„ bestimmt, mit einem UND-Glied 28 verbunden, dessen Ausgangssignal dem Schalter 3 zugeführt ist, um am Bearbeitungsspalt G, wie erläutert, aufeinanderfolgende Gruppen von Einheitsimpulsen zu erzeugen (Fig. l4 a). Bei dieser Weiterbildung ist der Impulsgeber- 2Λ so ausgebildet, daß er auf eine Steuerschaltung 29 anspricht, die ein Vergleichssignal zwischen der Spaltspannung und einer Bezugsspannung erzeugt zur Veränderung der Impulsdauer T und der Impulspause Τ~~*, der Einheitsimpulse. Gleichzeitig spricht der Impulsgeber 26 wie beim vorhergehenden Ausführungsbeispiel auf die Steuerschaltung 27 an zur Veränderung der Dauer T und der Pausenzeit T „„, derart, daß das in Fig. lh d dargestellte Stf-uermusterjerhalten wird. Bei Auftrennung der Verbindung zwischen der Steuerschaltung 27 und dem Impulsgeber 26 wird der in FLg. l^Jt c dargestellte Steuermodus erreicht.

Bei einer weiteren Ausbildung gemäß Fig. 13 besitzt der Gleichrichter 2 drei Gleichstrom-Ausgangsnetzwerke, die mit Schaltern 3 a₃ 3 b bzw. 3 c versehen sind. Ein dem Schalter 3 a zugeordneter Transformator 5 a erzeugt an seiner Sekundärwicklung eine hohe Spannung von 200 bis MOO V, wähiendd Ui den Schaltern 5 b bzw. 3 c zugeordneten Transformatoren ^£) b und ^r) c jeweils eine.' niedere Spannung von 30 bis 50 V erzeugen, wobei jedes Transformator-Ausgangssignal durch einen Halbwellengleichrichter 70 a, 70 b bzw. 70 c gleichgerichtet wird, um eine Folge von Impulsgruppen zu erzeugen, die über dem Maschinenspalt G einander überlagert sind. Der Schalter 3 a ist von einem Impulsgeber ^b gesteuert, der die Impulsdauer C und die Impulspause C ,,p der Einheits impu lse bestimmt, während die Schalter 3 b und 'ι c durch ei inen Impulsgeber 3²J gesteuert sind,

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or die Dauer T und die Pausenzeit T „„ von kontinuierlichen Impulsen bestimmt. Weiter ist der Impulsgeber 33 vom Impulsgeber 3^ so angesteuert, daß nur w Einheitsimpulse abgegeben werden können.

Impulsgeber 3^ so angesteuert, daß nur während der Zeit T

Durch die Steuerung der Schalter 3 b und 3 c erzeugte kontinuierliche Impulse werden nach Spannungsverringerung durch die Transformatoren 5 b bzw. 5 c zwischen Elektrode E und Werkstück W abgegeben. Durch die Verwendung von Mehrfachausgängen bzw. Mehrfachausgangssignalen wird erhöhte Bearbeitungsenergie auf diese Weise dem Bearbeitungsspalt G zugeführt mittels einer kompakten unterteilten Transformatoranordnung. Selbstverständlich wird, wenn ein weiter erhöhter Bearbeitungsstrom erwünscht ist, die Anzahl der parallelen Netzwerke erhöht. Hochfrequente Einheitsimpulse, die durch die Steuerung des Schalters 3 a erzeugt sind, werden in der Spannung durch den Transformator 5 a hinauftransformiert in einem Ausmaß, der zum Ansteuern einer elektrischen Entladung am Bearbeitungsspalt G genügt, und werden dann nach Gleichrichtung den kontinuierlichen Niederspannungs-Bearbeitungsirnpulsen überlagert. Auf diese Weise wird während jedes einzelnen kontinuierlichen Niederspannungsimpulses T eine Gruppe von Hochspannungs-Einheitsimpulsen mit der Impulsdauer J~ und der Impulspause 7~?f ^an~ gelegt. Da die Hochspannungs-Einheitsimpulse zum Auslösen der Entladung verwendet werden, wird ein gelegentlicher Bogen oder ein gelegentliches Kurzschließen leicht ausgelöscht lediglich durch eine Unterbrechungssteuerung der Hochspannungs-Einheitsimpulse, um eine sofortige Wiederherstellung des normalen und stabilisierten Bearbeitens zu gewährleisten. Wenn entweder einer oder beide Impulsgeber 33, 3^t auf ein Spaltinformationsnetzwerk 35 ansprechen, kann die Impulsdauer I und/oder die Impulspause ι _„ der Ein-

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heitsimpulse und/oder die Dauer T und/oder die Pause T __ der kontinuierlichen Impulse automatisch gesteuert werden, um ein stabiles Bearbeiten mit erhöhtem Wirkungsgrad zu ermöglichen .

Fig. 15 zeigt die Anwendung eines erfindungsgemäßen AC/DC/HF/ÜC-Umsetzers bei einem elektrischen Funkenniederschlagsverfahren. Bei diesem System werden die in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen erläuterten Prinzipien im wesentlichen verwendet, wobei der Bearbeitungsspalt G durch eine Niederschlagselektrode E und ein dieser gegenüberliegendes Werkstück W gebildet ist. Die Niederschlagungselektrode E ist als gegenüber dem Werkstück W mittels eines elektromechanischen Oszillators 36 schwingend dargestellt, wie das übliche Praxis ist.

Bisher wird bei der Stromversorgung für einen elektrischen Funkonniederschlag, bei dem der Werkstoff der vibrierenden oder schwingenden Elektrode erodiert wird mittels der Energie einer elektrischen Entladung und auf der Fläche des Werkstücks niedergeschlagen wird, das Aufladen und das Entladen eines Kondensators verwendet, der über die Elektrode und das Werkstück geschaltet ist. Derartige Systeme zeichnen sich durch eine begrenzte Niederschlagungsgeschwindigkeit und die Möglichkeit der Fehlanordnung der erodierten Schicht aus, die einmal auf dem Werkstück niedergeschlagen worden ist.

Der erfindungsgemäße AC/DC/HF/DC-Umsetzer hat nun gezeigt, daß er diese Probleme überwinden kann, insbesondere wenn Impulse zur Anlage über den Niederschlagungsspalt dadurch so gesteuert werden, daß sie in aufeinanderfolgenden

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Gruppen abgegeben werden können, die voneinander durch eine geeignet gesteuerte Pausenzeit getrennt sind.

Wie bei den vorhergehenden Schaltungsanordnungen erzeugt der Gleichrichter 2 ein Gleichstrom-Ausgangssignal, das durch einen Schalter 3 gepulst wird. Das Schaltsteuersignal wird hier von einem UND-Glied 37 zugeführt, dessen erster Eingangsanschluß 37 a rait einem Oszillator oder Impulsgeber 38 verbunden ist, der Steuee-Finheitsimnulse erzeugt und dessen zweiter Eingangsanschluß 37 b mit einem zweiten UND-Glied 39 verbunden ist. Dieses letztere UND-Glied 39 ist mit einem zweiten Oszillator oder Impulsgeber 43 verbunden, der daran Steuersignale zum periodischen oder intermittierenden Unterbrechen der Einheitsimpulse anlegt. Das UND-Glied 39 ist auch mit einem Spaltdetektor 44 verbunden, der zwischen der Niederschlagungselektrode E und dem Werkstück W angeschlossen ist.

Bei dem Verfahren mit elektrischem Furikenniedersehlag wird der Spitzenabschnitt der von einer elektrischen Entladung erhitzten Elektrode E auf die Oberseite des Werkstücks W übertragen und niedergeschlagen, während die Elektrode E davon zurückgezogen wird, wodurch das Kühlen des erodierten Werkstoffs erreicht wird. Mit dem wiederholten Erwärmen und Abkühlen, das durch die elektrische Entladung zwischen den Elektroden und durch die Trennung erreicht wird, schreitet der Niederschlag weiter fort. Das Schwingen oder Vibrieren der Elektrode E wird üblicherweise mit der Frequenz des Netz-Wechselstroms erreicht, um periodische Berührung und Trennung zu erreichen, während die Bearbeitungsimpulse hier mit einer Frequenz von zumindest 1 kHz so erzeugt werden, daß eine Anzahl von elektrischen Entladungen während jedes Schwingungszyklusses erzeugt wird,

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Folglich wird eine erhöhte Niederschlagungsgeschwindigkeit erreicht im Vergleich zur herkömmlichen Schaltungsanordnung mit. der Kondensatorauf- und -entladung, bei der die Elektrodenschwingung und die Impulserzeugung zueinander synchron sind.

Der Ein-Ausschaltbetrieb des Schalters 3, abhängig von Signalen von sowohl dem Impulsgeber 38 als auch dem Impulsgeber 43 erreicht über dem Niederschlagungsspalt G aufeinanderfolgende Gruppen von Einheitsimpulsen mit einer Dauer T jeder Gruppe, die durch eine Pausenzeit T „„ voneinander getrennt sind, mit siner vorgewählten Anzahl von Einheitsimpulsen einer Impulsdauer ?*_Qn und einer Impulspause

~ „_P, wie in Fig. 16 dargestellt. Üblicherweise liegen

und Z"pf in einem Bereich von 10 bis 200 us und liegen T

und T „„ in einem Bereich von ^00 us bis 10 ms.

Das Zwischenfügen dor Pausenzeit T „„ erreicht wirksam die Kühlung der erhitzten Elektrode E, damit sie für folgende Entladungen nachfolgend bereit ist. Eine Anzahl von Pausenzyklen wird erreicht, während die Elektrode E in Berührung mit dem Werkstück W gebracht ist. Es hat sich gezeigt, daß dadurch die Niederschlagungsgeschwindigkeit deutlich erhöht wird, wobei gleichzeitig die Oberflächenqualität der niedergeschlagenen Oberflächenschicht verbessert ist.

Der¹ auf die elektrische Bedingung bzw. den elektrischen Zustand zwischen der Elektrode E und dem Werkstück W ansprechende Spaltdetektor 44 ist so ausgebildet, daß er ein "0"-Signal abgibt, wenn der Spalt G zu groß ausgedehnt ist, wobei das "0"-Signal an das UND-Glied 39 angelegt wird, um dieses zu sperren. Steuersignale vom Impulsgeber 43 können auf diese Weise nicht mehr durch das UND-Glied 39 hindurch-

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treten und das UND-Glied 37 erreichen, so daß der Schalter ausgeschalten oder gesperrt gehalten ist und daß keine Ausgangsimpulse an den Bearbeitungsspalt G angelegt werden. Die Unterbrechungssteuerung der Niederschlagungsimpulse kann hier auch abhängig von hochfrequenten Einheitsimpulsen durchgeführt werden, wodurch ein stabilisiertes Niederschlagungsverfahren erreichbar ist, das mit erleichterter Bearbeitungsimpulsregelung bzw. -steuerung fortschreitet synchron zur Schwingung für die in Berührungbringung bzw. die Abtrennung der Elektrode.

Der erfindungsgemäße AC/DC/HP/DC-Umsetzer ist ebenso wirksam bei einem Lichtbogenschweißverfahren anwendbar.

In Fig. 7 ist schematisch ein Lichtbogen-Schweißsystem dargestellt, das aufweist: Werkstücke W 1 und W 2, die miteinander zu verschweißen sind mittels eines von einer Schweißstabelektrode E zugeführten Werkstoffs, wobei die Stabelektrode von einem Halter H gehalten ist, wobei ein Paar von Ausgangsanschlüssen 45 einer Schweißstromversorgung gemäß der Erfindung, wie dargestellt, über die Elektrode E und das Werkstück W 2 geschaltet sind. Ein Leistungspulsierungs-Schalter 3 ist vorgesehen, wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen, an der Gleichstromseite eines Gleichrichters 2 für den Netz-Wechselstrom, der an dem Eingangsanschluß 1 empfangen wird, wobei der Schalter 3 durch den Betrieb eines Hochfrequenz-Impulsgebers 46 (HF) und eines Niederfrequenz-Impulsgebers (LF) so betrieben ist, daß aufeinanderfolgende Gruppen von Einheitsimpulsen an den Ausgangsanschlüssen 45 des Systems auftreten können. Eine derartige Gruppierung bzw. periodische Unterbrechung von Einheitsimpulsen wird beim Ausführungsbeispiel gemäß 47 mittels eines Steuerschalters 3 a erreicht.

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Der HF-Impulsgeber 46 ist so ausgebildet, daß er Steuerimpulse einer Impulsdauer C und einer Impulspause ( „„ einer Frequenz von beispielsweise 10 kHz abgibt, und zwar mit einem Signalverlauf, wie in Fig. 19 a dargestellt, während der LF-Impulsgeber Steuerimpulse einer Impulsdauer T und einer Impulspause oder Pausenzeit T „_f einer Frequenz von beispielsweise 100 Hz und einem Signalverlauf, wie in Fig. 19 b dargestellt, abgibt. Folglich erreichen die erzeugten Ausgangsimpulse, die auch aus dem Schalter 3 a austreten, einen Signalverlauf, wie er in Fig. 19 c dargestellt ist. Schweißstromimpulse oder -1< Etungsimpulse, die über den Schweißstab E und die Werkstücke W 1 und W 2 geführt werden, nehmen ihrerseits einen Signalverlauf an, wie er in Fig. 19 d dargestellt ist. Die Ausgangsspannung V dieser Impulse ist so eingestellt, daß sie ausreichend hoch ist, um '-inen Lichtbogen ohne Ausfall anzusteuern, wobei der Liehtbogcnntron Ip ausreichende Stromstärke besitzt, um einen stabilisierten gepulsten Lichtbogen aufrechtzuerhalten.

In Fig. l8 sind zwei Sätze von Eingangsanschlüssen 1*, l^tr, :iwi-i Gleichrichter 2', 2", Schaltglieder 3', 3", 3^ttT, :',w< i üi'upf■( π oder Sätze von Ausgangsanschlüssen ¹J^', ^5^ΙΓ voi'j-.L-oi'hcn, die dem Eingangsanschluß 1, dem Gleichrichter 2, dem Schalt- r 3 und dom Ausgangsanschluß '<5 des Ausführungsbeispi« Is f'-rnäfc Fig. 17 entsprechen. Ein Taktoszillator oder -impu !::[·■ -l-er HQ enti'pricht einem Teil des HF-Impulsgebers ^;1ί, gf-mäß i-'ij¹·.- 17· Andere Schaltelemente der Schaltungsanordiiunr ρ ni-'iß Fig. 18, die eine? ausführlichere Darstellung dir Schaltungsanordnung gemäß Fig. 17 bildet, weisen UND-Glifdi.r ',h, ','j, <)6 und 57, voreinstellbare Zähler 61, 62, 1-3 und ( h ;:um Bestimmen von Vr·^» ^ ' ^T ff ^bzw· ^T » ^h^~

Utab j 1 ί ί-Γ-Kippgl i eder 65, 66, einen Teiler 67, HochfrequenziraiKifori:-.-¹ i'"n ^c< und ^lj^l , einen Halbwellengleichrichter 7 und 1 iri'-n K'.>r."iu1.'jt or od<-r Umschalter 68 mit den dargestellten Scha]tungovf-rl·indungen auf.

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Im Betrieb werden, wenn das bistabile Kippglied 65 gesetzt ist, HF-Impulse vom Oszillator oder Impulsgeber 48 über das UND-Glied 55 geführt und vom Zähler 62 gezählt. Wenn der Zählerstand einen vorgegebenen Wert erreicht, gibt der Zähler 62 einen Ausgangsimpuls ab, der das Kippglied 65 rücksetzt. Dadurch wird erreicht, daß nunmehr HF-Impulse vom Impulsgeber 48 über das UND-Glied 5¹J in den Zähler 6l eintreten, um dort gezählt zu werden. Dann wird, wenn der Zählerstand des Zählers 6l einen voreingestellten Wert erreicht, das bistabile R3-Kippglied 65 wieder in den gesetzten Zustand rückgeführt. Durch die Wiederholung dieses Zyklus werden Ausgangssignalimpulse, wie in Fig. 19 a dargestellt, vom bistabilen Kippglied 65 abgegeben oder erzeugt.

Das bistabile Kippglied 66 erzeugt in ähnlicher Welse Ausgangssignale. Da hier jedoch ein Teiler 67 im Eingangskanal vorgesehen Ist, besitzen letztere Signale eine Frequenz, die wesentlich niedriger ist als die Frequenz der Ausgangsimpulse vom bistabilen RS-Klppglied 65.

Die Frequenzen und Tastverhältnisse der Ausgangsimpulse der bistabilen RS-Kippglieder 65 und 66 sind leicht und genau voreinstellbar durch Einstellen der Frequenz des Taktimpulsgebers H8jdes Frequenzteilverhältnisses des Teilers 67 und der voreingegebenen Pegeln der Zähler 6l, 62, 63 und 64.

Die Ausgangssignale der bistabilen RS-Kippglieder 65, 66 werden einem UND-Glied 69 zugeführt, dessen Ausgangssignal so den in Fig. 19 c dargestellten Signalverlauf erhält. Wenn der Umschalter 68 mit dem Ausgangsansehluß des Gleichrichters 7 verbunden ist, entsteht ein gepulster Schweißstrom, wie in Fig. 19 d dargestellt, an den Anschlüssen 45'

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und werden zwischen der Elektrode E und dem Werkstück W₃ W¹ angelegt. Andernfalls, oder falls der Umschalter 68 mit dem anderen Ausgangsanschluß verbunden ist, werden bipolare oder abwechselnde HP-Impulse erzeugt, jeweils mit einer Impulsdauer L und in einer Folge von Gruppen einer Frequenz von 1 Hz. Das Ausgangssignal des bistabilen Kippglieds 65 wird auch zum Steuern des Schaltelements 3'' an der Primärseite deb Transformators 5' verwendet, während das Ausgangssignal des bistabilen Kippglieds 66 zur Steuerung des Schaltelemente 3^Itf an der Sekundärseite des Transformators 5' verwendet wird, um von den Anschlüssen 45'' einen gepulsten Schweißstrom mit dem Signalverlauf gemäß Fig. 19 d über die Schweißelektrode E und das Werkstück W, W¹ zu führen.

Durch die Erfindung wird daher eine verbesserte Stromversorgung für elektrische Bearbeitung erreicht, die so verkleinert ist, daß sie kompakt und wirtschaftlich ist, wobei ein störungsfreier Bearbeitungsbetrieb mit erhöhtem Wirkungsgrad erreicht ist.

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Leerseite

Claims

Ansprüche

.) Stromversorgungsschaltung für elektrische Bearbeitung, gekennzeichnet durch

eine Eingangseinrichtung (1, 1 a) zum Empfang eines Netz-Wechselstroms ,

einen Gleichrichter (2) zum Umsetzen des Netz-Wechselstroms in einen Gleichstrom,

eine Einrichtung zum Pulsen dieses Gleichstroms zur Erzeugung eines hochfrequenten Wechselstroms oder eines gepulsten Ausgangssignals einer Frequenz, die wesentlich höher ist als die des Netz-Wechselstroms,

einen Transformator (5) zum Transformieren des Spannungspegels des hochfrequenten Ausgangssignals auf einen gewünschten Pegel, und

eine Einrichtung, um aus dem transformierten Ausgangssignal eine Folge von Impulsen in einer Richtung mit vorgegebenen Impulsparametern zu schaffen, zu deren Anlage über einen Bearbeitungsspalt, der zwischen einer elektrischen Bearbeitungselektrode und einem gegenüberliegenden Werkstück gebildet ist.

581-(A 58S)-Me-V

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ORIGINAL INSPECTED
2. Stromversorgung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulsierungseinrichtung ein Schaltelement (3) enthält, das in Reihe mit dem Gleichrichter (2) und einer Primärwicklung (51) des Transformators (5) geschaltet ist und abhängig von einem Oszillator (4) betreibbar ist zur Erzeugung des hochfrequenten Ausgangssignals mit der vom Oszillator (4) vorgegebenen Frequenz.
3. Stromversorgung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des hochfrequenten Ausgangssignals zumindest 1 kHz beträgt.
4. Stromversorgung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des hochfrequenten Ausgangssignals zumindest das Doppelte der Wiederholfrequenz der Einrichtungs-Impulse beträgt.
5. Stromversorgung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung der Einrichtungs-Impulse einen Gleichrichter und ein zweites Schaltelement enthält, das in Reihe mit einer Sekundärwicklung (53₃ 54) des Transformators (5) geschaltet ist, wobei das zweite Schaltelement (93, 94) abhängig von einem zweiten Oszillator (10, 11) betreibbar ist mit voreingestellten Impulsparametern der Einrichtungs-Impulse.
6. Stromversorgung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (5) mehrere zusätzliche Sekundärwicklungen (53, 54, 55 .·. 5 n) besitzt, deren zumindest einige einen Spannungsstabilisator ausgangsseitig

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aufweisen, um Bauteile der elektrischen Bearbeitungsausrüstung zu erregen.
7. Stromversorgung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen Spaltdetektor (l6, 27, 35, 44), der zumindest auf eine elektrische Variable des Bearbeitungsspaltes (G) anspricht zur Steuerung des Betriebs von zumindest einem von erstem und zweitem Oszillator (4, 10, 11) zur Veränderung der Einrichtungs-Impulse abhängig vom Bearbeitungszustand im Bearbeitungsspalt (G) für elektrische Bearbeitung.
8. Stromversorgung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch ein elektrisches Filter (1 a) zwischen der Eingangseinrichtung (1) und dem Gleichrichter (2).
9. Stromversorgung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator (6) parallel zur Primärwicklung (51) des Transformators (5) geschaltet ist.
10. Stromversorgung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum intermittierenden Unterbrechen der Einrichtungs-Impulse, um aufeinanderfolgende Gruppen von Bearbeitungsimpulsen zu schaffen, die voneinander durch eine Pausenzeit getrennt sind.

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