DE2954545C2

DE2954545C2 -

Info

Publication number: DE2954545C2
Application number: DE2954545A
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Setagayaku Tokio/Tokyo Jp Inoue
Original assignee: INOUE-JAPAX RESEARCH Inc YOKOHAMA KANAGAWA JP
Current assignee: INOUE-JAPAX RESEARCH Inc YOKOHAMA KANAGAWA JP
Priority date: 1978-06-14
Filing date: 1979-06-15
Publication date: 1992-03-19
Anticipated expiration: 1999-06-16
Also published as: IT7949405A0; DE2924170C2; IT1116248B; US4659894A; FR2428494B1; US4516009A; GB2026921B; DE2924170A1; GB2026921A; FR2428494A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Kondensator-Stromversorgung für Funkenerosionsmaschinen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung und kann u. a. auch bei der elektrochemi schen Werkstückbearbeitung eingesetzt werden.

Aus der US 32 46 113 ist eine derartige Kondensator-Strom versorgung für Funkenerosionsmaschinen bekannt, bei welcher mehrere Kondensatoren untereinander sowie zum Arbeitsspalt parallel geschaltet sind und von einer gemeinsamen Stromversor gung über gesonderte Aufladekreise aufgeladen werden. Der Entladekreis jedes Kondensators enthält neben der Impedanz des Aufladekreises einen Gleichrichter, der gegenüber Strom durch je eine Diode geschützt wird. Jede Entladeschaltung der ein zelnen Kondensatoren enthält einen monostabilen Multivibrator, wobei der erste dieser Multivibratoren von einem Impulsgene rator angesteuert wird. Das Ausgangssignal dieses ersten Multivibrators steuert den Gleichrichter und gleichzeitig den Multivibrator des nächstfolgenden Entladekreises, so daß die parallelgeschalteten Kondensatoren nacheinander entladen wer den und im Bearbeitungsspalt eine Gruppe von Bearbeitungs impulsen erzeugt wird, wenn deren Anzahl der Anzahl der Kon densatoren entspricht. Die Dauer der einzelnen Bearbeitungs impulse wird von der Art und Größe der Kondensatoren sowie vom Ansprechverhalten der Schaltelemente bestimmt. Eine Einstel lung in der Gesamtdauer einer Impulsgruppe sowie der Pausen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsgruppen in Anpassung an besondere Parameter der Erosionsmaschine bzw. des Werk stückes ist mit dieser Schaltungsanordnung nicht möglich.

Aus der DE 25 49 331 ist eine Schaltungsanordnung für z. B. Schweißmaschinen bekannt, die den Anschluß der Schweißmaschine an ein Einphasen-Wechselstromnetz und auch an ein Drehstromnetz ohne Leistungstransformator ermöglichen soll. Es sind vier gesonderte Lade- und Entladekreise vorgesehen, wobei jeder Kreis einen Speicherkondensator und in Reihe geschaltet eine Diode sowie einen Ladethyristor enthält. Die Anoden sämtlicher Entladethyristoren sind über eine Induktionsspule an die Elek trode der Schweißeinrichtung angeschlossen. Die Erzeugung von Impulsgruppen mit veränderlicher Dauer und/oder Pausen ist nicht möglich.

Aus der US 39 43 321 ist schließlich eine Schaltungs anordnung für eine Funkenerosionsmaschine bekannt, mit welcher zur Verbesserung der Abtragsleistung und Verminderung des Elektrodenverschleißes der Durchschnittswert der Stromstärke im Spalt gesteuert werden kann, und zwar durch Vorsehen von Pausen zwischen aufeinanderfolgenden Impulszügen mit einer Frequenz von mindestens 200 Hz und durch Steuern der Impuls anzahl und der Impulsdauer in den einzelnen Impulszügen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Kondensator- Stromversorgung für eine Funkenerosionsmaschine zu schaffen, die eine erhöhte Abtragsleistung, d. h. eine größere Abtrags geschwindigkeit bei vorgegebener Oberflächenqualität oder feinere Oberflächen bei vorgegebener Abtragsgeschwindigkeit, ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist Gegenstand des Anspruchs 2.

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

Fig. 1 ein Schaltbild einer Kondensator-Stromver sorgung und einer Entlade-Schaltung für die Kondensatoren;

Fig. 2 den Signalverlauf von Bearbeitungsimpulsen bei Verwendung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1;

Fig. 3 ein Schaltbild einer Weiterbildung der Schal tungsanordnung nach Fig. 1.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind mehrere Kondensa toren 30a bis 30e zum aufeinanderfolgenden Entladen über einen Bearbeitungsspalt G zwischen einer Laufdrahtelektrode E und einem Werkstück W vorgesehen. Die Kondensatoren 30a bis 30e werden von einer gemeinsamen Gleichstromquelle 31 über Gleich richter oder Dioden 32a bis 32e aufgeladen, wenn ein Transi storschalter 33 leitend ist. Die Kondensatoren 30a bis 30e werden aufeinanderfolgend über den Bearbeitungsspalt G ent laden, wenn Thyristoren 35a bis 35e aufeinanderfolgend durch geschaltet werden.

Ein System zum Betätigen des Transistors 33 im Ladekreis und der Thyristoren 35a bis 35e im Entladekreis enthält einen Zäh ler 36, einen Decodierer 37 und einen Taktgeber 38. Wenn die Thyristoren 35a bis 35e im Entladekreis hintereinander durch diese Elemente ein- bzw. ausgeschaltet werden, wird eine Folge hochfrequenter Impulse erzeugt.

Ein dem Zähler 36 vorgeschaltetes UND-Glied 39 ist über einen ersten Eingang an den Taktgeber 38 und einen zweiten Eingang an einen Inverter 40 angeschlossen, der mit einem Ausgang G des Decodierers 37 verbunden ist. Das Signal dieses G-Ausgangs des Decodierers 37 wird auch einem monostabilen Multivibrator 41 zugeführt, der den Transistorschalter 33 im Ladekreis mit einer relativ niedrigen Frequenz ansteuert. Der Multivibrator 41 ist mit dem Zähler 36 über ein UND-Glied 42 verbunden, das über eine Verzögerungsschaltung 43 ein Löschsignal für den Zähler 36 erzeugt, wenn das Multivibratorsignal erzeugt wird.

Der Transistorschalter 33 wird zum gemeinsamen Aufladen der Kondensatoren 30a bis 30e eingeschaltet. Das Entladen der Kondensatoren 30a bis 30e erfolgt durch die aufeinanderfol gende Einschaltung der Thyristoren 35a bis 35e. Der Zähler 36 zählt Impulse vom Taktgeber 38, so daß Signale aufeinander folgend an Ausgängen a, b, c, d und e des Decodierers 37 auftreten. Ein Ausgangsimpuls am Anschluß a aktiviert den Thyristor 35a, wodurch der Kondensator 30a über die Draht elektrode E und das Werkstück W entladen wird. Dann schaltet der Ausgangsimpuls vom Anschluß b den Schalter 35b durch, wo durch der Kondensator 30b entladen wird. In ähnlicher Weise werden jeweils bei der Betätigung der Anschlüsse c, d und e die Schalter 35c, 35d und 35e eingeschaltet und die Konden satoren 30c, 30d und 30e entladen. Wenn alle Kondensatoren 30a bis 30e entladen sind, gibt der Anschluß G des Decodierers 37 ein Signal zum Betätigen des monostabilen Multivibrators 41 und zum gleichzeitigen Sperren des Zählers 36 für den Durch tritt des Zeitsteuersignals über das UND-Glied 39.

Der Multivibrator 41 erzeugt niederfrequente Einschaltimpulse für den Transistorschalter 33 zur gleichzeitigen Aufladung der Kondensatoren 30a bis 30e. Die Ladezeit ist durch die im Mul tivibrator 41 eingestellte Dauer dieser Impulse bestimmt. Am Ende des Impulses wird das UND-Glied 42 freigegeben und der Zähler 36 gelöscht. In diesem Fall endet auch das Ausgangs signal am Anschluß G des Decodierers 37 zur Freigabe des UND-Glieds 39, so daß der Zähler 36 mit dem Zählen der Takt impulse aus dem Taktgeber 38 beginnen kann. Gleichzeitig ist der Ladetransistor 33 zur Trennung der Kondensatoren 30a bis 30e von der Ladequelle 31 bereits geschlossen.

Der Zähler 36 beginnt das Vorwärtszählen vom Wert Null, und abhängig von den gezählten Zahlen werden aufeinanderfolgende Signalimpulse an den Anschlüssen a, b, c, d und e des Decodie rers 37 zum Durchschalten der Schalter 35a bis 35e erzeugt, so daß die Kondensatoren 30a bis 30e aufeinanderfolgend entladen werden. Da der Taktgeber 38 mit hoher Frequenz schwingt und hochfrequente Impulse vom Zähler 36 und dem Decodierer 37 den Thyristoren 35a bis 35e aufeinanderfolgend zugeführt werden, ergeben sich auch hochfrequente Entladungen der Kondensatoren 30a bis 30e.

Auf die vorstehend beschriebene Weise wird eine stabilisierte Erzeugung von Bearbeitungsimpulsen durch einen konjugierten Betrieb des Ladeschalters 33 und der Entladeschalter 35a bis 35e erreicht. Der als Ladeschalter wirkende Transistor 33 ist während der Entladevorgänge der Kondensatoren 30a und 30e gesperrt, wobei die als Entladeschalter 35a bis 35e wirkenden Thyristoren gesperrt sind, während die Kondensatoren 30a bis 30e geladen werden.

Fig. 2 zeigt den Signalverlauf von gruppenförmigen Bearbei tungsimpulsen mit einer Schaltungsanordnung nach Fig. 1. In jeder Impulsgruppe befinden sich fünf Bearbeitungsimpulse, die sich aus der Entladung der Kondensatoren 30a bis 30e ergeben. Die Dauer τ_ein der Bearbeitungsimpulse wird von den Kondensa toren bestimmt, die gleiche Kapazität und Entladungscharakte ristik besitzen. Die Pausen τ_aus zwischen den einzelnen Bearbeitungsimpulsen 38 werden vom Taktgeber, dem Zähler 36 und dem Decodierer 37 bestimmt und können eingestellt werden. Mehrere Bearbeitungsimpulse bilden Gruppen, deren Dauer T_ein und deren Pausen T_aus gesteuert werden können. Bei einer grö ßeren Anzahl an Kondensatoren ergibt sich eine erhöhte Anzahl an Bearbeitungsimpulsen in jeder Impulsgruppe T_ein. Ein anderer Signalverlauf der Impulsgruppen kann durch Verwendung von Kondensatoren 30a bis 30e mit unterschiedlichen Kapazitäten und Entladungscharakteristiken erreicht werden. Die Impuls gruppen-Pause T_aus wird durch die Aufladezeit der Kondensa toren bzw. die Einschaltzeit des Transistors 33 bestimmt, wel che im Multivibrator 41 eingestellt werden kann. Die Dauer τ_ein und die Pausen τ_aus der Bearbeitungsimpulse können zwischen 1 bis 100 µs liegen, während die Dauer T_ein und die Pausen T_aus der Impulsgruppen im Bereich von 10 bis 100 ms liegen können.

Mit den zyklisch unterbrochenen Impulsgruppen aus hochfrequen ten Bearbeitungsimpulsen kann das Werkstück W funkenerosiv mit erhöhtem Wirkungsgrad bearbeitet werden, d. h. mit einer erhöhten Vorschubgeschwindigkeit, einer verbesserten Oberflä chenrauhigkeit und einem verringerten relativen Elektroden verschleiß. Darüber hinaus ermöglicht die zyklische Unter brechung der Elementarimpulse, daß Bearbeitungsentladungen mit erhöhtem Spitzenstrom I_p erzeugt werden können, wobei dies auch zur Verbesserung der Vorschubgeschwindigkeit beiträgt. Da jeder Impulsgruppe T_ein eine Abschaltperiode T_aus folgt, können Bearbeitungsspäne, Teer und Gase, die sich bei der Bearbeitung im Spalt G angesammelt haben, in dieser Periode ausgespült werden, was die Stabilität und Effizienz der folgenden Ab tragsvorgänge verbessert und Kurzschlüsse oder Lichtbogen ver meidet.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind mehrere Kondensa toren 50a, 50b, 50c parallel zueinander und zum Arbeitsspalt G geschaltet, wobei, wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, Thyristoren 51a bis 51c als Entladeschalter nacheinander durch eine Steuerschaltung 52 zum aufeinanderfolgenden Entladen der Kondensatoren 50a bis 50c durchgeschaltet werden. Die Konden satoren 50a bis 50c werden von einer Gleichstromversorgung 53 aufgeladen, die auch gleichgerichtete Ausgangssignale aus einem Netz-Wechselstrom (wie bei dem vorhergehenden Ausfüh rungsbeispiel) erzeugen kann.

Der Gleichstromversorgung 53 ist ein Leistungsschalter 54 zugeordnet, der durch eine Steuerschaltung periodisch ein- und ausgeschaltet wird, die einen Hochfrequenzoszillator 55 und einen Niederfrequenzoszillator 56 enthält. Beide Oszillatoren 55 und 56 sind über ein UND-Glied 57 mit den Steuerelektroden des Leistungsschalters 54 verbunden. Folglich entstehen nie derfrequente Impulsgruppen aus einzelnen hochfrequenten Bear beitungsimpulsen an der Primärwicklung eines Transformators 58, die in Wechselstromimpulszüge an drei Sekundärwicklungen 58a, 58b und 58c des Transformators 58 umgesetzt werden. Die niederfrequenten Wechselstromimpulszüge aus hochfrequenten Wechselstromimpulsen in jeder Sekundärwicklung 58a, 58b, 58c werden individuell durch Gleichrichter oder Dioden 59a, 59b und 59c in einen niederfrequenten Gleichstromimpuls zum Auf laden der Kondensatoren 50a, 50b und 50c umgesetzt. Während der Zeitperiode, in der die Kondensatoren 50a, 50b und 50c aufgeladen werden, sind die Schalter 51a, 51b und 51c und damit die jeweiligen Entladungskreise abgeschaltet.

Bei Beendigung der im Niederfrequenzoszillator 56 einge stellten Aufladezeit geht das Ausgangssignal des UND-Gliedes 57 auf "Null" zurück, um den Schalter 54 zu sperren. Zu diesem Augenblick gelangt ein Triggersignal vom Oszillator 56 zu einem Impulsgeber 52, der die Thyristoren 51a, 51b und 51c nacheinander einschaltet, um die Kondensatoren 50a, 50b, 50c aufeinanderfolgend zu entladen. Nach der Entladung aller Kon densatoren wird ein Signal zum niederfrequenten Oszillator 56 rückgeführt, damit der Schalter 54 in Betrieb bleibt, um ein Aufladen der Kondensatoren 50a, 50b, 50c zu erreichen. Durch Wiederholen dieser Lade- und Entlade-Zyklen der Kondensatoren 50a bis 50c werden Impulsgruppen (T_ein, T_aus) aus einzelnen Bearbeitungsimpulsen (τ_ein, τ_aus) gemäß Fig. 2 erzeugt. Bei dieser Anordnung enthält eine Impulsgruppe drei Bearbeitungs impulse, wobei die Anzahl der Kondensatoren zum simultanen Laden und aufeinanderfolgendem Entladen erhöht werden kann, um die Anzahl von Elementarimpulsen in jeder Impulsgruppe zu ver größern.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3, das einen Gleichstrom/ Hochfrequenz/Gleichstrom- oder einen Wechselstrom/Gleichstrom/ Hochfrequenz/Gleichstrom-Inverter oder -Wandler enthält, ist vorteilhaft, weil die Ladespannung für die Kondensatoren beliebig gesteuert und auf einen höheren Pegel gehalten werden kann, was eine beschleunigte Aufladung der Kondensatoren er möglicht. Weiter ergibt sich bei dem mit erhöhter Frequenz ge steuerten Inverter ein verbessertes Ansprechverhalten, wodurch die Frequenz der Impulsgruppen erhöht werden kann.

Claims

1. Kondensator-Stromversorgung für Funkenerosionsmaschi nen, mit

- mehreren untereinander und zum Arbeitsspalt (G) pa rallelgeschalteten Kondensatoren (30a bis 30e; 50a bis 50c), die in jedem Bearbeitungszyklus aufeinan derfolgend entladen werden,
- einem Entladeschalter (35a bis 35e; 51a bis 51c) im Entladungskreis jedes Kondensators (30a bis 30e; 50a bis 50c),
- einer Auflade-Schaltung zum periodischen Aufladen der Kondensatoren (30a bis 30e; 50a bis 50c) durch eine Gleichstromquelle (31; 53) und
- einem Entladeimpulsgenerator (36, 37, 38) zur Ansteu erung der Entladeschalter (35a bis 35e; 51a bis 51c),

dadurch gekennzeichnet,
daß die Auflade-Schaltung einen Aufladeimpulsgenera tor (33, 41) zum gleichzeitigen Aufladen aller Konden satoren (30a bis 30e; 50a bis 50c) mit einer einstell baren Aufladezeit aufweist,
daß der Entladeimpulsgenerator (36, 37, 38) Steuerim pulse mit einstellbarer Hochfrequenz an die Entlade schalter (35a bis 35e; 51a bis 51c) und an den Aufla deimpulsgenerator (33, 41) abgibt,
wobei in jedem Entladezyklus der Kondensatoren (30a bis 30e; 50a bis 50c) eine aus Elementarimpulsen gebildete Impulsgruppe erzeugt wird und aufeinanderfolgende Im pulsgruppen durch eine Pause T_aus getrennt sind, deren Dauer der Aufladezeit des Aufladeimpulsgenerators (33, 41) entspricht.

2. Kondensator-Stromversorgung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladeschalter (54) zwischen der Gleichstromquel le (53) und der Primärwicklung eines Transformators (59) geschaltet ist und von einem Hochfrequenzoszilla tor (55) sowie von einem Niederfrequenzoszillator (56) über ein UND-Glied (57) angesteuert wird und daß die Sekundärwicklungen (58a bis 58c) des Transformators (59) jeweils über Gleichrichterschaltungen (59a bis 59c) mit den Kondensatoren (50a bis 50c) verbunden sind.