DE3107580C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Impulsgenerator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Dieser Impulsgenerator ist insbesondere vorteilhaft einsetzbar, um eine Folge hoch­ frequenter Rechteckimpulse zu erzeugen, die beispielsweise beim elektroerosiven oder elektrischen Entladungs-Bearbeiten (EDM-Bearbeiten) benötigt werden.

Ein Impulsgenerator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der US-PS 36 97 879 bekannt.

Ein Impulsgenerator, der Rechteckimpulse erzeugen kann, deren Einschaltzeit (Impulsdauer), Ausschaltzeit (Impuls­ intervall) und Frequenz (Folgefrequenz) veränderlich ein­ gestellt werden kann, hat sich als industriell immer wichti­ ger erwiesen. Typische Anwendungsbeispiele gibt es beim elektroerosiven Bearbeiten. So werden beim EDM-Bearbeiten hochfrequente elektroerosive Bearbeitungsimpulse einer genau einstellbaren Einschaltzeit und Ausschaltzeit benötigt, bei denen diese Impulsparameter in einem weiten Einstell­ bereich in gewünschter Weise veränderbar sind. Der Bedarf an elektrischen Impulsen eines einstellbaren Zeitverlaufes besteht auch beim elektrochemischen Bearbeiten (ECM-Bearbei­ ten), beim elektrochemischen Entladungs-Bearbeiten (ECDM- Bearbeiten) beim elektrischen Sintern, beim Elektroplattie­ ren, beim Lichtbogenschweißen usw.

Der aus der US-PS 36 97 879 bekannte Impulsgenerator weist zum Einstellen der Impulseinschalt- und Ausschaltzeit der erzeugten Impulsfolge jeweils getrennte Zählerstufen für die Einschalt- und Ausschaltzeit auf. Bei diesem Impulsgenerator werden die von dekadischen Zählern erzeug­ ten Zählwerte durch einen BCD-Dezimaldecoder decodiert und von einer Schalteranordnung, die die von BCD-Dezimal­ decoder decodierten Signale empfängt, die gewünschten Einschalt- und Ausschaltzeiten ausgewählt.

Da also die Zähler jeweils einzeln für die Einschalt- und Ausschaltzeit vorgesehen sind, ist der bekannte Impuls­ generator recht aufwendig und kann nicht kostengünstig realisiert werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Impulsgenerator mit verringertem Aufwand an Zählerstufen anzugeben, der trotzdem einen größeren Bereich an Einstellungen und eine feinere Zwischeneinstellunterteilung besitzt sowie zuverlässig über einem erhöhten Frequenzbereich betreibbar ist.

Die obige Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Impuls­ generator erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Unteransprüche 2 bis 4 kennzeichnen jeweils vorteilhafte Ausbildungen davon.

Die Erfindung ermöglicht so einen vorteilhaften Impuls­ generator, der in einfacher Weise aufgebaut ist und Ein­ stellungen über einem erweiterten Bereich und mit feinerer Unterteilung erlaubt, der hochfrequente Rechteckimpulse erzeugen kann, und der in vorteilhafter Weise mit einer Strom- bzw. Spannungsversorgung zum elektrischen Bearbeiten zusammenfaßbar ist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild des Impulsgenerators nach einem vorgeschlagenen Ausführungsbeispiel, und

Fig. 2 ein Schaltbild des Impulsgenerators nach einem anderen Ausführungsbeispiel.

Der vorgeschlagene Impulsgenerator wird im folgenden ins­ besondere anhand einer EDM-Strom- bzw. -Spannungs­ versorgung (vgl. Fig. 1 und 2) erläutert, die eine Fol­ ge elektroerosiver Impulse an einem Bearbeitungsspalt erzeugt, der zwischen einem Werkstück 1 und einer Werk­ zeugelektrode 2 ausgeführt und mit einer Bearbeitungs­ flüssigkeit gespült ist. Die Grund-EDM-Strom- bzw. -Span­ nungsversorgung hat eine Gleichstromquelle 3 und einen Leistungsschalter 4, beispielsweise eine Reihe von Lei­ stungstransistoren, wobei die Hauptelektroden mit der Gleichstromquelle 3 verbunden sind, während die Werk­ zeugelektrode 2 und das Werkstück 1 in Reihe mit einem Widerstand 5 liegen. Der Leistungsschalter 4 hat Steuer­ elektroden, die über einen Anschluß 4 a durch Ausgangs­ impulse eines zu beschreibenden Impulsgenerators erregt werden, um abwechselnd die Gleichstromquelle 3 mit der Werkzeugelektrode 2 und dem Werkstück 1 zu verbinden bzw. von diesen zu trennen, so daß der Bearbeitungsspalt mit aufeinander folgenden zeitlich beabstandeten Spannungs­ impulsen versorgt wird. Jeder Spannungsimpuls kann zu einer elektrischen Entladung einer extrem hohen Strom­ dichte führen, um elektroerosiv Material vom Werkstück 1 abzutragen, und eine Folge solcher diskreter und zeitlich beabstandeter elektrischer Entladungen liefert eine kumulative Material- bzw. Stoffabtragung vom Werkstück 1. Eine Verstärkerstufe wird gewöhnlich zur Verbindung zwischen dem Anschluß 4 a und dem Leistungs­ schalter 4 verwendet; sie ist jedoch zur Vereinfachung der Zeichnung nicht dargestellt.

In der Fig. 1 umfaßt der Impulsgenerator eine Einschalt­ zeit-Eingabeeinheit 6 und eine Ausschaltzeit-Eingabeeinheit 7, deren jede ein Wählerschalter eines herkömmlichen Auf­ baues sein kann, der entweder manuell oder automatisch, beispielsweise über eine durch ein elektrisches Eingangs­ signal angeregte Relaisanordnung, betrieben wird. Die Ein­ heiten 6 und 7 werden verwendet, um die Einschaltzeit oder Impulsdauer τ _ein und die Ausschaltzeit oder das Impulsinter­ vall τ _aus einer Folge von zum Anschluß 4 a gelieferten Signal­ impulsen und damit aufeinanderfolgende Spannungsimpulse einzustellen, die am Bearbeitungsspalt zwischen der Werkzeug­ elektrode 2 und dem Werkstück 1 liegen. Es wird angestrebt, daß die Einschaltzeit-Eingabeeinheit 6 30 bis 50 Wählabgriffe aufweist, und daß die Ausschaltzeit-Eingabeeinheit 7 10 bis 30 Wählabgriffe besitzt, obwohl zur Vereinfachung der Darstellung eine geringere Anzahl für jede Einheit gezeigt ist, wobei die Abgriffe von beispielsweise 1µs bis 256 µs reichen, um einen ausgedehnten Bereich und eine feine Auswahlunterteilung zu überdecken.

Die Einschaltzeit-Eingabeeinheit 6 ist an einen ersten Codierer 8 angechlossen, während die Ausschaltzeit-Eingabe­ einheit 7 mit einem zweiten Codierer 9 verbunden ist, wobei jeder Codierer 8 und 9 in der Form einer Diodenmatrix ausgeführt ist. Die Funktionen der Codierer 8 und 9 bestehen im Codieren der eingestellten Einschaltzeit τ _ein und der eingestellten Ausschaltzeit τ _aus . Diese werden durch den Codierer 8 bzw. 9 in Binärzahlen umgesetzt, die ihrerseits in einem ersten Pufferregister 10 bzw. in einem zweiten Pufferregister 11 gespeichert werden. Die codierten oder Binärsignale von den Pufferregistern 10 und 11 werden zu einem einzelnen Voreinstellzähler 12 geliefert.

Ein dargestellter Taktimpulsgeber 13 umfaßt einen Oszillator 14, UND-Gatter 15 und 16, einen Verzögerungs­ wählerschalter 17, einen Frequenzteiler 18 und ein ODER Gatter 19. Der Voreinstellzähler 12 hat einen Ausgangsan­ schluß 12 a, der zu seiner Lasteinstellstufe 12 b über ei­ nen monostabilen Multivibrator (Monoflop) 20 zurückge­ führt und auch an ein T-Kippglied (bistabiles T-Element) 21 angeschlossen ist, das aufweist einen Q-Anschluß, der zum Ausgangsanschluß 4 a des Systems führt und auch zum er­ sten Pufferregister 10 rückgeführt ist, und einen -An­ schluß, der zum zweiten Pufferregister 11 rückgeführt ist. Das UND-Gatter 15 spricht auf Taktsignale vom Oszilla­ tor 14 und auf das Q-Anschluß-Ausgangssignal des bistabi­ len Elementes 21 an, während das UND-Gatter 16 auf Takt­ signale vom Oszillator 14 und das das -Anschluß-Ausgangs­ signal des bistabilen Elementes 21 anspricht.

Somit hat der Voreinstellzähler 12 einen ersten Voreinstellwert entsprechend dem codierten Binärsignal, der im ersten Puffer­ register 10 gespeichert ist, wenn das T-Kippglied 21 ein "1"-Ausgangssignal an seinem Q-Anschluß besitzt, und einen zweiten Voreinstellwert entsprechend dem codierten Binärsignal, der im zweiten Pufferregister 11 gespeichert ist, wenn das Kipp­ glied 21 ein "0"-Ausgangssignal an seinem Q-Anschluß oder ein "1"-Ausgangssignal an seinem -Anschluß aufweist.

Im Taktimpulsgeber 13 werden die Impulse des Oszilla­ tors 14 freigegeben, wenn der Q-Anschluß des bistabilen Elementes 21 das "1"-Ausgangssignal aufweist, um durch das UND-Gatter 15 zu verlaufen und um dann das ODER-Gatter 19 direkt oder über den Frequenzteiler 18 abhängig von der Stellung des Wählerschalters 17 zu erreichen. Wenn der Q-Anschluß das "0"-Ausgangssignal aufweist oder der -Anschluß das "1"-Ausgangssignal besitzt, dann können die Impulse des Oszillators 14 durch das UND-Gatter 16 verlaufen, um das ODER-Gatter 19 zu erreichen.

Der Wählerschalter 17 und der Frequenzteiler 18 werden verwendet, um die in der Einheit 6 eingestellte Einschaltzeit τ _ein Nfach, beispielsweise 10fach, auszudehnen. Mit dem in der durch x10 angezeigten Stellung gehaltenen Schalter 17 wird die Periode des vom Taktimpulsgeber 13 abzugebenden Ausgangsimpulses auf die Periode des Aus­ gangsimpulses vom Oszillator 14, multipliziert mit 10, ausgedehnt, wenn der Q-Anschluß das "1"-Ausgangssignal abgibt und in den Voreinstellzähler 12 der registrierte Wert des ersten Codierers 10 eingegeben ist.

Der Voreinstellzähler 12 ist so aufgebaut, daß er die Ausgangsimpulse des Taktimpulsgebers 13 zählt. Wenn der Zählerstand einen voreingestellten Wert oder einen Voreinstellwert erreicht, dann gibt der Zähler 12 ein Ausgangs­ signal ab, das am Kippglied 21 liegt, um dessen Zustände umzukehren, so daß dadurch der voreingestellte Wert oder Voreinstellwert des Zählers 12 geändert oder geschaltet wird, wie dies oben erläutert wurde. Auf diese Weise wird eine Folge von Signalimpulsen am Ausgangsanschluß 4 a des Impuls­ generators erzeugt, um eine Folge von Bearbeitungsspannungs­ impulsen einer genau eingestellten Einschaltzeit t _ein , Ausschaltzeit τ _aus und Frequenz f zwischen der Werkzeugelektrode 2 und dem Werkstück 1 zu erzeugen.

Gegebenenfalls können ein weiteres UND-Gatter 22 und eine Detektorschaltung 23 vorgesehen werden. Die Detektor­ schaltung 23 wird verwendet, um die Entwicklung einer elektrischen Entladung als Ergebnis der Einwirkung eines Spannungsimpulses am Bearbeitungsspalt zu erfassen. Das zwischen dem ODER-Gatter 19 und dem Voreinstellzähler 12 liegende UND-Gatter 22 spricht auf das Fühlersignal der Detektorschaltung 23 an, um dem Zähler 12 zu erlauben, das Zählen der Taktimpulse vom ODER-Gatter 19 nur nach der Ent­ wicklung einer elektrischen Entladung zu beginnen, so daß die elektrische Entladung für die Ein-Zeit τ _ein fort­ dauert, die in der Einstelleinheit 6 aufgebaut ist.

Ein Anschluß 24 kann auch verwendet werden, um gegebenenfalls auf den Bearbeitungszustand der Last oder des EDM-Spaltes anzusprechen, wie dieser durch jede übliche Schaltungsanordnung (nicht gezeigt) fest­ gestellt wird, und um den ersten Eingangsanschluß eines UND-Gatters 25 zu versorgen, dessen zweiter Eingangs­ anschluß auf das Ausgangssignal des monostabilen Multi­ vibrators 20 anspricht, das über eine Schaltungsleitung 25 a eingespeist ist. Wenn ein Eingangssignal am Anschluß 24 auftritt, wird das UND-Gatter 25 freigegeben, um auf den Wählerschalter 17 einzuwirken, so daß das UND-Gatter 15 mit dem Frequenzteiler 18 verbunden wird, wodurch die Zeitdauer einer elektrischen Spaltentladung länger oder kürzer als die Ein-Zeit τ _ein sein kann, die an der Einstelleinheit 6 entsprechend einem besonderen erfaßten Spaltzustand aufgebaut wird. Eine ähnliche Steuerungs­ möglichkeit kann zusätzlich oder alternativ für die Aus- Zeit-Einstellung verwendet werden.

Ein (nicht gezeigter) Schalter für "keine Abnutzung", beispielsweise ein Druckknopfschalter, kann weiterhin in der Ein-Zeit-Einstelleinheit 6 vorhanden sein, der - wenn er eingedrückt oder betätigt ist - eine neue Ein-Zeit auf­ baut, die auf eine Multiplikation der registrierten Ein- Zeit um beispielsweise den Faktor 10 (x10) beruht, und wirkt auf den Wählerschalter 17 ein, um eine Multiplikation durch 10 Kanäle im Frequenzteiler 18 zu erzielen. Alternativ kann ein Drehschalter, der 10 Wählabgriffe besitzt, die längere Ein-Zeit-Einstellungen bis beispielsweise 2560 µs erlauben, in der Einheit 6 vorhanden sein, so daß - wenn eine Ein- Zeit τ _ein größer als 256 µs gewählt wird - der entspre­ chende Kanal im Frequenzteiler wirksam werden kann, um zu erlauben, daß eine Betriebsart "keine Abnutzung" in der Strom- bzw. Spannungsversorgung hergestellt wird.

Das Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators 20 kann auch über eine Schaltungsleitung 26 eingespeist sein, um den Frequenzteiler 18 zu löschen oder rückzu­ setzen, wenn ein wirksamer Zustand vorliegt, so daß kein Fehlersignal vorhanden sein sollte, das auf irgendeinem unvollständigen Signal beruht, das zur Speicherung im Register 10 oder 11 vorangehen kann.

In der Fig. 2, in der einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen (1 bis 5, 10 bis 13, 20 und 21) versehen sind, ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Impulsgene­ rator gezeigt. In diesem Ausführungs­ beispiel bestehen die Ein-Zeit-Eingabeeinheit für die Einschaltzeit und die Aus­ gabeeinheit für die Ausschaltzeit aus einer einzigen Zeit-Einstell­ einheit 27, die 10 Einstelltasten aufweist und der eine Einschaltzeit-Anzeige 28 und eine Ausschaltzeit-Anzeige 29 zugeord­ net sind. Jede Einschaltzeit τ _ein und eine Ausschaltzeit τ _aus werden mit der Einheit 27 eingestellt und durch die Anzeigen 28 und 29 angezeigt sowie in zwei Binärzahlen umgesetzt, die dann im ersten bzw. zweiten Pufferregister 10 bzw. 11 registriert werden.

Die Pufferregister 10 und 11 versorgen eine Verar­ beitungseinheit 36, die mit dem Voreinstellzähler 12 ver­ bunden und mit einem dritten sowie einem vierten Puffer­ register 35 bzw. 36 versehen ist, in denen Multiplizierer zur Korrektur der Einschaltzeit τ _ein und der Ausschaltzeit τ _aus jeweils abhängig vom Steuerausgangssignal einer Spalt­ entladung-Überwachungsschaltung 30 eingestellt sind, die mit der Werkzeugelektrode 2 und dem Werkstück 1 verbunden ist. Eine Schmitt-Trigger-Schaltung 31 ist auch an den Bearbeitungsspalt angeschlossen und versorgt einen Ein­ gangsanschluß eines UND-Gatters 32, dessen anderer Ein­ gangsanschluß zum Q-Anschluß des T-Kippgliedes 21 führt. Das UND-Gatter 32 ist mit seinem Ausgang an einen Ein­ gangsanschluß eines ODER-Gatters 34 angeschlossen, dessen anderer Eingangsanschluß mit dem -Anschluß des T-Kipp­ gliedes 21 verbunden ist. Der Ausgang des ODER- Gatters 34 ist an einen Eingang eines weiteren UND-Gatters 33 angeschlossen, dessen anderer Eingang mit dem oben be­ schriebenen Taktimpulsgeber 13 verbunden ist. Diese Bau­ elemente sind vorhanden, um zu verhindern, daß Taktimpul­ se des Taktimpulsgebers 13 in den Voreinstellzähler 12 gelangen, solange keine elektrische Entladung durch den Bearbeitungsspalt im Anschluß an den Zeitpunkt entsteht, in dem der Leistungsschalter 4 eingeschal­ tet wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel folgt daher, daß die Zeitdauer jedes Entladungsimpulses wie die Einschaltzeit τ _ein eingestellt ist. Die Ausschaltzeit τ _aus ist hier das Zeitintervall zwischen aufeinander folgenden Spannungs­ impulsen oder die Zeitdauer, in der der Leistungsschalter ausgeschaltet ist.

Es ist zu ersehen, daß in diesem Ausführungsbeispiel weder die Einschaltzeit τ _ein noch die Ausschaltzeit τ _aus direkt durch die im Register 10, 11 gespeicherte Zahl bestimmt ist. Die Einschaltzeit τ _ein ist bestimmt durch die im Regi­ ster 10 gespeicherte Zahl und durch den im Register 35 ge­ speicherten Multiplikator, und die Ausschaltzeit t _aus ist be­ stimmt durch die im Register 11 gespeicherte Zahl und durch den im Register 36 gespeicherten Multiplikator. Die in den Registern 35 und 36 gespeicherten Zahlen werden automatisch durch die Überwachungseinheit 30 so eingestellt, daß ein optimaler Entladungszustand im Bearbeitungsspalt aufrecht erhalten wird. Demgemäß ist die Einschaltzeit τ _ein und die Ausschaltzeit τ _aus von Entladungsimpulsen eine Zeit, die durch eine Bezugseinstellung bestimmt ist, die mit einem Korrekturfaktor multipliziert wird, der aus dem Bearbeitungsspalt erhalten wird, um einen optimalen Entladungszustand aufrecht zu erhalten.

Claims (4)

1. Impulsgenerator zur Erzeugung einer Impulsfolge, mit einer Eingabeeinrichtung (6, 7) zum wahlweise Einstellen gewünschter Einschalt- und Ausschaltzeiten der Impulse, jeweils aus einer Vielzahl vorgegebener Einschalt- und Ausschaltzeiten,
einem Taktgenerator (13), der Taktimpulse erzeugt,
einem Zähler, der die Taktimpulse zählt, und
einer zwischen den Zähler und den Ausgang des Impuls­ generators eingeschalteten Flip-Flop-Einrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Eingabeeinrichtungen (6, 7; 27) verbundene Codiereinrichtungen (8, 9; 35, 36, 37) vorgesehen sind, durch die jeweils die gewählten Einschalt- und Aus­ schaltzeiten in ein erstes und ein zweites Binärsignal codiert werden;
ein Zähler (12) als vorladebare Zählereinheit vorgesehen ist, die abwechselnd mit dem ersten und zweiten Binärsignal entsprechend der eingestellten Impulsein­ schalt- und -ausschaltzeit geladen sind;
Pufferregister (10, 11) vorgesehen sind, die jeweils das erste und zweite Binärsignal entsprechend der ge­ wählten Einschalt- und Ausschaltzeit zwischenspeichern und der Zählereinheit (12) die zwischengespeicherten Binärsignale als ersten und zweiten Voreinstell-Zählwert zuführen; wobei
die Flip-Flop-Einrichtung ein einzelnes Flip-Flop (21) aufweist, dessen Ausgangssignale Q, ) jeweils die in den Pufferregistern (10, 11) gespeicherten Vorein­ stell-Zählwerte so freigeben, daß bei Beendigung eines Zählens des zweiten Voreinstell-Zählwerts der erste Voreinstell-Zählwert vom Register (10) und auf das Ende des Zählens des ersten Voreinstell-Zählwerts der zweite Voreinstell-Zählwert im zweiten Register (11) der Zähler­ einheit (12) zugeführt werden und wobei der Ausgang (Q) des Flip-Flops (21) der Ausgang des Impulsgenerators ist.

2. Impulsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Einschaltzeit-Eingabeeinrichtung (6) und die Ausschaltzeit-Eingabeeinrichtung (7) jeweils einen Wählerschalter aufweisen.

3. Impulsgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der erste und der zweite Codierer (8, 9) jeweils eine Diodenmatrix aufweisen.

4. Impulsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Taktimpulsgeber (13) eine Vielzahl von Kanälen umfaßt, um Taktimpulse verschiedener Perioden zu erzeugen.