DE3326866C2 - Elektrischer Generator für die funkenerosive Metallbearbeitung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Generator für die funkenerosive Metallbearbeitung. Zur Verbesserung des Wirkungsgrades des Generators und zum Zwecke eines frei wählbaren Stromverlaufs im Arbeitsspalt ist im Stromkreis des Arbeitsspaltes eine Induktivität (Leitungsinduktivität) (7) und in Reihe dazu ein elektronischer Schalter (2) angeordnet, mit dem die Speisespannung getriggert wird. Über das Tastverhältnis läßt sich im Arbeitsspalt (8) jeder gewünschte Stromverlauf und damit auch eine Begrenzung des Stromes ohne leistungsverzehrenden Vorwiderstand erreichen.

Description

15

20

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Generator für die funkenerosive Metallbearbeitung, bestehend aus einer Gleichstromquelle und einer Strombegrenzungsschaltung, die aus einer in Reihe mit dem Arbeitsspalt und einem steuerbaren Schalter liegenden Induktivität sowie einer parallel zu dieser Induktivität und dem Arbeitsspalt liegenden Freilaufdiode besteht, wobei der Schalter von einer Steuereinrichtung derart getriggert wird, daß sich ein vorgegebener Stromverlauf im Arbeitsspalt einstellt

Bei den meisten, heute benutzten elektrischen Generatoren für die funkenerosive Metallbearbeitung wird der über den Arbeitsspalt fließende Strom durch einen steuerbaren Vorschaltwiderstand begrenzt. Der durch den Leistungsverlust im Vorschaltwiderstand verursachte schlechte Wirkungsgrad ist von der Fachwelt erkannt worden. Um den Wirkungsgrad zu verbessern, ist bei einem bekannten Generator zwischen der einen pulsierenden Gleichstrom liefernden Leistungsstufe und dem Arbeitsspalt ein Sperrwandler angeordnet. In einer ersten Zeitphase wird dem Sperrwandler elektrische Leistung zugeführt. Nach Zündung des Funkens im Arbeitsspalt wird diese elektrische Leistung in einer nachfolgenden Phase vom Sperrwandler an den Arbeitsspalt abgegeben. Der Strom im Arbeitsspalt hat deshalb einen sägezahnförmigen Verlauf. Eine Veränderung des prinzipiellen Verlaufs des Stromes ist nicht vorgesehen (DE-OS 31 29 265).

Bei einem anderen bekannten Generator zur funkenerosiven Metallbearbeitung kann der Verlauf des Stromes im Arbeitsspalt einen gewünschten Verlauf haben. Der Verlauf des Stromes wird durch besondere Schaltungsmaßnahmen bestimmt, die Hüllkurven erzeugen, zwischen denen der Strom im Arbeitsspalt verläuft. Der dafür erforderliche schaltungstechnische Aufwand ist groß (DE-OS 25 47 767).

Darüberhinaus ist ein elektrischer Generator für die funkenerosive Metallbearbeitung bekannt, bei dem über einen Schalter eine Reihenschaltung aus einer Induktiviliit und dem Arbeitsspalt angeschlossen ist, wobei parallel zu der Induktivität und dem Arbeitsspalt eine Freilaufdiode liegt. Die Induktivität wird von der Primärwicklung eines Transformators gebildet, dessen Sekundärwicklung an einer Polarisationsstromquelle liegt. Durch diesen zusätzlichen Stromkreis mit der Polarisationsstromquelle läßt sich die im Hauptstromkreis liegende Induktivität vormagnetisieren, so daß bei Anschalten des Stromes im Hauptstromkreis der Strom sprunghaft bis auf den der Endsättigung nötigen Stromwert ansteigt, um danach nur noch allmählich linear anzusteigen, bis daß der Schalter geöffnet wird. Danach fällt der Strom wieder auf den Sättigungswert linear ab, um dann sprunghaft zu Null zu werden. Diese Art der Beeinflussung der Stromform im Arbeitsspalt ist nicht nur sehr beschränkt, sondern auch schaltungstechnisch aufwendig (DE-AS 13 01 698).

Bei einem bekannten Generator der eingangs genannten Art dient die Induktivität zusammen mit einem den Arbeitsspalt kurzschließenden zusätzlichen Schalter dazu, die für den Arbeitsspalt erforderliche Zündspannung zu erzeugen und den Stromfluß über den Arbeitsspalt zu steuern. Während in einer ersten Phase bei kurzgeschlossenem Schalter nach einer vorgegebenen Stromkurve die Induktivität mit magnetischer Energie geladen wird, erfolgt in der zweiten Phase nach öffnen des kurzgeschlossenen Schalters die Entladung über den Arbeitsspalt. Von Nachteil ist bei dieser Schaltung, daß der für die Entladung der Induktivität und damit für die Steuerung des Stromflusses über den Arbeitsspalt verantwortliche Schalter in Verbindung mit der als magnetischer Energiespeicher dienenden diskreten Induktivität induktivitätsarme Zuleitungen zum Arbeitsspalt erforderlich macht, denn nur bei induktivitätsarmen Zuleitungen ist es möglich, die Zündspannung ungedämpft am Arbeitsspalt wirksam werden zu lassen und den Strom abzuschalten, ohne daß ein nichtkontrolliertes Nachflipßen des Stromes auftritt. In der Praxis lassen sich solche induktivitätsarme Leitungen aber kaum verwirklichen. Eine denkbare Lösungsmöglichkeit bestünde darin, den kurzschließenden Schalter unmittelbar an den Anschlüssen des Arbeitsspaltes anzuschließen, was jedoch aus praktischen Gründen kaum möglich ist (DE-OS 28 24 086).

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Generator für die funkenerosive Metallbearbeitung zu schaffen, der bei einfachem Schaltungsaufbau die Einstellung des Stromverlaufs im Arbeitsspalt ermöglicht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Induktivität von der Induktivität der Stromzuleitungen gebildet ist und der Schalter als Hochfrequenzschalter ausgebildet ist.

Im Gegensatz zum gesamten Stand der Technik wird bei der Erfindung keine diskrete Induktivität benötigt, vielmehr wird die Induktivität der Zuleitungen in Verbindung mit dem Hochfrequenzschalter ausgenutzt, um jede gewünschte Stromform des dem Arbeitsspalt zuzuführenden Stromes einzustellen. Insbesondere läßt sich wegen der verhältnismäßig kleinen Leitungsinduktivität eine steile Anstiegs- und Abfallflanke des Stromes erzielen. Die Ausnutzung der Leitungsinduktivität vermindert demnach nicht nur den schaltungstechnischen Aufwand wegen des Fortfalls der diskreten Induktivität, sondern erweitert darüber hinaus noch den Einstellbereich. Auch werden kein zweiter kurzschließender Schalter zur Steuerung des Stromflusses über den Arbeitsspalt und induktivitätsarme Zuleitungen zu dem Arbeitsspalt benötigt.

Durch die Wahl der Schalterfrequenz, des Tastverhältnisses und der Tastverhältniszonen läßt sich jeder gewünschte Stromverlauf einstellen. Wird zu Beginn eines Arbeitsstromimpulses ein schneller Stromanstieg gewünscht, wird man ein großes Tastverhältnis (Ein-Ausschaltzustand) des HF-Schalters wählen. Umgekehrt wird das Tastverhältnis klein gewählt, wenn nur

ein langsamer Stromanstieg zu Beginn des Stromimpulses gewünscht wird. Damit lassen sich durch — während der Impulsdauer variable — Tasiverhiiltnisse neben tier Stromform auch die Stromhöhe (Strombegrenzung) s einstellen. Versuche in der Praxis mit dem erfintfungsgemäßen Generator ergaben gute Ergebnisse bei einer Schaltfrequenz von 50OkHz. Als für diese Schaltfre- '■ quenz geeignete Schalter können Leistungs-MOSFETs eingesetzt werden, die sich zur Erhöhung der Strombelastbarkeit problemlos parallelschalten lassen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert Im einzelnen zeigt

F i g. 1 ein Prinzipschaltbild eines elektrischen Generators für funkenerosive Metallbearbeitung mit schematischer Darstellung der getakteten Spannung und

Fig.2 verschiedene Kurvenverläufe (schematisch) des Stromes im Arbeitsspalt

Der Stromversorgungskreis des Generators besteht aus einer Gleichspannungsquelle 1 und einem elektronischen Schalter 2, der von einer Steuereinrichturg 3 derart gesteuert wird, daß an den Klemmen 4, 5 eine impulsförmige Spannung ansteht Der Strom der Gleichstromquelle gelangt über einen elektronischen Schalter 2, insbesondere einem Leistungs-MOSFET, einer die Leitungsinduktivität bildenden Induktivität 7 zum Arbeitsspalt 8 des zu bearbeitenden Werkstückes. Der Schalter 2 wird von einer Steuereinrichtung 3 mit einer hohen Frequenz in der Größenordnung von 20OkHz getriggert. Das Tastverhältnis, mit dem der Schalter 2 getriggert wird, hängt von dem Strom ab, der über den Arbeitsspalt 8 fließen soll. Der Steuereinrichtung 3 kann zu diesem Zweck ein Sollwert vorgegeben werden, der mit einem Istwert verglichen wird, der von einem Strommesser 9 geliefert wird. Der Steuereinrichtung 3 kann jeder beliebige Stromverlauf vorgegeben werden. Damit bei Unterbrechung der Spannungsimpulse (Sperrzeit) durch den Schalter 2 in der Induktivität 7 keine Spannungsspitzen induziert werden und der Stromfluß während der Impulsdauer aufrecht erhalten wird, ist parallel zu der Reihenschaltung aus Induktivität 7 und Arbeitsspalt 8 eine Freilaufdiode 6 geschaltet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

45

♦

65

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Elektrischer Generator für die funkenerosive Metallbearbeitung, bestehend aus einer Gleichstromquelle und einer Strombegrenzungsschaltung, die aus einer in Reihe mit dem Arbeitsspalt und einem steuerbaren Schalter liegenden Induktivität sowie einer parallel zu dieser Induktivität und dem Arbeitsspalt liegenden Freilaufdiode besteht, wobei der Schalter von einer Steuereinrichtung derart getriggert wird, daß sich ein vorgegebener Stromverlauf im Arbeitsspalt einstellt, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität (7) von der Induktivität der Stromzuleitungen gebildet ist und der Schalter (2) als Hochfrequenz-Schalter ausgebildet ist

   10