DE4029578C2 - Leistungsversorgungseinheit für elektrische Entladungsbearbeitungsgeräte - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leistungsversorgungseinheit für elektrische Entladungsbearbeitungsgeräte.

Aus der nachveröffentlichten Druckschrift DE 39 19 123 A1 ist eine Leistungsversorgungseinheit für elektrische Entladungsbearbeitungsgeräte bekannt, bei der zwei Gleichstromquellen eingesetzt werden, deren Ausgangsspannung über ein Schaltnetzwerk aus vier elektronischen Schaltern an den Arbeitsspalt zwischen Werkstück und Arbeitselektrode angelegt werden. Die Richtung, in der die Spannungsquellen an den Arbeitsspalt angelegt werden können, ist beliebig umkehrbar, so daß die Stromrichtung im Arbeitsspalt veränderbar ist. Mit Hilfe einer Detektorschaltung wird der Zustand des Arbeitsspalts hinsichtlich der Entladung erfaßt und in Abhängigkeit von einem Detektorsignal die Umschaltung der Spannungsquellen durchgeführt. Die beiden Spannungsquellen besitzen unterschiedliche, aber konstante Ausgangsspannungen.

Aus der DE 32 04 838 C2 ist eine Leistungsversorgungseinheit für elektrische Entladungsbearbeitungsgeräte bekannt, die im folgenden anhand der Fig. 1 und 2 erörtert wird, aus denen der grundsätzliche Aufbau der bekannten Leistungsversorgungseinheit hervorgeht.

In Fig. 1 bezeichnen die Bezugszeichen: 1 - eine erste Gleichstrom-Quelle, die eine erste veränderliche Gleichspannung erzeugt; 2 - einen Arbeitsspalt, der zwischen einem zu bearbeitenden Werkstück und einer Elektrode besteht; 3 - ein erstes Schaltelement zum Anschalten der von der ersten Gleichstrom-Quelle 1 gelieferten Gleichspannung an den Spalt 2; 4 - eine erste Treiberschaltung zum Ansteuern des ersten Schaltelementes 3; 5 - einen Strombegrenzungswiderstand zum Begrenzen des von der ersten Gleichstrom-Quelle 1 zum Spalt 2 fließenden Stromes. Die erste Gleichstrom-Quelle 1, das erste Schaltelement 3, die erste Treiberschaltung 4 und der Strombegrenzungswiderstand 5 bilden eine Zusatzschaltgruppe. Weiter bezeichnen die Bezugszeichen: 6 - eine zweite Gleichstrom-Quelle, die eine zweite veränderliche Gleichspannung erzeugt, die größer als die erste veränderliche Gleichspannung ist; 7 - ein zweites Schaltelement zum Schalten der zweiten Gleichspannung; und 8 - eine zweite Treiberschaltung zum Ansteuern des zweiten Schaltelementes 7. Die zweite Gleichstrom-Quelle 6, das zweite Schaltelement 7 und die zweite Treiberschaltung 8 bilden eine Hauptschaltgruppe. Das Bezugszeichen 9 bezeichnet einen Detektor zur Erfassung der am Arbeitsspalt 2 auftretenden Spannung und damit des Spaltzustandes. Als Antwort auf das Erfassungsergebnis bewirkt der Detektor 9 die Steuerung der ersten Treiberschaltung 4 und der zweiten Treiberschaltung 8 aufgrund eines im Gerät befindlichen programmierten Satzes von Folgeschritten. Die Bezugszeichen 10 und 11 bezeichnen Dioden zur Verhinderung der Stromrichtungsumkehr.

Nachfolgend wird die Betriebsweise bekannten Leistungsversorgungseinheit beschrieben. Wenn die erste Treiberschaltung 4 der Zusatzschaltgruppe die Einschaltung des ersten Schaltelementes 3 veranlaßt, wird die erste Gleichspannung über den Strombegrenzungswiderstand 5 und die Diode 10 an den Arbeitsspalt 2 angelegt.

Wie oben erwähnt, erfaßt der Detektor 9 die am Arbeitsspalt 2 auftretende Spannung, wobei das Erfassungsergebnis als Steuersignal an die erste Treiberschaltung 4 und an die zweite Treiberschaltung 8 geliefert wird. Genauer gesagt, ist der Detektor 9 in der Lage, drei Arten von Spaltzuständen zu erfassen, so daß an die erste und an die zweite Treiberschaltung 4 und 8 als Steuersignal ein im Gerät programmiertes Sequenzsignal geliefert wird, das entsprechend der erfaßten Zustandsart gewählt wird. Nachfolgend sollen die drei Spaltzustandsarten im einzelnen beschrieben werden.

Wenn sich der Arbeitsspalt 2 in einem offenen Zustand als erstem Zustand befindet, wird das erste Schaltelement 3 gemäß Fig. 2(a) eingeschaltet, damit die Ausgangsspannung der ersten Gleichstrom-Leistungsversorgungseinheit 1 an den Arbeitsspalt 2 angelegt wird. Da der Arbeitsspalt 2 offen bleibt, entspricht die vom Detektor 9 erfaßte Spannung der von der ersten Gleichstrom- Leistungsschaltung 1 gelieferten Ausgangsspannung, wie Fig. 2(c) zeigt. Mit Erfassung des ersten Zustandes steuert also der Detektor 9 die erste Treiberschaltung 4 entsprechend einer vorprogrammierten Sequenz und veranlaßt so das erste Schaltelement 3, eingeschaltet zu bleiben.

Mit dem Auftreten einer Entladung im Arbeitsspalt 2 fließt dann ein in Fig. 2(d) veranschaulichter Entladungsstrom, der durch den Strombegrenzungswiderstand 5 begrenzt wird und zu einem Spannungsbfall am Arbeitsspalt 2 führt, wie Fig. 2(c) zeigt. Aufgrund der Erfassung des Spannungsabfalls an Arbeitsspalt 2 entscheidet der Detektor 9, daß der zweite Zustand vorliegt, woraufhin eine vorbestimmte Sequenzsteuerung aufgeführt wird. Genauer gesagt ist die Zusatzschaltgruppe mit dem Strombegrenzungswiderstand 5 ausgestattet, so daß kein genügend großer Entladungsstrom hindurchfließen kann. Infolgedessen nimmt mit Erfassung des zweiten Zustandes der Detektor 9 die Steuerung der zweiten Treiberschaltung auf der Basis der obengenannten Sequenzsteuerung auf, wodurch das zweite Schaltelement 7 eingeschaltet wird, wie aus Fig. 2(b) hervorgeht, so daß die Ausgangsspannung der zweiten Gleichstrom- Leistungsversorgungsschaltung 6 an den Arbeitsspalt 2 angelegt wird. Damit fließt gemäß Fig. 2(d) ein starker Strom durch den Arbeitsspalt 2, weil die Ausgangsspannung der zweiten Gleichstrom-Leistungsversorgungsschaltung 6 größer als die der ersten Gleichstrom-Leistungsversorgungsschaltung 1 ist, und weil es keinen Strombegrenzungswiderstand am Ausgang der zweiten Gleichstrom-Leistungsversorgungsschaltung 6 gibt. Infolge dessen kann die elektrische Entladungsbearbeitung bei maximaler Stromstärke durchgeführt werden. Mit Erfassung des zweiten Zustandes steuert der Detektor 9 auch die erste Treiberschaltung 4 an, so daß das erste Schaltelement 3 mit einer Verzögerung vorherbestimmter Dauer abgeschaltet wird, wie Fig. 2(b) zeigt. Die Zeitdauer, während der das zweite Schaltelement 7 eingeschaltet bleibt, entspricht der durch eine vorbestimmte Sequenzsteuerung festgelegten Entladungsdauer.

Die in der beschriebenen Weise aufgebaute bekannte Leistungsversorgungseinheit für elektrische Entladungsbearbeitungsgeräte läßt nur das Anlegen eines Potentials vorbestimmter Polarität zwischen Werkstück und Elektrode zu. Dies ruft nicht nur eine elektrolytische Korrosion und eine Elektrolyse aus, die die schädliche Abtragung der zu bearbeitenden Oberfläche fördert, sondern auch die durch das Anlegen von Potentialen einer einzigen Polarität herrührende elektromagnetische Wirkung, die die Magnetisierung der Oberfläche begünstigt und damit das Problem zeitraubender Nachbehandlungen usw. nach der Werkstückbearbeitung verursacht.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Leistungsversorgungseinheit für elektrische Entladungsbearbeitungsgeräte zu schaffen, die nicht nur die Einwirkungen der elektrolytischen Korrosion, der Elektrolyse oder der Magnetisierung während der Entladungsbearbeitung verhindert, sondern mit der bei vielfältigen Bearbeitungsmöglichkeiten ein weiterhin gutes Bearbeitungsergebnis erzielt werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Leistungsversorgungseinheit für elektrische Entladungsbearbeitungsgeräte mit:

• - einer ersten Gleichstrom-Leistungsversorgungseinheit zur Lieferung einer ersten veränderlichen Gleichsspannung;
• - einer Zusatzschaltgruppe zum Schalten der ersten Gleichspannung zwecks Erzeugung eines Wechselstrom- Impulssignals, das an den Arbeitsspalt zwischen einem zu bearbeitenden Werkstück und einer Arbeitselektrode angelegt wird;
• - einer zweiten Gleichstrom-Leistungsversorgungseinheit zum Erzeugen einer zweiten Gleichspannung, die größer als die erste Gleichsspannung ist;
• - einer Hauptschaltgruppe zum Schalten der zweiten Gleichspannung zwecks Erzeugung eines Wechselstrom- Hauptimpulssignals, das an den Arbeitsspalt angelegt wird, wobei die Hauptschaltgruppe in der Lage ist, einen größeren Spitzenstrom als die Zusatzschaltgruppe zu liefern; und
• - einem Detektor zur Erfassung des Auftretens einer Entladung am Arbeitsspalt, nachdem eine vorbestimmte Zeitdauer seit dem Anlegen des Wechselstrom- Impulssignals an den Arbeitsspalt angelaufen ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Leistungsversorgungseinheit ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen genauer erläutert.

Fig. 1 stellt ein Schaltbild einer bekannten Leistungsversorgungseinheit für elektrische Entladungsbearbeitungsgeräte dar;

Fig. 2 stellt ein Zeitgabediagramm dar, das die bei in Betrieb befindlichen verschiedenen Teilen der in Fig. 1 dargestellten Schaltung auftretenden Wellenformen wiedergibt;

Fig. 3 stellt das Schaltbild einer Ausführungsform der Leistungsversorgungseinheit gemäß der Erfindung für elektrische Entladungsbearbeitungsgeräte dar; und

Fig. 4 stellt ein Zeitgabediagramm dar, das die bei in Betrieb befindlichen verschiedenen Teilen der in Fig. 3 dargestellten Schaltung auftretenden Wellenformen wiedergibt.

Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Fig. 3 stellt eine Schaltung dar, die eine Ausführungsform einer Leistungsversorgungseinheit für elektrische Entladungsbearbeitungsgeräte gemäß der vorliegenden Erfindung wiedergibt. In Fig. 1 bezeichnen die Bezugszeichen: 1 - eine erste Gleichstrom-Leistungsversorgungsschaltung, die eine erste veränderliche Gleichspannungs erzeugt; 2 - einen Arbeitsspalt zwischen einem Werkstück und einer Elektrode; 3a bis 3d - Schaltelemente, die bewirken, daß die erste Gleichspannung der ersten Gleichstrom-Leistungsversorgungsschaltung 1 eine Schaltsteuerung zum Anlegen der Wechselstromimpulsspannung an den Arbeitsspalt 2 ausführt; 4a - eine erste Treiberschaltung zum Ansteuern der Schaltelemente 3a bis 3d; 5 - einen Strombegrenzungswiderstand zur Begrenzung des von der ersten Gleichstrom-Leistungsversorgungsschaltung 1 gelieferten Stromes. Die erste Gleichstrom-Leistungsversorgungsschaltung 1, die Schaltelemente 3a bis 3d, die erste Treiberschaltung 4 und der Strombegrenzungswiderstand 5 bilden eine Zusatzschaltgruppe. Weiter bezeichnen die Bezugszeichen: 6 - eine zweite Gleichstrom-Leistungsversorgungsschaltung, die eine zweite veränderliche Gleichspannung liefert, das größer als die erste Gleichspannung ist; 7a bis 7d - Schaltelemente, die bewirken, daß die zweite Gleichspannung der zweiten Gleichstrom-Leistungsversorgungsschaltung 6 die Schaltkontrolle zum Anlegen der Gleichstromimpulsspannung an den Arbeitsspalt 2 herbeiführt; 8a - eine zweite Treiberschaltung zum Ansteuern der Schaltelemente 7a bis 7d. Die zweite Gleichstrom-Leistungsversorgungsschaltung 6, die Schaltelemente 7a bis 7d und die zweite Treiberschaltung 8a stellen eine Hauptschaltgruppe dar. Das Bezugszeichen 9a bezeichnet eine Detektorschaltung, die die am Arbeitsspalt 2 in beiden Polaritäten auftretende Spannung und dadurch die Spaltzustände erfaßt. Entsprechend dem Erfassungsergebnis bewirkt die Erfassungsschaltung 9a die Steuerung der ersten Treiberschaltung 4a und der zweiten Treiberschaltung 8a auf der Basis eines im Gerät programmierten Satzes von Folgeschritten. Die Bezugszeichen 10 und 11 zeichnen Dioden zum Kontrollieren und Verhindern der Stromumkehr.

Nachfolgend wird die Betriebweise der Leistungsversorgungseinheit beschrieben. Zunächst wird die Gleichspannung der ersten Gleichstrom-Leistungsversorgungsschaltung 1 in ein Wechselstromimpulssignal umgewandelt, in dem die erste Treiberschaltung 4 die Schaltelemente 3a bis 3d in der nachfolgend beschriebenen Weise ansteuert, und in dem dann das derart umgewandelte Wechselstromimpulssignal an den Arbeitsspalt 2 angelegt wird. Zunächst werden also die Schaltelemente 3a und 3b gleichzeitig eingeschaltet, um die Ausgangsspannung der ersten Gleichstrom-Leistungsversorgungsschaltung 1 an den Arbeitsspalt 2 anzulegen. Zu diesem Zeitpunkt ist die Spannung am Arbeitsspalt 2 positiv, wie in Fig. 4(a) die erste Hälfte des offenen Zustandes zeigt. Dann werden nach Abschalten der Schaltelemente 3a und 3b die Schaltelemente 3c und 3d eingeschaltet. Die Folge ist, daß eine Spannung an den Spalt 2 angelegt wird, deren Polarität gegenüber der vorherigen Spannung umgekehrt ist. Die Spannung ist also negativ, wie in Fig. 4(a) die letzte Hälfte des offenen Zustandes zeigt.

Indem also ein Paar von Schaltelemente 3a, 3b und ein Paar von Schaltelementen 3c, 3d der Zusatzschaltgruppe durch die erste Gleichstrom-Leistungsversorgungsschaltung abwechselnd angesteuert werden, wird eine Wechselstromimpulsspannung an den Arbeitsspalt 2 angelegt, wie der offene Zustand in Fig. 4(a) zeigt. Die so an den Arbeitsspalt 2 angelegte Wechselstromimpulsspannung wird durch den Detektor 9 erfaßt, der dann entscheidet, ob eine Entladung erzeugt wird oder nicht. Der Detektor 9 erzeugt weiter ein Entladungserfassungssperrsignal A zur Verhinderung der Erfassung der Entladung, um ein falsches Betriebsverhalten in der Phase, während der sich die erfaßte Spannung umkehrt, zu verhindern, wie aus Fig. 4(c) hervorgeht.

Wenn der Detektor 9 das Auftreten der Entladung im Arbeitsspalt 2 erfaßt, liefert er das in Fig. 4(e) dargestellte Steuersignal C an die zweite Treiberschaltung 8a, die ihrerseits von der ersten Treiberschaltung 4a ein Polaritätsentscheidungssignal b zur Anzeige der Richtung empfängt, in der die Entladung erzeugt wird, wie aus Fig. 4(d) hervorgeht. Anhand dieser beiden Signalarten steuert die zweite Treiberschaltung 8a selektiv die Schaltelemente 7a und 7d an, so daß eine Gleichspannung der gleichen Polarität angelegt wird wie diejenige der durch die erste Treiberschaltung 4a gelieferten Spannung. Gemäß Fig. 4(d) wird also eine positive Spannung angelegt, wenn die erste Treiberschaltung 4a eine positive Spannung an den Arbeitsspalt 2 legt, während eine negative Spannung angelegt wird, wenn die erste Treiberschaltung 4a eine negative Spannung an den Arbeitsspalt 2 legt. Gleichzeitig mit dem Einschalten der zweiten Treiberschaltung 8a wird die erste Treiberschaltung 4a abgeschaltet.

Da die Steuerung der zweiten Treiberschaltung 8a das Anschalten der zweiten Gleichstrom-Leistungsversorgungsschaltung 6 an den Arbeitsspalt 2 bewirkt, fließt dort ein starker Strom. Es kann also ein wie in Fig. 4 dargestellter Entladungszustand durch einen im Arbeitsspalt 2 übertretenden starken Strom herbeigeführt werden, der nicht durch die erste Gleichstrom-Leistungsversorgungsschaltung 1 erzielt werden kann. Der Funktionsablauf ist so getroffen, daß die erste Treiberschaltung 4a nach Beendigung der Stromversorgung durch die zweite Treiberschaltung 8a angesteuert wird.

Da kein größerer Strom als notwendig in dem in Fig. 4 wiedergegebenen Kurzschlußzustand zugelassen wird, wird ein in Fig. 4(b) angezeigter Strom zum Durchfließen des Arbeitsspaltes durch Anlegen von postiven und negativen Gleichspannungen nur während einer kurzen Zeitdauer veranlaßt, wie aus Fig. 4(a) hervorgeht.

Die wie oben erläutert aufgebaute Leistungsversorgungseinheit für ein elektrisches Entladungsbearbeitungsgerät erzeugt fortwährend eine entweder aus positiven oder negativen Impulsen bestehende Spannung, die an den Arbeitsspalt angelegt wird. Dies bedeutet, daß die anzulegende Spannung insgesamt ein Wechselstromimpuls ist, der dadurch nicht nur zum Schutze des Werkstückes gegen Schädigungen durch elektrolytische Korrosion und Elektrolyse dient, sondern der auch die Magnetisierung des Werkstückes durch den elektromagnetischen Effekt verhindert.

Obwohl die obige Ausführungsform der Erfindung den Fall betrifft, daß die elektrische Entladungsbearbeitungsoperation mit Hilfe einer Wechselstromimpulsspannung durchgeführt wird, die durch den alternierenden Betrieb des Schaltelementenpaares 3a und 3b erzeugt wird, versteht sich von selbst, daß die elektrische Entladungsbearbeitung entsprechend der gleichen Betriebsweise wie derjenigen der konventionellen Leistungsversorgungseinheit, also der unipolaren Gleichstromimpulsleistungsversorgung, durchgeführt werden kann, und zwar durch Steuerung nur eines dieser Schaltelementpaare.

Wie oben beschrieben, ermöglicht die Leistungsversorgungseinheit für elektrische Entladungsbearbeitungsgeräte gemäß der Erfindung eine elektrische Entladungsbearbeitung durch Anlegen eines Wechselstromimpulses an den Arbeitsspalt, wobei außerdem ein stärkerer Strom fließt, wenn die elektrische Entladung im Arbeitsspalt beginnt. Die Erfindung bringt also den Vorteil der Verhinderung der elektrolytischen Korrosion oder der Elektrolyse ohne Verringerung der elektrischen Entladungsbearbeitungsgeschwindigkeit mit sich, und sie verhindert außerdem die Magnetisierung des Werkstückes.

Claims (5)

1. Leistungsversorgungseinheit für elektrische Entladungsbearbeitungsgeräte mit:

• - einer ersten Gleichstrom- Leistungsversorgungseinheit (1) zur Lieferung einer ersten veränderlichen Gleichspannung;
• - einer Zusatzschaltgruppe (3a-3d, 4a) zum Schalten der ersten Gleichspannung zwecks Erzeugung eines Wechselstrom-Impulssignals, das an den Arbeitsspalt (2) zwischen einem zu bearbeitenden Werkstück und einer Arbeitselektrode angelegt wird;
• - einer zweiten Gleichstrom- Leistungsversorgungseinheit (6) zum Erzeugen einer zweiten Gleichspannung, die größer als die erste Gleichspannung ist;
• - einer Hauptschaltgruppe (7a-7d, 8a) zum Schalten der zweiten Gleichspannung zwecks Erzeugung eines Wechselstrom-Hauptimpulssignals, das an den Arbeitsspalt (2) angelegt wird, wobei die Hauptschaltgruppe in der Lage ist, einen größeren Spitzenstrom als die Zusatzschaltgruppe zu liefern; und
• - einem Detektor (9a) zur Erfassung des Auftretens einer Entladung am Arbeitsspalt (2), nachdem eine vorbestimmte Zeitdauer seit dem Anlegen des Wechselstrom- Impulssignals an den Arbeitsspalt (2) abgelaufen ist.

2. Leistungsversorgungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptschaltgruppe (7a-7d, 8a) auf der Basis eines Ausgangssignals des Detektors (9a) und eines Steuerausgangssignals der Zusatzschaltgruppe (3a-3d, 4a), das die Richtung der auftretenden Entladung am Arbeitsspalt ergibt, gesteuert wird.

3. Leistungsversorgungseinheit nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Gleichstrom-Leistungsversorgungseinheit (1) die erste veränderliche Gleichspannung über einen Strombegrenzungswiderstand (5) an den Arbeitsspalt liefert.

4. Leistungsversorgungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (9a) die auftretende Entladung in bezug auf beide Polaritäten des Wechselstrom-Hauptimpulssignals erfaßt.

5. Leistungsversorgungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (9a) so gesteuert wird, daß die Erfassung der auftretenden Entladung während einer Zeitdauer unterbunden wird, in der sich die Polarität des Wechselstrom- Hauptimpulssignals umkehrt.