DE972733C - Vorrichtung zum Funkenschneiden an einer Wechselstromquelle - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 17. SEPTEMBER 1959

C io703VIIId/21h

ist als Erfinder genannt worden

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Funkenschneiden an einer Wechselstromquelle, mit nicht vibrierender Elektrode und mit einem Unterbrecher mit Gleichrichterwicklung, d. h. eine Vorrichtung, bei welcher die elektrische Erosion durch intermittierende elektrische Entladungen benutzt wird, um ein beliebiges Metall oder eine beliebige elektrisch leitende Legierung von beliebiger Härte mit Hilfe von Werkzeugen zu bearbeiten, welche aus Metallen oder Legierungen mit einer erheblich geringeren Härte bestehen, wie z. B. Werkzeuge aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung.

Die Erfindung bezweckt insbesondere, derartige Vorrichtungen so auszubilden, daß sie besser als bisher den verschiedenen Erfordernissen der Praxis entsprechen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Funkenschneiden ist dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannung, vorzugsweise in Verbindung mit einem an sich bekannten Energiespeichersystem in Parallelschaltung, einem an sich bekannten Unterbrecher mit magnetischer Sättigung und mit polarisiertem Kern zugeführt wird, der den Durchgang gleichgerichteter Entladungen über den Zwischenraum zwischen Werkzeugelektrode und Werkstück steuert.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist in Verbindung mit dem aus Kondensator und Verzögerungsleitung bestehenden Energiespeichersystem eine Induktanz vorgesehen, um in an sich bekannter Weise die Übereinstimmung des gesamten Kreises mit der Frequenz der Speisespannung zu sichern.

Die Wechselspannungsquelle besteht vorzugsweise aus einem Wechselstromerzeuger, dessen Erregung von einem Gleichstromerzeuger erhalten

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wird, der ebenfalls die Polarisationsquelle de magnetischen Unterbrechers bildet, so daß dii Palarisationsspannung der durch den Wechselstromerzeuger gelieferten Spannung angepaßt ist. Bei einer vorzugsweisen Ausführung der Erfindung ist die Wechselstromquelle mehrphasig ausgebildet, und die magnetischen Unterbrecher sind in den einzelnen Phasen derart angeordnet, daß eine Funkenentladefrequenz erhalten wird, die ίο gleich der Frequenz der Quelle, multipliziert mit der Anzahl der Phasen ist, wobei die Polarisation der Unterbrecher durch einen einzigen Generator bewirkt wird.

Es ist bereits bekannt, Gleichrichter zur Aufladung der Speicher beim Funkenschneiden zu verwenden und auch magnetische Unterbrecher; auch Schalter mit Gleichrichterwicklung im Entladekreis sind verwendet worden zwecks Entladung des Speichers erst bei einer Mindestspannung. Es wurde bisher aber nicht erkannt, daß die Steuerung der Entladungen durch einen magnetischen Unterbrecher einen wesentlichen Vorteil bringt, nämlich eine beträchtliche Steigerung der Funkenleistung unter gleichzeitiger Ausschaltung der Gefahr der Lichtbogenbildung und des Kurzschlußstromes.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnähme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.

Fig. ι zeigt das Schema einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; Fig. 2 zeigt eine Kennlinie der erfindungsgemäß benutzten Vorrichtung zur Steuerung des Stromdurchgangs ;

Fig. 3 ist ein Diagramm zur Darstellung der Arbeitsweise der Vorrichtung der Fig. ι; Fig. 4 zeigt das Schema einer anderen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; Fig. S ist ein Diagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Vorrichtung der Fig. 4.

Bisher benutzten Vorrichtungen zur Funkenbearbeitung Gleichrichter üblicher Bauart zur Herstellung der Stromentladungen in nur einer Richtung zwischen der das Werkzeug bildenden Elektrode und dem Werkstück. Die Benutzung derartiger Gleichrichter üblicher Bauart bringt erhebliehe Schwierigkeiten mit sich, da zur Erzielung hoher Bearbeitungsgeschwindigkeiten hohe Spannungen, Ströme und Frequenzen gleichgerichtet werden mußten.

Die Erfindung bezweckt die Überwindung dieser Schwierigkeiten.

Hierfür wird erfindungsgemäß die Wirkung der Wechselspannung durch einen magnetischen Resonanzschalter mit Eisenkern gesteuert, der die Wirkung dieser Spannung in dem Teil des Stromkreises, welcher die das Werkzeug bildende Elektrode und das Werkstück enthält, nur dann gestattet, wenn diese Spannung die gewünschte Polarität hat und eine bestimmte Amplitude erreicht. Man erhält so die gewünschten, nur in einer Richtung erfolgenden Stromentladungen.

Auf Fig. ι werden z. B. die Bearbeitungsentladungen zwischen der das Werkzeug bildenden Elektrode ι und dem Werkstück 2 durch eine zwischen den Punkten A und B vorhandene Wechselspannung erzeugt, die über die selbsttätige Schaltvorrichtung 3 angelegt wird, welche den Übergang der nur in einer Richtung erfolgenden Stromentladungen steuert.

Der in der Zeichnung beispielshalber dargestellte magnetische Resonanzschalter mit Eisenkern enthält (Fig. 1) einen geschlossenen, z. B. ringkörperförmigen Magnetkreis 3_C, welcher durch dünne Bänder aus einer Legierung mit hoher magnetischer Anfangspermeabilität und plötzlicher Sättigung gebildet wird und zwei Wicklungen trägt, von denen die eine, 3_a, durch einige Windungen aus dickem Kupferdraht oder auch einem Kupferrohr gebildet wird, während die andere, 3_Ö, aus dünnem Metalldraht besteht. Diese Wicklungen sind elektrisch gegeneinander isoliert. Die feindrähtige Wicklung 3 j steht über die Selbstinduktion 6 mit einer Vorspannungsquelle 7 in Verbindung und wird nur von einem schwachen Gleichstrom durchflossen, während die dickdrähtige Wicklung von Strömen kurzer Dauer und großer Stromstärke durchflossen wird, welche von plötzlichen elektrischen Entladungen in der Strecke zwischen der Elektrode 1 und dem Werkstück 2 herrühren.

Die Kurve der Fig. 2 verdeutlicht die Arbeitsweise der Anordnung der Fig. 1.

Bei C ist die Stromspannungskennlinie des bei 3 dargestellten elektromagnetischen Systems aufgetragen, welche bei Speisung der Spule 3_a mit einer Wechselspannung mit der Amplitude V erhalten wird. Solange diese unterhalb eines bestimmten (für die betreffende Frequenz) kritischen Werts V_c bleibt, ist der die Spule durchfließende Strom auf sehr kleine Werte begrenzt. Sobald jedoch die kritische Spannung erreicht wird, nimmt der Strom plötzlich zu (s. die etwa waagerechten Teile der Kurve C) und wird praktisch nur durch den Ohmschen Widerstand der Spule begrenzt. Bei Fehlen der äußeren Vorspannung ist Symmetrie gegenüber der Spannung Null vorhanden, so daß + V_c— — V _c ist dem absoluten Wert nach. Wenn jedoch eine Gleichspannung B₁, an die Vorspannungsspule 3_Ö angelegt wird, treten die gleichen Erscheinungen mit einer Verschiebung des Ursprungs der Kennlinie von O nach O' auf, so daß die kritische positive Spannung + V_c ^r dem Ausolutwert nach "° kleiner als die kritische negative Spannung — V_e ^r ist. In dem betrachteten Fall fließt also, sobald die Wechselspannung in einer positiven Halbwelle den Wert V_c überschreitet, ein Impuls, d. h. ein Strom kurzer Dauer, aber großer Stromstärke, in der Wicklung 3_a. Infolgedessen erzeugen bei geeigneter Wahl der Vorspannung Änderungen der Spannung V₁ deren Amplitude etwas größer als V_c und kleiner als der Absolutwert von — V_c' ist, einen Impuls (Strom kurzer Dauer und großer Stärke), ^li*e edesmal wenn die Spannung V ihr positives Maximum durchläuft.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann unter Verzicht auf die anderen in Fig. 1 dargestellten Teile, welche weiter unten erläutert sind, allein auf "5 die obigen Teile beschränkt werden.

Nachstehend ist jedoch eine weitere Fortbildung der Erfindung beschrieben, welche besondere Vorteile aufweist.

So ist gemäß einem älteren Vorschlag insbesondere die eigentliche Wechselspannungsquelle mit den Klemmen eines Systems zur Energiespeicherung mit Blindwiderständen verbunden. Bei Anordnung dieses Systems in einen Stromkreis, in welchem es mit der Frequenz der Wechselstromquelle in Resonanz kommen kann, können hohe Werte für die Spannungsmaxima erhalten werden. Das Energiespeichersystem mit Blindwiderständen 4, welches durch eine Verzögerungsleitung mit Kondensatoren 4_a, 4_b, 4_C und Selbstinduktionsspule 4_d, \_e! 4_f gebildet werden kann, wird so mit einer Selbstinduktionsspule 5 in Reihe geschaltet, damit es mit der Frequenz der Spannungsquielle U (z. B. ein Wechselstromgenerator) in Resonanz kommen kann. Bei Anschluß der Verzögerungsleitung 4 an A, B können offenbar zwischen A und B Überspannungen auftreten, welche größer als die Nennspannung der Spannungsquelle U sind und welche an den Schalter 3 angelegt werden.

Natürlich kann in dem Schema der Fig. 1 das Energiespeichersystem mit Blindwiderständen 4 durch einen einfachen Kondensator oder eine Kondensatorbatterie oder durch einen beliebigen geeigneten Blindwiderstand ersetzt werden. Ferner braucht unter Umständen keine getrennte Spule 5 vorgesehen zu werden, wenn deren Wirkung durch die eigene innere Selbstinduktion der Spannungsquelle U erhalten wird.

Unabhängig von der gewählten besonderen Ausführungsform weist die an den Klemmen des Energiespeichersystems mit Blmdwiderständen 4 auftretende Ausgleichsspannungswelle aufeinanderfolgende Maxima entgegengesetzter Polarität auf. Bei dem Schema der Fig. 1 werden die verschiedenen Teile vorzugsweise so ausgebildet, daß diese Maxima in den Augenblicken auftreten, in welchen die Spannung der Spannungsquelle durch Null geht, wobei die Amplitude dieser Maxima erheblich größer als der an den Klemmen der Spannungsquelle auftretenden Maxima ist. In Fig. 3, welche weiter unten erläutert ist, stellt die Kurve II in Abhängigkeit von der Zeit t die veränderliche Spannung der Spannungsquelle U dar, während die Kurven III, III' die veränderliche Spannung an den Klemmen des Energiespeichersystems mit Blindwiderständen darstellen, wobei die Kurvenabschnitte III' den Verhältnissen entsprechen, welche beim Fehlen des Schalters 3 auftreten würden.

Dieser Schalter dient zur Erzeugung der plötzliehen Entladung der in dem Blindwiderstand des Speicherorgans 4 aufgespeicherten Energie, d. h. des Durchgangs eines Stromes kurzer Dauer, aber großer Stärke, bei jedem Durchgang der Welle der Ausgleichsspannung durch ein Maximum bestimmter (positiver) Polarität.

Es seien jetzt die Kurven der Fig. 3 besprochen.

In dieser Figur ist bei I die Kurve C der Fig. 2

nach Drehung ihrer Achsen um 90⁰ dargestellt. Die Kurve II zeigt in Abhängigkeit von der Zeit die veränderliche Spannung an den Klemmen der Spannungsquelle 17. Die Kurve IiI, III" zeigt in Abhängigkeit von der Zeit die veränderliche Spannung an den Klemmen des Schalters 3. Die Kurve IV zeigt die zeitliche Änderung des Stromes in der Wicklung 3_a des Schalters und stellt somit auch den Verlauf der Änderung der Spannung oder des Stromes zwischen der das Werkzeug bildenden Elektrode und dem Werkstück dar. Die Vorspannung E_p wird so gewählt, daß z.B. nur die-positiven Maxima der Ausgleichsspannung die kritische Spannung erreichen und den Durchgang eines Stroms kurzer Dauer und großer Stärke durch die Wicklung 3_a auslösen können. Die aufeinanderfolgenden Entladungen des Speicherorgans erfolgen somit nur in einer Richtung.

Zur Vervollständigung der Beschreibung des Schemas der Fig. 1 sei hinzugefügt, daß es zweckmäßig ist, parallel zu der das Werkzeug bildenden Elektrode 1 und dem Werkstück 2 eine Verbindungsimpedanz 8 vorzusehen. Diese Impedanz, welche nicht unbedingt erforderlich ist, soll die Impedanz der durch die Teile 3 und 4 gebildeten Anordnung an die Eigenimpedanz der Bearbeitungsentladung anpassen und somit die Arbeitsweise verbessern. Wie man sieht, besteht in dem Schema go der Fig. 1 die Verbindungsimpedanz aus einer Anordnung mit einem Kondensator 8_a, dessen Kapazität erheblich kleiner als die der einzelnen Kondensatoren 4_a, 4_b, 4_C ist, und den Selbstinduktionen 8₆ und 8_C, wobei der Wert der Selbstinduktion 8_Ö erheblich kleiner als der der Selbstinduktion. 5 ist, während der Wert der Selbstinduktion 8_C ein Mehrfaches des Wertes der Selbstinduktion 5 beträgt. Natürlich kann die Impedanz 8 durch einen Transformator ersetzt werden.

In Fig. 4 sieht man eine noch weiter entwickelte Form der Erfindung, bei welcher eine mehrphasige, z. B. dreiphasige Wechselstromquelle hoher Frequenz über mehrere, z. B. drei gleiche Stromkreise in einer Richtung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück übergehende Bearbeitungsfunken liefert, wobei die Wiederholungsfrequenz dieser Funken gleich einem Vielfachen, hier dem Dreifachen, der Frequenz der mehrphasigen Stromquelle ist. Es sind daher auf Fig. 4 drei Energiespeicherorgane 4 und drei Magnetschalter 3 vorgesehen, welche von einem einzigen Vorsparinungskreis gesteuert werden können. Bei 9 ist die Stromquelle dargestellt, welche durch ein rotierendes Frequenzumformeraggregat gebildet wird und einen" Motor g_a aufweist, welcher einen Drehstromgenerator g_b antreibt, dessen Frequenz zwischen 100 und 10 000 Hz liegt (und zwar in Abhängigkeit von den gegenwärtig bekannten und zur Herstellung der betrachteten Magnetschalter verwendbaren magnetisehen Werkstoffe). Der EfFektivwert der Spannung des Wechselstromerzeugers liegt vorzugsweise zwischen 50 und 500 V.

7 ist eine Gleichstromquelle zur Erregung des Wechselstromerzeugers, welche durch einen kleinen Hilfsgenerator gebildet werden kann, welcher von

dem gleichen Motor g_a angetrieben wird und gleichzeitig als gemeinsame Vorspannungsquelle für die magnetischen Schalter dienen kann. Diese Anordnung bietet den Vorteil, da'ß die Vorspannung der Schalter durch den Wert der von dem Wechselstromerzeuger erzeugten Wechselspannung gesteuert wird, was gestattet, praktisch diese Wechselspannung, d. h. die Arbeitsgeschwindigkeit und die Rauhigkeit der Oberfläche der Werkstücke

ίο zu _ verändern, ohne die Einstellung der Arbeitsweise dar Schalter zu verändern, wenn die Größe der Induktanz 6 geeignet gewäihlt und der Wert des regelbaren Widerstands ii richtig eingestellt ist. Bei io ist ein Transformator dargestellt, dessen Primärwicklung 10P in Dreieck geschaltet ist, während die Sekundärwicklung 10 S Sternschaltung hat. Dieser Transformator gestattet, jede Phase gegenüber dem Nulleiter entsprechend dem Stromkreis der Fig. 1 anzuordnen, wobei jede Phase ge-

ao maß dem auseinandergesetzten Mechanismus einen Bearbeitungsfunken erzeugt, wobei die von den verschiedenen Phasen erzeugten Funken eine Phasenverschiebung von 120⁰ gegeneinander haben. Die Wiederholungsfrequenz der Bearbeitungsfunken beträgt somit das Dreifache der Frequenz / der Stromquelle. Mit den gegenwärtig verfügbaren Werkstoffen liefert somit ein Drehstrom von 6000 Hz - in einer Richtung übergehende Bearbeitungsfunken im Rhythmus von 18 000 Funken in der Sekunde.

Die Kurven der Fig. 5 verdeutlichen die Arbeitsweise der Vorrichtung der Fig. 4. φ_±, φ₂ und <p₈ stellen die von dem Wechselstiromerzeuger % erzeugten Wellen der Dreiphasenspannung dar, während die Kurven Cf₁, d₂, d₃ die zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück auftretenden Bearbeitungsentladunge«! (Spannung oder Stromstärke) darstellen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist folgende Vorteile auf: Sie hat einen einfachen kräftigea Aufbau und weist nur elektromechanische Teile auf, ohne daß elektronische Teile oder Anordnungen mit Röhren oder Gefäßen aus Glas erforderlich sind; sie gestattet die Vergrößerung der Arbeitsfrequenz,

d. h. der Bearbeitungsgeschwindigkeit, ohne Erhöhung der Rauhigkeit der so bearbeiteten Oberflächen; sie verbessert den Wirkungsgrad der Anlage insbesondere infolge des Fortfalls der Gleichrichter bei Arbeiten der Anlage mit Wechselstrom, da in. den Gleichrichtern bisher eine erhebliche Verlustwärme, entwickelt wurde; es ist keine besondere Apparatur zum" Sctiutz gegen einen etwaigen Kurzschluß, z.B. infolge eines Fehlmanövers, zwischen der das Werkzeug bildenden Elektrode und dem Werkstück erforderlich, da in der Tat keine gefährliche Überspannung an den Klemmen des Energiespeichers auftreten kann. Der magnetische Resonanzschalter mit Eisenkreis wirkt nämlich wie ein Überspannungsschalter.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Vorrichtung zum Funkenschneiden an einer Wechselstromquelle mit nicht vibrierender Elektrode und mit einem Unterbrecher mit Gleichrichterwicklung im Entladekreis, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannung (9), vorzugsweise in Verbindung mit einem an sich bekannten Energiespeichersystem (4) in Parallelschaltung, einem an sich bekannten Unterbrecher (3) mit magnetischer Sättigung und mit polarisiertem Kern zugeführt wird, der den Durchgang gleichgerichteter Entladungen über den Zwischenraum zwischen Werkzeugelektrode

(1) und Werkstück (2) steuert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Verbindung mit dem Energiespeichersystem (4 — Kondensator 4 a, 4& 4 c, Verzögerungsleitung 4 d, 4^4/) eine Induktanz vorgesehen ist, um in an sich bekannter Weise die Übereinstimmung des gesamten Kreises mit der Frequenz der Speisespannung zu sichern.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannungsquelle aus einem Wechselstromerzeuger (9) besteht, dessen Erregung von einem Gleichstromerzeuger (7) erhalten wird, der ebenfalls die Polarisationsquelle des/ magnetischen Unterbrechers (3) bildet, so daß die Polarisationsspannung der durch den Wechselstromerzeuger (9) gelieferten Spannung angepaßt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselstromquelle (9) mehrphasig ist und die magnetischen Unterbrecher (3) in den einzelnen Phasen derart angeordnet sind, daß eine Funkenentladefrequenz erhalten wird, die gleich der Frequenz der Quelle, multipliziert mit der Anzahl der Phasen ist, wobei die Polarisation der Unterbrecher (3) durch einen einzigen Generator (7) bewirkt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Britische Patentschrift Nr. 666 574;

USA.-Patentschriften Nr. 2501954, 2399212, 2308860, 2287543;

Zeitschrift »Fertigungstechnik«, 1954,- Heft 6, S. 265 bis 270.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 609526/370 5.56 (909 601/9 9.59),