DEC0010763MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 17. Februar 1955 Bekanntgemacht am 17. Mai 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Die Erfindung betrifft die Vorrichtungen zur Funkenbearbeitung, d. 'h. die Vorrichtungen, bei. welchen die elektrische Korrosion 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 ίο Kupfer oder aus einer Kupferlegierung.

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

Hierfür wird erfindungsgemäß bei Benutzung einer Wechselstromquelle für den Betrieb der Vorrichtung ein magnetischer Resonanzschalter mit Eisenkern vorgesehen, um die Wirkung dieser Spannung so zu steuern, daß intermittierende elektrische Entladungen in nur einer Richtung zwischen der das Werkzeug bildenden Elektrode und dem Werkstück auftreten, ohne daß die Wechselspannung durch die üblichen Mittel, insbesondere elektronische Mittel, gleichgerichtet werden muß.

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

Fig. ι zeigt das Schema einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

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Fig. 2 zeigt eine Kennlinie der erfindungsgetnäß 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. 5 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 erhebliche 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 Resonänzschalter 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 Kupferdräht oder auch einem Kupferrohr gebildet wird, während die andere, 2>b, ^aus dünnem Metalldraht besteht. Diese, Wicklungen sind elektrisch gegeneinander isoliert. Die feindrähtige Wicklung 3_Ö steht über die Selbstinduktion 6 mit einer Vorspannungsquelle 7 in Verbindung und wird nur von einem schwachen Gleichstrom durchflossen, während die dickdrahtige 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 AYerts V₀ 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 + V₀ = — V₀ ist dem absoluten Wert nach. Wenn jedoch eine Gleichspannung E₁, an die Vorspannungsspule 2>b angelegt wird, treten die gleichen Erscheinungen mit einer Verschiebung des Ursprungs der Kennlinie von O nach O' auf, so daß die kritische positive Spannung + V₀ dem Ausolutwert nach kleiner als die kritische negative Spannung — V₀ ist. In dem betrachteten Fall fließt also, sobald die Wechselspannung in einer positiven Halbwelle den ' Wert V₀ 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 V, deren Amplitude etwas größer als V₀ und kleiner als der Absolutwert von — V₀ ist, einen Impuls (Strom kurzer Dauer und großer Stärke), jedesmal 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 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 mk Blindwiderständen 4, welches durch eine Verzögerungsleitung mit Kondensatoren 4_a, \_b, 4_C und Selbst- ' induktionsspule 4_d, 4_e, 4_f gebildet werden kann, wird so mit einer Selbstinduktionsspule 5 in Reihe geschaltet, damit es mit der Frequenz der Spannungsquelle 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

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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 Blindwiderständen 4 auftretende Ausgleichsspannungswelle aufeinanderfolgende Maxima entgegengesetzter Polarität auf.

ίο Bei dem Schema der Fdg. 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, ΙΙΓ die veränderliche Spannung an den . Klemmen des Energiespeichersystems mit Blindwiderständen darstellen, wobei die Kurvenabschnitte ΙΙΓ den Verhältnissen entsprechen; welche beim Fehlen des Schalters 3 auftreten würden.

Dieser Schalter dient zur Erzeugung der plötzlichen Entladung der in dem Blindwiderstand des Speicherorgans4 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 U. 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_n 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_n 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_e 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 An-Ordnung an die Eigenimpedanz der Bearbeitungsentladung anpassen und somit die Arbeitsweise verbessern. Wie man sieht, besteht in dem Schema 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 8_b und 8_C, wobei der Wert der Selbstinduktion 8_b 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 Vorspannungskreis 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 magnetischen 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, daß 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 zu verändern, ohne die Einstellung der Arbeitsweise der Schalter zu verändern, wenn die Größe der Induktanz 6 geeignet gewählt-und der Wert des regelbaren Widerstands 11 richtig eingestellt ist.

Bei 10 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. ι anzuordnen, wobei jede Phase gemäß 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 Bearbei-

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tungsfunken im Rhythmus von 18 ooo Funken in der Sekunde.

Die Kurven der Fig. 5 verdeutlichen die Arbeitsweise der Vorrichtung der Fig. 4. φ_ν φ₂ und φ_Ά stellen die von dem Wechselstromerzeuger o._& erzeugten Wellen der Dreiphasenspannung dar, während die Kurven d_v d₂, ά_Ά die zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück auftretenden Bearbeitungsentladungen (Spannung oder Stromstärke) darstellen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist folgende Vorteile auf: Sie hat einen einfachen kräftigen. 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 Schutz gegen einen etwaigen Kurz-Schluß, 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 (7)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Vorrichtung zum Funkenschneiden mit einer· Wechselspannung, dadurch gekennzeichnet, daß ein magnetischer Resonanzschalter mit Eisenkern (3) die Wirkung dieser Spannung so steuert, daß ohne Gleichrichtung der Wechselspannung durch die üblichen, insbesondere elekironischen Mittel zwischen der das Werkzeug bildenden Elektrode und dem Werkstück nur in einer Richtung erfolgende intermittierende elektrische Entladungen auftreten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Schaltmittel (3) wirkende Wechselspannung von einem Energiespeichersystem (4) mit Blindwiderständen geliefert wird, z. B. einem Kondensator oder einer Verzögerungsleitung, welches von einer Wechselstromquelle gespeist wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung an den Klemmen des Energiespeichersystems mit Blindwiderständen (4) in dem Augenblick durch ein Maximum geht, in welchem die Spannung der Stromquelle durch Null geht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel (3) eine plötzliche Energieübertragung von dem Speichersystem mit Blindwiderständen (4) auf die Strecke zwischen der das Werkzeug bildenden Elektrode (1) und dem Werkstück (2) bewirken, jedesmal wenn die Spannung an den Klemmen - des Energiespeichersystems' ein Maximum durchläuft. '

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem Energiespeichersystem mit Blindwiderständen (4) eine Reaktanz (5) geschaltet ist, welche so bemessen ist, daß die von ihr und dem Energiespeichersystem gebildete Anordnung elektrisch auf die Frequenz der Stromquelle abgestimmt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis S, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechsel-stromquelle durch einen rotierenden Wechselstromerzeuger (g_b) gebildet wird, welcher durch einen Motor (a_a) angetrieben wird, welcher auch einen Gleichstromgenerator (7) antreibt, welcher die Vorspannungsquelle des magnetischen Resonanzschalters mit Eisenkern (3) bildet, so daß bei Veränderung . der Geschwindigkeit des Motors die Spannung der Wechselstromquelle und der Vorspannungsquelle sich entsprechend ändern, was das richtige Arbeiten des Schalters für einen gewissen Geschwindigkeitsbereich des ' Motors gewährleistet.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannungsquelle eine mehrphasige Stromquelle ist, insbesondere eine dreiphasige.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen