DE10195975T5

DE10195975T5 - Entladungspulsgenerator

Info

Publication number: DE10195975T5
Application number: DE10195975T
Authority: DE
Inventors: Yoshihide Kinbara; Takashi Yuzawa; Hajime Ogawa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-02-22
Filing date: 2001-02-22
Publication date: 2004-04-15
Also published as: CN1395758A; CN1199342C; US20030006721A1; TW500647B; US6566823B2; JP3906804B2; JPWO2002067410A1; WO2002067410A1

Abstract

Entladungspulsgenerator zur Energieversorgung zwischen einem Elektrodenpaar, enthaltend:
mindestens eine verteilungskonstante Leitung vorbestimmter Länge, die an einem Anschluss an die Elektroden angeschlossen ist;
Aufladungsmittel, die an diese verteilungskonstante Leitung zum Aufladen der Kapazität dieser verteilungskonstanten Leitung angeschlossen sind;
Gleichrichtermittel, die an einem gegenüberliegenden Anschluss dieser verteilungskonstanten Leitung in eine Richtung angeschlossen sind, in die kein Strom relativ zur Spannung dieser Aufladungsmittel fließt; und
einen Widerstand, der in Serie zu diesen Berichtigungsmitteln geschaltet ist und einen Widerstandswert aufweist, der gleich der charakteristischen Impedanz dieser verteilungskonstanten Leitung ist.

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung in einem Entladungspulsgenerator, der mit einer elektrischen Entladungsbearbeitungsmaschine, wie z.B. einem Laseroszillator, einem Partikelbeschleuniger, etc., zur Energiebereitstellung zwischen einem Elektrodenpaar benutzt wird.
17 zeigt ein Schaltungsplan, um den Aufbau eines Entladungspulsgenerators nach dem Stand der Technik zu zeigen. Sie zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Entladungspulsgenerators einer elektrischen Entladungsbearbeitungsmaschine. In 17 bezeichnet Ziffer 1 eine Elektrode, Ziffer 2 ein Werkstück, Ziffer 3 eine Gleichspannungsversorgung (DC power supply), Ziffer 4 einen elektrischen Widerstand, Ziffer 5 einen Kondensator (Kapazität C), und L eine Induktivität, die durch elektrische Leitungen vorhanden ist. Eine Ladeschaltung, die sich aus der Gleichspannungsversorgung 3 und dem Widerstand 4 zusammensetzt, ist mit dem Kondensator 5 verbunden. Die Elektrode 1 und das Werkstück 2 sind in einer Arbeitsflüssigkeit, wie z.B. Wasser oder Öl (nicht dargestellt) untergetaucht.
Wenn die Spannung des Kondensators 5 durch die oben genannte Ladeschaltung erhöht wird und die Arbeitsflüssigkeit in der Spalte zwischen den Polen der Elektrode 1 und dem Werkstück 2 elektrisch zusammenbricht, fließt Energie, die in dem Kondensator 5 gespeichert ist, zwischen die Pole der Elektrode 1 und des Werkstückes 2 hinein. Der Entladestrom Ig nimmt dabei durch LC Oszillation verursacht eine gedämpfte Schwingungswellenform ein, wie dies in 18 dargestellt ist.
In 18 bezeichnet t eine Zeit; ein erster Strom i1 ist ein elektrischer Strom eines halben Zyklus der Resonanzfrequenz einer LC Oszillation; ein nächster Strom i2 ist ein elektrischer Strom der entgegengesetzten Polarität zu der des elektrischen Stroms i1, und Strom i3 ist ein elektrischer Strom der entgegengesetzten Polarität zur der des Stroms i2; auf diese Weise fließen mehrere Schwingungsströme zwischen die oben genannten Pole hinein. Die Pulsbreite des ersten Stroms 1 ist ein kurzer Puls (T1), aber die Pulsbreite wird beträchtlich lang (T), wo die mehreren Schwingungsströme aufhören/stoppen, und inzwischen die Entladung weiter stattfindet und dabei insgesamt einen Entladungspuls formt. Wenn eine elektrische Entladungsbearbeitung ausgeführt wird, die solch einen Entladungspulsgenerator bekannter Bauart benutzt, wird eine Bearbeitung, die auf dem Puls T mit der vergleichsweise langen Pulsweite basiert, eher als eine Bearbeitung ausgeführt, die auf dem kurzen Puls T1 basiert. Auf diese Weise ist es schwierig, am Werkstück 2 fein zu bearbeiten; dies ist ein Problem.
In dem Entladungspulsgenerator nach dem Stand der Technik wie in der 17 fließt ein bipolarer Entladungsstrom wie in 18. Wenn die Einstellung so gemacht ist, dass der Elektrodenverbrauch in einer der Polaritäten nachlässt, so fließt Strom immer auch in diejenige Richtung, in der der Elektrodenverbrauch groß ist. Auf diese Weise wächst der Elektrodenverbrauch und somit wird es schwierig, mit einer hohen Genauigkeit zu arbeiten; dies ist ein Problem.
19 zeigt ein Schaltungsplan, um den Aufbau eines anderen Entladungspulsgenerators bekannter Bauart zu zeigen, der in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 266133/1995 offenbart ist. In der Figur bezeichnet Ziffer 1 eine Elektrode, Ziffer 2 ein Werkstück, Ziffer 3 eine DC-Energieversorgung, Ziffer 4 einen Widerstand, Ziffer 6 einen Transistor, Ziffer 7 Steuermittel, Ziffern 8a und 8b Koaxialkabel mit jeweils einer offenen Endseite (charakteristische Impedanzen sind jeweils Z0a und Z0b), und Ziffern 9a und 9b Anpassungsimpedanzen, die mit den Koaxialkabeln 8a und 8b verbunden sind (Impedanzen sind jeweils Za und Zb).
20 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Entladestroms Ig zwischen den Polen der Elektrode 1 und dem Werkstück 2 in dem Entladungspulsgenerator bekannter Bauart in 19. 20(a) zeigt den Entladestrom Ig, wenn die Impedanzen Za und Zb gleich sind mit den charakteristischen Impedanzen Z0a und Z0b. 20(b) zeigt den Entladestrom Ig, wenn die Impedanzen Za und Zb jeweils halb so groß wie die charakteristischen Impedanzen Z0a und Z0b sind. In der Figur bezeichnet t eine Zeit. Wenn die Anpassungsimpedanzen gleich groß zu den charakteristischen Impedanzen wie in 20(a) sind, nimmt der Entladestrom Ig eine pulsförmige Stromwellenform ohne Schwingung ein. Aber wenn die Anpassungsimpedanzen von den charakteristischen Impedanzen wie in 20(b) abweichen, nimmt der Entladestrom eine schwingungsähnliche Stromwellenform wie der Entladestrom in dem Entladungspulsgenerator in 18 an.
Der Entladungspulsgenerator nach dem Stand der Technik in 19 kann eine pulsähnliche Entladestromwellenform ohne Vibrationen nämlich nur dann bereitstellen, wenn die Anpassungsimpedanzen gleich groß wie die charakteristischen Impedanzen der Koaxialkabel sind. Deshalb erniedrigt sich der Spitzenwert des Entladestroms auf die Hälfte beim Anschließen der Anpassungsimpedanzen; dies ist ein Problem.
Da die Anpassungsimpedanzen festgelegt sind, wenn die Spannung der Gleichspannungsversorgung 3 konstant ist, kann der Spitzenwert des Entladestrompulses nicht geändert werden; dies ist ein Problem.
Die Erfindung beabsichtigt, die oben beschriebenen Probleme zu lösen und es ist ein Aufgabe der Erfindung, einen Entladungspulsgenerator bereitzustellen, der den Spitzenwert eines Entladestromimpulses anheben kann.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Entladungspulsgenerator zur Verfügung zu stellen, um es möglich zu machen, den Spitzenwert des Entladestrompulses auf einen gewünschten Wert zu setzen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Entladungspulsgenerator bereitzustellen, der für die Mikrobearbeitung angepasst ist und zur Verringerung des Elektrodenverbrauchs geeignet ist, wenn der Entladungspulsgenerator zur elektrischen Entladungsbearbeitung benutzt wird.
Gemäß der Erfindung wird dafür ein Entladungspulsgenerator zur Energieversorgung zwischen einem Paar von Elektroden bereitgestellt, mit wenigstens einer konstanten Verteilungsleitung einer vorbestimmten Länge, die an einem endseitigen Anschluss an die Elektroden angeschlossen ist, mit Aufladungsmitteln, die an die oben erwähnte konstante Verteilungsleitung zum Aufladen der Kapazität der oben erwähnten verteilungskonstanten Leitung angeschlossen sind, mit Gleichrichtungsmitteln, die an einem entgegengesetzten Ende der oben erwähnten konstanten Verteilungsleitung in eine Richtung angeschlossen sind, in die kein Strom relativ zur Spannung der oben erwähnten Aufladungsmittel fließt, und mit einem Widerstand, der in Serie zu den oben erwähnten Berichtungsmitteln angeschlossen ist, und der einen Widerstandswert aufweist, der gleich der charakteristischen Impedanz der oben erwähnten konstanten Verteilungsleitung ist.
Gemäß der Erfindung wird ein Entladungspulsgenerator zur Energieversorgung zwischen einem Elektrodenpaar bereitgestellt, der mindestens eine konstante Verteilungsleitung bzw. Verteilungskonstantleitung einer vorgegebenen Länge aufweist, die an einem Anschluss bzw. Anschluss an die Elektrode angeschlossen ist, mit Aufladungsmitteln, die an die oben genannte konstante Verteilungsleitung angeschlossen sind, um die Kapazität der oben erwähnten konstanten Verteilungsleitung aufzuladen, mit Gleichrichtermitteln, die am entgegengesetzten Anschluss der oben erwähnten konstanten Verteilungsleitung in eine Richtung angeschlossen sind, in der kein Strom relativ zur Spannung der oben erwähnten Aufladungsmittel fließt, mit einem Widerstand, der in Serie zu den oben erwähnten Berichtigungsmitteln angeschlossen ist und einen Widerstandswert aufweist, der gleich groß zu der charakteristischen Impedanz der oben erwähnten konstanten Verteilungsleitung ist, und einer Konstantspannungsquelle, die in Serie zu den oben erwähnten Berichtigungsmitteln angeschlossen ist.
Gemäß der Erfindung wird ein Entladungspulsgenerator zur Energieversorgung zwischen einem Elektrodenpaar zur Verfügung gestellt, der aufweist: mindestens eine konstante Verteilungsleitung einer vorbestimmten Länge, die an einem Anschluss an die Elektrode angeschlossen ist, Aufladungsmitteln, die an die oben erwähnte konstante Verteilungsleitung angeschlossen sind, um die Kapazität der oben erwähnten konstanten Verteilungsleitung aufzuladen, Gleichrichtermittel, die am entgegengesetzten Anschluss der oben erwähnten konstanten Verteilungsleitung in eine Richtung angeschlossen sind, in der kein Strom relativ zur Spannung der oben erwähnten Aufladungsmittel fließt, einem Widerstand, der in Serie zu den oben erwähnten Gleichrichtermitteln angeschlossen ist und einen Widerstandswert aufweist, der gleich groß zu der charakteristischen Impedanzen der oben erwähnten konstanten Verteilungsleitung ist, Spannungsdetektionsmittel zur Spannungsdetektion des oben erwähnten Widerstands, Spannungspolaritäts-Bestimmungsmittel zur Bestimmung der Polarität der Spannung des oben erwähnten Widerstands, die durch die oben erwähnten Spannungsdetektionsmittel detektiert wird, und Aufladungsstoppmittel zum Stoppen des Aufladevorgangs der oben erwähnten Aufladungsmittel, wenn das oben erwähnte Spannungspolaritäts-Bestimmungsmittel bestimmt, dass die Polarität der Spannung entgegengesetzt zur Polarität gerade vor der Entladung ist.
In dem Entladungspulsgenerator ist mindestens eine der oben erwähnten konstanten Verteilungsleitungen eine Repetitionsschaltung von diskreten Kondensatoren und Spulen, die eine charakteristische Impedanz bilden, die gleich groß ist zu der charakteristischen Impedanz der oben erwähnten konstanten Verteilungsleitung.
In dem Entladungspulsgenerator ist mindestens eine der oben erwähnten konstanten Verteilungsleitungen als Parallelschaltung eines Kondensators implementiert, der parallel zu den oben erwähnten Berichtigungsmitteln und dem oben erwähnten Widerstand angeschlossen ist, und eine Spule und ein Widerstand sind in Serie zu dem Kondensator angeschlossen und die charakteristische Impedanz, die auf den Kondensator und die Spule zurückgeht, sowie einen Widerstandswert des Widerstands des parallelen Schaltungsteils sind gleich groß zu der charakteristischen Impedanz der oben erwähnten konstanten Verteilungsleitung.
In dem Entladungspulsgenerator ist das oben erwähnte Aufladungsmittel als eine Serienschaltungsteil einer Gleichspannungsenergieversorgung bzw. einer DC-Energiequelle, eines Widerstands, und Schaltungsmittel ausgeführt, wobei Kontroll- bzw. Steuermittel zum Ein- und Ausschalten der Schaltungsmittel vorgesehen ist.
In dem Entladungspulsgenerator setzt sich das oben erwähnte Entladungsmittel zusammen aus einer Serienschaltung einer Gleichspannungsenergieversorgung, eines Widerstands, und einer Diode, die in eine Aufladungsrichtung angeschlossen ist, sowie Schaltmitteln, die parallel zwischen dem Widerstand und der Gleichspannungsenergieversorgung der Serienschaltung angeschlossen sind, und wobei Kontrollmittel zum Ein- und Ausschalten der Schaltungsmittel vorgesehen sind.
In dem Entladungspulsgenerator ist ein Stromanpassungswiderstand in Serie zu dem Anschluss der oben erwähnten konstanten Verteilungsleitung geschaltet, an die die Elektrode angeschlossen ist.
In dem Entladungspulsgenerator ist die vorbestimmte Länge der oben erwähnten konstanten Verteilungsleitung so festgelegt, dass die Laufzeit der oben erwähnten verteilungskonstanten Leitung eine Hälfte irgendeiner gewünschten Entladungsstrompulsbreite wird, die zwischen den Polen erzeugt wird.
Gemäß der Erfindung ist ein Entladungspulsgenerator vorgesehen zur Verwendung mit einer draht- elektrischen Entladungsbearbeitungsmaschine, um Entladungsenergie zwischen den Polen einer Drahtelektrode und einem Werkstück bereitzustellen, die Drahtelektrode und das Werkstück durch Positioniermittel relativ zueinander zu bewegen, und am Werkstück zu arbeiten. Zur Erzeugung der Entladungsenergie weist der oben erwähnte Entladungspulsgenerator eine erste verteilungskonstante Leitung und eine zweite verteilungskonstante Leitung auf, die an Einzelanschlüssen parallel miteinander verbunden sind, sowie ein oberes Abschluss-(bzw. Abschlüsse)-Zuführteil, das einen entgegengesetzten Anschluss der oben erwähnten ersten verteilungskonstanten Leitung zur Energieversorgung an die Drahtelektrode anschließt, ein unteres Zuführteil, das am entgegengesetzten Ende der oben erwähnten zweiten verteilungskonstanten Leitung zur Energieversorgung an die Drahtelektrode angeschlossen ist, Aufladungsmittel, die an die oben erwähnte erste verteilungskonstante Leitung und die oben erwähnte zweite verteilungskonstante Leitung zum Aufladen der Kapazitäten der oben erwähnten ersten konstanten Verteilungsleitung und der oben erwähnten zweiten konstanten Verteilungsleitung angeschlossen sind, Gleichrichtermittel, die jeweils den Abschluss-(bzw. Abschlüsse)-Einzelanschlüsse der oben erwähnten verteilungskonstanten Leitungen in eine Richtung angeschlossen sind, in die kein Strom relativ zur Spannung der oben erwähnten Aufladungsmittel fließt, und mit einem Widerstand, der in Serie zu den oben erwähnten Berichtigungsmitteln geschaltet ist und einen Widerstandswert hat, der gleich groß zu der charakteristischen Impedanzen der oben erwähnten konstanten Verteilungsleitung ist.
Der Entladungspulsgenerator gemäß der Erfindung ist wie oben beschrieben konfiguriert und der Entladungsstrom steigt schnell an und ein Entladungsstromimpuls eines einzelnen Pulses derselben Polarität wird generiert. Um den Entladungspulsgenerator für elektrische Entladungsbearbeitung zu benutzen, wird auf diese Weise z.B. der Entladungspulsgenerator für Mikrobearbeitung angepasst und kann den Elektrodenverbrauch verringern.
Der Spitzenwert des Entladestroms kann auf jeden beliebigen Wert festgelegt werden.
Weiterhin kann der Entladungspulsgenerator eine Gruppenentladung bei einer vorbestimmten Wiederholungsfrequenz gemäß des sehr einfachen Aufbaus hervorrufen. Um z.B. den Entladungspulsgenerator für elektrische Entladungsbearbeitung zu benutzen, kann auf diese Weise das Werkstück mit höherer Genauigkeit und höherer Qualität bei höherer Geschwindigkeit bearbeitet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Schaltungsplan, um den Aufbau eines Entladungspulsgenerators gemäß einer ersten Ausführungsform 1 der Erfindung zu zeigen.
2 ist ein Wellenformdiagramm, um die Arbeitsweise des Entladungspulsgenerators gemäß dem Ausführungsform 1 der Erfindung zu beschreiben.
3 ist ein Wellenformdiagramm, um den Arbeitsablauf des Entladungspulsgenerators gemäß der Ausführungsform 1 der Erfindung zu beschreiben und ist eine schematische Darstellung, die die Zeitachse vor und nach der Entladestartzeit t1 vergrößert.
4 ist ein Schaltungsplan, um den Aufbau eines Entladungspulsgenerators gemäß einer Ausführungsform 2 der Erfindung zu zeigen.
5 ist ein Wellenformdiagramm, um die Arbeitsweise des Entladungspulsgenerators gemäß der Ausführungsform 2 der Erfindung zu beschreiben, und ist eine schematische Darstellung, die die Zeitachse vor und nach der Entladestartzeit t1 vergrößert.
6 ist ein Schaltungsplan, um den Aufbau eines Entladungspulsgenerators gemäß einer Ausführungsform 3 der Erfindung zu zeigen.
7 ist ein Schaltungsplan, das den Aufbau eines Entladungspulsgenerators gemäß einer Ausführungsform 4 der Erfindung zeigt.
8 ist ein Schaltungsplan, das den Aufbau eines Entladungspulsgenerators gemäß einer Ausführungsform 5 der Erfindung zeigt.
9 ist ein Schaltungsplan, das den Aufbau eines Entladungspulsgenerators gemäß einer Ausführungsform 6 der Erfindung zeigt.
10 zeigt eine Entladungsstromwellenform in dem Entladungspulsgenerator gemäß der Ausführungsform 6 der Erfindung.
11 ist ein Schaltungsplan, das den Aufbau eines Entladungspulsgenerators gemäß einer Ausführungsform 7 der Erfindung zeigt.
12 zeigt eine Entladungsstromwellenform in dem Entladungspulsgenerator gemäß der Ausführungsform 7 der Erfindung.
13 ist ein Schaltungsplan, um den Aufbau eines Entladungspulsgenerators gemäß einer Ausführungsform 8 der Erfindung zu zeigen.
14 ist ein Schaltungsplan, um den Aufbau eines Entladungspulsgenerators gemäß einer Ausführungsform 9 der Erfindung zu zeigen.
15 ist ein Wellenformdiagramm, um die Arbeitsweise des Entladungspulsgenerators gemäß der Ausführungsform 9 der Erfindung zu beschreiben, und ist eine schematische Darstellung, die die Zeitachse vor und nach der Entladestartzeit t1 vergrößert.
16 ist ein Schaltungsplan, um einen anderen Aufbau des Entladungspulsgenerators gemäß der Ausführungsform 9 der Erfindung zu zeigen.
17 ist ein Schaltungsplan, um den Aufbau eines Entladungspulsgenerators nach dem Stand der Technik zu zeigen.
18 ist eine schematische Darstellung, um ein Beispiel einer gedämpften Schwingungswellenform des Entladungsstroms zu zeigen, die durch die LC Oszillation in dem Entladungspulsgenerator bekannter Bauweise in 17 verursacht wird.
19 ist ein Schaltungsplan, das den Aufbau eines anderen Entladungspulsgenerators bekannter Art zeigt.
20 ist eine Zeichnung, die ein Beispiel eines Entladungsstroms zwischen einer Elektrode und einem Werkstück in dem Entladungspulsgenerator bekannter Bauart von 19 zeigt.
1 ist ein Schaltungsplan, der den Aufbau eines Entladungspulsgenerators gemäß einer Ausführungsform 1 der Erfindung und ein Verwendungsbeispiel des Entladungspulsgenerators zusammen mit einer elektrischen Entladungsbearbeitungsmaschine zeigt. In der Figur bezeichnet die Ziffer 1 eine Elektrode, Ziffer 2 ein Werkstück, Ziffer 3 eine Gleichspannungsenergieversorgung, Ziffer 8 ein Koaxialkabel, Ziffern 10, 11 und 12 elektrische Widerstände, Ziffer 13 eine Diode von Berichtigungsmitteln, Ziffer 14 Schaltmittel, Ziffer 15 Kontrollmittel, Ziffer 16 Aufladungsmittel zum Aufladen des Koaxialkabels 8, und L1 eine Induktivität von Schaltungsleitungen; die Elektrode 1 und das Werkstück 2 entsprechen einem Elektrodenpaar.
In 1 sind der Stromanpassungswiderstand 12 (Widerstandswert R12), die Elektrode 1, und das Werkstück 2 in Serie zu dem Anschluss des Koaxialkabels 8 auf der Elektrodenseite 1 (im folgenden als elektrodenseitiger Anschluss bezeichnet) angeschlossen. Die Anschlussverdrahtung beinhaltete dabei die Induktivität L1. Die Aufladungsmittel 16, die sich aus der Gleichspannungsenergieversorgung 3, dem Schaltmittel 14, und dem Widerstand 11 (Widerstandswert R11) zusammensetzen, sind an den elektrodenseitigen Anschluss des Koaxialkabels 8 angeschlossen. Sie können aber auch an jede gewünschte Position angeschlossen werden, wie z.B. dem Anschluss des Koaxialkabels 8 auf einer entgegengesetzten Seite der Elektrode 1 (im folgenden als entgegengesetzter elektrodenseitiger Anschluss bezeichnet). Wenn z.B. die Aufladungsmittel 16 am entgegengesetzten elektrodenseitigen Anschluss des Koaxialkabels angeschlossen sind, sind nur die Elektrode 1, das Werkstück 2, und der Widerstand 12 an den elektrodenseitigen Anschluss angeschlossen, was die Verdrahtung und Anschließung während der Arbeitszeit, etc. vereinfacht.
Die Diode 13, die in eine Richtung, relativ zur Spannung der Aufladungsmittel 16 angeschlossen ist, in die kein Strom fließt, und der Widerstand 10 mit einem Widerstandswert R10, der auf einen Wert gleich der charakteristischen Impedanz Z0 des Koaxialkabels 8 gesetzt ist, sind in Serie zu dem entgegengesetzten elektrodenseitigen Anschluss des Koaxialkabels 8 angeschlossen.
Wenn ein zu der charakteristischen Impedanzen Z0 gleich großer elektrischer Widerstand an den Anschluss des Koaxialkabels 8 angeschlossen ist, wird die Energie eines Signals, das sich von einem entgegengesetzten Ende aus ausbreitet, nicht reflektiert und ganz in dem angeschlossenen Widerstand verbraucht. Die am Widerstand anliegende Spannung ist eine Spannung, die dieselbe Wellenform hat wie die Spannung, die vom entgegengesetzten Ende her angelegt wird, und mit einer Verzögerung so groß wie die Ausbreitungszeit Td.
Da ein Nichtleiter in dem Koaxialkabel 8, nämlich ein Dielektrikum, eine hohe Dielektrizitätskonstante hat, wird die Stromausbreitungsgeschwindigkeit geringer. Sei das Verhältnis, in dem die tatsächliche Länge im Vergleich zu der Länge in einem Vakuum verkürzt wird, das Verkürzungsverhältnis k, so wird die Charakteristik des Koaxialkabels 8 als eine verteilungskonstante Leitung durch die charakteristische Impedanz Z0 (Ω), dem Verkürzungsverhältnis k, und Länge 1 (m) repräsentiert.
Die charakteristische Impedanzen Z0 ist eine Impedanz, bei der die Leitung (Koaxialkabel) mit einer konstant gebildeten Verteilung arbeitet, so dass die Kapazität C0 und die Induktivität L0 in der Stück- bzw. Einheitenlänge des Koaxialkabels 8 Z0 = (L0/C0)^1/2 (Ω) wird.
Die elektrische Länge 10 (m) des Koaxialkabels 8 wird durch den folgenden Ausdruck repräsentiert: 10 = 1/k (1)
Die Ausbreitungszeit Td (s) des Signals von einem Ende zu einem entgegengesetzten Ende des Koaxialkabels 8 wird durch folgenden Ausdruck repräsentiert: Td = 10/Cr (2)wobei Cr die Lichtgeschwindigkeit ist.
Aus den Ausdrücken (1) und (2) wird die Ausbreitungsgeschwindigkeit Td (s) durch den folgenden Ausdruck gekennzeichnet: Td = 1/(k Cr) (3)
So ist beispielsweise die Ausbreitungszeit Td eines 12.8 m Koaxialkabels (Verkürzungsverhältnis k = 0.67) gleich Td = 12.8/(0.67 × 3 × 10⁸) = 6.37 × 10^–8 s = 63.7 ns.
In der 1 werden die Schaltmittel 14 durch Kontrollmittel 15 eingeschalten, um einen Entladungsimpuls zu erzeugen. Um den Entladungsimpuls zu stoppen, werden die Schaltmittel 14 durch die Kontroll- bzw. Steuermittel 15 ausgeschalten.
2 ist ein Wellenformdiagramm, um die Arbeitsweise des Entladungspulsgenerators gemäß einer Ausführungsform 1 der Erfindung zu beschreiben. 2(a) zeigt den Ein/Aus-Schaltvorgang der Schaltmittel 14. 2(b) zeigt die Zwischenpolspannung V, und 2(c) zeigt den Entladungsstrom Ig. In der Figur bezeichnet t eine Zeit.
Zur Zeit t0 von 2(a) wird das Schaltmittel 14 durch das Kontrollmittel 15 von 1 angeschalten, um das Koaxialkabel 8 durch den Widerstand 11 von der Gleichspannungsenergieversorgung 3 aufzuladen. Die Zwischenpolspannung V steigt von t0 bis t1 in 2(b) an (t1 bezeichnet den Entladungsstartzeitpunkt) und wird mit der Zeitkonstante Tc = R11 C1 aufgeladen. Die Kapazität C1 enthält die Kapazität des Koaxialkabels 8, die Kapazität zwischen der Elektrode 1 und dem Werkstück 2, und die Kapazität verursacht durch Schaltungsleitungen.
3 ist ein Wellenformdiagramm, das die Zeitachse vor und nach dem Entladestartzeitpunkt t1 vergrößert. 3(a) zeigt die Zwischenpolspannung V, 3(b) den Entladestrom Ig, und 3(c) die Spannung Vt am entgegengesetzten Anschluss der Elektrode des Koaxialkabels 8. In der Figur bezeichnet t einen Zeitpunkt.
Das Koaxialkabel 8 wird auf die Spannung V1 gerade bis zum Entladestartzeitpunkt t1 von 3 aufgeladen. Wenn die Entladung zum Zeitpunkt t1 auftritt, wird die Zwischenpolspannung V eine Entladespannung Vg und wird fast konstant, wie z.B. von etwa 20 bis 30 V während des Ladevorgangs. Der Entladestrom Ig steigt steil an, wie in den 2(c) und 3(b) gezeigt und ein Impulsstrom wie eine rechteckförmige Welle tritt auf.
Der Entladestrom Ig (A) wird ein Wert, der von der Aufteilung des Spannungsabfalls (V1 – Vg) durch die Schaltungsimpedanz (Z0 + R12) resultiert, und zwar wird er durch folgende Formel repräsentiert: Ig = (V1 – Vg)/(Z0 + R12) (4)
In der Entladestromwellenform von 3(b) wird der Entladestromimpuls durch Ig0 (ausgezogene Linie) angezeigt, wenn der Widerstandswert R12 des Widerstands 12 gleich 0 ist. Der Entladestromimpuls wird durch Ig1 (gestrichelte Linie) angezeigt, wenn der Widerstandswert R12 derselbe ist wie die charakteristische Impedanz Z0 des Koaxialkabels 8. Nur der Spitzenwert des Entladestromimpulses verändert die Abhängigkeit der Magnitude des Widerstandswertes R12 des Widerstands 12. Die Pulsweite ist Tg (=2Td) und ändert sich nicht.
Wenn sich die Spannung V1 an dem elektrodenseitigen Anschluss des Koaxialkabels 8 auf die Entladespannung Vg wegen des Entladevorgangs zum Zeitpunkt t1 erniedrigt, wird die Spannung Vt am entgegengesetzten elektrodenseitigen Anschluss des Koaxialkabels 8 von V1 auf Ve = –(V1 – 2Vg)/2 (V) geändert, wie dies in 3(c) zur Zeit t2 nach der Ausbreitungszeit Td des Koaxialkabels 8 gezeigt ist.
Die negative Spannung Ve tritt auf, weil der durch die Entladung verursachte Spannungsabfall (V1 – Vg) sich von dem elektrodenseitigen Anschluss des Koaxialkabels zu dem der Elektrode entgegengesetzten Anschluss ausbreitet. Ein elektrischer Strom fließt in den Widerstand 10 vom Zeitpunkt t2 bis zum Zeitpunkt t4, währenddessen die Spannung Vt an der der Elektrode entgegengesetzten Anschlusseite des Koaxialkabels 8 negativ ist, und alle Energie verbraucht wird. Deshalb wird die Energie, die sich von dem der Elektrode entgegengesetzten Anschluss zu dem elektrodenseitigen Anschluss ausbreitet, gleich 0, und zwar pflanzen sich die Spannung 0 und die Strom 0 zu dem elektrodenseitigen Anschluss fort.
Zur Zeit t3 nach der zusätzlichen Ausbreitungszeit Td ausgehend von dem Zeitpunkt t2 fällt der Entladestrom Ig steil auf 0 ab und die Zwischenpolspannung V wird ebenfalls 0. Zu diesem Zeitpunkt ist die Entladung zwischen der Elektrode 1 und dem Werkstück 2 lichtbogen-ausgelöscht und die Elektrode 1 tritt in einen offenen Zustand ein.
Da die Spannung der Elektrode 1 0 wird, wird die Spannung Vt an dem der Elektrode gegenüberliegenden Anschluss des Koaxialkabels 8 0. Die Spannung und der Strom nehmen den Initialzustand von 0 zum Zeitpunkt t4 nach der zusätzlichen Ausbreitungszeit Td an. Solch ein Vorgang ist möglich gemacht, wenn der Widerstandswert R11 des Widerstands 11 der Aufladungsmittel 16 ein vergleichsweise großer Wert relativ zu der charakteristischen Impedanzen Z0 beim Einschalten der Schaltmittel 14 ist. Das heißt, der Vorgang ist möglich, wenn der Widerstandswert R11 ungefähr 10 mal oder mehr der charakteristischen Impedanzen Z0 des Koaxialkabels 8 ist.
Wenn beispielsweise der Widerstandswert R11 auf ungefähr das 10-fache oder mehr der charakteristischen Impedanz Z0 des Koaxialkabels 8 gesetzt wird, wobei das Koaxialkabel 8 gleich RG-58C/U (die charakteristischen Impedanz ist 50 Ω), die Länge 1 ist 12.8 m, die Spannung der Gleichspannungsenergieversorgung 120 V, und die Entladespannung Vg 20 V ist, wird ein Puls mit der Pulsweite Tg von ungefähr 136 ns und dem Entladestrom Ig 2 A bereitgestellt.
In entsprechender Weise wird ein kurzer Impuls mit der Impulsweite Tg von ungefähr 16 ns und dem Entladestrom Ig von 1.2 A erzeugt, wenn der Widerstandswert R11 auf ungefähr das 10-fache oder mehr der charakteristischen Impedanz Z0 des Koaxialkabels 8 gesetzt wird, wobei das Koaxialkabel 8 3C-2V (die charakteristische Impedanz ist 75 Ω), die Länge 1 den Wert von 1 m, die Spannung der Gleichspannungsenergieversorgung 3 120 V, und die Entladespannung V 25 V ist.
Wie oben beschrieben, ist die Tatsache für den Entladungspulsgenerator optimal, dass die Zwischenpolspannung V auf 0 zum Zeitpunkt t3 und später in 3(a) gesetzt werden kann. Jedoch kann die Spannung in Abhängigkeit von der Anwendung vielleicht nicht immer 0 werden. Wird der Entladungspulsgenerator z.B, mit einer elektrischen Entladungsbearbeitungsmaschine verwendet, so kann die Zwischenpolspannung V gleich der oder niedriger als die Entladespannung zum Zeitpunkt t3 und später werden.
Entsprechend der beschriebenen Schaltungsanordnung wird ein Entladungspulsgenerator bereitgestellt, der fähig ist, einen Strompuls wie eine Rechteckwelle des Entladestroms Ig mit der Pulsweite Tg zu erzeugen, die das Doppelte der Ausbreitungszeit Td des Koaxialkabels 8 ist. Der Widerstandswert R12 des Widerstands 12 ist variabel gemacht mit dem Widerstand 12 als ein variabler Widerstand, wobei der Spitzenwert des Entladestromimpulses auf irgendeinen gewünschten Wert gesetzt werden kann, ohne die Pulsweite zu ändern.
Da die Elektrode 1 einen offenen Zustand zum Beendigungszeitpunkt eines Entladestromimpulses einnimmt, der durch den Entladungspulsgenerator gemäß der Erfindung erzeugt worden ist, starten die Aufladungsmittel 16 den Aufladevorgang und das Laden sowie Entladen werden wie in 2(b) und 2(c) wiederholt. Wenn das Schaltungsmittel 14 der Aufladungsmittel 16 somit durch die Kontrollmittel 15 (2(a)) eingeschalten werden, kann ein Entladepuls kontinuierlich (Gruppenentladung) erzeugt werden.
Die Wiederholungsperiode der Gruppenentladung ist durch die Entladestartspannung V1 zu dem Zeitpunkt t1, der Spannung der Gleichspannungsenergieversorgung 3 und dem Widerstandswert R11 des Widerstands 11 der Aufladungsmittel, und der Kapazität des Koaxialkabels 8 und der Elektrode 1 bestimmt. Wenn die Kapazität 100 pF und der Widerstandswert R11 1 kΩ ist, ist eine wiederholte Entladung (Gruppenentladung) bei einer Hochfrequenz von etwa 3 MHz möglich.
Wenn das Schaltmittel 14 durch das Kontrollmittel 15 ausgeschalten wird, wird der Aufladevorgang gestoppt und somit die Erzeugung von Entladeimpulsen ebenfalls gestoppt.
Das Schaltungsmittel 14 kann in einfacher Weise als ein Relais, ein Halbleiter oder dergleichen implementiert sein, und das Ein/Ausschalten eines Entladungsimpulses kann somit in einfacher Weise kontrolliert werden.
Um den Entladungspulsgenerator gemäß der Ausführungsform 1 der Erfindung mit einer elektrischen Entladungsbearbeitungsmaschine zu verwenden, führt die elektrische Entladungsbearbeitungsmaschine eine sogenannte Sprungoperation durch, bei der die Elektrode 1 relativ zu dem Werkstück 2 intermittierend bei hoher Geschwindigkeit hin- und herbewegt wird, und arbeitet am Werkstück 2, während Bearbeitungssplitter zwischen den Polen entladen werden. Wenn das Schaltmittel 14 durch die Kontrollmittel 15 in Synchronisation mit der Sprungoperation kontrolliert wird, kann ein Entladungsstromimpuls in der optimalen Arbeitsbedingung erzeugt werden. Das Schaltmittel wird intermittierend während der Bearbeitung eingeschalten, wobei die stabilen Arbeitsbedingungen aufrecht erhalten werden können.
Wie oben beschrieben kann der Entladungspulsgenerator gemäß der Erfindung einen Entladestromimpuls mit einer vorbestimmten Pulsweite und Spitzenwert bereitstellen und eine Gruppenentladung bei einer vorbestimmten Wiederholfrequenz gemäß der sehr einfachen Schaltungsanordnung erzeugen.
Der Entladungspulsgenerator gemäß der Erfindung hat die einfache Anordnung und kann miniaturisiert werden und somit in die Nähe eines Elektrodenpaares plaziert werden. Deshalb kann die Schaltungsverdrahtung verkürzt werden, so dass die Induktivität der Schaltungsleitungen verringert werden kann und das Werkstück kann mit einer höheren Genauigkeit und höherer Qualität bei höherer Geschwindigkeit bei der elektrischen Entladungsbearbeitung unter Verwendung des Entladungspulsgenerators weiterbearbeitet werden.
Die obige Beschreibung basiert auf der Schaltungsanordnung in 1 ebenso wie dem Entladungspulsgenerator gemäß der Erfindung. Allerdings ist die Erfindung nicht beschränkt auf die Schaltungsanordnung in 1.
Beispielsweise kann eine Schaltungsanordnung eingesetzt werden, bei der die Gleichspannungsenergieversorgung 3 der Lademittel 16 und der Diode 13 gegenläufig zueinander geschaltet sind. In diesem Fall wird die Polarität der Spannung umgekehrt, wobei aber eine Vorgehensweise entsprechend zu der in 1 durchgeführt werden kann.
Der Fall, bei dem die Lademittel 16 zusammengesetzt sind aus der Gleichspannungsenergieversorgung 3, dem Schaltmittel 14, und dem Widerstand 11, ist beschrieben worden. Aber die Lademittel sind nicht beschränkt auf solch eine Schaltungsanordnung und können auch eine konstante Stromquelle, etc. sein.
In der 1 ist der Fall beschrieben worden, dass die Zahl der Koaxialkabel 8 gleich Eins ist. Aber es können auch eine Vielzahl von Koaxialkabeln parallelgeschaltet sein. In diesem Fall kann die charakteristische Impedanz der verteilungskonstanten Leitung erniedrigt werden und somit der Spitzenwert eines Entladungsstromimpulses weiter erhöht werden.
In der 1 wird das Koaxialkabel 8 als die verteilungskonstante Leitung benutzt. Aber es kann auch eine verdrillte Leitung als die Verteilungskonstante Leitung benutzt werden. Die verdrillte Leitung kann als normaler isolierter Draht ausgeführt sein und in einfacher Weise bei niedrigen Kosten hergestellt werden. Jedoch ist die charakteristische Impedanz Z0 hoch im Vergleich mit der eines Koaxialkabels. Somit wird der Spitzenwert eines Entladestromimpulses niedrig im Vergleich mit dem des Koaxialkabels.
Die verteilungskonstante Leitung kann gegebenenfalls anstelle des Koaxialkabels oder der verdrillten Paarleitung dadurch gebildet sein, dass eine Kupferfolienleitung einer vorbestimmten Länge durch ein Druckmuster auf einer Leiterplatine umgeben ist. In diesem Fall kann noch eine weitere Miniaturisierung und Kostenreduktion bewerkstelligt werden.
4 ist ein Schaltungsplan, um die Anordnung eines Entladungspulsgenerators gemäß einer Ausführungsform 2 der Erfindung zu zeigen. Identische Teile mit denen oder ähnlich zu denen in 1 in der Ausführungsform 1 sind mit denselben Bezugszeichen in 4 versehen. In 4 bezeichnet Ziffer 17 eine Zenerdiode, die gegenläufig zu einer Diode 13 geschaltet ist.
5 ist eine Wellenformgraphik, um den Arbeitsvorgang des Entladungspulsgenerators gemäß der Ausführungsform 2 der Erfindung zu beschreiben und ist eine schematische Darstellung, die die Zeitachse vor und nach dem Entladestartzeitpunkt t1 vergrößert. In der 1 bezeichnet t einen Zeitpunkt.
Wenn der Widerstandswert R11 des elektrischen Widerstands 11 in 1 zur Erhöhung des Ladestroms erniedrigt wird, um die Ladezeit in 2 (t0 bis t1) in der Anordnung der Ausführungsform 1 zu verkürzen, ändert sich die Spannung Vt an dem der Elektrode entgegengesetzten Anschluss des Koaxialkabels 8 von Ve auf Ve1 (gestrichelte Linie) wie in 5(c) und die Zwischenpolspannung V wird zum Zeitpunkt t3 oder später nicht 0 sowie die Spannung Vg1 (gestrichelte Linie) kommt wie in 5(a) vor.
Eine solche Spannung Vg1 kann gegebenenfalls zu einem Problem in Abhängigkeit von der Anwendung des Entladungspulsgenerators führen; um den Entladungspulsgenerator mit einer elektrischen Entladungsbearbeitungsvorrichtung zu benutzen, ist es beispielsweise notwendig, auf die Entladespannung oder weniger abzustellen bzw. zu unterdrücken.
4 zeigt ein Anordnungsbeispiel, um eine solche Spannung Vg1 beispielsweise auf 0 zu setzen. Eine Konstantspannungsquelle ist als die Zenerdiode 17 realisiert und die Spannung Ve1 in 5 wird Ve, wie dies durch den Pfeil A in 5(c) angedeutet ist, weil die Zenerspannung der Zenerdiode 17 und die Spannung Vg1 auf 0 gesetzt werden können, wie dies durch den Pfeil B in 5(a) angedeutet wird. Die Zenerspannung der Zenerdiode 17 wird beispielsweise ungefähr 5 V, wenn ein Koaxialkabel 8 RG-58C/U (die charakteristische Impedanz ist 50 Ω), die Spannung einer Gleichspannungsversorgung 3 120 V, und der Widerstandswert R11 eines Widerstands 11 1 kΩ ist.
Die Zenerspannung wird in Reaktion auf die Anwendung geändert, beispielsweise braucht die Spannung Vg1 nicht 0, etc., sein, wobei die Spannung Vgl innerhalb eines gewünschten Spannungsgrenzbereichs unterdrückt werden kann.
Gemäß der beschriebenen Anordnung kann die Funktion und Wirkungsweise ähnlich zu denen der Ausführungsform 1 bereitgestellt werden und der Widerstandswert R11 des Widerstands 11 zur Bestimmung der Ausgangsspannung der Auflademittel 16 kann erniedrigt werden, um den Ausgangsstrom der Aufladungsmittel 16 zu erhöhen, um die Aufladezeitdauer zu verkürzen, so dass ein Entladestromimpuls bei einer hohen Wiederholungsfrequenz im Vergleich zu der in 2 in der Ausführungsform 1 erzeugt werden kann.
In dem Anordnungsbeispiel in 4 in der obigen Beschreibung ist die Konstantspannungsquelle als Zenerdiode 17 realisiert. Aber es kann gegebenenfalls auch eine Konstantspannungsquelle benutzt werden, die mit irgendeiner anderen Komponente wie einem Transistor realisiert ist.
6 ist ein Schaltkreiplan, um die Anordnung eines Entladungspulsgenerators gemäß einer Ausführungsform 3 der Erfindung zu zeigen. Teile, die identisch oder ähnlich mit denen in 1 in der Ausführungsform 1 sind, sind durch dieselben Bezugszeichen in der 6 bezeichnet. In der 6 bezeichnet Ziffer 18 eine Diode, und Lademittel 16 sind eine Serienschaltung einer Gleichspannungsversorgung 3, eines elektrischen Widerstands 11, und der Diode 18, die in eine Aufladungsrichtung mit dem Schaltmittel 14 geschaltet ist. Das Schaltmittel 14 ist parallel zur Gleichspannungsversorgung 3 und dem Widerstand 11 geschaltet. Wenn die Schaltvorrichtung 14 durch die Kontrollmittel (nicht gezeigt) ausgeschalten wird, kann der Aufladevorgang gestartet werden, und wenn das Schaltmittel 14 durch die Kontrollmittel (nicht gezeigt) eingeschalten wird, kann der Aufladevorgang gestoppt werden; die Funktion und Wirkungsweise können ähnlich zu denen der Ausführungsform 1 bereitgestellt werden.
7 ist ein Schaltdiagramm, um die Anordnung eines Entladungspulsgenerators gemäß einer Ausführungsform 4 der Erfindung zu zeigen. Teile, die identisch mit oder ähnlich zu denen in 1 in der Ausführungsform 1 sind, sind mit denselben Bezugszeichen in 7 bezeichnet. In 7 bezeichnen die Ziffern 8a und 8b Koaxialkabel, Ziffern 10a und 10b Widerstände, und Ziffer 13a und 13b Dioden. Auflademittel, die eine ähnliche Funktion zu der der Aufladungsmittel 16 in 1 in der Ausführungsform 1 haben und mit irgendeiner der Leitungen, die an einer Elektrode 1 angeschlossen ist, verbunden sind, sind weggelassen.
In der 7 sind eine Schaltung, bestehend aus dem Koaxialkabel 8a, der Diode 13a, und dem Widerstand 10a, sowie eine Schaltung, bestehend aus dem Koaxialkabel 8b, der Diode 13b, und dem Widerstand 10b parallel zueinander geschaltet und mit der Elektrode 1 und einem Werkstück 2 verbunden. Der Gesamtwert der Ströme der parallelen Schaltungskreise fließt in die Elektrode 1. Ein Stromanpassungswiderstand kann gegebenenfalls in wenigstens einen der parallelen Schaltkreise, falls erforderlich, eingefügt werden.
Der Entladungspulsgenerator gemäß der Ausführungsform 4 der Erfindung kann die Funktion und Wirkungsweise ähnlich zu denen der Ausführungsform 1 bereitstellen. Wenn zusätzlich hiervon beispielsweise die charakteristische Impedanz des Koaxialkabels 8b relativ zu dem Koaxialkabel 8a erhöht wird, so wird der durch das Koaxialkabel 8b bereitgestellte Spitzenstromwert erniedrigt. Wenn die Länge des Koaxialkabels 8b relativ zu dem Koaxialkabel 8a vergrößert wird, so hört der Strom des Koaxialkabels 8b auf, nachdem der Strom des Koaxialkabels 8a endet, und der Entladestrom kann in zwei Schritten geändert werden. Um beispielsweise den Entladungspulsgenerator gemäß der Ausführungsform 4 der Erfindung für eine elektrische Entladungsbearbeitungsmaschine zu verwenden, wird in solch einer Schaltungsanordnung der erste Strom beim Start des Entladevorgangs hoch gehalten für eine stabile Fortsetzung der Entladung und als nächstes ein schwacher Strom für eine elastische Entladungsbearbeitung benutzt, wobei eine hochqualitative Bearbeitung mit einer glatteren Oberflächenrauhigkeit erzielt werden kann.
8 ist ein Schaltplan, um die Schaltungsanordnung eines Entladungspulsgenerators gemäß einer Ausführungsform 5 der Erfindung zu zeigen. Teile, die identisch mit oder gleich zu denen in 1 in der Ausführungsform 1 sind, sind durch dieselben Bezugszeichen in 8 bezeichnet. In der 8 bezeichnen die Ziffern 19a, 19b und 19c Widerstände und Ziffern 20a und 20b Spulen. Aufladungsmittel, die eine ähnliche Funktion zu der der Aufladungsmittel 16 in 1 in der Ausführungsform 1 aufweisen und mit irgendeiner von an eine Elektrode 1 angeschlossenen Leitungen verbunden sind, sind weggelassen.
In der Schaltungsanordnung in 8 ist das Koaxialkabel 8 in 1 in der Ausführungsform 1 zu einem Wiederholungs- bzw. Speicherschaltkreis von diskreten Kondensatoren (19a etc.) und Spulen (20a etc.) gemacht, die eine charakteristische Impedanz bilden, die gleich der charakteristischen Impedanz des Koaxialkabels 8 ist, und es kann die Funktion und Wirkungsweise ähnlich zu denen der Ausführungsform 1 bereitgestellt werden und der Entladungspulsgenerator kann miniaturisiert werden.
9 ist ein Schaltplan, um die Schaltungsanordnung eines Entladungspulsgenerators gemäß einer Ausführungsform 6 der Erfindung zu zeigen. Teile, die identisch mit oder ähnlich zu denen in 8 in der Ausführungsform 5 sind, sind durch dieselben Bezugszeichen in 9 bezeichnet.
In der Schaltungsanordnung in 9 wird der Schaltkreis bestehend aus den diskreten Kondensatoren und Spulen in der Schaltungsanordnung in 8 in der Ausführungsform 5 zu lediglich einer Schaltung gemacht und ein paralleler Widerstand der Spule hinzugefügt. Das heißt, in 9 bezeichnet Ziffer 19 einen Kondensator (Kapazität C19) und Ziffer 20 eine Spule (Induktivität L20) und ein Widerstand 21 eines Widerstandswertes R21, der gleich groß der charakteristischen Impedanz Z1 =(L20/C19)^1/2(Ω) wird parallel zu der Spule 20 hinzugefügt. Aufladungsmittel, die dieselbe Funktion zu der der Aufladungsmittel 16 in 1 in der Ausführungsform 1 aufweisen und mit irgendeiner von an die Elektrode 1 angeschlossenen Leitungen verbunden sind, sind weggelassen.
10 zeigt einen Entladestrom Ig in dem Entladungspulsgenerator gemäß der Ausführungsform 6 der Erfindung. In der Figur bezeichnet t eine Zeit. Eine Impulsweite Tg1 wird ungefähr gleich einem Viertel der Resonanzperiode basierend auf der Induktivität L20 und der Kapazität C19. Ein Spitzenwert des Entladestroms Igp ist Igp = V1/Z1 (A) (V1 ist die Entladungsstartspannung), und der Entladungspulsgenerator ist fähig zur Erzeugung einer Entladungsstromwellenform eines einzigen Impulses, dessen Anstiegsflanke im Gegensatz zur einfachen Kondensatorentladung steil ist, kann miniaturisiert werden.
Wenn beispielsweise die Kapazität C19 auf 811 pF gesetzt wird, die Induktivität L20 auf 2028 nH, der Widerstandswert R21 auf 50 Ω, der Widerstandswert R10 auf 50 Ω gesetzt wird, und die Spannung einer Gleichspannungsversorgung 3 120 V, so kann ein Entladestromimpuls mit einer Pulsweite Tg1 100 ns und dem Spitzenwert Igp 2A bereitgestellt werden.
11 ist ein Schaltungsplan, um die Schaltungsanordnung eines Entladungspulsgenerators gemäß einer Ausführungsform 7 der Erfindung zu zeigen. Teile, die identisch mit oder ähnliche zu denen in 1 in der Ausführungsform 1 und in 9 in der Ausführungsform 6 sind, sind durch dieselben Bezugsziffern in 11 bezeichnet. In 11 bezeichnet Ziffer 22 einen Widerstand, und Ziffer 23 eine Diode. Aufladungsmittel, die eine ähnliche Funktion zu der der Aufladungsmittel 16 in 1 in der Ausführungsform 1 haben und an irgendeine der Leitungen, die mit einer Elektrode 1 verbunden sind, angeschlossen sind, sind weggelassen.
In der 11 ist die Anordnung des zu einer Elektrode entgegengesetzten Anschlusses des Koaxialkabels 8 die gleiche wie in 1 und ein ähnlicher Schaltkreis zu dem in 9 in der Ausführungsform 6 ist zu dem elektrodenseitigen Anschluss des Koaxialkabels 8 hinzugefügt; die Anordnung in 1 in der Ausführungsform 1 und der Anordnung in 9 in der Ausführungsform 6 werden in Kombination benutzt.
12 zeigt einen Entladestrom Ig in dem Entladungspulsgenerator gemäß der Ausführungsform 7 der Erfindung und zeigt den Fall, wo die Fortpflanzungszeit des Koaxialkabels 8 und die des ähnlichen Schaltkreises zu dem in 9 gleichgesetzt sind. In der Figur bezeichnet t eine Zeit. Lediglich auf diese Weise kann ein Entladestromimpuls Ig bereitgestellt werden, der schnell ansteigt und einen hohen Spitzenwert Igp aufweist, der in der Anordnung des Koaxialkabels 8 nicht bereitgestellt werden kann.
13 ist ein Schaltplan, um die Schaltungsanordnung eines Entladungspulsgenerators gemäß einer Ausführungsform 8 der Erfindung zu zeigen. Sie zeigt ein Beispiel, bei dem der Entladungspulsgenerator bei einer elektrischen Entladungsbearbeitungsmaschine verwendet wird, um eine feine Oberflächenbearbeitung durchzuführen. Teile, die identisch mit oder ähnlich zu denen in 1 der Ausführungsform 1 sind, sind durch dieselben Bezugsziffern in 13 bezeichnet. In 13 bezeichnet Ziffer 1 eine Drahtelektrode, Ziffern 8a und 8b Koaxialkabel, Ziffer 24 eine Kabeltrommel, Ziffer 25a ein oberes Anlegerteil, Ziffer 25b ein unteres Anlegerteil, Ziffer 26 einen Rollenantrieb, und Ziffer 27 eine Andrückrolle. Lediglich eine Skizze der Anordnung der draht-elektrischen Entladungsbearbeitungsmaschine ist gezeigt.
Einzelleiter bei den elektrodenseitigen Anschlüssen der Koaxialkabel 8a und 8b stehen in Verbindung mit dem oberen Anlegerteil 25a und dem unteren Anlegerteil 25b. Andere Leiter bei den elektrodenseitigen Anschlüssen der Koaxialkabel 8a und 8b sind an das Werkstück 2 angeschlossen. Die den Elektroden gegenüberliegenden Anschlüsse der Koaxialkabel 8a und 8b sind parallel geschaltet.
Die drahtelektrische Entladungsbearbeitungsmaschine bewirkt ein Festhalten und Ziehen der Drahtelektrode 1a mit Hilfe der Antriebsrolle 26 und der Andrückrolle 27, stellt Arbeitsenergie zwischen dem Werkstück 2 und der Drahtelektrode 1a von dem Entladungspulsgenerator zur Verfügung, während die Drahtelektrode 1a betrieben wird, und bearbeitet das Werkstück 2, während die Drahtelektrode 1a und das Werkstück 2 mit Hilfe von Positioniermitteln (nicht gezeigt) relativ zueinander bewegt werden.
Wenn das obere Anlegerteil 25a und das untere Teil 25b auf einer Entfernung voneinander sind, kann die Verdrahtung zwischen den elektrodenseitigen Anschlüssen der Koaxialkabel 8a und 8b und dem oberen Anlegerteil 25a und dem unteren Anlegerteil 25b kurz gemacht werden, so dass ein feiner Entladungsstromimpuls mit einer kurzen Pulsweite bereitgestellt werden kann.
Eine gemeinsame Diode 13 und ein gemeinsamer Widerstand 10 können auf den den Elektroden entgegengesetzten Anschlussseiten der Koaxialkabel 8a und 8b benutzt werden, wenn die Koaxialkabel bis zu einem gewissen Ausmaß lang sind. Aufladungsmittel sind auf den den Elektroden gegenüberliegenden Anschlüssen der Koaxialkabel 8a und 8b plaziert, wobei das Ein- und Ausschalten der Entladung bei einer Position bei einer Entfernung kontrolliert werden kann, die so groß ist wie die Längen der Koaxialkabel 8a und 8b von der Drahtelektrode 1a und dem Werkstück 2.
14 ist ein Schaltungsplan, um die Anordnung eines Entladungspulsgenerators gemäß einer Ausführungsform 9 der Erfindung zu zeigen. Teile, die identisch mit oder ähnlich zu denen in 1 in der Ausführungsform 1 sind, sind durch dieselben Bezugsziffern in 14 bezeichnet. In 14 bezeichnet Ziffer 28 Spannungsdetektions- und Polaritätsbestimmungsmittel, Ziffer 29 eine AND Schaltung, und S ein Entladungseinschaltungs/Ausschaltungssignal.
In der Ausführungsform 9 sind wie bei der Ausführungsform 2 Mittel gezeigt, die fähig sind, den Widerstandswert R11 eines Widerstands 11 zu erniedrigen zur Bestimmung des Ausgangsstroms der Aufladungsmittel 16 zu bestimmen, wobei die Aufladungszeit verkürzt und ein Entladungsstromimpuls bei einer hohen Frequenz erzeugt wird.
Das Spannungsdetektions- und Polaritätsbestimmungsmittel 28 hat eine Funktion zur Detektion der Spannung eines Widerstands 10 und eine Funktion zum Vergleich des Spannungsdetektionswerts mit beispielsweise einer Nullspannung, und eine Funktion zur Bestimmung der Spannungspolarität des Widerstands 10.
In 14 wird die Spannung des Widerstands 10, der an dem einer Elektrode entgegengesetzten Anschluss eines Koaxialkabels 8 angeschlossen ist, durch das Spannungsdetektions- und Polaritätsbestimmungsmittel 28 detektiert. Wenn es bestimmt ist, dass die Polarität der Spannung des Widerstands 10 entgegengesetzt zu der Polarität gerade vor dem Entladevorgang wird, wird das Schaltungsmittel 14 der Aufladungsmittel 16 ausgeschalten. Das Schaltungsmittel 14 korrespondiert zu Aufladungsstoppmitteln.
Das Schaltmittel 14 kann auch durch das Entladungseinschalt/Ausschaltsignal S ein- und ausgeschalten werden und das Ein- und Ausschalten der Entladung kann kontrolliert werden.
15 ist ein Wellenformdiagramm, um die Arbeitsweise des Entladungspulsgenerators gemäß der Ausführungsform 9 der Erfindung zu beschreiben und ist eine schematische Darstellung, die die Zeitachse vor und nach dem Entladungsstartzeitpunkt t1 wie der in 3 in der Ausführungsform 1 vergrößert. Inhalte identisch mit denen in 3 in der Ausführungsform 1 sind durch dieselben Symbole in 15 bezeichnet. 15(d) zeigt einen Ausgangsstrom von den Aufladungsmittel 16 (nämlich, Strom, der durch den Widerstand R11 hindurchläuft) Ic.
Die Spannung Vt an dem der Elektrode gegenüberliegenden Anschluss des Koaxialkabels 8 in 15(c) wird zur Spannung Ve einer entgegengesetzten Polarität zu der der Spannung V1 vor dem Entladungsstart vom Zeitpunkt t2 zum Zeitpunkt t4. Diese Spannung Ve wird durch die Spannungsdetektions- und Polaritätsbestimmungsmittel 28 detektiert. Ein Signal zum Ausschalten der Schaltungsmittel 14 vom Zeitpunkt t2 bis zum Zeitpunkt t4 wird durch die AND Schaltung 29 ausgegeben.
Das Schaltungsmittel 14 der Aufladungsstoppmittel wird auf diese Weise ausgeschalten, wobei der Ausgangsstrom Ic von den Aufladungsmitteln 16 vom Zeitpunkt t2 bis zum Zeitpunkt t4 wie in 15(d) 0 wird (Ic0). Wenn das Schaltmittel 14 nicht vom Zeitpunkt t2 zum Zeitpunkt t4 ausgeschalten wird, besteht der Ausgangsstrom Ic der Aufladungsmittel 16 als Ic1 (gestrichelte Linie) weiter. Auf diese Weise kommt eine Spannung bei der Entladungspulsaufhörzeit wie Vg2 in 15(a) vor. Allerdings kann die Spannung Vg2 bei der Entladungspulsbeendigungszeit auf 0 gesetzt werden (Pfeil D in 15(a)), indem der Ausgangsstrom Ic der Aufladungsmittel 16 vom Zeitpunkt t2 zum Zeitpunkt t4 wie Ic0 in 15(d) ausgeschalten wird. Deshalb kann der Widerstandswert R11 des Widerstands 11 zur Bestimmung des Ausgangsstroms Ic der Aufladungsmittel 16 verringert werden, um den Ausgangsstrom Ic der Aufladungsmittel 16 zur Beschleunigung der Aufladung zu erhöhen, so dass ein Entladungsstromimpuls bei einer hohen Wiederholungsfrequenz im Vergleich zu der in 2 in der Ausführungsform 1 erzeugt werden kann.
16 ist ein Schaltplan, um eine andere Schaltungsanordnung des Entladungspulsgenerators gemäß der Ausführungsform 9 der Erfindung zu zeigen. Teile, die identisch mit oder ähnlich zu denen in 14 sind, sind durch dieselben Bezugsziffern in 16 bezeichnet. In 16 bezeichnet Ziffer 14a einen FET von Schaltungsmitteln und Ziffer 30 eine NAND Schaltung. Die Aufladungsmittel 16 haben eine ähnliche Schaltungsanordnung zu denen in 6 in der Ausführungsform 3. Die Aufladung kann durch Ausschalten des FET 14a gestartet werden und durch Einschalten des FET 14a gestoppt werden. Die Spannung eines Widerstands 10 wird durch die Spannungsdetektions- und Polaritätsbestimmungsmittel 28 detektiert. Wenn es bestimmt wird, dass die Polarität der Spannung des Widerstands 10 entgegengesetzt zu der Polarität gerade vor der Entladung wird, so wird der FET 14a eingeschalten, wodurch der Aufladungsstrom gestoppt wird. Der FET 14a entspricht Aufladungsbeendigungsmitteln.
Das Ein- und Ausschalten der Entladung kann ebenso durch ein Entladungseinschalt/Ausschaltsignal S kontrolliert werden.
Die Funktion und die Wirkungsweise des Entladungspulsgenerators mit der Schaltungsanordnung in 16 sind ähnlich zu denen des Entladungspulsgenerators in 15.
Wie oben beschrieben, ist der Entladungspulsgenerator gemäß der Erfindung zur Anwendung mit einer elektrischen Entladungsbearbeitungsmaschine, einem Laseroszillator, einem Partikelbeschleuniger, etc. angepasst.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Entladungspulsgenerator zur Energieversorgung zwischen einem Elektrodenpaar (1 und 2), weist eine verteilungskonstante Leitung (8) einer vorbestimmten Länge auf, die an einem Anschluss an die Elektroden (1 und 2) angeschlossen ist, Aufladungsmittel (16), die an die verteilungskonstante Leitung zum Aufladen der Kapazität der verteilungskonstanten Leitung (8) angeschlossen sind, Berichtigungsmittel (13), die an einem gegenüberliegenden Anschluss der oben erwähnten verteilungskonstanten Leitung (8) in eine Richtung angeschlossen sind, in die kein Strom relativ zur Spannung der oben erwähnten Aufladungsmittel (16) fließt, und ein Widerstand (10), der in Serie zu den oben erwähnten Aufladungsmitteln (13) angeschlossen ist und einen Widerstandswert aufweist, der gleich der charakteristischen Impedanz der oben erwähnten verteilungskonstanten Leitung (8) ist. Beispielsweise kann bei Verwendung des Entladungspulsgenerators für elektrische Entladungsbearbeitung ein Werkstück mit höherer Genauigkeit und höherer Qualität bei höherer Geschwindigkeit bearbeitet werden.
(1)

Claims

Entladungspulsgenerator zur Energieversorgung zwischen einem Elektrodenpaar, enthaltend: mindestens eine verteilungskonstante Leitung vorbestimmter Länge, die an einem Anschluss an die Elektroden angeschlossen ist; Aufladungsmittel, die an diese verteilungskonstante Leitung zum Aufladen der Kapazität dieser verteilungskonstanten Leitung angeschlossen sind; Gleichrichtermittel, die an einem gegenüberliegenden Anschluss dieser verteilungskonstanten Leitung in eine Richtung angeschlossen sind, in die kein Strom relativ zur Spannung dieser Aufladungsmittel fließt; und einen Widerstand, der in Serie zu diesen Berichtigungsmitteln geschaltet ist und einen Widerstandswert aufweist, der gleich der charakteristischen Impedanz dieser verteilungskonstanten Leitung ist.
Entladungspulsgenerator zur Energieversorgung zwischen einem Elektrodenpaar, enthaltend: mindestens eine verteilungskonstante Leitung einer vorbestimmten Länge, die an einem Anschluss an die Elektrode angeschlossen ist; Aufladungsmittel, die an diese verteilungskonstante Leitung zum Aufladen der Kapazität dieser verteilungskonstanten Leitung angeschlossen sind; Gleichrichtermittel, die an einen gegenüberliegenden Anschluss dieser verteilungskonstanten Leitung in eine Richtung angeschlossen sind, in die kein Strom relativ zur Spannung dieser Aufladungsmittel fließt; einen Widerstand, der in Serie zu diesen Berichtigungsmitteln geschaltet ist und einen Widerstandswert aufweist, der gleich der charakteristischen Impedanz dieser verteilungskonstanten Leitung ist; und eine Konstantspannungsquelle, die in Serie zu diesen Berichtigungsmitteln geschaltet ist.
Entladungspulsgenerator zur Energieversorgung zwischen einem Elektrodenpaar, enthaltend: mindestens eine verteilungskonstante Leitung einer vorbestimmten Länge, die an einem Anschluss an die Elektrode angeschlossen ist; Aufladungsmittel, die an diese verteilungskonstante Leitung zum Aufladen der Kapazität dieser verteilungskonstanten Leitung angeschlossen sind; Gleichrichtermittel, die an einen gegenüberliegenden Anschluss dieser verteilungskonstanten Leitung in eine Richtung angeschlossen sind, in die kein Strom relativ zur Spannung dieser Aufladungsmittel fließt; einem Widerstand, der in Serie zu diesen Berichtigungsmitteln geschaltet ist und einen Widerstandswert aufweist, der gleich der charakteristischen Impedanz dieser verteilungskonstanten Leitung ist; Spannungsdetektionsmittel zum Detektieren der Spannung dieses Widerstands; Spannungspolaritätsbestimmungsmittel zum Bestimmen der Polarität der Spannung dieses Widerstands, die durch diese Spannungsdetektionsmittel detektiert wird; und Aufladungsstoppmittel zum Beendigen der Aufladung dieser Aufladungsmittel, wenn diese Spannungspolaritätsbestimmungsmittel bestimmen, dass die Polarität der Spannung entgegengesetzt zu der Polarität gerade bevor der Entladung ist.
Entladungspulsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei mindestens eine dieser verteilungskonstanten Leitungen eine Speicherschaltung von diskreten Kondensatoren und Spulen ist, die eine charakteristische Impedanz gleich der charakteristischen Impedanz dieser verteilungskonstanten Leitung bilden.
Entladungspulsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei wenigstens eine der verteilungskonstanten Leitungen als Parallelanordnung eines Kondensators gebildet ist, der parallel zu diesen Gleichrichtermitteln und diesem Widerstand angeschlossen ist, und wobei eine Spule und ein Widerstand in Serie zu dem Kondensator geschaltet sind, und wobei die charakteristische Impedanz basierend auf dem Kondensator sowie der Spule und einem Widerstandswert des Widerstands der Parallelanordnung gleich der charakteristischen Impedanz dieser verteilungskonstanten Leitung sind.
Entladungspulsgenerator nach Anspruch 1 oder 2, wobei diese Entladungsmittel als Serienanordnung einer Gleichspannungsversorgung, eines Widerstands, und Schaltungsmitteln realisiert sind, und wobei Kontrollmittel zum Ein- und Ausschalten der Schaltungsmittel vorgesehen sind.
Entladungspulsgenerator nach Anspruch 1 oder 2, wobei diese Aufladungsmittel aus einer Serienschaltung einer Gleichspannungsversorgung, einem Widerstand, und einer in Aufladungsrichtung angeschlossenen Diode sowie Schaltungsmitteln gebildet sind, die parallel zwischen dem Widerstand und der Gleichspannungsversorgung der Serienschaltung angeschlossen sind, und wobei Kontrollmittel zum Ein/Ausschalten der Schaltungsmittel vorgesehen sind.
Entladungspulsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Stromanpassungswiderstand in Serie zu dem Anschluss dieser verteilungskonstanten Leitung angeschlossen ist, mit dem die Elektrode in Verbindung steht.
Entladungspulsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die vorbestimmte Länge dieser verteilungskonstanten Leitung so festgelegt wird, dass die Ausbreitungszeitdauer dieser verteilungskonstanten Leitung eine Hälfte jeder gewünschten Entladungsstrompulsweite wird, die zwischen den Polen erzeugt wird.
Entladungspulsgenerator zur Verwendung mit einer drahtelektrischen Entladungsbearbeitungsmaschine zur Entladungsenergieversorgung zwischen den Polen einer Drahtelektrode und einem Werkstück, wobei die Drahtelektrode und das Werkstück durch Positioniermittel relativ zueinander bewegt werden, und wobei das Werkstück bearbeitet wird, und wobei dieser Entladungspulsgenerator zur Erzeugung der Entladungsenergie aufweist: eine erste verteilungskonstante Leitung und eine zweite verteilungskonstante Leitung, die an Einzelanschlüssen parallel geschaltet sind; ein oberes Anlegerteil, das einen gegenüberliegenden Anschluss dieser ersten verteilungskonstanten Leitung zur Energieversorgung an die Drahtelektrode anschließt; ein unteres Anlegerteil, das einen gegenüberliegenden Anschluss dieser zweiten verteilungskonstanten Leitung zur Energieversorgung an die Drahtelektrode anschließt; Aufladungsmittel, die an diese erste verteilungskonstante Leitung und diese zweite verteilungskonstante Leitung zum Aufladen von Kapazitäten dieser ersten verteilungskonstanten Leitung und dieser zweiten verteilungskonstanten Leitung angeschlossen sind; Gleichrichtermittel, die an die Einzelanschlüsse dieser verteilungskonstanten Leitungen in eine Richtung angeschlossen sind, in die kein Strom relativ zur Spannung dieser Aufladungsmittel fließt; und einen Widerstand, der in Serie zu diesen Berichtigungsmitteln geschaltet ist und einen Widerstandswert aufweist, der gleich der charakteristischen Impedanz dieser verteilungskonstanten Leitung ist.