DE1565399C2

DE1565399C2 - Stromquelle für Maschinen zur elektrolytisch abtragenden Bearbeitung von Metallen

Info

Publication number: DE1565399C2
Application number: DE1565399A
Authority: DE
Inventors: Jean Genf Pfau; Heinz Meyrin-Genf Rhyner
Original assignee: Ateliers des Charmilles SA
Current assignee: Ateliers des Charmilles SA
Priority date: 1965-09-21
Filing date: 1966-09-05
Publication date: 1974-12-19
Also published as: US3496088A; DE1565399B1; CH425031A; GB1109720A; AT260383B

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromquelle für Maschinen zur elektrolytisch abtragenden Bearbeitung von Metallen, enthaltend wechselstromgespeiste Steuergleichrichter, eine Einrichtung, die ein Zünden dieser Gleichrichter bei jedem Spannungszyklus ermöglicht, wobei einerseits die Ausgangsspannung der Stromquelle durch Steuerung des Zündzeitpunktes dieser Gleichrichter geregelt wird, andererseits eine schnelle Stromunterbrechung durch Unterdrückung der Zündung erfolgt, und außerdem enthaltend eine Drosselspule im Gleichstromausgang.

Bei einer bekannten Stromquelle für Maschinen zur elektrolytisch abtragenden Bearbeitung von Metallen weist die im Gleichstromausgang liegende Drossel einen sich mit der Durchflußstromstärke ändernden Selbstinduktionskoeffizienten auf (vgl. deutsche Patentschrift 1138 875), wodurch eine wirksame Unterdrückung der Lichtbogenbildung als Folge des Spannungsanstiegs im Schwachlastbereich bewirkt wird und demzufolge die Spannung von Belastungsschwankungen unabhängig wird. Auch wird die Welligkeit der Arbeitsspannung vermindert.

Es ist ferner bekannt, die Regelbarkeit der Spannung und die Lichtbogenabschaltung durch steuerbare Gleichrichter herbeizuführen (vgl. deutsche Auslegeschrift 1130 542).

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Stromquelle für Maschinen zur elektrolytisch abtragenden Bearbeitung von Metallen zu schaffen, deren Spannung in weitem Bereich regelbar und unabhängig von Belastungsschwankungen ist bei geringer Welligkeit und die bei Kurzschluß und Lichtbogen im Arbeitsspalt eine möglichst rasche Unterbrechung des Arbeitsstromes erlaubt, wobei insbesondere die sich widerstrebenden Forderungen nach rascher Kurzschlußabschaltung und geringer Welligkeit aufeinander abgestimmt werden sollen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Drossel in an sich bekannter Weise einen sich mit der Durchflußstromstärke ändernden Selbstinduktionskoeffizienten aufweist, derart, daß er sich um wenigstens den Faktor 2 vermindert, wenn der Strom von Null auf die Hälfte des Nennwertes zunimmt.

Üblicherweise führt das Elektrodenwerkzeug eine Bewegung gegen das Werkstück aus, wodurch es diesem sein eigenes Profil mit großer Genauigkeit aufdrückt. Dies erfordert, daß der Elektrolyt mit ausreichend hohem Druck zwischen Elektrode und Werkstück eingeführt wird, damit ein sehr kleiner Spalt zwischen beiden aufrechterhalten werden kann, ohne daß Kurzschlußgefahr besteht.

Die Bearbeitung erfolgt allgemein mit sehr hohen Strömen zwischen 10 und 1000 A/cm². Der von der zugeordneten Stromquelle abgegebene Strom kann aber leicht auch einige tausende, ja zehntausende Ampere betragen. Die Stromquelle umfaßt im wesentlichen einen an ein Drehstromnetz angeschlossenen Transformator zur Spannungsherabsetzung, Gleichrichterelemente und Regeleinrichtungen für die Spannung und Stromunterbrechungseinrichtungen.

Wünschenswert sind folgende vier Eigenschaften der Stromquelle:

1. Die Arbeitsspannung soll in weitem Bereich regelbar sein, um einen weiten Spielraum für die Einstellung des Abstandes zwischen Elektrode und Werkstück zu besitzen.

2. Die Arbeitsspannung soll unabhängig von oft beträchtlichen Stromschwankungen während des Arbeitsprozesses und von Netzspannungsschwankungen stabil bleiben.

3. Der Strom soll so rasch wie möglich unterbrochen werden können, wenn eine lokale Stromverdichtung, ein Lichtbogen oder Kurzschluß auftritt, die sowohl die Elektrode als auch das Werkstück zerstören können. Solche Erscheinungen können auftreten, wenn der Elektrolytfluß zwischen Werkstück und Elektrode gestört ist, wenn der Einführungsdruck des Elektrolyten unzureichend ist, wenn die Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode zu groß wird oder auch, wenn Festkörperteilchen

*5 im Elektrolyten enthalten sind. Diese Ereignisse sind im allgemeinen durch Auftreten plötzlicher Strom- oder Spannungsänderungen erkennbar.

4. Geringe Welligkeit der Arbeitsspannung, z. B.

AUIU= ±20%. Tatsächlich besteht für einen

bestimmten Abstandzwischen Elektrode und Werkstück, einen bestimmten Elektrolyten und Druck desselben eine kritische Spannung zwischen Werk- ( stück und Elektrode, die nicht einmal kurzzeitig überschritten werden darf, wenn nicht lokale

Stromkonzentrationen, Lichtbogen oder Kurzschlüsse auftreten sollen. Daraus folgt, daß je höher die Welligkeit der Spannung ist, die mittlere Arbeitsspannung um so niedriger liegen muß. Daraus ergibt sich aber eine Verminderung des mittleren Arbeitsstromes und damit der Arbeitsleistung.

Um die Forderungen 1 bis 3 zu erfüllen, besitzen bekannte Stromquellen als Spannungs- und Stromregler gesteuerte Gleichrichter (z. B. Thyristoren), die entweder vor oder nach dem Spannungstransformator angeordnet sind. Die Regelung und Abschaltung des Stromes bzw. der Spannung erfolgt dabei durch Regelung des Zündpunktes dieser Gleichrichter in jedem Spannungszyklus bzw. durch Unterdrückung der Zündung. Zur Verminderung der Welligkeit setzt man bei diesen Stromquellen Drosselspulen in den Gleichstromkreis zur Elektrode bzw. zum Werkstück. Diese Drosselspulen dienen zugleich zum Begrenzen des Stromes im Falle eines Kurzschlusses, ehe die Quelle abgeschaltet wird. Die Wahl der Selbstinduktionskoeffizienten dieser Drossel ist aber ein Kompromiß zwischen den eigentlich sich widersprechenden Forderungen 3 und 4. Wird dieser Koeffizient klein gewählt, speichert die Drossel wenig magnetische Energie, und die Stromunterbrechung erfolgt sehr rasch, aber die Welligkeit des Stromes bleibt groß. Wird der Koeffizient groß bemessen, so erhält man das entgegengesetzte Ergebnis. In der Praxis wählt man einen annehmbaren Kompromiß für mittlere von der Quelle abgegebene Ströme. Man nimmt dabei in Kauf, daß bei geringen Arbeitsströmen die Welligkeit sehr hoch, jedoch bei hohen Strömen gering ist, zugleich aber die in der Spule gespeicherte Energie bedeutend wird, so daß der Zeitraum für die Stromunterbrechung ziemlich groß ist.

Die Erfindung genügt demgegenüber den vier genannten Bedingungen in zufriedenstellender Weise.
An Hand der Zeichnungen wird nun ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein Teilschema einer Schaltung zum Betriebe einer Maschine zur elektrolytischen Bearbeitung eines metallischen Werkstückes,

3 4

F i g. 2 eine Aüsführungsform einer variablen die durch die Stromerhöhung hinzukommenden neuen

Selbstinduktion, Kraftlinien gehen mehr und mehr zum größeren

Fig. 3 charakteristische Kurven für zwei ver- Spalt E des Kernteiles 31 über. Somit vermindertsich,L

schiedenartige Spulen und Über I₃ hinaus ist der Kernteil 30 praktisch gesättigt,

F i g. 4 eine Ausführungsvariante mit zwei Spulen. 5 der Teil 31 aber noch nicht, und es bleibt also L im

Die beispielsweise Anordnung umfaßt ein Gestell 1 wesentlichen konstant bis zum Stromwert I₅, wo sich mit einem Tisch 2, auf dem mittels nicht gezeichneter auch der Kernteil 31 zu sättigen beginnt.
Mittel das WerkstückP befestigt ist. Diesem Werk- Die KurveL₂ der Fig. 3 zeigt die Selbstinduktion stück steht die in einer Betätigungseinrichtung 3 einer gewöhnlichen Spule mit konstantem Selbstindukgehalterte Elektrode E gegenüber. Die Einrichtung 3 io tionskoeffizienten, wie sie bisher in solchen Stromgestattet ein Annähern oder Entfernen der Elektrode quellen verwendet wurden.

relativ zum Werkstück, wobei auf die Darstellung Aus der F i g. 3 geht deutlich hervor, daß unter

näherer, nicht zur Erfindung gehörender Einzelheiten dem Stromwert I₂ der Selbstinduktionskoeffizient weit

verzichtet wurde. über dem einer üblichen Spule liegt. Dies bedeutet,

Die Elektrode E besitzt eine Zuführung 4 für den 15 daß die Welligkeit des Stromes Al bei der Spule mit

Elektrolyten, der aus einem Vorratsbehälter 5 mittels variablem Selbstinduktionskoeffizient viel geringer als

einer vom Motor M getriebenen Pumpe 6 gefördert bei einer gewöhnlichen Spule sein wird. Parallel dazu

wird. Der von der Pumpe 6 geförderte Elektrolyt wächst die Welligkeit des Stromes AI/I und die der

durchläuft einen Druckregler 7, der zur Ableitung von Spannung Δ U/U weniger schnell als / abnimmt,

überschüssigem Elektrolyten ein Rückführrohr 8 in 20 Die Welligkeit bleibt dann zwischen I₁ und I₃

den Behälter 5 aufweist. Der zwischen Elektrode und konstant, da auch L · I konstant ist. I₃ entspricht etwa

Werkstück zirkulierende Elektrolyt kann nicht ent- der Hälfte des Nennstromes Z₄. Oberhalb von Z₂ wird

weichen, denn der Arbeitsraum ist von einem Gehäuse 9 L kleiner als L₂. Die Welligkeit AIII und A UjU bleibt

umgeben, das eine Ablaufleitung 10 in den Behälter 5 also bis I₃ konstant, etwa bei einem gewählten Wert

besitzt. 25 von ±20%. Zwischen I₃ und Z₅, bei Z₄ beträgt L₁ etwa

Die Speisung der Maschine mit elektrischer Energie 0,5 von L₂. Die in der Spule gespeicherte Energie W geht von einem Drehstromnetz aus, von dem nur die ergibt sich aus der Beziehung
Phase R gezeichnet ist. Der Strom dieser Phase wird /
der Primärwicklung eines Transformators 11 über W= (l- I · al.
zwei Thyristoren 12, 13 zugeführt, deren Zündeinsatz 3° 0
durch eine Einrichtung 14 gesteuert wird. Die Sekundärwicklung des Transformators 11 speist eine Gleich- Daraus ergibt sich, daß der Anteil geringer Ströme, richterbrücke, von der nur die Elemente 10 und 16 wo L₁ viel größer als L₂ ist, zur gespeicherten Energie einer Phase dargestellt sind. Diese beiden Elemente viel geringer ist als bei großen Strömen, wo L₁ kleiner liegen am gemeinsamen Ausgang 17, 18 aller dieser 35 als L₂ ist. Die in der Spule 19 gespeicherte Energie ist Elemente. Die Ausgangsklemme 17 liegt an der beim Nennstrom Z₄ etwa dreimal geringer als die, Elektrode E über eine sättigbare Drosselspule 19, die welche in einer gewöhnlichen Spule gespeichert wäre, zum Glätten des gleichgerichteten Stromes dient. wobei eine Welligkeit AIjI unter ±20%, aber bereits

Die Spannung zwischen der Elektrode E und dem ab I₁, erzielt werden kann, der viel kleiner ist als der

Werkstück P ist über Leitungen 20, 21 an die Ein- 40 Stromwert I₂.

richtung 14 zum Regeln und Unterbrechen rückgeführt Die Zeit, die zwischen der Unterdrückung der

und wird dort mit einer regelbaren Spannung ver- Zündung der Thyristoren 12 und 13 und dem Augen-

glichen. Im Beispiel wird diese Vergleichsspannung blick vergeht, in dem die Spule 19 ihre ganze Energie

von einem Potentiometer 22 geliefert. Die Spannung abgegeben hat, ist ebenfalls weit vermindert und führt

zwischen Elektrode und Werkstück wird weiterhin 45 dazu, daß die Zeit zum Begrenzen des Stromes ebenfalls

einem Detektorkreis 23 zugeführt, der auf die Regel- sehr klein wird. Die Elektrode und das Werkstück

einrichtung 14 einwirkt, um ein Zünden der Thyristo- sind daher viel besser geschützt als bei bekannten

ren 12,13 zu verhindern, wenn sich eine lokale Strom- Stromquellen.

verdichtung, ein Lichtbogen oder ein Kurzschluß Zwischen den Strömen I₂ und I₅ ändert sich L₁ nicht durch eine plötzliche Spannungsänderung im Arbeite- 5° wesentlich, so daß sich die Spule 19 einer zu starken kreis anzeigt. Die Drosselspule 19 besitzt einen von der Stromzunahme bei Kurzschlüssen widersetzt.
Durchfiußstromstärke abhängigen Selbstinduktions- Die F i g. 4 zeigt eine Variante, bei der an Stelle der koeffizienten, derart, daß dieser sich um wenigstens den Spule 19 zwei Spulen 34 und 35 in Serie geschaltet Faktor 2 vermindert, wenn der Strom von Null auf den sind, daß ihre Klemmen 17 und 28 an den gleichhalben Wert des Nennstromes ansteigt. 55 bezifferten Stellen der Schaltung nach F i g. 1 liegen.

Die F i g. 2 zeigt beispielsweise eine Drossel, die Die Spule 34 wird durch Ströme über I₃ gesättigt,

dieser Bedingung genügt. Ihre Wicklung 33 liegt um wohingegen die Spule 30 erst von Strömen über I₅

einen wie üblich aus Blechen aufgebauten Kern 29. gesättigt wird. Beide Spulen zusammen ergeben die

Dieser Kern besteht jedoch aus zwei Blechpaketen 30, gleiche Charakteristik für L als Funktion von / wie die

31, von denen jedes einen anderen Luftspalt e bzw. E 60 Spule 19 der F i g. 2 (Kurve L₁ der F i g. 3). Es handelt

aufweist. Diese beiden Pakete liegen Seite an Seite, so sich also um äquivalente Lösungen. An Stelle der

daß die beiden Luftspalte parallel geschaltet sind. Spule 19 kann auch eine solche verwendet werden,

Die Kurve L₁ der F i g. 3 illustriert die Wirkungs- deren Luftspalt von einem Ende zum anderen stetig zuweise der sättigbaren Drossel 19. Bei geringen Strömen bzw. abnimmt.

überquert die Mehrzahl der Feldlinien den Spalt e, und 65 Auch können mehr als zwei unterschiedliche Luft-

die Selbstinduktion L ist groß. Zwischen den Strö- spalte bei einer Spule gemäß F i g. 2 vorgesehen sein,

men I₁ und I₃ sättigen sich die dem Spalt e nahen Teile Die Thyristoren 12, 13 können auch an die Sekun-

des Kernes 30 fortlaufend, seine Reluktanz steigt, und därseite des Transformators 11 angelegt werden und

die Gleichrichter 10 und bzw. oder 16 ersetzen. Auch können andere Gleichrichterschaltungen zur Lieferung einer Gleichspannung an den Klemmen 17, 18 angewendet werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Stromquelle für Maschinen zur elektrolytisch abtragenden Bearbeitung von Metallen, enthaltend wechselstromgespeiste Steuergleichrichter, eine Einrichtung, die ein Zünden dieser Gleichrichter bei jedem Spannungszyklus ermöglicht, wobei einerseits die Ausgangsspannung der Stromquelle durch Steuerung des Zündzeitpunktes dieser Gleichrichter geregelt wird, andererseits eine schnelle Stromunterbrechung durch Unterdrückung der Zündung erfolgt, und außerdem enthaltend eine Drosselspule im Gleichstromausgang, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (19) in an sich bekannter Weise einen sich mit der Durchflußstromstärke ändernden Selbstinduktions- so koeffizienten aufweist, derart, daß er sich um wenigstens'den Faktor 2 vermindert, wenn der Strom von Null auf die Hälfte des Nennwertes zunimmt.

2. Stromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (19) einen derart variierenden Selbstinduktionskoeffizienten besitzt, daß das Produkt L · I wenigstens über einen Abschnitt des Arbeitsstrombereiches zumindest annähernd konstant bleibt, wobei L den Wert des Selbstinduktionskoeffizienten und / den mittleren Arbeitsstrom bedeutet.

3. Stromquelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Selbstinduktionskoeffizient der Drossel (19) sich um weniger als die Hälfte vermindert, wenn der Druchflußstrom zwischen der Hälfte und dem vollen Wert des Nennstromes variiert.

4. Stromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (19) einen Magnetkreis (29) mit wenigstens zwei parallelgeschalteten Luftspalten (e, E) verschiedener Länge aufweist.

5. Stromquelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer (e) der Luftspalte (e, E) zwei Teile (30) eines Magnetkreises (29) trennt, die bei einer die Drossel (19) durchfließenden Stromstärke, gleich dem Nennwert, noch nicht gesättigt sind.

6. Stromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei in Serie geschaltete Spulen (34, 35) vorgesehen sind, von denen die eine (34) gesättigt, die andere (35) noch nicht gesättigt ist, wenn der sie durchfließende Strom gleich dem Nennstrom (F i g. 4) ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen