DE1615226C3 - Schaltungsanordnung zum Verhindern schädlicher Auswirkungen von Kurzschlüssen bei Funkenerosionsmaschinen - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Verhindern schädlicher Auswirkungen von Kurzschlüssen zwischen Elektrode und Werkstück bei Funkenerosionsmaschinen mit einem Multivibrator und einem dadurch gesteuerten elektronischen Schalter, mit einem zusätzlichen Impulsgenerator für eine Impulsfolge niedrigerer Frequenz sowie mit einem am Arbeitsspalt angeschalteten Meßglied, das im Kurzschlußfall über eine Schalteinrichtung die Impulsfolge des Multivibrators mit den Impulsen niedriger Frequenz moduliert.

Eine solche Schaltungsanordnung wurde bereits mit dem deutschen Patent 1 690752 vorgeschlagen, wobei zur Verhinderung der bei einem Kurzschluß zwischen Werkstück und Elektrode auftretenden schädlichen Auswirkungen der die Arbeitsimpulse erzeugende Impulsgenerator durch niederfrequente Impulse angesteuert oder moduliert wird, so daß die Arbeitsimpulse jeweils bis auf Null gehende Einschnitte aufweisen. Dadurch wird im Kurzschlußfall die Energiezufuhr so weit herabgesetzt, daß ein unerwünschter Lichtbogen in kürzester Zeit erlischt und die Entionisierung des Bearbeitungsspaltes herbeigeführt

Aus der USA.-Patentschrift 2 951 969 ist eine ähnliche Schaltungsanordnung bekannt, bei der bei Auftreten eines Kurzschlusses auf den die Arbeitsimpulse erzeugenden Multivibrator so eingewirkt wird, daß nur noch sehr weit auseinanderliegende und noch dazu sehr schmale Impulse erzeugt werden, d.h. der Arbeitsspalt erhält im Falle eines Kurzschlusses Arbeitsimpulse mit einer gegenüber dem Normalbetrieb wesentlich niedrigeren Frequenz und einem sehr kleinen Impulstastverhältnis.

Aus der USA.-Patentschrift 2 886 693 ist eine weitere Schaltungsanordnung vergleichbarer Art bekannt, bei der im Anschluß an jede durch einen Arbeitsimpuls gegebene Funkenentladung im Arbeitsspalt die Spannung mehrmals unter die Lichtbogenlöschspannung gesenkt wird, wodurch im Anschluß an eine Funkenentladung eventuell auftretende Lichtbogen gelöscht bzw. verhindert werden.

Aus der USA.-Patentschrift 3 014 155 ist es bekannt, zur Beseitigung von Kurzschlüssen neben der die Arbeitsimpulse abgebenden Speisequelle für den Arbeitsspalt eine zusätzliche Hilfsspeisequelle mit einer im Vergleich zur normalen Speisequelle sehr hohen Impedanz und relativ hoher Frequenz vorzusehen. Diese zusätzliche Speisequelle beeinträchtigt infolge ihrer hohen Impedanz die normale Speisequelie beim Normalbetrieb nicht. Beim Auftreten eines Kurzschlusses gibt sie einen zusätzlichen Strom an den Arbeitsspalt zum Wegbrennen der Kurzschlußbrücken.

Bei Funkenerosionsmaschinen ist es wesentlich, die Arbeitsbedingungen, d. h. das Impulstastverhältnis und auch die Impulsfrequenz an die jeweiligen Bearbeitungserfordernisse anzupassen. Hierzu ist es bekannt, den Multivibrator in seinem Impulstastverhältnis einstellbar auszuführen. Alle zuvor erwähnten bekannten Schaltungsanordnungen für derartige Funkenerosionsmaschinen ermöglichen aber keine Anpassung des Impulstastverhältnisses oder der Impulsfrequenz im Kurzschlußfall, da dann sowohl das Impulstastverhältnis als auch die Impulsfrequenz allein unter dem Blickwinkel einer möglichst raschen Beseitigung des Kurzschlusses gewählt sind. Diese Impulsfrequenzen und auch Impulstastverhältnisse entsprechen aber in aller Regel nicht den jeweils gewünschten unterschiedlichen Bearbeitungserfordernissen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung der genannten Art zu schaffen, die einerseits in bekannter Weise eine Anpassung des Impulstastverhältnisses während des Normalbetriebes an die jeweiligen Bearbeitungserfordernisse ermöglicht und andererseits gleichzeitig mit dieser Einstellung auch ein vorbestimmtes Impulstastverhältnis der im Kurzschlußfall aufmodulierten Impulsfolge niedrigerer Frequenz einzustellen erlaubt und die in optimaler Weise angepaßt an die jeweiligen Bearbeitungserfordernisse eine schnelle Entionisierung und damit auch einen Abbau eines Kurzschlusses im Arbeitsspalt bewirkt.

Bei einer Schaltungsanordnung der genannten Art ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung gelöst durch zwei gekoppelte Einstellvorrichtungen, deren eine dem Multivibrator und deren andere dem zusätzlichen Impulsgenerator zugeordnet ist, um das Impulstast-

Verhältnis beider bei gleichbleibender Frequenz zu ändern, derart, daß bei Vergrößerung der Impulslücken der höherfrequenten Impulse gleichzeitig die Impulsbreite der niederfrequenten Impulse vergrößert wird und umgekehrt.

Im praktischen Betrieb hat sich gezeigt, daß durch diese gleichzeitige Beeinflussung der Impulstastverhältnisse für Normalbetrieb und Kurzschluß die besten Ergebnisse und der schnellste Abbau des Kurzschlusses erreicht werden und mit Sicherheit auch im Kurzschlußfall genügend Leistung noch an den Arbeitsspalt gegeben wird, um die Servoregelung für den Elektrodenvorschub aufrechtzuerhalten. Andererseits wird durch diese miteinander gekoppelten Einstellvorrichtungen sichergestellt, daß auch im Kurzschlußfall immer noch eine optimal an die jeweiligen Bearbeitungserfordernisse angepaßte Impulsfolge an den Arbeitsspalt gegeben wird.

Weitere vorteilhafte Schaltungseinzelheiten der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 schematisch eine Impulserzeugungs- und Verstärkungsschaltung mit variablem Tastverhältnis bei mehreren verschiedenen Impulsfrequenzen und

F i g. 2 schematisch Einzelheiten des erfindungsgemäßen Kurzschluß-Schutzsystems.

Gemäß F i g. 1 wird ein Impulssignal durch einen zwei Elektronenröhren 10 und 12 aufweisenden astabilen Multivibrator erzeugt. Die Röhren 10 und 12, Anodenbelastungswiderstände 14 und 16, eine Anodenspannungsquelle 18 und eine weitere Stromquelle 20 sind in herkömmlicher Weise zu dem Multivibrator zusammengeschaltet, wobei Koppelkondensatoren 34 und 36 zur Vorwahl der Impulsfrequenz wahlweise einschaltbar sind. Eine Anzapfung 22 zwischen den Stromquellen 18 und 20 dient dazu, den verschiedenen Stufen 56, 68 und 76 eines Pentodenverstärkers die benötigte Gitterspannung zuzuführen. Ein Potentiometer 46 dient in bekannter Weise zur Einstellung des gewünschten Tastverhältnisses, was unabhängig von der jeweiligen Frequenz erfolgt.

Das an dem Widerstand 16 erscheinende Ausgangssignal des Multivibrators wird über eine Bezugsdiode 52, die durch einen Kondensator 54 überbrückt ist, dem Pentodenverstärker 56 zugeführt. Ein Widerstand 60 begrenzt den Gitterstrom bei durchgesteuerter Röhre, um so eine Entkopplung zwischen dem Steuergitter der Röhre 56 und dem Multivibrator zu bewirken. Ein Koppelkondensator 66 führt das Ausgangssignal der Röhre 56 dem Gitter der nächsten Verstärkerstufe 68 zu.

Das Steuergitter einer weiteren Röhre 76 ist mit der negativen Klemme der Bezugsdiode 52 verbunden. Die Anode der Röhre 68 ist mit einem Netzwerk aus einem Widerstand 86 und einem Kondensator 88 verbunden. Die andere Klemme dieses Netzwerkes ist an ein Ende einer Primärwicklung 90 eines Transformators 92 angeschlossen. Eine Leitung 94 bildet einen Mittelabgriff für die Primärwicklung dieses Transformators und verbindet den Anodenkreis der Röhre 68 mit der positiven Klemme einer Quelle 96 für die Antriebsenergie.

Die Sekundärwicklung des Transformators 92 ist so geschaltet, daß sie einen Satz von Transistoren 110 abwechselnd leitend schaltet und sperrt, um so die Arbeitsimpulse an der Funkenstrecke zu erzeugen. Der Kollektor des Transistors 110 ist an einen Satz 124 von verstellbaren Leistungswiderständen angeschlossen. Das andere Ende dieses Netzwerkes ist im vorliegenden Fall mit einem Werkstück 128 verbunden. Eine Elektrode 130 wird in einem kleinen Abstand von dem Werkstück gehalten, und zwar durch ein geeignetes Servovorschubsystem, wie es zum Stand der Technik gehört. Die Elektrode 130 ist mit

ίο der negativen Klemme der Quelle 132 für die Bearbeitungsenergie verbunden. Die positive Klemme der Bearbeitungsstromquelle 132 ist mit der Erdungsleitung 32 verbunden, um so die Entladungsschleife zu schließen.

t5 Wird zur Änderung der Tastverhältnisse der Schleifkontakt des Potentiometers 46 von einem Ende zum anderen bewegt, so wird der Widerstand entsprechend von der einen Gitterrückleitung zur anderen Gitterrückleitung verlagert. Daher wird ohne Rücksieht auf die Stellung des Schleifkontaktes des Potentiometers 46 eine konstante Frequenz aufrechterhalten, so daß sich bei einer festen Frequenz ein großer Bereich für das Tastverhältnis ergibt.

Mit Hilfe dieser Schaltungsanordnung können also

2.^c in im wesentlichen bekannter Weise Arbeitsimpulse vorwählbarer Frequenz und eines vorwählbaren Tastverhältnisses an der Funkenstrecke bzw. dem Arbeitsspalt erzeugt werden. Frequenz und Tastverhältnis sind dabei entsprechend dem jeweiligen Werkstück und der gewünschten Bearbeitungsweise zu wählen.

F i g. 2 zeigt schematisch das Kurzschluß-Steuersystem, das in F i g. 1 als Diagrammblock angedeutet ist. Dieses umfaßt ein Netzwerk mit einer Diode 150 und einem Kondensator 152 als Meßglied zur Erfassung der Spitzenspannung am Arbeitsspalt. Außerdem ist der Arbeitsspalt durch einen Widerstand 154 sowie durch ein verstellbares RC-Netzwerk überbrückt, das einen Widerstand 156 und einen Kondensator 153 umfaßt. Wie schon erwähnt, kann der Bearbeitungsvorgang entweder bei relativ niedrigen oder bei relativ hohen Frequenzen durchgeführt werden, was sich jeweils nach der Stellung der Schalter 38 und 40 des Multivibrators richtet. Die Kapazität des Kondensators 158 kann variiert werden und damit auch die Zeitkonstante für die Betätigung des Meßgliedes. Bei hohen Frequenzen ist ein niedriger Kapazitätswert des Kondensators 158 zweckmäßig, so daß sich eine kürzere Ansprechzeit ergibt. Bei niedrigeren Frequenzen muß die Kapazität des Kondensators 58 größer sein, um ein langsameres Ansprechen zu gewährleisten. Der Multivibrator soll augenblicklich abgeschaltet werden, sobald festgestellt wird, daß der Arbeitsspalt kurzgeschlossen ist. Dieses wird mittels eines elektronischen Schalters in Form eines Transistors 160 erreicht. Der Kollektor des Transistors 160 ist mit dem Gitter der Multivibratorröhre 10 über Entkopplungsdioden 172 und 174 gekoppelt, damit der Multivibrator abgeschaltet und die Zufuhr von Arbeitsimpulsen an den Arbeitsspalt unterbrochen werden kann.

Während des normalen Bearbeitungsvorgangs ist der Transistor 160 gesperrt. Die dazu nötige Spannung wird der Gleichspannungsquelle 132 entnommen, die über ein Potentiometer 176 und einen festen Widerstand 178 überbrückt ist. Der Widerstand 180 ist mit dem Schleifkontakt des Potentiometers 176 in Reihe geschaltet und führt der Basis des Transistors

160 die erforderliche negative Spannung zu, um diesen zu sperren. Das Potentiometer 176 wird so eingestellt, daß durch den Bezugsspannungspegel der Bearbeitungsvorgang stabilisiert wird. Eis hat sich gezeigt, daß es im vorliegenden Fall zweckmäßig ist, wenn die Spannung in der Größenordnung von 22 V liegt. Über die Dioden 182 und 184 ist der Ausgang des Meßgliedes mit der Basis des Transistors 160 verbunden. Der Transistor 160 bleibt gesperrt, bis die Spannung am Arbeitsspalt bis unter 22 V zurückgeht, wodurch ein anormaler Zustand am Arbeitsspalt angezeigt wird, d. h. ein Zustand, der sich dem Kurzschlußzustand nähert. An diesem Punkt bewirkt die an die Basis des Transistors 160 angelegte Spannung, daß der Transistor leitend und eine negative Spannung in der Größenordnung von 70 V an das Gitter der Röhre 10 angelegt wird, um den Multivibrator abzuschalten.

Damit der Multivibrator während des Kurzschlußzustandes in der angestrebten Weise Impulse mit einer niedrigeren Frequenz erzeugt, ist eine Wechselspannungsquelle in Gestalt eines Transformators 186 vorgesehen. Ein als Impulsgeber dienender Kippgenerator ist mit dem Transformator 186 durch einen Einweggleichrichter 188 verbunden. Der Kippgenerator umfaßt ein elektronisches Bauteil mit Durchbruchcharakteristik, z. B. eine Vierschichtdiode 190, und ein RC-Netzwerk, bestehend aus einem Kondensator 192 und zwei Widerständen 194 und 196. Ein Potentiometer 198 überbrückt bestimmte Sekundärwicklungen des Transformators 186, damit die Zündspannung der Vierschichtdiode 190 wahlweise eingestellt werden kann. Das gleichgerichtete Ausgangssignal des Transformators 186 erhält durch das RC-Netzwerk 192, 194 eine geringere Breite. Die Anode der Diode 190 liegt über ein verstellbares RC-Netzwerk, bestehend aus einem Kondensator 199, Widerständen 200 und 204 sowie einem Potentiometer 202, mit dem die Breite des Abschalttriggerimpulses zu regeln ist, auf Nullpotential. In F i g. 2 bezeichnet der Punkt P das Nullpotential. Die Breite des Triggerimpulses bestimmt den Kurzschlußstrom für jede Einstellung der Geschwindigkeit der Abtragung von Werkstoff. Zu diesem Zweck ist der Schleifkontakt des Potentiometers 202 mit dem Schleifkontakt des Potentiometers 46 der Schaltung nach Fi g. 1 gekuppelt. Das Potentiometer 46 dient dazu, wahlweise die Impuls- oder Einschaltzeit der Funkenstrecke bzw. das Tastverhältnis einzustellen. Wie schon erwähnt, werden die Impulslücken und Impulslängen der Arbeitsimpulse entsprechend der Einstellung des Schleifkontaktes des Potentiometers 46 invers zueinander variiert. Das Potentiometer 202 ist mit dem Potentiometer 46 gekuppelt, so daß dann, wenn die Impulslücken verlängert werden, die Breite des Abschalttriggerimpulses vergleichsweise vergrößert wird. Bei Einstellung relativ kurzer Impulslücken wird die Breite des Abschalttriggerimpulses entsprechend verringert. Hierdurch wird eine Unterbrechung der Arbeitsimpulse durch lange Abschaltzeiten von niedriger Frequenz gewährleistet.

Jedesmal dann, wenn die gleichgerichtete Spannung an der Vierschichtdiode 190 den Durchbruchspunkt erreicht, wird die Diode schnell leitend, und sie läßt eine Spannungsspitze durch, welche die richtige Höhe und Breite durch das mit der Diode in Reihe geschaltete Formungsnetzwerk, bestehend aus dem ' Kondensator 2®6 und den Widerständen 208 und 210, erhält. Dieses Netzwerk ist für den Fall von besonderer Bedeutung, daß die Vierschichtdiode 190 versagt. Wenn die Diode 190 leitend bleibt, begrenzt das Netzwerk den Kurzschlufistrom, der übertragen werden und den '! ransistor 110 beschädigen könnte. Das RC-Netzwerk erfüllt ferner die wichtige Aufgabe, die Schaltung gegen den Einfluß von Schwankungen der Netzspannung zu schützen. Wenn irgendein Teil des dem Kippgenerator zugeordneten Impulserzeugungsnetzwerks versagt, wild der Transistor 160 nach dem Auftreten eines Kurzschlusses leitend, um den Multivibrator im abgeschalteten Zustand zu halten. Solange die Funkenstrecke kurzgeschlossen bleibt, wird der Transistor 160 durch den Ausgangspuls des Kippgenerators über die Diode 212 gesperrt. Wenn die Span-

»5 nung an der Funkenstrecke um einen vorbestimmten Betrag ansteigt, bleibt der Transistor 160 gesperrt, und der Multivibrator kann in der normalen Weise arbeiten, um der Funkenstrecke hochfrequente Bearbeitungsimpulse zuzuführen.

Die in Fig. 1 gezeigte Speiseschaltung gibt an den Arbeitsspalt Bearbeitungsimpulse mit vorbestimmter Frequenz und einem vorwählbaren Tastverhältnis, so daß die Geschwindigkeit der Abtragung von Werkstoff und die Oberflächengüte des Werkstücks durch die Bedienungsperson genau geregelt werden können. Beim Auftreten eines Kurzschlusses ist es unbedingt erforderlich, daß der dem Arbeitsspalt zugeführle Strom augenblicklich in geregelter Weise verringert wird. Der Transistor 160 ist normalerweise gesperrt, bis die Spitzenspannung am Arbeitsspalt, die durch das Netzwerk mit der Diode 150 und dem Kondensator 152 erfaßt wird, bis unter den vorher eingestellten Bezugswert von z. B. 22 V zurückgeht. An diesem Punkt bewirkt die an die Basis des Transistors 160 angelegte Spannung, daß der Transistor leitend wird. Hierbei wird augenblicklich eine hohe negative Spannung an das Gitter der Multivibratorröhre 10 angelegt, um diese Röhre zu sperren und den Betrieb der Röhren 68 und 76 sowie des Transistors 110 zu unterbrechen. Auf diese Weise wird die Zufuhr von Arbeitsimpulsen zum Arbeitsspalt unterbrochen. Bei dem in F i g. 2 gezeigten Kippgenerator handelt es sich um einen kontinuierlich arbeitenden Impulsgenerator. Die Frequenz der Triggerung der Vierschichtdiode 190 wird durch die Wechselspannungsquelle bzw. den Transformator 186 geregelt und vorher eingestellt. Zwar liefert der Einweggleichrichter 188 eine niedrige Frequenz von 60 Hz, doch sei bemerkt, daß sich die Erfindung nicht auf diesen Wert beschränkt, und daß sowohl bei einer niedrigeren Frequenz von 15 Hz als auch bei Frequenzen bis zu 120 Hz ein brauchbarer Betrieb erzielt werden kann. Die Impulse, die der Basis des Transistors 160 von der Vierschichtdiode 190 her über das Impulsformungsnetzwerk zugeführt werden, haben negative Polarität, und sie sind von äußerst kurzer Dauer, wie es weiter oben beschrieben wurde. Daher haben die Abschalttriggerimpulse, die den Multivibratorröhren und dem Transistor 110 zugeführt werden, nicht nur eine sehr niedrige Frequenz, sondern sie weisen auch eine erhebliche verringerte Impulsdauer auf, um den Strominhalt der Impulse weiter zu verringern, welche dem Arbeitsspalt während eines Kurzschlusses zugeführt werden. Solange das Ausgangssignal des Meßglieds auf einem Pegel verbleibt, der einen anormalen Zustand des Arbeitsspaltes anzeigt, wird der Transistor 160 so getriggert, daß er abwechselnd leitend und gesperrt wird. Wenn das Ausgangssignal des Meßglieds

über den Bezugspegel hinaus ansteigt, wird der Transistor 160 im gesperrten Zustand gehalten, die hohe negative Spannung wird nicht mehr an das Gitter der Röhre LO angelegt und der Multivibrator arbeitet mit seiner normalen Frequenz, die mit Hilfe der Schalter

34 und 36 eingestellt wurde. Die Ansprechzeit des Systems kann nach Bedarf mit Hilfe des Kondensators 158 eingestellt werden. Bei relativ hohen Betriebsfrequenzen ist es zweckmäßig, einen Kondensator 158 mit einer geringen Kapazität zu verwenden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Verhindern schäd-.licher Auswirkungen von Kurzschlüssen zwischen Elektrode und Werkstück bei Funkenerosionsmaschinen mit einem Multivibrator und einem dadurch gesteuerten elektronischen Schalter, mit einem zusätzlichen Impulsgenerator für eine Impulsfolge niedrigerer Frequenz sowie mit einem am Arbeitsspalt angeschalteten Meßglied, das im Kurzschlußfall über eine Schalteinrichtung die Impulsfolge des Multivibrators mit den Impulsen niedriger Frequenz moduliert, gekennzeichnet d u r c h zwei gekoppelte Einstellvorrichtungen (46, 202), deren eine dem Multivibrator (10, 12) und deren andere dem zusätzlichen Impulsgenerator (186, 190) zugeordnet ist, um das Impulstastverhältnis beider bei gleichbleibender Frequenz zu ändern, derart, daß bei Vergrößerung der Impulslücken der höherfrequenten Impulse gleichzeitig die Impulsbreite der niederfrequenten Impulse vergrößert wird und umgekehrt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Multivibrator (10, 12) über einen mit dem Meßglied (150, 152, 154, 156, 158) verbundenen elektronischen Schalter (160), insbesondere einen Transistor, derart gesteuert ist, daß bei Kurzschluß der Multivibrator nur noch während der Impulse niedrigerer Frequenz des zusätzlichen Impulsgenerator Ausgangsimpulse abgibt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator ein Kippgenerator mit einer Vierschichtdiode (190) ist.

4. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Impulsgenerator (186, 190) und dem elektronischen Schalter (160) ein RC-Impulsformer-Netzwerk (206, 208, 210) geschaltet ist.