DE1816865A1

DE1816865A1 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Kurzschlussabschaltung von Einrichtungen zum elektrochemischen Werkstoffabtrag

Info

Publication number: DE1816865A1
Application number: DE19681816865
Authority: DE
Inventors: Dr Ing Rudolf Grosskopf
Original assignee: AEG Elotherm GmbH
Current assignee: SMS Elotherm GmbH
Priority date: 1968-12-24
Filing date: 1968-12-24
Publication date: 1970-07-02
Also published as: GB1280496A; FR2026990A1; US3617680A

Description

AEO-Elotherm GmbH.,
563 Remecheid-Haeten
Hammesbergerstr. 31

Verfahren und Schaltungsanordnung zur Kurzeohlußabachaltung von Einrichtungen zum elektrochemiachen

Werkstoffabtrag·

Die Anmeldung bezieht aioh auf ein Verfahren und eine Schaltung aasiordnung zum Schutz von Einrichtungen zum elektrochemiechen Abtragen von Metallen vor den bei Kurzachlüaaen der Arbeitsetrecke auftretenden hohen Strömen·

In bekannter Weise wird bei» elektrochemiachen Senken und Entgraten das Werkstück ala Anode geaohaltet, d.h. mit der positiven Elektrode einer Gleichstromquelle verbunden und das Werkzeug ale Kathode geachaltet, d.h. mit der negativen Elektrode verbunden. Wenn gleichzeitig, wie beim elektrochemiechen Abtrag von Metallen allgemein üblich, die Arbeitaatrecke zwischen Werkstück und Werkzeug mit einem Elektrolyt, beiepieleweiee einer Kochaalzlöeung, gefüllt ist, dann fließt ein Gleichstrom hoher Stromstärke, der einen Werketoffabtrag an der Anode verureac-ht. Die Gleichstromquelle besteht vorwiegend aus einem Netztransformator und einem nachgeachalteten Gleichrichter.

Bei der elektrochemiechen abtragenden Bearbeitung muß zwecke Einhaltung einee gleichmäßigen und fortschreitenden Werkstoffabtrages ein konstanter, meist sehr eohmaler Arbeitsspalt bestimmter Größe eingehalten werden. Dies geschieht meist dadurch, daß die Werkzeugelektrode entsprechend dem Werkstoffabtrag

009827/0989

-2-

aa Werkstück mit konstanter Geschwindigkeit nachgestellt wird. Nun kann es aber während des elektrochemischen Bearbeitungsvorganges vorkommen, daß frische Elektrolytlösung nicht in ausreichender Menge dem Arbeitsspalt zugeführt wird oder eine Anzahl feinster Teilchen im Arbeitsspalt hangenbleiben. In beiden Fällen wird der normale Abtragsvorgang behindert und, da das Werkzeug mit konstanter Geschwindigkeit vorgeschoben wird, besteht sogar die Gefahr eines Kurzschlusses. Hierdurch kann am Werkstück und besonders am Werkzeug großer Schaden entstehen, wenn nicht dafür gesorgt wird₉ daß die Stromversorgung sogleich abgeschaltet und der Strom von der Arbeitsstrecke weggelenkt wird.

Zum Schutz der Werkzeugelektrode werden daher bereite Thyristoren parallel zum Arbeitsspalt geschaltet. Kurz vor oder nach Auftreten eines Kurzschlusses werden die Thyristoren gezündet und übernehmen den sonst über den Arbeitsspalt fließenden Strom, während zugleich die Stromversorgung abgeschaltet wird, wodurch die Stromstärke innerhalb einer gewissen Zeitspanne auf den Wert Null absinkt.

Die nach Auftreten des Kurzschlusses insbesondere auch durch dessen Auftreten noch in den elektrischen Kreis hineingepumpte elektrische Energie muß demnach hauptsächlich in den Thyristoren vernichtet, d.h. in Verlustwärme umgesetzt werden. Die zu vernichtende elektrische Energiemenge und die Anzahl der Thyristoren ist abhängig von der Zeitspanne, die zwischen Auftreten des Kurzschlusses und Abschalten der Energieversorgung ' verstreicht.

Es sind bereits Kurzschlußerfassungs- und Abschälteinrichtungen entwickelt worden, die eine Abschaltung der Stromversorgung

009827/0989

-3-

und eia* Ztinduog der Thyristoren sicher bewerkstelligen. Eine solch« Einrichtung arbeitet beispielsweise derart rasch, daß Bach Eintreten des Kurzschlusses lediglich etwa 3o MikroSekunden verstreichen, bis die Spannung an den Thyristoren zusam-■•nbricht. Ie ist jedoch festgestellt worden, daß danach noch j 25o MikroSekunden Tergehen, bis der Strom in der Arbeitsstücke ' su Null wird. Diese Zeitspanne wird benötigt, um die Stromualenkuug το« Kurzschluß auf die durch die gezündeten Thyristoren gebildeten mebenschlüsse zu bewerkstelligen. Die vorstehend genannten Berte wurden gemessen in einer Schaltung, bei j der die Arbeitsstücke während der StromumlenKung eine Induktivität Ton eine· Mikrohenry aufwies. Der Arbeitsstrom Tor Eintritt des Kurzschlusses betrug eintausend Ampere.

Bei Einrichtungen zum elektrochemischen Werketoffabtrag, die für höhere Sauerbelastung ausgelegt sind und mit noch größeren Gleichströmen arbeite*, siad die für die Stromumlenkung benötigten Eeitea erheblich länger, so daß trots einer gut arbeitenden Kurssoalußerfasaaag nai Kurzschlußabschaltung eine Beschädiguag der £lektrode eintreten kann·

Zweck der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Beschleunigung 4er Stromumlenkung im Einrichtungen zum elektro-chemischen Werkstoffabtrag im Kursschlußfall anzugeben, das mit einer Scheltungeanordnung arbeitet, bei der parallel zur Arbeitsstrecke mehrere Thyristoren angeordnet sind, die bei Kurzschluß der Arbeitsstrec£e gezündef «erden und einen Nebenschluß zur Arbeitsstrecke bilden·

Erfindungsgemäß wird nach Eintreten des Kurzschlusses in jedem Thyristorzweig oder in der allen Thyristoren gemeinsamen Leitung sum Werkstück eine Gegenspannung induziert, die einen den

009827/0989

BAD ORIGINAL

KurzBchlußatrom im Arbeitsspalt entgegenwirkenden Strom hervorruft.

Das erfindungegemäße Verfahren wird mit besonderem Vorteil mittels einer Schaltungeanordnung durchgeführt, bai der in jedem Thyristorzweig die Sekundärwicklung einea Übertragers liegt, dessen Primärwicklung in einem Kreis bestehend aus Thyristor, Diode, Ladekondensator und Ladespannungequelle liegt·

Die Erfindung soll nachstehend anhand dar beigefügten Abbil«· dung, welche die prinzipielle Schaltungeanordnung fttr On elektrochemiechen Werketoffabtrag mit der erfindungagemäßen Schaltungsanordnung sur Beschleunigung Aar Kur*schlufistromumlenkung zeigt, erläutert werden·

Aus der Fig. 1 ist die Grundschaltung einea tränedttktorgeregelten Gleichstromgenerators für den elektraehamiachen Wtrketoffabtrag eraichtlich, der auf den sich «wischen Werkstück und Werkzeug erstreckenden Arbeitsspalt 1 arbeitet. Parallel zum Arbeitsspalt sind mehrere Thyristoren geschaltet« für die stellvertretend nur der Thyristor 2 gezeichnet iat. Außerdem iet eine Kurzschluierfaaeungeeinrichtung J faiaigt» von welcher über den Verstärker k die Thyristoren gesteuert werden und die auch dafür sorgt, daß der Netzechalter J betätigt wird. In jeden Thyristorenzweig iet die Sekundärwicklung des Übertragere 6 eingeschaltet. Parallel zur Primärwicklung dee Übertrages liegt eine Diode 7. Der Primärkrcia enthält noch einen Thyristor 8, einen Ladekondensator 9 und aina Ladeepannungequelle Io·

Die Wirkungsweise der Schaltungeanordnung sur beschleunigten Stromumlenkung ist wie folgtt ' ,

009827/0989 '·

Wenige Mikrosekunden nach Zündung der Nebenschluß-Thyristoren wird auch der Thyristor 8 gezündet. Der Kondensator 9 kann sich nun über die Primärwicklung des Übertragers 6 entladen und induziert dadurch in der Sekundärwicklung einen Spannungsimpuls. Dieser Spannungsimpuls hat einen Stromimpuls zur Folge, welcher dem abklingenden Strom im Arbeitsspalt entgegengerichtet ist. Der induzierte Spannungsimpuls zwingt somit den Kurzschlußstrom rascher auf die Thyristoren überzuwechseln. Außerdem verbessert die induzierte Spannung die Schaltsicherheit der Thyristoren·

Die Diode 7 hat die Aufgabe, eine oszillierende Ladung des Kondensators zu verhindern, d. h. nach dem Entladevorgang des Kondensators kann die in der Primärwicklung gespeicherte Energie den Kondensator nicht mit umgekehrter Polarität aufladen, weil die Diode einen Nebenschluß zum Kondensator bildet.

Um zu erreichen, daß die Kondensatorentladung gerade ausreicht, um den Strom der Arbeitsstrecke voll auf den Thyristor-Kurzschließer 2 zu koBUBUtieren und andererseits zu vermeiden, daß durch zu hohe Kondensatorladung ein Strom umgekehrter Polarität in der Arbeitsstrecke erzeugt wird, ist es zweckmässig, die Spannung des Ladekondensatorsj in Abhängigkeit vom Arbeitsstrom zu regeln. Dies geschieht, indem die Ladespannung zusammen mit der an einem Nebenwiderstand 11 abgegriffenen Spannung automatisch erhöht wird.

In weiterer Ausgestaltung der Schaltung nach der Erfindung ist in Figur 2 zusätzlich ein mechanischer Kurzschließer 12 mit einer Schnellbetätigung 13"vorgesehen. Der mechanische Kurzschließer ist parallel zur Arbeitsstrecke 1 und zum Thyristorkurzschließer 2 geschaltet. Er hat die Aufgabe, einen erneuten

-6-

009827/0989

Stromanstieg in der Arbeitestrecke zu verhindern. Ein solcher. Stromanstieg kann bei metallische· Kurzschluß zwischen Werkstück und Elektrode entstehen, wenn der Spannungsabfall am Thyristorkurzschließer zu groß ist*Der mechanische Kurzschließer 12 wird gleichzeitig mit den Thyristoren 2 und 8 durch einen Impuls aus de« Verstärker 4 betätigt. Auf Grund der Trägheit der Schaltglieder schaltet er erst, wenn der Strom in der Arbeitsstrecke zu Null geworden ist, aber noch ehe er infolge des Spannungsabfalls am Thyristor 2 wieder ansteigt. Der erneute Stromanstieg wird dann vom mechanischem Kurzschließer übernommen und die Arbeitsstrecke bleibt praktisch stromlos·

Der mechanische Kurzschließer wird zweckmässig mit einer an sich bekannten Schnellbetätigung versehen, bei der die magnetischen Kräfte zwischen zwei Scheibenwicklungen einer Tranaformatoranerdnung genutzt werden. Über die Primärwicklung wird ein Transformator entladen, während die kurzgeschlossene Sekundärwicklung (Meist nur 1 Windung) mit dem Schaltglied verbunden ist und dieses betätigt. Solche bekannten Anordnungen arbeiten bei den hier möglichen kurzen Schaltwegen in Zeitea von größenordnungsmässig nur 200 μ s.

009827/0989

Claims

Patentanspruch«

1, Yerfshre* «ar Beschleunigung der Stromumlenkung in Einrichtuage* m elektrochemischen Werkstoffabtrag im Kurzscklußfall alt einer Schaltungeanordnung, bei der parallel Eur Arbeitsetrecke mehrere Thyristoren angeordnet sind, die bei Kurzschluß der Arbeitsstrecke gesundet werden und eisen Vebenschluß sur Arbeiteetrecke bildes, .

dadurch gekennzeichnet,

daß nach Eintreten des Kurzschlusses in jedes Thyristorzweig oder im der alles Thyristoren gemeinsamen Leitung sua Werkstück eise Qegenspannung induziert wird, die einen des Kurzschlußstrom im Arbeitsspalt entgegenwirkenden Stros hervorruft.
2. Schaltungsssordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

dsA in jedes Thyristorzweig die Sekundärwicklung eines Übertragers 6 liegt, dessen Primärwicklung in eines Kreis bestehend sue Thyristor 8, Diode 7t Ladekondeneator 9 und Ladespannusgsquelle 10 liegt.
3..Sohaltuagsaaordnung nsch Anspruch 2, dadurch gekesnzeichnet,

dafi die Spasssng des Ladekondensators 9 in Abhängigkeit tob Arbeitsstroa regelbar ist.

b· Schaltungsanordnung nach eines oder mehreren der Torhergehenden Anspräche,
dadurch gekennzeichnet,

daß parallel zur Arbeitsstrecke und Thyristorkurzschließer eis mechanischer Kurzschließer 12 angeordnet ist.

009827/0989