DE19533318C2 - Stromversorgungseinheit - Google Patents
StromversorgungseinheitInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine
Stromversorgungseinheit gemäß dem Oberbegriff von
Patentanspruch 1.
Ein Beispiel für eine konventionelle Stromversorgungseinheit
gemäß JP 06-143035 A für eine Erosionsmaschine ist in Fig. 18
gezeigt. Hierbei wird die Differenz zwischen einem Meßwert
des Bearbeitungsstroms und einem Befehlswert von einem
Strombefehlsabschnitt verstärkt, der Betriebswiderstand eines
Stromsteuerelements wird entsprechend dem verstärkten Signal
gesteuert, in der Steuereingangsseite des Stromsteuerelements
ist ein Schalter vorgesehen, der auf der Grundlage eines
Signals von dem Erosionsbefehlsabschnitt ein- bzw.
ausgeschaltet wird, und elektrische Energie für die
Bearbeitung wird durch schnelles Abtrennen eines
Stromsteuerelements erreicht, wenn der Schalter ausgeschaltet
wird.
Nachstehend erfolgt eine ins einzelne gehende Beschreibung
der in Fig. 18 gezeigten Erosionsmaschine.
In Fig. 18 bezeichnet das Bezugszeichen 100 eine
Stromversorgungseinheit, 101 ein Stromsteuerelement, 102
einen Stromdetektor, 103 einen Widerstand, 104 eine
Elektrode, und 106 ein Werkstück. Das Bezugszeichen 105a
bezeichnet einen Arbeitsspalt. Der Raum zwischen der
Elektrode 104 und dem Werkstück 106 wird mit einem
Bearbeitungsfluid gefüllt, zur Ausbildung eines kleinen
Spaltes, in welchem eine elektrische Entladung erzeugt werden
kann. Eine Erosionsbearbeitung wird mit dem Werkstück 106
durch die in dem Spalt erzeugte elektrische Entladung
durchgeführt.
Die Stromversorgungseinheit 100, das Stromsteuerelement 101,
der Stromdetektor 102, der Widerstand 103, die Elektrode 104
und das Werkstück 106 sind miteinander in Reihe geschaltet.
Das Bezugszeichen 107 bezeichnet eine
Konstantspannungsquelle. Diese Konstantspannungsquelle 107
und eine Diode 108 sind in Reihe geschaltet, und diese
Reihenschaltung ist zwischen die Source 109 des
Stromsteuerelementes 101 und einen Punkt geschaltet, der mit
dem Werkstück 106 und der Stromversorgungseinheit 100
verbunden ist.
Weiterhin bezeichnet in dieser Figur das Bezugszeichen 112
einen Erosionsbefehlsabschnitt. Ein Schalter 113 öffnet bzw.
schließt eine Verbindung zwischen dem Gate 119 und der Source
109 des Stromsteuerelements 101 entsprechend einem Signal von
dem Erosionsbefehlsabschnitt 112. Es erfolgt daher eine
Umschaltung des Stromsteuerelements 101 zwischen einem
gesteuerten Zustand und einem unterbrochenen Zustand.
Das Bezugszeichen 114 bezeichnet einen Strombefehlsabschnitt.
Die Differenz zwischen einem Befehlswert 115 von dem
Strombefehlsabschnitt 114 und einem Meßwert 116, der von dem
Stromdetektor 102 erfaßt wird, wird durch einen Verstärker
117 verstärkt und an das Gate 114 des Stromsteuerelements 101
über einen Widerstand 118 angelegt, um den Betriebswiderstand
des Stromsteuerelements 101 zu steuern, wenn der Schalter 113
ausgeschaltet ist, und um eine Steuerung oder Regelung zur
Verfügung zu stellen, so daß der Arbeitsstrom gleich einem
Befehlswert für den Strom wird, wenn ein Arbeitsstrom fließt.
Nachstehend erfolgt eine detaillierte Beschreibung der
voranstehend geschilderten Schaltung unter Bezugnahme auf
Fig. 19.
Es wird darauf hingewiesen, daß die nachstehende Beschreibung
einen solchen Fall betrifft, in welchem die Signalform des
Arbeitsstroms im Anstiegsabschnitt des Arbeitsstroms eine
solche Steigung aufweist, wie sie in Fig. 19 bei (b) gezeigt
ist. In Fig. 19 ist bei (a) ein Befehlswert von dem
Erosionsbefehlsabschnitt 112 gezeigt. Befehle zum Einschalten
bzw. Ausschalten der elektrischen Entladung werden zum
Zeitpunkt 120 bzw. 121 ausgegeben. Entsprechend den Befehlen
wird der Zustand des Schalters 113, wie in Fig. 19 bei (c)
gezeigt, bei 120 ausgeschaltet und bei 121 eingeschaltet.
Fig. 19 zeigt bei (b) einen Befehlswert 115 von dem
Strombefehlsabschnitt 114. Die Signalform für einen
Befehlswert für einen Arbeitsstrom von 3 Ampere wird bei 122
ausgegeben, und dann wird der Befehlswert erhöht, wie bei 123
gezeigt. Eine Signalform für einen Befehlswert für einen
Strom von 10 Ampere wird erzeugt, bevor eine elektrische
Entladung gestartet wird.
Da jede Signalform vorgegeben oder befohlen werden kann, kann
eine Signalform erzeugt werden, die am besten für eine
Erosionsbearbeitung geeignet ist. Wenn ein Befehl für eine
elektrische Entladung bei 120 eingeschaltet wird, wird der
Schalter 113 ausgeschaltet. Das Ausgangssignal des
Verstärkers 117 in Fig. 19 bei (d) liegt auf hohem Pegel, da
dann kein Arbeitsstrom fließt, und aus diesem Grund wird das
Gate des Stromsteuerelements 101 über den Widerstand 118 so
getrieben, wie dies in Fig. 19 bei (e) dargestellt ist.
Daher wird der Betriebswiderstand des Stromsteuerelements 101
verringert.
In diesem Zeitpunkt fließt noch kein Arbeitsstrom. Zum
Zeitpunkt 125, wenn eine elektrische Entladung in dem
Arbeitsspalt 105a erzeugt wird, ergibt sich ein Arbeitsstrom
(Bearbeitungsstrom), der von dem Widerstand 103 erfaßt wird,
und ein Betriebswiderstand des Stromsteuerelements 101 wie in
Fig. 10 bei (g) gezeigt, und die Arbeitsspaltspannung 105,
die bislang gleich der Spannung 127 der ersten
Stromversorgungseinheit 100 war, ändert sich zu einer
Erosionsspannung (elektrischen Entladungsspannung), wie sie
bei 126 in Fig. 19 bei (f) gezeigt ist.
Auch der Arbeitsstrom ändert sich entsprechend dem
Strombefehlssignal 115, wie in Fig. 19 bei (g) gezeigt. Wenn
bei 121 der Befehl für die elektrische Entladung
ausgeschaltet wird, wird der Schalter eingeschaltet, worauf
das Stromsteuerelement 101 abgetrennt ist. Dies führt dazu,
daß eine negative Hochspannung infolge der Selbstinduktivität
der Verdrahtung und des Widerstands 103 hervorgerufen wird,
die als eine Spannung von der Source 109 dient, jedoch
begrenzt die Diode 108 die Spannung der
Konstantspannungseinheit 107, die elektrisch an die Diode 108
angeschlossen ist, wie bei 128 in Fig. 19 bei (h) gezeigt
ist. Dies führt dazu, daß der Arbeitsstrom schnell abnimmt,
wie bei 129 in Fig. 19 (g) gezeigt.
Weiterhin wird auf die Veröffentlichungen JP 03-228520 A, JP
01-210219 A, JP 63-123614 A und JP 63-68316 A hingewiesen.
In Bell, David A.: Operational Amplifiers, London Prentice-
Hall, 1990, Seiten 164-166, 176-178, wird zudem
vorgeschlagen, einen Operationsverstärker zum Optimieren von
dessen Frequenzverhalten so zu beschalten, daß eine Sättigung
verhindert wird.
Zudem ist in US 5,298,709 A ein Energieversorgungssystem für
eine Entladungsvorrichtung beschrieben, bei der eine
Schaltung zum Absorbieren eines Einschaltstromstoßes
vorgesehen ist, die mit einem Widerstand, einem Kondensator
und einer Diode aufgebaut ist.
Wie nachstehend erläutert wird, gibt es bei der voranstehend
geschilderten, konventionellen Vorgehensweise jedoch einige
Schwierigkeiten.
Während der Bereitschaftszeit für die elektrische Entladung,
also in dem Zeitraum von dem Punkt, wenn ein Befehlswert für
dazu, daß deswegen, da keine Rückkopplung für die
Stromregelung existiert, die Maximalspannung von dem
Verstärker 117 ausgegeben wird, wie bei 130 in Fig. 19 bei
(d) gezeigt ist. Darüber hinaus ist das Stromsteuerelement
oder Stromregelelement 101, welches von dieser Spannung
gesteuert wird, gesättigt, und der Betriebswiderstand ist auf
"0" verringert.
Wenn eine elektrische Entladung bei 125 erzeugt wird, fließt
ein Arbeitsstrom, und wird mit einer TE-Rückkopplung
begonnen, so daß eine Stromrückkopplungsregelung auf solche
Weise durchgeführt wird, daß der Wert des Arbeitsstroms
gleich dem befohlenen Stromwert gemacht wird. Wenn die
Rückkopplung unterbrochen wird, wird allerdings die
Maximalspannung von dem Operationsverstärker 117 ausgegeben,
der daher in Sättigung arbeitet, und aus diesem Grund ist
auch das Strombegrenzungselement 101 im gesättigten Zustand.
Gleichzeitig kehrt, wenn eine elektrische Entladung bei 125
erfaßt wird, das Stromrückkopplungssignal zurück, jedoch ist
die bei 133 in Fig. 19 bei (d) gezeigte Zeit erforderlich,
bis der Operationsverstärker 117 und das Stromsteuerelement
101 jeweils aus ihrem gesättigten Zustand in ihren jeweiligen
Normalzustand zurückgekehrt sind, und die Signalform des
Ausgangssignals von dem Operationsverstärker 117 gemäß Fig.
19 bei (d) zeigt eine Verzögerung, gezeigt bei 134
(durchgezogene Linie), gegenüber der gewünschten Signalform
bei 135 (gestrichelte Linie). Aus diesem Grund ergibt sich
ein deutliches Überschwingen der Anstiegssignalform des
Stroms, wie bei 132 (durchgezogene Linie) in Fig. 19 bei (g)
dargestellt ist, was dazu führt, daß die Signalform sich
wesentlich von jener bei 131 (gestrichelte Linie) in Fig. 19
bei (g) unterscheidet, welche eine Stromsignalform mit einem
gewünschten Verlauf darstellt.
Fig. 20 zeigt einen Fall, in welchem der Arbeitsstrom
rechteckförmig ist. Dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 19
bezeichnen dieselben Signale. Der Strombefehlswert in Fig.
19 bei (j) ist rechteckig, wie bei 136 dargestellt ist. Wie
im Falle eines allmählich ansteigenden Stroms ist ein
bestimmter Zeitraum erforderlich, gezeigt bei 137 in Fig. 20
bei (1), bis der ungesättigte Zustand, in welchem eine
normale Steuerung oder Regelung zur Verfügung gestellt wird,
sich von dem gesättigten Zustand erholt hat, und daher weist
das Ausgangssignal des Verstärkers 117, welches in Fig. 20
bei (1) gezeigt ist, eine verzögerte Signalform auf, wie bei
138 dargestellt ist, gegenüber einer gewünschten Signalform
139. Aus diesem Grund zeigt die Anstiegssignalform des Stroms
ein wesentliches Überschwingen, wie bei 140 in Fig. 20 bei
(o) gezeigt ist, und die Signalform ist wesentlich verzögert
gegenüber der gewünschten, rechteckigen Stromsignalform, wie
bei 141 in Fig. 20 bei (o) gezeigt. Ein Überschwingen
während der Anstiegszeit des Stroms verschlechtert die
Eigenschaften in bezug auf den Elektrodenverbrauch während
der Erosionsbearbeitung.
Demnach besteht das technische Problem der vorliegenden
Erfindung darin, eine Stromversorgungseinheit
bereitzustellen, bei der ein Überschwingen des Arbeitsstroms
aufgrund des Betriebs eines hierin enthaltenen
Operationsverstärkers bzw. Stromsteuerelements in der
Sättigung vermieden wird.
Diese Aufgabe wird durch eine Stromversorgungseinheit mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bei der Stromversorgungseinheit für eine Erosionsmaschine
gemäß der vorliegenden Erfindung ist es daher möglich,
einfach und exakt mit hoher Geschwindigkeit eine gewünschte
Bearbeitungsstromsignalform zu erhalten, so daß sich die
Erosionsbearbeitung stabilisieren läßt, sich eine hohe
Bearbeitungsgeschwindigkeit erzielen läßt und eine
Bearbeitung mit hervorragenden Eigenschaften im Hinblick auf
den Elektrodenverbrauch möglich ist.
Da eine Sättigung sowohl des Operationsverstärkers als auch
des in der Stromversorgungseinheit enthaltenen
Stromsteuerelements verhindert wird, tritt ein Überschwingen
während der Anstiegszeit des Arbeitsstroms nicht auf. Dies
wird durch ein Anklemmen der Ausgangsspannung des
Operationsverstärkers während der Bereitschaftszeit für die
elektrische Entladung erreicht.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der
Bereitstellung einer Stromversorgungseinheit für eine
Erosionsbearbeitung, welche bessere Eigenschaften in bezug
auf den Elektrodenverbrauch aufweist, indem eine Sättigung
sowohl des Operationsverstärkers als auch des
Stromsteuerelements verhindert wird, wodurch ein
Überschwingen während der Anstiegszeit des Arbeitsstroms
ausgeschaltet wird, durch Anklemmen der Ausgangsspannung des
Operationsverstärkers während der Bereitschaftszeit für die
elektrische Entladung.
Bei einer Stromversorgungseinheit in einer
Erosionsbearbeitungsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung
wird der Ausgang bzw. das Ausgangssignal durch mehrere
Widerstände und Dioden an einen Zustand angeklemmt, in
welchem die Ausgangsspannung höher als eine
Stromversorgungsspannung ist (der Ausgangs-Klemmpegel wird
durch einen Widerstand eingestellt). Während der
Bereitschaftzeit, wenn eine invertierte Verstärkung
(Rückkopplung) über einen Widerstand in einem
Betriebsverstärker ausgeführt wird, wird daher ein konstanter
Rückkopplungszustand durch die Dioden aufrecht erhalten.
Bei einer Stromversorgungseinheit für eine Erosionsmaschine
gemäß der vorliegenden Erfindung kann der
Operationsverstärker dadurch in einen aktiven Bereich
eingestellt werden, daß eine Klemmspannung mehrfach unter
Verwendung mehrerer Widerstände geschaltet wird, und darüber
hinaus verschiebt sich eine Gatespannung in dem FET
schneller, so daß eine Stromsignalform mit geringerem
Überschwingen erhalten werden kann.
Bei einer Stromversorgungseinheit für eine Erosionsmaschine
gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Klemmpegel als
Klemmuster entsprechend der Stromsignalform ausgelegt, so daß
selbst für eine komplizierte Signalform selten ein
Überschwingen auftritt. Das Ausgangssignal von dem
Strombefehlsabschnitt wird nämlich in zwei Anteile
unterteilt, und wird an einen Operationsverstärker
ausgegeben, welcher den FET treibt, und ebenso an einen
zweiten Operationsverstärker. Ein vorher festgelegtes
Klemmuster wird dadurch erzeugt, daß vorher eine
Rückkopplungsverstärkung des zweiten Operationsverstärkers
auf einen etwas höheren Pegel eingestellt wird als die
Verstärkung des ersten Operationsverstärkers. Dieses
Klemmuster wird auf der Grundlage eines Strombefehlswertes
erzeugt, so daß das Klemmuster leicht auf eine Änderung eines
Stromspitzenwertes reagieren kann, und auch die Gatespannung
des FET in einem ordnungsgemäßen Zustand gehalten werden
kann, selbst wenn ein Befehlswert für eine Stromsignalform
ausgegeben wird, die eine kompliziertere Form als
Rechteckform aufweist, und dies führt dazu, daß eine äußerst
genaue Stromsignalform erhalten werden kann.
Bei einer Stromversorgungseinheit für eine Erosionsmaschine
gemäß der vorliegenden Erfindung wird während des
Bereitschaftzustandes vor der Erzeugung einer elektrischen
Entladung die Sättigung des Operationsverstärkers und des FET
dadurch unterdrückt, daß die
Stromrückkopplungsregelungsschleife aufgetrennt wird. Es wird
nämlich ein Schalter zum Einschalten/Ausschalten eines
Stromerfassungssignals von einem Stromdetektor zur Verfügung
gestellt, und der Schalter schaltet das Rückkopplungssignal
ein bzw. aus, entsprechend einem Befehl von der
Erosionserfassungsschaltung.
Bei einer Stromversorgungseinheit für eine Erosionsmaschine
gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein während der
Bereitschaftzeit eingestellter Klemmpegel freigegeben, wenn
eine elektrische Entladung eingeleitet wird, und das
Anklemmen wird entsprechend einem Ausgangssignal von einer
Erosionserfassungsschaltung (eine Erfassungsschaltung für
eine elektrische Entladung) ein- bzw. ausgeschaltet.
Unmittelbar nach Beginn der elektrischen Entladung kann ein
Ausgangssignal von dem Stromdetektor erhalten werden, so daß
die gewünschte Ausgangsstromsignalform erhalten werden kann.
Der Klemmpegel während der Bereitschaftszeit für die
elektrische Entladung wird nämlich entsprechend einem
Strombefehlswert eingestellt, und die Klemmung wird
entsprechend einem Signal von dem Erosionsdetektor
freigegeben, nachdem eine elektrische Entladung begonnen hat.
Bei einer Stromversorgungseinheit für eine Erosionsmaschine
gemäß der vorliegenden Erfindung nimmt dann, wenn eine nicht-
invertierende Verstärkerschaltung als Operationsverstärker
eingesetzt wird, der Ausgangsspannungspegel während der
Bereitschaftszeit zu, selbst wenn ein Strombefehlswert größer
wird, so daß ein Zustand nahe an der optimalen Klemmspannung
aufrecht erhalten werden kann.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch
dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus
welchen sich weitere Vorteile und Merkmale ergeben. Es zeigt:
Fig. 1 eine erläuternde Ansicht des Aufbaus einer
Stromversorgungseinheit für eine Erosionsmaschine
gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine Ansicht zur Erläuterung von Betriebsabläufen
der Stromversorgungseinheit für eine
Erosionsmaschine gemäß Ausführungsform 1;
Fig. 3 eine Ansicht des Aufbaus einer
Stromversorgungseinheit für eine Erosionsmaschine
gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4A bis 4C Ansichten zur Erläuterung der
Betriebsabläufe der Stromversorgungseinheit für
eine Erosionsmaschine gemäß Ausführungsform 2;
Fig. 5 ein Diagramm der Gatespannungs-
Drainstromeigenschaften;
Fig. 6 eine Ansicht zur Erläuterung des Aufbaus einer
Stromversorgungseinheit für eine Erosionsmaschine
gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 eine Ansicht zur Erläuterung von Betriebsabläufen
der Stromversorgungseinheit für eine
Erosionsmaschine gemäß Ausführungsform 3;
Fig. 8 eine Ansicht zur Erläuterung des Aufbaus einer
Stromversorgungseinheit für eine Erosionsmaschine
gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9 eine Ansicht zur Erläuterung von Betriebsabläufen
der Stromversorgungseinheit für eine
Erosionsmaschine gemäß Ausführungsform 4;
Fig. 10 eine Ansicht zur Erläuterung des Aufbaus einer
Stromversorgungseinheit für eine Erosionsmaschine
gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 11 eine Ansicht zur Erläuterung der Betriebsabläufe
der Stromversorgungseinheit für eine
Erosionsmaschine gemäß Ausführungsform 5;
Fig. 12 eine Ansicht zur Erläuterung der Betriebsabläufe
der Stromversorgungseinheit für eine
Erosionsmaschine gemäß Ausführungsform 5;
Fig. 13 eine Ansicht zur Erläuterung der Betriebsabläufe
bei einer Stromversorgungseinheit für eine
Erosionsmaschine;
Fig. 14 eine Ansicht zur Erläuterung der Betriebsabläufe
einer Stromversorgungseinheit für eine
Erosionsmaschine;
Fig. 15 eine Ansicht zur Erläuterung der Betriebsabläufe
einer Stromversorgungseinheit für eine
Erosionsmaschine;
Fig. 16 eine Ansicht zur Erläuterung der Betriebsabläufe
einer Stromversorgungseinheit für eine
Erosionsmaschine;
Fig. 17 eine Ansicht zur Erläuterung der Betriebsabläufe
einer Stromversorgungseinheit für eine
Erosionsmaschine;
Fig. 18 eine Ansicht zur Erläuterung des Aufbaus einer
Stromversorgungseinheit für eine konventionelle
Erosionsmaschine;
Fig. 19 eine Ansicht zur Erläuterung der Betriebsabläufe
der konventionellen Stromversorgungseinheit für
eine Erosionsmaschine; und
Fig. 20 eine Ansicht zur Erläuterung der Betriebsabläufe
der konventionellen Stromversorgungseinheit für
eine Erosionsmaschine.
Nachstehend erfolgt eine detaillierte Beschreibung
bevorzugter Ausführungsbeispiele einer
Stromversorgungseinheit für eine Erosionsmaschine gemäß der
vorliegenden Erfindung.
Zuerst erfolgt eine Beschreibung der Ausführungsform 1. Fig.
1 zeigt den Aufbau einer Stromversorgungseinheit, die gemäß
Ausführungsform 1 aufgebaut ist, und Fig. 2 erläutert deren
Betriebsabläufe. In Fig. 1 weist eine Bearbeitungsschaltung
eine Gleichspannungs-Stromversorgungseinheit 100 auf, einen
Stromdetektor 102, einen Halbleiter-FET-Verstärker 101
(nachstehend nur als FET bezeichnet), eine
Bearbeitungselektrode 104, einen Arbeitsspalt 105a, und ein
Werkstück 106, sämtlich miteinander in Reihe geschaltet.
Ein Leistungstransistor, ein Leistungs-MOSFET und dergleichen
kann als FET 101 verwendet werden. Die vorliegende
Ausführungsform wird unter der Annahme beschrieben, daß ein
p-Kanal-Leistungs-MOSFET eingesetzt wird, jedoch ist der
Betriebsablauf im wesentlichen genauso, wenn ein N-Kanal-Typ
oder eine Halbleiterleistungsvorrichtung eines anderen Typs
verwendet wird.
Eine Befehlssignalform entsprechend einem Strombefehlssignal
115, welches von dem Strombefehlsabschnitt 114 erhalten wird,
wird beispielsweise so wie bei 115 in Fig. 2 gezeigt
ausgegeben, um einen Ausgangsstrom mit Rechtecksignalform zu
erhalten. Wenn ein Befehls-Stromspitzenwert 1 für ein
Strombefehlssignal 115 eingestellt wird, ergibt sich ein
Treibersignal 200 für das Gate des FET wie bei 2 dargestellt,
und eine Arbeitsspaltspannung 105 wird wie bei 3 gezeigt an
einen Arbeitsspalt 105a angelegt. Nach der Bereitschaftszeit,
bis eine elektrische Ladung begonnen und eine
Erosionsbearbeitung angefangen hat, steigt wie bei 4 gezeigt
der Strom in dem Arbeitsspalt 105a an, also ein Ausgangsstrom
132.
Bei der Ausführungsform 1 wird, wie in Fig. 1 gezeigt, das
Ausgangssignal 204 vom Operationsverstärker, welches das Gate
des FET 101 über einen Begrenzungswiderstand 118 treibt,
durch Widerstände 205, 206, 207 sowie durch eine
Spannungsquelle 208 erhöht, und darüber hinaus ist eine Diode
209 zwischen einer Eingangsklemme 203 des
Operationsverstärkers 117 und den Widerständen 205, 206
eingefügt.
Die Installationsrichtung der Diode 209 ändert sich
entsprechend der Art des verwendeten FET, nämlich abhängig
davon, ob der FET vom P-Typ oder vom N-Typ ist, oder
entsprechend der Ausbildung des Operationsverstärkers. Bei
der vorliegenden Ausführungsform, bei welcher ein FET des P-
Typs direkt von dem Operationsverstärker 117 getrieben wird,
ist die Diode 209 von der Eingangsklemme zur Ausgangsklemme
geschaltet, wie in der Figur gezeigt ist. Es wird darauf
hingewiesen, daß das Bezugszeichen 201 einen Subtrahierer zur
Berechnung der Differenz zwischen dem Strombefehlssignal 115
von dem Strombefehlsabschnitt 114 und dem Meßsignal 116 von
dem Stromdetektor 102 bezeichnet.
Während der Bereitschaftszeit wird der Ausgangsstrom 132 auf
Null (0) gehalten, wie bei 5 in Fig. 2 gezeigt, so daß ein
positives Signal an die Eingangsklemme 203 des
Operationsverstärkers 117 angelegt wird. Die Verstärkung des
Operationsverstärkers 117 wird auf einen relativ hohen Wert
eingestellt, aber das Ausgangssignal geht nicht über die
Spannung der Treiber-Stromversorgung hinaus oder unter diese
herunter. In Fig. 1, in welcher der Operationsverstärker 117
als invertierender Verstärker geschaltet ist, geht das
Ausgangssignal auf einen Wert nahe der Spannung der
Rückkopplungs-Stromversorgung, und das FET-Gate-Treibersigal
200 für den P-Kanal wird eingeschaltet.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird jedoch infolge des
Vorhandenseins der drei Widerstände 205, 206, 207 und der
Diode 209 die Ausgangsspannung auf einen bei 7 gezeigten Wert
festgeklemmt, der höher als die negative
Stromversorgungsspannung ist, und sinkt nicht unter diesen
Pegel ab (siehe Fig. 2). Dieser Ausgangs-Klemmpegel wird
durch die Widerstände 205, 206 und 207 eingestellt. Unter der
Voraussetzung, daß die Stromversorgungsspannung für den
Operationsverstärker 117 im Bereich von ±15 Volt liegt, kann
ein Anklemmen an beispielsweise -10 Volt erfolgen. Während
der Bereitschaftszeit für die elektrische Entladung wird
nämlich eine invertierte Verstärkung (Rückkopplung) durch den
Widerstand 202 in dem Operationsverstärker 117 durch die
Diode 209 aufrecht erhalten.
Im allgemeinen ist, wie voranstehend geschildert, wenn der
Operationsverstärker 117 keine Rückkopplung aufrecht erhalten
kann, und sich sein Ausgangssignal im gesättigten Zustand
befindet, ein langer Zeitraum erforderlich, um von dem
gesättigten Zustand zum ungesättigten Zustand überzugehen,
also zum aktiven Zustand, welcher den normalen
Betriebszustand darstellt. Da im Gegensatz hierzu bei der
vorliegenden Ausführungsform das Ausgangssignal des
Operationsverstärkers im ungesättigten Zustand gehalten wird,
wird eine elektrische Entladung erzeugt, und zusammen mit dem
Anstieg des Stroms der elektrischen Entladung, nämlich des
Stromrückkopplungssignals (Ausgangsstrom) 132 von dem
Stromdetektor 102 (siehe Fig. 2) ändert sich schnell das
Ausgangssignal des Operationsverstärkers 117, nämlich das FET-
Treibersignal 200.
Aus diesem Grund ist die Anstiegsrate der Stromsignalform
(des Ausgangsstroms) 132, die in dem Arbeitsspalt 105a
erhalten wird, extrem hoch mit einer geringen
Überschwingrate, und da eine Signalform erhalten werden kann,
die extrem nahe an dem Strombefehlssignal 115 von dem
Strombefehlsabschnitt 114 liegt, kann ein stabiler
Bearbeitungszustand erzielt werden, und kann eine Bearbeitung
mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden.
In bezug auf den vorliegenden Vorgang wird auf folgendes
hingewiesen. Der Pegel des FET-Gate-Treibersignals 200, der
einen Spitzenwert 1 des Strombefehlswertes 115 erzielen kann,
ist wie bei 8 in der Figur gezeigt, und wenn der Klemmpegel
abnimmt, beispielsweise wie bei 9 in der Figur gezeigt, kann
nur ein Ausgangsstromspitzenwert erhalten werden, der
niedriger ist als das Strombefehlssignal 115, und es ergibt
sich ein solcher Pegel, wie er bei 10 in der Figur
dargestellt ist, so daß der Klemmpegel nicht auf einen extrem
niedrigen Pegel eingestellt werden kann.
Nachstehend erfolgt unter Bezugnahme auf Fig. 3 und die
Fig. 4a bis 4c eine Beschreibung der Ausführungsform 2 der
vorliegenden Erfindung. Im allgemeinen wird der
Stromspitzenwert bei der Erosionsbearbeitung, nämlich der
Spitzenwert des Strombefehlssignals 115 von dem
Strombefehlsabschnitt 114, auf unterschiedliche Pegel
entsprechend den Bearbeitungszuständen eingestellt. Wenn der
voranstehend geschilderte Klemmpegel auf einen Pegel
eingestellt wird, an welchem ein Ausgangssignal des
Operationsverstärkers 117 nicht gesättigt ist, kann die
Anstiegsgeschwindigkeit des Bearbeitungsstroms erhöht werden,
jedoch wenn ein Zielpegel für das FET-Gate-Treibersignal (VG)
200 sich wesentlich von dem Klemmpegel unterscheidet, tritt
selbst dann, wenn sich der Operationsverstärker 117 im
aktiven Bereich während der Bereitschaftszeit für die
elektrische Entladung befindet, manchmal ein Überschwingen
auf, bis das Gatesignal eine konstanten Pegel angenommen hat,
so daß dies als Überschwingen einer Stromsignalform auftritt.
Eine derartige Erscheinung ist beispielsweise bei 11 in Fig.
4A gezeigt.
Die Änderungsrate des Gatesignals kann dadurch kleiner
ausgebildet werden, daß der Klemmpegel auf einen Wert nahe an
dem Zielwert oder angestrebten Wert des Gatesignals
eingestellt wird, und dies führt dazu, daß das Überschwingen
verringert werden kann. Die Fig. 4A, 4B und 4C zeigen
jeweils den voranstehend geschilderten Zustand, und der
Klemmpegel in Fig. 4B liegt näher an einem Zielwert für das
Gatesignal als jener in Fig. 4A, und jener in Fig. 4C liegt
näher daran als jener in Fig. 4B.
Wenn der Operationsverstärker 117 und das FET-Gate-
Treibersignal 200 auf einen Wert näher an einem Signalpegel
entsprechend einem Stromspitzenwert eingestellt werden, kann
daher das Ausmaß des Überschwingens während des
Anstiegszeitraums verringert werden, so daß eine
Ausgangsstromsignalform erhalten werden kann, die näher an
dem Strombefehlssignal 115 liegt. Dies führt dazu, daß
während der Bearbeitung eine gleichmäßige Oberfläche erzielt
werden kann, selbst wenn eine Bearbeitung mit hoher
Geschwindigkeit durchgeführt wird.
Fig. 3 zeigt ein Beispiel, bei welchem diese Funktionen
verwirklicht sind. Bei diesem Beispiel wird der Klemmpegel
durch Umschalten mehrerer Widerstände geändert, nämlich der
Widerstände 18a, 18b und 18c, auf der Grundlage eines
Strombefehls 17 von dem Strombefehlsabschnitt 114. Das
Bezugszeichen 19 bezeichnet einen Schalter zum Umschalten des
Widerstands 18 entsprechend einem Befehl 17 von dem
Strombefehlsabschnitt 114.
Der FET bei der vorliegenden Ausführungsform kann
beispielsweise der Typ 2SJ48 sein. Dieser FET weist eine hohe
Linearität des Drainstroms in Abhängigkeit von der
Gatespannung auf, und daher ist dieser FET zum durchgehenden
Steuern oder Regeln eines Stromwerts geeignet. Die allgemeine
Beziehung zwischen der Gatespannung und dem Drainstrom ist in
Fig. 5 gezeigt. Aus Fig. 5 geht hervor, daß dann, wenn ein
Strom von 0,8 Ampere als Ziel-Bearbeitungsstrom eingestellt
wird, also als der Drainstrom, die Gatespannung schließlich
den Wert von -1,75 Volt erreicht, infolge der
Stromrückkopplungregelung, und der Spitzenwert von 0,8 Ampere
wird aufrecht erhalten.
Wenn aus diesem Grund ein Klemmspannungspegel auf einen Wert
eingestellt wird, der extrem nahe an -1,75 Volt liegt,
nämlich auf -1,8 Volt oder Vg1 (34), ändert sich die
Gatespannung kaum, so daß das Ausmaß des Überschwingens des
Stroms auf ein extrem geringes Ausmaß verringert ist, wie in
Fig. 4C gezeigt. Wenn die Klemmspannung auf beispielsweise
1,6 Volt absinkt, kann natürlich ein gewünschter
Stromspitzenwert nicht erhalten werden, und selbst wenn die
Klemmspannung gerade -1,75 Volt beträgt, wird der
Regelbereich sehr eng, so daß keine Rückkopplungsregelung
erzielt werden kann, welche verschiedene Arten äußerer
Störungen abfängt. Daher ist es erforderlich, ein Anklemmen
an einen hohen negativen Spannungspegel durchzuführen, der
etwas höher als die endgültige Gatespannung ist, und die
Klemmspannung muß auf einen Wert eingestellt werden, der
etwas höher als der gewünschte Spannungswert ist, nämlich die
endgültige Gatespannung.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Klemmspannung
auf drei Arten unter Verwendung von drei Widerständen 18a,
18b und 18c umgeschaltet, und der Klemmspannungspegel wird
beispielsweise eingestellt auf Vg1 (34), Vg2 (35) und
Vg3 (36), wie in Fig. 5 gezeigt ist. Wenn es nämlich
gewünscht ist, I2 (annähernd 0,55 Ampere) 38 von dem
Ausgangsstrom I3 (annähernd 0,2 Ampere) 39 zu erhalten, so
wird daher die Klemmspannung Vw3 (36) verwendet, wenn es
dagegen gewünscht ist, I1 (0,85 Ampere) 37 aus I2 (annähernd
0,55 Ampere) 38 zu erhalten, so wird die Klemmspannung
Vg2 (35) verwendet, und wenn es gewünscht ist, I1 (annähernd
0,85 Ampere) 37 oder mehr zu erhalten, so wird die
Klemmspannung Vg1 (34) verwendet.
Mit dem voranstehend geschilderten Aufbau ist es möglich, den
Operationsverstärker 117 während der Bereitschaftszeit in
einen aktiven Bereich einzustellen, und darüber hinaus
verschiebt sich die Gatespannung in dem FET 101 schneller, so
daß eine Stromsignalform mit einem geringen Ausmaß an
Überschwingen erhalten werden kann.
Nunmehr erfolgt eine Beschreibung der Ausführungsform 3 der
vorliegenden Erfindung. Fig. 6 und Fig. 7 zeigen ein
Blockschaltbild der Ausführungsform gemäß Ausführungsform 3
bzw. ein Signalformdiagramm, welches Signale in dieser
Schaltung zeigt. Die Signalform des Stroms, der während der
Erosionsbearbeitung verwendet wird, ist nicht immer
rechteckig, und wie durch eine Linie 132 in Fig. 7 gezeigt
kann eine in zwei Stufen ansteigende Signalform verwendet
werden. Bei dieser Signalform steigt der Strom schnell auf 22
an, und dann erfolgt der Anstieg langsamer, bis der
Stromspitzenwert 23 erreicht ist. Wenn diese Signalform
verwendet wird, ergibt sich ein sehr geringer
Elektrodenverbrauch.
Um diese Signalform aus einer Schaltung gemäß der
vorliegenden Erfindung zu erhalten, wenn eines der
voranstehend geschilderten Verfahren verwendet wird, wäre es
unmöglich, den Klemmpegel 35 auf einen Wert einzustellen, der
kleiner als der Stromspitzenwert ist, so daß dann, wenn der
Strom bis zu einem Anstiegspunkt 22 in dem ersten Zustand
ansteigt, der Klemmpegel 25 sich wesentlich von dem
Zielstromwert 21 unterscheidet, und im allgemeinen das
Überschwingen des Stroms sehr groß ist, wie bei 27 in Fig. 7
gezeigt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird selbst in Fällen
komplizierter Signalformen dadurch das Überschwingen
verringert, daß ein Klemmpegel als ein Klemmuster
entsprechend einer Stromsignalform eingestellt wird.
Fig. 6 zeigt ein Beispiel für eine derartige Schaltung. Ein
Ausgangssignal 115 von dem Strombefehlsabschnitt 114 wird in
zwei Anteile aufgeteilt, die an den Operationsverstärker 117
ausgegeben werden, der den FET 101 treibt, und ebenso an
einen zweiten Operationsverstärker 210. Eine
Gegenkopplungsverstärkung in dem zweiten Operationsverstärker
210 wird auf einen Wert eingestellt, der etwas höher ist als
die Verstärkung des ersten Operationsverstärkers 117, so daß
das bei 26 in Fig. 7 gezeigte Klemmuster erzeugt wird.
Dieses Klemmuster wird entsprechend dem Strombefehlssignal
115 erzeugt, um so auf Änderungen des Stromspitzenwertes zu
reagieren. Zusätzlich kann die Gatespannung des FET 101 in
einem geeigneten Zustand selbst in bezug auf einen
Befehlswert für eine Stromsignalform gehalten werden, die
sich von der Rechteckform unterscheidet und eine komplizierte
Form aufweist, so daß eine extrem genaue Stromsignalform
erhalten werden kann, und die Bearbeitungsleistung verbessert
werden kann.
Es wird darauf hingewiesen, daß die Verstärkung der zweiten
Operationsverstärkerschaltung 210 vorzugsweise auf etwa das
1,1-fache jener der ersten Operationsverstärkerschaltung
eingestellt wird. Das FET-Gate-Treibersignal während der
Bereitschaftszeit sollte nämlich vorzugsweise auf einen Pegel
eingestellt werden, der 10% höher ist als jener, der von dem
Strombefehlswert befohlen wird. Der Prozentsatz ändert sich
jedoch entsprechend der Art des FET oder der
Arbeitsgeschwindigkeit beispielsweise eines
Operationsverstärkers und dergleichen, so daß der Prozentsatz
angepaßt und entsprechend dem jeweiligen Anwendungsfall auf
einen geeigneten Pegel eingestellt werden sollte.
Nachstehend erfolgt eine Beschreibung der Ausführungsform 4
der vorliegenden Erfindung. Die Fig. 8 und 9 zeigen ein
Blockschaltbild der Ausführungsform gemäß Ausführungsform 4
bzw. die Signalform bestimmter Signale der Schaltung. Bei
einer Stromversorgungseinheit für eine Erosionsmaschine gemäß
jeder der voranstehend geschilderten Ausführungsformen wird
ein Halbleiterverstärker, nämlich ein Leistungs-MOSFET oder
dergleichen, in einem aktiven Bereich betrieben und als
variabler Widerstand eingesetzt. Durch Treiben des FET 101
entsprechend einem Meßsignal von dem Stromdetektor 102 wird
eine Rückkopplungsregelung in bezug auf die
Stromausgangssignalform durchgeführt, um die Genauigkeit der
Stromsignalform und ebenso die Anstiegsgeschwindigkeit zu
erhöhen. Während der Bereitschaftszeit nach Anlegen einer
Spannung an einen Arbeitsspalt 105a, bis tatsächlich eine
elektrische Ladung erzeugt wird, ist keine
Stromrückkopplungssteuerung vorhanden, und dies ist in der
Hinsicht nachteilig, wenn die Schaltung normalerweise ohne
Verzögerung betrieben werden soll.
Aus diesem Grund werden bei der in Fig. 8 gezeigten
Ausführungsform 4 während der Bereitschaftszeit bis zur
Erzeugung einer elektrischen Entladung der
Operationsverstärker 117 und der FET 101 daran gehindert, in
Sättigung zu geraten, durch Unterbrechung der
Stromrückkopplungsregelungsschleife. In dieser Figur ist ein
Schalter 27 zum Einschalten/Ausschalten eines
Stromerfassungssignals 116 von dem Stromdetektor 102, nämlich
der Stromrückkopplungschleife, an diese angeschlossen. Dieser
Schalter 27 ist so konstruiert und angeordnet, daß ein
Rückkopplungssignal entsprechend einem Befehl 33 von einer
getrennt vorgesehenen Erfassungsschaltung 29 für eine
elektrische Entladung geschaltet wird.
Während der Bereitschaftszeit für die elektrische Entladung
wird ein Bereitschaftspegelsignal 28 für die elektrische
Entladung, welches getrennt von einer
Strombefehlswertsignalform von dem Strombefehlsabschnitt 114
ausgegeben wird, in der Rückkopplungsschleife zur Verfügung
gestellt, und die Differenz zwischen dem Pegelsignal 28 für
die elektrische Entladung und dem Strombefehlssignal 115 für
die elektrische Entladung wird über den Subtrahierer 201 in
den Operationsverstärker 117 eingegeben. Eine negative
Gegenkopplung wird an den Operationsverstärker 117 angelegt,
so daß sein Ausgangssignal auf einem Pegel liegt, der sich
durch Multiplizieren des Eingangssignals mit einer bestimmten
Verstärkung ergibt.
Das FET-Gate-Treibersignal 200, welches in diesem Schritt
erhalten wird, befindet sich daher auf einem in Fig. 9
gezeigten Pegel 30. Wesentlich in bezug auf Fig. 9 ist, daß
es möglich ist, das Gatesignal während der Bereitschaftszeit
auf einen Wert einzustellen, der kleiner ist als jener, der
dem Strombefehlssignal 115 entspricht, durch Einstellung des
Bereitschaftssignalpegels für die elektrische Entladung auf
einen geeigneten Wert. Es ist daher möglich, den FET 101 dazu
zu veranlassen, daß er als variabler Widerstand arbeitet und
sich in einem Wartezustand mit hohem Widerstand befindet. Aus
diesem Grund kann ein Überschwingen 31, wenn gerade die
elektrische Entladung beginnt, auf einen extrem kleinen Pegel
verringert werden.
Als nächstes erfolgt eine Beschreibung der Ausführungsform 5
der vorliegenden Erfindung. Die Fig. 10 und 11 zeigen ein
Blockschaltbild der Ausführungsform 5 bzw. Signalformen
bestimmter Signale bei dieser. Bei der vorliegenden
Ausführungsform kann der Klemmpegel vor und nach einer
elektrischen Entladung gesetzt oder freigegeben werden.
Voranstehend wurde ein Beispiel beschrieben, bei welchem eine
komplizierte Signalform durch Änderung eines Klemmpegels zu
einem Klemmuster ausgegeben werden kann, jedoch nimmt in
diesem Fall die Anzahl an für den Betrieb erforderlichen
Operationsverstärkern zu, und daher ergeben sich in
nachteiliger Weise hohe Kosten für die Vorrichtung.
Bei der vorliegenden Ausführungsform erfolgt das Einschalten
oder Ausschalten für das Anklemmen durch den Schalter 32 auf
der Grundlage eines Ausgangssignals 33 von der
Erfassungsschaltung 29 für die elektrische Entladung, durch
Freigeben des Klemmpegels, der während der Bereitschaftszeit
eingestellt wurde, wenn eine elektrische Entladung beginnt.
Nach der elektrischen Entladung kann ein Ausgangssignal von
dem Stromdetektor 102 erhalten werden, und ist die
Stromrückkopplungsschleife 116 betriebsfähig, so daß eine
Ausgangsstromsignalform entsprechend dem Befehlswert selbst
dann erhalten werden kann, wenn kein Anklemmen durchgeführt
wird. Der Klemmpegel während der Bereitschaftszeit wird daher
auf einen Wert entsprechend einem Strombefehlswert
eingestellt, und nach der elektrischen Entladung wird das
Anklemmen entsprechend einem Signal von dem Detektor 29 für
die elektrische Entladung freigegeben.
Fig. 12 zeigt den Betriebsablauf. Während der bei 3
gezeigten Bereitschaftszeit für die elektrische Entladung
wird einer von Klemmpegeln 32a, 32b und 32c entsprechend dem
Stromspitzenwert ausgewählt, auf der Grundlage des Meßsignals
33 von der Erfassungsschaltung 29 für die elektrische
Entladung. Wenn es eine Auswahl unter drei oder mehr
Schaltungen gibt, kann ein weiterer geeigneter Klemmpegel
eingestellt werden. Wenn eine Klemmspannung auf einem bei 32c
gezeigten Pegel entsprechend einem bestimmten
Stromspitzenwert ausgewählt wird, wird die Gatespannung 204
des FET 101 während der Bereitschaftszeit auf einen niedrigen
Klemmpegel eingestellt, wie bei 7a gezeigt.
Wenn eine elektrische Entladung beginnt, und der Detektor für
die elektrische Entladung das Erfassungssignal 33a für die
elektrische Entladung ausgibt, wird der Schalter 32
ausgeschaltet, der die Klemmspannung 32a erzeugt hat, und die
Anklemmung wird gelöst, wobei die Spannung auf 32d
eingestellt ist. Wenn sich eine Stromrückkopplungsschleife
ausgebildet hat, hat dann die Gatespannung 204 bei dem FET
101 ebenfalls den Pegel erreicht, an welchem der gewünschte
Strom geliefert wird. Die Stromsignalform (der Ausgangsstrom)
132a, die auf diese Weise erhalten wurde, enthält daher kein
Überschwingen.
Bei der voranstehenden Ausführungsform 5 wird eine
Klemmspannung gleichzeitig mit dem Beginn einer elektrischen
Entladung freigegeben, so daß der Klemmpegel während der
Bereitschaftszeit für die elektrische Entladung auf einen
extrem niedrigen Pegel absinken kann. Es tritt niemals der
Effekt auf, daß infolge einer zu hohen Klemmspannung nur ein
Ausgangsstrom erhalten werden kann, der kleiner ist als der
Ausgangsstrom entsprechend einem Strombefehlswert. Da eine
ausreichend kleine Klemmenspannung eingesetzt werden kann,
kann darüber hinaus das Überschwingen eines Stroms auf ein
extrem geringes Ausmaß verringert werden. Bei der
vorliegenden Ausführungsform kann daher der Schaltungsaufbau
vereinfacht werden, kann die Klemmspannung auf einen extrem
niedrigen Pegel eingestellt werden, und kann das
Überschwingen des Stroms auf ein sehr geringes Ausmaß
verringert werden.
Nunmehr erfolgt eine Beschreibung der Ausführungsform 6.
Fig. 13 zeigt die Ausführungsform 6 der vorliegenden
Erfindung. Bei jeder der voranstehend geschilderten
Ausführungsformen ist der Operationsverstärker als
invertierender Verstärker ausgebildet, jedoch können
dieselben Wirkungen auch dann erhalten werden, wenn der
Operationsverstärker ein nicht-invertierender Verstärker ist.
In Fig. 13 werden zwei Stufen von Operationsverstärkern 121
und 117 verwendet, die Differenz zwischen dem
Strombefehlswert 115 und dem momentanen Stromwert 116 wird in
der ersten Stufe des Operationsverstärkers 121 bestimmt, und
eine Diode 209 zum Anklemmen des Ausgangssignals ist an die
zweite Stufe des Operationsverstärkers 117 angeschlossen. Der
Operationsverstärker 117 in der zweiten Stufe ist ein nicht-
invertierender Verstärker, und die Diode 209 ist in der
Rückkopplungsschleife vorgesehen. Wenn das Ausgangssignal 204
groß ist (groß in negativer Hinsicht), so wird die Diode 209
eingeschaltet, und ein negativer Widerstandswert wird durch
die parallel geschalteten Widerstände 202 und 205 zur
Verfügung gestellt, so daß ein Vorgang durchgeführt wird, bei
welchem die Rückkopplungsverstärkung verringert wird.
Da der Operationsverstärker 117 ein nicht-invertierender
Verstärker ist, ist im allgemeinen seine Verstärkung
allerdings nicht geringer als 1, so daß das Ausgangssignal
204 nie kleiner wird als das Eingangssignal 47. Wenn die
Verstärkungen 40a, 30b und 41 für den Operationsverstärker
121 der ersten Stufe so eingestellt werden, daß das
Eingangssignal 47 annähernd gleich dem FET-Gate-Treibersignal
(der Spannung) 200 oder 204 wird, um entsprechende gewünschte
Stromwerte zu erhalten, wird mit anderen Worten die
Gatespannung während der Bereitschaftszeit für die
elektrische Entladung annähernd gleich einer Ziel-
Gatespannung, da die Verstärkung durch die Diode 209 begrenzt
wird. Wenn eine elektrische Entladung beginnt, kann ein
Stromrückkopplungssignal von 116 erhalten werden, so daß das
Ausgangssignal des Operationsverstärkers 121 der ersten Stufe
kleiner wird als jenes während der Bereitschaftszeit für die
elektrische Entladung.
Dieser Vorgang ist in den Fig. 14 bis 17 dargestellt.
Fig. 14 und Fig. 15 zeigen einen Fall, in welchem ein
invertierender Verstärker eingesetzt wird, und zeigen
Betriebsabläufe der in Fig. 1 dargestellten Schaltung. Die
Fig. 16 und 17 zeigen einen Fall, in welchem eine nicht-
invertierende Verstärkerschaltung verwendet wird, und zeigen
Betriebsabläufe der in Fig. 13 gezeigten Schaltung. In
dieser Figur sind Betriebsabläufe des Operationsverstärkers
als proportionale Operationen dargestellt. Fig. 14 zeigt das
Eingangs/Ausgangssignal zum bzw. vom Operationsverstärker
117, wogegen Fig. 15 eine Gatespannung in dem FET 101
entsprechend dem Strombefehlswert 115 zeigt.
Nunmehr erfolgt eine Beschreibung von Fig. 14. Die
Horizontalachse entspricht der Verstärkung eines
invertierenden Verstärkers, für welchen Werte von -a und +b
durch Widerstandswerte außen angeschlossener Widerstände
eingestellt werden, und eine proportionale Verstärkung für
einen invertierenden Verstärker eingestellt wird.
In diesem Fall ist ein Zustand gezeigt, in welchem die
Proportionalverstärkung gleich -b/a ist. Nimmt man an, daß
ein bei 221a gezeigter Pegel an die Eingangsklemme 203 des
invertierenden Verstärkers in Fig. 1 während der
Bereitschaftszeit angelegt wird, würde das Ausgangssignal
222a ohne Berücksichtigung des Anklemmens erhalten. Nur das
bei 223a gezeigte Ausgangssignal wird daher erhalten, da der
Klemmpegel auf -α eingestellt wurde. Gibt es ein
Eingangssignal auf einem Pegel 221b für die Eingangsklemme
203, so erfolgt ein entsprechendes Anklemmen des
Ausgangssignals, und man erhält das Ausgangssignal 223b,
welches anzeigt, daß der Pegel derselbe ist wie bei 223a, und
daher ist das Ausgangssignal immer an einen konstanten Pegel
angeklemmt.
Wenn dann eine elektrische Entladung erzeugt wird, wobei die
Stromrückkopplungsschleife wiederhergestellt ist, und der
Signalpegel an einer Eingangsklemme des Operationsverstärkers
auf einen niedrigen Pegel absinkt, beispielsweise jenen, der
bei 221c gezeigt ist, liegt der Ausgangspegel unterhalb des
Klemmpegels, so daß kein Anklemmen durchgeführt wird, und das
normale Ausgangssignal 223c erhalten wird. Wenn ein
invertierender Verstärker verwendet wird, wird daher eine
konstante Ausgangsspannung erhalten, unabhängig von einem
Strombefehlswert während der Bereitschaftszeit (unter der
Bedingung, daß die in Zusammenhang mit den Ausführungsformen
2 bis 5 beschriebenen Operationen nicht unter Verwendung
einer externen Konstantspannung oder einer externen Schaltung
durchgeführt werden).
Fig. 15 erläutert den voranstehend geschilderten Fall und
zeigt eine Gatespannung in Abhängigkeit von einem
Strombefehlswert. Während einer elektrischen Entladung, wenn
das Ausgangssignal unterhalb des Klemm-Spannungspegels liegt,
wird ein lineares FET-Gate-Treibersignal (Spannung) 200 für
das Strombefehlssignal 115 erhalten.
Während der Bereitschaftszeit wird eine praktisch konstante
Ausgangsspannung von -α erhalten, unabhängig von dem
Strombefehlswert. Es wird darauf hingewiesen, daß die
Klemmspannung auf einen geeigneten Pegel dadurch eingestellt
werden muß, daß die externe Schaltung geändert wird, um eine
geeignete Klemmspannung von beispielsweise -α1 oder -α2 zu
erhalten, wie in bezug auf die voranstehenden
Ausführungsformen erläutert wurde.
Die Betriebsabläufe bei einer nicht-invertierenden Schaltung
sind in den Fig. 16 und 17 gezeigt. Da im Falle eines
nicht-invertierenden Verstärkers eine Verstärkung von 1 oder
mehr erhalten werden kann, sinkt die Ausgangsspannung niemals
unter die Eingangsspannung des nicht-invertierenden
Verstärkers ab, unabhängig von dem eingestellten Klemmwert in
der Rückkopplungsschleife. In Fig. 16 ist die Verstärkung
auf einen Faktor b/a eingestellt. Die Eingangsspannung ist so
wie bei 230a, 230b gezeigt, und 230c bezeichnet einen
Ausgangsspannungspegel während einer elektrischen Entladung.
Während einer elektrischen Entladung wird eine
Ausgangsspannung rückgekoppelt zurückgeführt, so daß der
Eingangssignalpegel für den nicht-invertierenden Verstärker
niedrig ist, wie in dieser Figur dargestellt.
Wenn dann die Rückkopplungsdiode 209 bei dem nicht-
invertierenden Verstärker 117 ausgeschaltet wurde, wird eine
normale, proportionale Verstärkung erhalten. Im Gegensatz
hierzu wird während der Bereitschaftszeit, da der
Ausgangsstrom noch nicht als Rückkopplungssignal
zurückgeführt wurde, der Eingangssignalpegel für den nicht-
invertierenden Verstärker groß, wie bei 230b und 230c
gezeigt. Dann ist die Rückkopplungsdiode 209 elektrisch
angeschlossen, und der Widerstand 205 ist parallel zum
Widerstand 202 als Rückkopplungswiderstand in der
Rückkopplungsschleife enthalten, so daß die Verstärkung des
nicht-invertierenden Verstärkers 117 absinkt. Aus diesem
Grund sinkt das Ausgangssignal auf den bei 231a oder 231b
gezeigten Pegel ab.
Fig. 17 zeigt diesen Betriebsablauf anhand der Beziehung
zwischen einem Strombefehlswert und einer Gatespannung.
Selbst wenn der Strombefehlswert groß wird, wird wie deutlich
in Fig. 17 gezeigt der Ausgangsspannungspegel während der
Bereitschaftszeit proportional größer, so daß eine Spannung
nahe an der optimalen Klemmspannung aufrecht erhalten werden
kann.
Unter Verwendung einer Ausgangssignalklemmschaltung mit einem
nicht-invertierenden Verstärker und einer Diode ist es daher
möglich, einfach eine geeignete Regelschaltung aufzubauen.
Bei der voranstehenden Beschreibung wurde angenommen, daß die
Schaltungen sowohl für einen invertierenden Verstärker als
auch für einen nicht-invertierenden Verstärker nur
Widerstände und eine Diode enthalten, jedoch kann ein
optimaleres Regelsystem dadurch aufgebaut werden, daß eine
Schaltung eingefügt wird, deren Zweck darin besteht, eine
Verstärkungserhöhung bei einem niedrigen Signalpegel
durchzuführen, oder eine Phasenkompensation über einen großen
Bereich durchzuführen.
Wie voranstehend geschildert, ist bei einer
Stromversorgungseinheit für eine Erosionsmaschine gemäß der
vorliegenden Erfindung die Anstiegsgeschwindigkeit einer
Stromsignalform, die in einem Arbeitsspalt erhalten wird,
extrem hoch, mit einem kleinen Ausmaß an Überschwingen.
Darüber hinaus kann eine Signalform erhalten werden, die
extrem gut an jene angenähert ist, die von einem
Strombefehlswert vorgegeben wird, so daß ein stabiler
Bearbeitungszustand erzielt werden kann, und sich eine hohe
Bearbeitungsgeschwindigkeit erreichen läßt.
Je näher bei einer Stromversorgungseinheit für eine
Erosionsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung das
Gatetreibersignal 200 für einen Operationsverstärker und den
FET 101 während der Bereitschaftszeit an dem Stromspitzenwert
liegt, desto mehr kann das Überschwingen verringert werden,
so daß eine Ausgangsstromsignalform erhalten werden kann, die
näher an einem Strombefehlswert liegt, was dazu führt, daß
die Oberfläche eines Werkstücks besonders gleichmäßig bei
hoher Geschwindigkeit bearbeitet werden kann.
Bei der Stromversorgungseinheit für eine Erosionsmaschine
gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Ausgangssignal von
einem Strombefehlsabschnitt in zwei Anteile aufgeteilt, die
jeweils an einen den FET 101 treibenden Operationsverstärker
bzw. an den zweiten Operationsverstärker ausgegeben werden.
Durch Einstellung einer negativen Gegenkopplung für den
zweiten Operationsverstärker auf einen Wert, der geringfügig
höher ist als die Verstärkung des ersten
Operationsverstärkers, kann ein vorher festgelegtes
Klemmuster erzeugt werden. Da das Klemmuster entsprechend
einem Strombefehlswert eingestellt wird, kann es abgeändert
werden, um einen Stromspitzenwert zu ändern, und die
Gatespannung in dem FET 101 kann in einem optimalen Zustand
gehalten werden, selbst im Falle eines Befehlswertes für eine
komplizierte Signalform (eine andere als eine
Rechtecksignalform), so daß eine extrem exakte
Stromsignalform erzeugt werden kann.
Bei einer Stromversorgungseinheit für eine Erosionsmaschine
gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch Einstellung des
Bereitschaftssignalpegels für die elektrische Entladung auf
einen geeigneten Wert das Gatesignal während der
Bereitschaftszeit auf einen Pegel verringert werden, der
niedriger ist als jener entsprechend dem Strombefehlswert. Da
es möglich ist, den FET 101 dazu zu veranlassen, daß er als
variabler Widerstand so arbeitet, daß er sich in einem
Zustand mit hohem Widerstand in dem Bereitschaftszustand
hält, ist es möglich, das Überschwingen zu minimalisieren,
welches in dem Moment auftritt, wenn ein Übergang auf die
Bearbeitung mit einer elektrischen Entladung erfolgt.
Bei einer Stromversorgungseinheit für eine Erosionsmaschine
gemäß der vorliegenden Erfindung tritt nie der Effekt auf,
infolge eines zu starken Anklemmens, daß nur ein
Ausgangsstrom erhalten werden kann, der kleiner ist als jener
entsprechend einem Strombefehlswert, und ist es recht
einfach, den Klemmpegel einzustellen. Da es möglich ist, eine
ausreichend kleine Klemmspannung anzulegen, kann gleichzeitig
ein Überschwingen des Stroms auf ein minimales Ausmaß
verringert werden.
Bei einer Stromversorgungseinheit für eine Erosionsmaschine
gemäß der vorliegenden Erfindung wird selbst dann, wenn der
Strombefehlswert groß wird, der Ausgangsspannungspegel
während der Bereitschaftszeit proportional größer, und daher
kann eine Spannung extrem nahe an der optimalen Klemmspannung
aufrecht erhalten werden, und durch Verwendung einer
Ausgangssignalklemmschaltung, in welcher ein
nichtinvertierender Verstärker und eine Diode vorgesehen
sind, ist es möglich, einfach eine geeignete Regelschaltung
aufzubauen.
Claims (10)
1. Stromversorgungseinheit für eine Erosionsmaschine,
umfassend:
- a) eine Entladungsvorrichtung mit einer Gleichspannungs-Stromversorgungsquelle (100), einem Verstärker (101) und einem Stromdetektor (102), die zueinander in Reihe geschaltet sind;
- b) einen Strombefehlsabschnitt (114) zur Ausgabe eines Strombefehlswertes (115) entsprechend einer Impulsform eines Entladungsstromimpulses; und
- c) einen Operationsverstärker (117) zum Ansteuern des Verstärkers (101) durch Verstärken einer Differenz zwischen einem von dem Strombefehlsabschnitt ausgegebenen Strombefehlswert (115) und einem von dem Stromdetektor (102) erfaßten Ausgangsstromwert (132);
- a) eine Spannungsversorgungseinheit zur Anlegung einer Versorgungsspannung an den Operationsverstärker (117); und
- b) eine Klemmeinrichtung (209; 204-208)
- - die in Reihe zwischen eine Ausgangsklemme (204) des Operationsverstärkers (117) und einer Spannungsversorgungseinheit (208) geschaltet ist,
- - zum Festklemmen der Ausgangsspannung (200) des Operationsverstärkers (117) auf einen Klemmpegel, der höher als die negative Versorgungsspannung des Operationsverstärkers (117) ist, in einer Bereitschaftsperiode (5), in der die Gleichspannung (105, 3) der Gleichspannungs-Stromversorgungsquelle (100) an den Arbeitsspalt (105a) angelegt wird, nach Ausgabe des Strombefehlswerts (115), bis eine Entladung im Arbeitsspalt (105) stattfindet.
2. Stromversorgungseinheit nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Klemmeinrichtung ferner vorgesehen ist zum
Festklemmen des vom Stromdetektor (102) erfaßten
Ausgangsstroms (132, 5) auf Null während dieser
Bereitschaftsperiode.
3. Stromversorgungseinheit nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Klemmeinrichtung enthält:
- - mehrere Widerstände (205, 206, 207), die miteinander in Reihe zwischen eine Ausgangsklemme des Operationsverstärkers und die Stromversorgungseinheit geschaltet sind; und
- - eine Gleichrichtereinheit (209), die zwischen die Widerstände und zwischen den Widerstand und eine Eingangsklemme des Operationsverstärkers geschaltet ist.
4. Stromversorgungseinheit nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein Schalterabschnitt (19) zum Schalten der Widerstände
entsprechend einem Ausgangssignal von dem
Strombefehlsabschnitt (114) vorgesehen ist.
5. Stromversorgungseinheit nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
zumindest einer der Widerstände ein variabler Widerstand
zum Einstellen eines Widerstandswertes entsprechend
einem Ausgangssignal von dem Strombefehlsabschnitt ist.
6. Stromversorgungseinheit nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
sie ferner enthält:
- - einen weiteren Operationsverstärker (210) zum Multiplizieren eines Ausgangssignals von dem Strombefehlsabschnitt mit einer Konstanten; und
- - eine Gleichrichtereinheit (212), die sowohl an eine Ausgangsklemme des ersten Operationsverstärkers als auch an eine Ausgangsklemme des zweiten Operationsverstärkers angeschlossen ist.
7. Stromversorgungseinheit nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
sie ferner enthält:
- - einen Entladungsdetektor (29) zur Erfassung einer elektrischen Entladung in dem Arbeitsspalt; und
- - einen Schalter (27), der zwischen den Stromdetektor (29) und den Operationsverstärker (117) geschaltet ist, um einen Ausgangsstromwert von dem Stromdetektor entsprechend einem Ausgangssignal von dem Entladungsdetektor zu schalten.
8. Stromversorgungseinheit nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Klemmvorrichtung enthält:
- - mehrere Widerstände, die miteinander in Reihe zwischen eine Ausgangsklemme des Operationsverstärkers und die Stromversorgungseinheit geschaltet sind;
- - einen Entladungsdetektor (29) zur Erfassung einer elektrischen Entladung in dem Arbeitsspalt; und
- - einen Schalter (22) zum Schalten der Widerstände entsprechend einem Ausgangssignal von dem Entladungsdetektor.
9. Stromversorgungseinheit nach einem der Ansprüche 1, 6, 7
oder 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Operationsverstärker einen invertierenden Verstärker
(117) aufweist.
10. Stromversorgungseinheit nach einem der Ansprüche 1, 6, 7
oder 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Operationsverstärker einen nicht-invertierenden
Verstärker (117) aufweist.
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