DE19533318C2

DE19533318C2 - Stromversorgungseinheit

Info

Publication number: DE19533318C2
Application number: DE19533318A
Authority: DE
Inventors: Atsushi Taneda; Koji Akamatsu; Hajime Ogawa; Satoshi Suzuki
Original assignee: Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1994-09-09
Filing date: 1995-09-08
Publication date: 2000-07-06
Anticipated expiration: 2015-09-09
Also published as: DE19533318A1; KR960010146A; KR0155063B1; JPH08174338A; US5801352A; JP3307526B2; CH693942A5

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

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);

gekennzeichnet durch

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.