DE2028353A1

DE2028353A1 - Elektrische Steuereinrichtung fur ein Elektroerosionsgerat

Info

Publication number: DE2028353A1
Application number: DE19702028353
Authority: DE
Inventors: Kurt Helmut Royal Oak Mich Sennowitz (V St A ) P
Original assignee: Elox Inc
Current assignee: Elox Inc
Priority date: 1969-11-06
Filing date: 1970-06-09
Publication date: 1971-05-27
Also published as: US3548142A; DE2028353B2; CH514393A

Description

Dipl.-lng. A. Qrönecker Dr.-lng. H. Kinkeldey Dr.-lng. W.Stockmair

8 München 22, Maximilianetr. 43

9. 6.1970

ELOX Inc.
1830 Stephenson Highway, Troy, Michigan, 48084, USA

Elektrische Steuereinrichtung für ein Elektroerosionsgerät,

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Steuereinrichtung für ein Elektroerosionsgerät mit einem durch eine Ansteuersignalquelle periodisch betätigbaren elektronischen Schalter zum Erzeugen von Bearbeitungsimpulsen aus einer Energiequelle in einem mit dielektrischem Kühlmittel erfüllten Bearbeitungsspalt zwischen einer Elektrode und einem Werkstück.

In Geräten zur elektroerosiven Bearbeitung eines elektrisch leitenden Werkstückes wird durch eine elektrische Entladung zwischen einer Werkzeugelektrode und dem Werkstück von dem Werkstück Material abgetragen. Diese Entladung wird hervorgerufen durch einen elektronischen Impulsgenerator, in welchem ein elektronischer Ausgangsschalter, beispielsweise eine Halbleiterschalteinrichtung wechselweise in den leitenden oder sperrenden Zustand gesteuert wird, wodurch die Energiequelle periodisch mit dem Bearbeitungsspalt verbunden wird, um diesem Bearbeitungsimpulse zuzuführen. Die Elektrode oder das Werkstück stehen mit einem

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Servostellglied in Verbindung, über welches die optimale . Bearbeitungsspaltbreite zwischen Elektrode und Werkstück bei fortschreitendem Abtragen des Metalls hergestellt wird. Während des Betriebs wird ein dielektrisches Kühlmittel, beispielsweise Kerosin oder Transformatoröl, in einem Kreislauf kontinuierlich durch den Bearbeitungsspalt bewegt. Da von dem Werkstück Material abgetragen wird, wird ein S'ervosteuerkreis benötigt, der dazu in der Lage ist, einen relativ gleichmäßigen Bearbeitungsspalt sowohl beim Schruppen als auch beim Schlichten zu gewährleisten. Zusammen mit diesem Problem ergibt sich ein weiteres daraus, daß der Bearbeitungsspalt kurzgeschlossen wird, wenn sich } von der Elektrode und dem Werkstück abgetragene Teilchen in dem Bearbeitungsspalt angesammelt haben.

Eine Lösung dieser Probleme ist erfindungsgemäß dadurch gegeben, daß eine den Kurzschlußstrom begrenzende elektrische Schaltung vorgesehen ist, die ein zwischen dem Ausgang der Ansteuersignalquelle und dem Bearbeitungsspalt liegendes Netzwerk enthält, das die Ansteuersignalquelle in Abhängigkeit von dem Zustand des Kurzschlusses des Bearbeitungsspaltes nicht an der Steuerelektrode des Schalters wirksam werden läßt, wodurch der Schalter gesperrt bleibt, um den Strom durch den Bearbeitungsspalt ^ zu begrenzen, und daß die Versorgung des Bearbeitungsspaltes mit Energieimpulsen während dieses Zustandes unterbrochen ist.

Erfindungsgemäß wird eine Stromsteuerung angegeben, die auf einen elektronischen Schalter im Energieversorgungsteil eines Elektroerosionsgerätes wirkt. Unter elektronischem Schalter soll jede elektronische Steuereinrichtung mit drei oder mehr Elektroden verstanden werden. Die Elektroden enthalten wenigstens zwei Haupt- oder Energieelektroden, die dazu dienen,die Stromstärke im Energieversorgungsteil zu steuern. Die Leitfähigkeit zwischen

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den Häuptelektroden wird durch eine Steuerelektrode des Schalters gesteuert. Diese Leitfähigkeit wird statisch oder elektrisch ohne Bewegung eines mechanischen Elements in dem Schalter gesteuert. In dieser Definition sind Elektronenröhren, Transistoren und dgl. enthalten. Das Netzwerk zur Steuerung des Kurzschlußstromes ist zwischen die Ansteuersignalquelle für die Steuerelektrode des Ausgangsschalters und den Bearbeitüngsspalt geschaltet, so daß das Ansteuersignal in Abhängigkeit von dem Zustand des Kurzschlusses des Bear.beitungsspaltes von der Steuerelektrode abgeleitet wird, um den Ausgangsschalter im Sperrzustand zu halten. Gleichzeitig wird das Ansteuersignal dazu benutzt, einen Rückzug der Elektrode aus dem Bearbeitungsspalt zu verursachen, um die Reinigung des Bearbeitungsspaltes noch zu beschleunigen. Einem KurzscJhluß im Bearbeitungsspalt wird also durch Begrenzen des Stromes durch den Bearbeitungsspalt während dieses Zustandes begegnet. Die .Verbindung der Strombegrenzung mit einer gleichzeitigen Rückzugbewegung der Elektrode führt zu optimalen Ergebnissen.

Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. Es ζeigens

Fig. 1 ein Schaltbild der Steuereinrichtung nach der- Erfindung und

Fig. IA eine weitere Ausführungsform eines Teils der Schaltung.

Der ^ersorgungsteil des Elektroerosionsgerates enthält eine Energiequelle 10. Die Bearbeitungsimpulse werden dem Bearbeitungsspalt zwischen einer Werkzeugelektrode und einem Werkstück 14 durch die periodische Arbeitsweise eines Ausgangstransistors 16, dessen Energieelektroden,

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d.h. Kollektor und Emitter,in Reihe zwischen der Energiequelle und dem Bearbeitungsspalt liegen, zugeführt. Der Transistor 16 ist normalerweise ohne einen auf seine Basis geführten Triggerimpuls gesperrt. Ein Festwiderstand 18 und ein Regelwiderstand 20 sind in Reihe zwischen den Emitter des Transistors 16 und dem Bearbeitungsspalt geschaltet, wodurch dem Bearbeitungsspalt ein bestimmter Strom zur elektroerosiven Behandlung zugeführt wird. Ein als Multivibrator 22 ausgeführter Impulsgenerator wird dazu verwendet, über eine oder mehr Steuerstufen 24 Ansteuersignale auf die Basis des Ausgaiigstransistors 16 zu liefern. Die erzeugten Ansteuersignale sind in ihrem Tastverhältnis und in ihrer Frequenz variabel. Verschiedene Typen von zu diesem Zweck geeigneten Multivibratoren im Energieversorgungsteil derartiger Elektroerosionsgeräte sind in der amerikanischen Patentschrift Nr. 3 24-3 567 gezeigt und beschrieben. Obwohl der Gegenstand der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit einer transistorisierten Stromversorgung für ein Elektroerosionsgerät dargestellt ist, ist er nicht darauf beschränkt, sondern kann in jeder Versorgungseinrichtung,in der ein elektronischer Schalter, wie er oben definiert wurde, zwischen eine Gleichstromquelle und einen Bearbeitungsspalt geschaltet ist und periodisch einschaltbar ist, Verwendung finden.

Für die vorliegende Servosteuerschaltung wird ein Referenzspannungssignal aus einem Widerstandsnetzwerk abgeleitet, welches parallel zu der Gleichstromquelle 10, die die Hauptenergieversorgung trägt, geschaltet ist. Das Referenzspannungsnetzwerk enthält Festwiderstände 26,28, die mit dem veränderbaren Widerstand des Potentiometers JO in Reihe geschaltet sind. Ein als Filter dienender Kondensator 32 ist,wie dargestellt, eingeschaltet. Das Steuer-

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eingangssignal für den Differenzverstärker wird, wie.-dargestellt, vom Anst euer Signalausgang eines Transistors 24 abgenommen. Dieses Signal wird mit der durch das Potentiometer JO einstellbaren Spannung verglichen, um die Abwärts- und Aufwärtsbewegung einer Servosteuerung zu erzeugen. Das An st euer signal lädt den Kondensator 34- über den Widerstand 36 und die,wie dargestellt, gepolte Diode 38· Der Diode 38 ist außerdem ein Widerstand 40 parallel geschaltet. Die Verbindung des iühlernetzwerks mit dem Bearbeitungsspalt wird durch eine Diode 42 vervollständigt, durch die das Steuersignal über den Bearbeitungsspalt gelangen kann.

Die Richtung der Bewegung der Elektrode wird durch die Richtung des Stromes durch ein elektrisch beeinflußbares Element gesteuert. In diesem Fall ist das elektrisch beeinflußbare Element eine elektromagnetische Steueranordnung mit einer Spule 44, die zwischen die Kollektoren der Transistoren 46 und 48 zwischen die Punkte G und D geschaltet ist. Die Einzelheiten des hydraulischen Motors und des Schiebers sind der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt; jedoch ist eine Anzahl brauchbarer elektrohydraulischer Steuersysteme für ein Elektroerosionsgerat in der amerikanischen Patentschrift Nr. 3 230 412 dargestellt und beschrieben. Die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 46 ist mit Dioden 50' überbrückt, um sie beim Abschalten vor Überspannung zu schützen. In gleicher Weise ist die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 48 durch Dioden 52 überbrückt. Der Transistor 46 ist mit den durch eine Diode 47 geschützten Transistor 49 zur Bildung eines Emitterfolger verbunden. Widerstände 50 und 51 sind mit der Emitter-Kollektorstrecke des Transistors 49 in Reihe geschaltet. Der Wert des Widerstands 50 ist wesentlich niedriger als der des Widerstands 51· Die

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Einbeziehung des Schaltkreises des Transistors 49 ermöglicht ■die Verwendung eines hohen Impedanzeinganges der Servosteuerschaltung. Während des Niederstrom-Abtragvorganges ist eine stabile Servo-Arbeitsweise gesichert. Ein Stellwiderstand 54 ist zwischen den Kollektor des Transistors 48 am Punkt D und den rechten Anschlußpunkt der Spule 44 geschaltet, um die Empfindlichkeit der Servoarbeitsweise einstellbar zu machen. Der St el Iv; i der stand 54 kann auch
wie der entsprechende Stellwiderstand 54a in Pig« 1A eingeschaltet sein. Die Anordnung des in diesem Fall als
Potentiometer 54a ausgebildeten Stellwiderstands parallel zur Spule 44 wird beim Niederstrom-Abtragvorgang bevorzugt. Zwischen den Punkt C und den Widerstand 55 ist
ein EG-Glied eingeschaltet. Das RG-Glied enthält die
Widerstände 64 und 65 und den Kondensator 66. Eine schnellsperrende Diode 67 ist mit der gezeichneten Polarität
eingeschaltet. Der Widerstand 65 dient dazu, die Entladung des Kondensators 66 zu begrenzen» In Fig. IA ist das
Potentiometer 54a über ein RC-Glied 68 parallel zu der
Steuerspule 44 geschaltet. Das RC-Glied 68 dient dazu, , den Servobetrieb während des Niederstrom-Abtragbetriebs
aufrechtzuerhalten. Strombegrenzte Widerstände 74 und
76 sind in der Schaltung mit der jeweiligen Basis der
Transistoren 46 und 48 verbunden. Ladewiderstände 78
und 80 sind zwischen den jeweiligen Kollektor der Transistoren 46 und 48 und den negativen Pol der Gleichstromquelle 10 geschaltet, während ein Widerstand 82 zwischen den positiven Pol der Gleichstromquelle 10 und die Emitter der Transistoren 46 und 48 eingefügt ist.

Im folgenden soll die Funktion der Schaltung naher erläutert werden. Wenn die Stromversorgung und der Multivibrator
angeschaltet sind, gehen von dem Transistor 24 Ansteuersignale aus, die den Ausgangs-Transistor 16 ansteuern.
Dadurch werden ßearbeitungsimpulse mit genau steuerbarer

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Frequenz und steuerbarem Tastverhältnis erzeugt, die den Bearbeitungsspalt als Stromimpulse durchfließen. Gleichzeitig durchläuft das negative Ansteuersignal den Widerstand 36 und die Diode 38, um den Kondensator 34 aufzuladen. Ein Teil dieses AnSteuersignals wird die Diode 42 durchlaufen und an den Bearbeitungsspalt gelangen. Der durch das negative Ansteuersignal geladene Kondensator 3^ verursacht, daß die Transistoren 49 und 46 leitend werden. Es fließt dann ein Strom zwischen dem negativen Anschluß der Gleichstromquelle 10 über den Widerstand 78, <üe Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 46 und den Widerstand 82 zum positiven Anschluß der Gleichstromquelle 10. Gleichzeitig fließt ein Elektronenstrom durch den Widerstand 80, den Stellwiderstand ^A₁ nach links oder unten durch die Spule 44, durch die Widerstände 55» 64 und durch den Transistor 46. Der Elektronenstrom in einer Richtung nach links durch die Spule 44 verursacht, daß die Elektrode 12 nach unten gegen das Werkstück 14 bewegt wird. Während eines Kurzschlusses des Bearbeitungsspalts wird der andere Transistor 48 leitend und erzeugt seinerseits einen Elektronenstrom durch die Spule 44 nach rechts oder aufwärts, was verursacht, daß die Elektrode 12 sich zurückzieht, d.h. sich vom Werkstück 14 weg nach oben bewegt, wodurch der Kurzschlußzustand aufgehoben wird. In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, daß die Elektrode während des Kurzschlusses vom Werkstück entfernt wird, während gleichzeitig das Fühlernetzwerk, insbesondere der Teil, der den Widerstand 36, die Dioden 42, 38 und den Kondensator 34 und seine Verbindung mit dem Bearbeitungsspalt enthält, das Ansteuersignal über den kurzgeschlossenen Bearbeitungsspalt zum positiven Anschluß bzw. dem Erdpotential hin abgeleitet wird. Diese Arbeitsweise verursacht gleichzeitig eine unverzügliche und wirkungsvolle Rückzugbewegung und eine Begrenzung des über den Bearbeitungsspalt fließenden Stromes. Die Begrenzung des

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über den Bearbeitungsspalt fließenden. Stromes kann natürlich unabhängig von dem Servosteuersystem geschehen, wenn eine andere Arbeitsweise gewünscht wird.

Eine zusätzliche Ausführungsform von besonderer Wichtigkeit besteht in der Reihenschaltung des Stellwiderstands 54 mit der Steuerspule 44. Diese Ausgestaltung ist für die stabile Servonachführung während des Hochfrequenz-Abtragvorgangs vorteilhaft. Während des Niederstrom-Abtragvorgangs ist das Potentiometer 54-a in Reihe mit dem RC-Glied 68 parallel zur Spule 44 geschaltet. Während des normalen Abtragvorgangs ist die Steuerspule 44 vom Strom in nur einer Richtung durchflossen und hält die Breite des Bearbeitungsspaltes abhängig von der durch das Potentiometer 30 eingestellten Referenzspannung konstant. In dem in Fig. 1 dargestellten Schaltbild wird der Kondensator 66 während eines Kurzschlusses des Bearbeitungssp'altes rasch entladen, wodurch eine schnelle Rückzugbewegung von beispielsweise 0,02 bis 0,3 cm erfolgt. Dadurch wird die Abfuhr von Teilchen, die sich in dem Bearbeitungsspalt angesammelt haben, außerordentlich unterstützt und der Kurzschlußzustand aufgehoben. Dadurch wird ein äußerst wirkungsvoller Impulsbetrieb des Bearbeitungsspaltes während der Auf- oder Abbewegungen erreicht; insbesondere wird das elektroerosive Bohren von tiefen Löchern durch schnelleres Säubern des kurzgeschlossenes Bearbeitungsspaltes verbessert, weil die Elektrode nicht über längere Zeiten ausfällt. -

Der beschriebene Energieversorgungsteil ist dazu in der Lage, auch bei der Niederatrom-Endbearbeitung mit sehr schmalen. Impulsen ein stabiles Abtragen zu erreichen.

Der Fühlerstromkreis ist dazu in der Lage, den Strom über den Bearbeitungsspalt auf die notwendige Größe zu begrenzen und gleichzeitig ein Ausgangssignal für

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COPY OBIGiNAL INSPECTED

ein Servostellglied zu erzeugen, um die Elektrode im Falle eines Kurzschlusses zurückzuziehen. Diese einzigartige, kombinierte Arbeitsweise des Fühlernetzwerkes mit dem Widerstand 36 und der Diode 42 wird durch seine Verbindung an seinem oberen Anschluß mit dem Punkt A und seinem unteren Anschluß mit der Elektrode 12 des Bearbeitungsspaltes erreicht.

Die Erfindung ist nicht auf das ausgeführte Beispiel beschränkt. Es ist eine große Anzahl von Abwandlungen der Erfindung möglich. -

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ORlGiNALlNSPECTED _# COPY

Claims

Patentansprüche

Λ» J Elektrische Steuereinrichtung für ein Elektroerosionsgerät mit einem durch eine Ansteuersignal quelle periodisch betätigbaren elektronischen Schalter zum Erzeugen von Bearbeitungsimpulsen aus einer Energiequelle in einem mit dielektrischem Kühlmittel erfüllten Bearbeitungsspalt zwischen einer Elektrode und einem Werkstück, dadurch gekennzeichnet , daß eine den Kurzschlußstrom begrenzende elektrische Schaltung vorgesehen ist, die ein zwischen dem Ausgang der Ansteuersignalquelle (22) und dem Bearbeitungsspalt liegendes Netzwerk enthält, das die Ansteuersignalquelle in Abhängigkeit von dem Zustand des Kurzschlusses des Bearbeitungsspaltes nicht an der Steuerelektrode des Schalters (16) wirksam werden läßt, wodurch der Schalter gesperrt bleibt, um den Strom durch den Bearbeitungsspalt zu begrenzen, und daß die Versorgung des Bearbeitungsspaltes mit Energieimpulsen während dieses Zustandes unterbrochen ist.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzwerk die* Reihenschaltung aus einem Widerstand (36) und einer Diode (42) enthält, daß diese Reihenschaltung zwischen die .Ansteuersignalquelle (22) und den Bearbeitungsspalt eingeschaltet ist, und.daß.die Diode so gepolt ist, daß sie während des Kurzschlusses des Bearbeitungsspaltes von einem dem Bearbeitungsspalt auführbaren Strom durchflossen ist.

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ORIGINAL INSPECTED

5· Steuereinrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch g e k e η η ζ eichnet, daß eines der Elemente (12,14) des Bearbeitungsspaltes negative Polarität aufweist, und daß die Diode (42) mit ihrer Anode mit diesem Element (12) verbunden ist.

4. Steuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k ennzei chn et, daß ein veränderbarer Widerstand (20) zwischen den Schalter (16) und den Bearbeitungsspalt geschaltet ist, um den Strom über den Bearbeitungsspalt während des Betriebs festzulegen, und daß das Netzwerk eine Diode (42) enthält, deren Kathode mit dem ihr in Reihe geschalteten Widerstand (36) und deren Anode mit dem negativen Element (12) des Bearbeitungsspaltes verbunden, ist.

5· Steuereinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Schalter einen PNP-Transistor (16) enthält, dessen Emitter mit dem Bearbeitungsspalt in Verbindung steht, um die Energiequelle (10) mit diesem zu verbinden, daß das Netzwerk eine Diode (42) enthält, deren Kathode mit der Basis dieses Transistors (16) und dem Ansteuer-Signalausgang und deren Anode mit dem Bearbeitungsspalt in Verbindung steht, um das Anst euer signal während eines Kurzschlusses des Bearbeitungsspalts von der genannten Basis abzuleiten.

6. Steuereinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet-, daß ein Antrieb vorgesehen ist, der mit einem Servo stellglied (44) in Verbindung steht, daß das Servostellglied mit der Diode (42) in Verbindung steht und in Abhängigkeit vom Ableiten des Steuersignals zur Bewegung des Antriebs und Vergrößern, der Breite des Bearbeitungsspaltes betätigbar ist. ■

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7· Steuereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß das Servostellglied zum Steuern der Breite des Bearbeitungsspaltes einen hin- und.herbewegbaren -Antrieb und ein elektrisch beeinflußbares Element zum Steuern dieses Antriebs enthält, daß ein Fühler vorgesehen ist j der mit der Ansteuersignalquelle (22) und dem Bearbeitungsspalt in Verbindung steht, um ein erstes Spannungssignal in Abhängigkeit von der Breite des Bearbeitungsspaltes zu erzeugen, daß eine einstellbare Referenzspannungsquelle (10,26,28,50) zum Erzeugen eines zweiten Spannungssignals vorgesehen ist, daß dem Element ein Steuersignal in Abhängigkeit von der Differenz der Großen zwischen dem ersten und zweiten Spannungssignal zufiihrbar ist und daß diese Fühler gleichzeitig zum Ableiten des Ansteuersignals von den elektronischen Schaltern (16) und eine Bückzugbewegung aufgrund eines Kurzschlusses des Bearbeitungsspaltes vorgesehen sind.

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