DE2333840C3 - Schaltungsanordnung zur Abschaltung einer elektrochemischen Metallbearbeitungsmaschine bei Störung des Arbeitsspaltes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Abschaltung einer elektrochemischen Metallbearbeitungsmaschine bei Störung des Arbeitsspaltes mit einem Prüfgerät zur Ermittlung eines dem Arbeitsspaltzustand entsprechenden Spannungswertes und zum Vergleich mit einer Referenzspannung, dessen Ausgangssignal einen parallel zum Arbeitsspalt liegenden Thyristorkurzschließer auf der Sekundärseite eines Abwärtstransformators für die Stromversorgung und einen Schutzschalter auf der Primärseite des Abwärtstransformators ansteuert

Bei einer solchen Schaltungs?jiordnung (»Siemens Zeitschrift« 42 (3), 190-193 (1968)) zeigt der Thyristorkurzschließer nach der Zündung noch einen erheblichen Spannungsabfall, so daß noch ein beträchtlicher Strom über den Arbeitsspalt fließt, ehe der Schutzschalter ausgeschaltet wird. Man hat daher versucht diesen Reststrom durch einen zum Thyristorkurzschließer

ίο parallel geschalteten, mechanischen Schalter zu beseitigen (DE-OS 15 65 262; DE-OS 18 16 865; CH-PS 4 52 741). Die Betätigung des mechanischen Schalters erforderte mehrere 10 U5, so daß während dieser Zeitspanne der Arbeitsspalt immer noch durch den Reststrom aufgrund des Spannungsabfalls am Thyristorkurzschließer in unerwünschter Weise belastet wird.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Gesamtstrombeaufschlagung des Arbeitsspaltes nach Ermittlung eines Störzustands und Erzeugung eines Abschaltsignals erheblich herabgesetzt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß parallel zur Primärseite des Abwärtstransformators ein Doppelweggleichrichter liegt, dessen Gleichspannungsausgang durch einen von dem Prüfgerät angesteuerten Kurzschlußthyristor überbrückt ist.

Die Zündung des primärseitigen Kurzschlußthyristors erfolgt etwa gleichzeitig mit der Zündung des sekundärseitigen Thyristorkurzschließers und nur wenige \is nach Erzeugung des Abschaltsignals. Danach fällt zwar noch eine erhebliche Spannung am primärseitigen Kurzschlußthyristor ab. Diese wird jedoch durch den Transformator heruntertransformiert, so daß die Spannungsbeaufschlagung des Arbeitsspaltes gering ist und mithin der Spaltstrom praktisch den Wert Null annimmt. Daher ist die über die Zeit integrierte Gesamtstrombeaufschlagung nach Erzeugung des Abschaltsignals erheblich herabgesetzt Die Stromkapazitat des Kurzschlußthyristors kann aufgrund der Strombegrenzungswirkung der Drossel gering sein. Es ist daher möglich, den Strom nur mit einem Kurzschlußthyristor in Kombination mit einem Doppelweggleichrichter zu unterbrechen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert; es zeigt

F i g. 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung;
F i g. 2 eine bevorzugte Ausführungsform eines Prüfgeräts der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1;

F i g. 3 bis 7 Wellenformen der Signale der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 2;

Fig.8 eine Detailschaltung zur Feststellung einer unnormalen Stromstärkesenkung; und

F i g. 9 bis 11 Wellenformen der Signale der Schaltung gemäß F i g. 8.

F i g. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit einer Dreiphasenwechselstromquelle 1, einem Schutzschalter 2, einem Schalter 3, einer Sättigungsdrossel 4, einem Abwärtstransformator 5, einem mit der Sekundärwicklung des Transformators 5 verbundenen Gleichrichter 6, einer Elektrode 7, welche über einen Widerstand 8 mit dem negativen Pol des Gleichrichters 6 verbunden ist, ind einem Werkstück 9, welches mit dem positiven Pol des Gleichrichters 6 verbunden ist. Ein Prüfgerät 25 dient zur Ermittlung eines dem Arbeitsspaltzustand entsprechenden Spannungswertes. Bei Auftreten eines

unnormalen Spaltzustandes (ζ. Β. Funkenbildung oder starke Stromschwächung) wird der Schutzschalter 2 vom Prüfgerät 25 über Leitungen 12' und 33 ausgeschaltet Ferner ist ein mit einem Kurzschlußthyristor 35 Oberbrückter Doppelweggleichrichter 34 paral-IeI zur Primärseite des Transformatorf 5 geschaltet Bei Auftreten eines unnormalen Spaltzustandes zündet das Prüfgerät den Kurzschlußthyristor 35 über eine Signalleitung 36. Hierdurch wird die Primärseite des Transformators 5 kurzgeschlossen.

Eine Reihenschaltung aus einem Thyristorkurzschließer 28 und einem über eine Leitung 39 durch einen Aufladungsstromkreis 38 aufladbaren Kondensator 37 liegt parallel zum Arbeitsspalt Bei Auftreten eines unnormalen Spaltzustandes wird der Thyristorkurzschließer 28 über eine Signalleitung 30 gezündet. Hierdurch wird der Arbeitsspalt kurzgeschlossen und eine Verzögerung der Unterbrechung des Arbeitsstromes aufgrund der Induktivität des Transformators 5 wird vermieden.

Bei Feststeilung eines unnormalen Spaltzustandes wird die Stromquelle äußerst rasch und sicher abgeschaltet Ein Kurzschluß zwischen der Sättigungsdrossel und dem Abwärtstransformator wird durch den Kurzschlußthyristor 35 und den Doppelweggleichrichter 34 innerhalb weniger us erzwungen. Die Stromkapazität dieser Schaltungselemente kann aufgrund der Strombegrenzung durch die Drossel 4 recht klein gehalten werden. Die Spannung, welche dem Spannungsabfall des Thyristors 35 in Durchlaßrichtung entspricht, fällt am Abwärtstransformator 5 ab. Hierdurch wird der Arbeitsspalt nur mit einer geringen Spannung beaufschlagt, so daß praktisch kein Strom mehr über den Arbeitsspalt fließt

Im folgenden soll anhand der F i g. 2 eine bevorzugte Ausführungsform des Prüfgeräts 25 beschrieben werden. Die Arbeitsspannungsquelle ist allgemein mit 40, der Arbeitsspalt zwischen Elektrode und Werkstück mit 41 bezeichnet Ein Widerstand 42 dient zur Umwandlung des Arbeitsstroms in ein Spannungssignal. Die Arbeitsspannung wird direkt am Arbeitsspalt festgestellt. Das Prüfgerät 25 umfaßt einen Referenzimpulsgenerator 43, dessen Ausgangsimpulse mit einer Frequenz von mehreren KHz bis mehreren MHz Tast- und Halteschaltungen 44, 45 für die Arbeitsspannung und den Arbeitsstrom zugeführt werden. Eine Subtrahierschaltung 46 bildet eine Differenzspannung durch Subtraktion der Arbeitsspannung von der Ausgangsspannung der Tast-und Halteschaltung 44. Eine Subtrahierschaltung 47 bildet eine Differenzspannung durch Subtraktion der Spannung, welche am Widerstand 42 abgegriffen wird, von der Ausgangsspannung der Tast- und Halteschaltung 45. Pegelvergleichsschaltungen 48, 49 dienen zum Vergleich der Differenzausgangsspannungen der Subtrahierschaltungen 46, 47 mit einer vorbestimmten Bezugsspannung. Eine Logikschaltung 50 erzeugt ein Prüfsignal aus den Ausgangssignalen der Pegelvergleichsschaltungen 48, 49. Dieses Prüfsignal zeigt eine Funkenbildung an. Ein Referenzimpulsgenerator 51 führt einer Tast- und Halteschaltung 52 für den Arbeitsstrom Referenzimpulse zu. Eine Subtrahierschaltung 53 bildet eine Differenzspannung durch Subtraktion der am Widerstand 42 abgegriffenen Spannung von der Ausgangsspannung der Tast- und Halteschaltung 52. Eine Pegelvergleichsschaltung 54 dient zum Vergleich der Differenzspannung mit einer vorbestimmten Referenzspannung. Durch diese Schaltung werden unnormale Stromstärkesenküngen festgestellt

F i g. 3 zeigt die Wellenform der Arbeitsspannung am Arbeitsspalt Die Spannungsabschnitte 55 und 56 repräsentieren Spannungsabfälle durch überspringende Funken. F i g. 4 zeigt die Ausgangsspannung der Tast- und Halteschaltung 44. F i g. 5 zeigt die Wellenform der am Widerstand 42 abgegriffenen Spannung mit Spannungsspitzen 57,58, welche durch Funken hervorgerufen werden und den Spannungsminima 55 und 56 gemäß F i g. 3 entsprechen. F i g. 6 zeigt die Ausgangsspannung der Tast- und Halteschaltung 45. F i g. 7 zeigt die Ausgangssignale 59, 61 der Subtrahierschaltungen 46 bzw. 47. Diese Signale werden den Pegelvergleichsschaltungen 48 bzw. 49 zugeführt, in denen ein Vergleichspegel 60 zur Feststellung eines Spannungsabfalls bzw. ein Vergleichspegel 62 zur Feststellung eines Stromstärkeanstiegs vorgegeben sind. Wenn die Spannung 59 unter den Pegel 60 sinkt, so erzeugt die Pegelvergleichsschaltung 48 ein Signal. Wenn die Spannung 61 über den P?gel 62 steigt so erzeugt die Pegelvergleichsschaltung 49 ein Signal. Die Logikschaltung 50 hat die Funktion, das von außen kommende, regellose Rauschen von den Signalen zu trennen, welche auf die Funkenbildung zurückgehen. Sie erzeugt nur bei Funkenbildung ein Ausgangssignal 63.

Zur Erhöhung der Arbeitsgenauigkeit wird oft unter einem hohen Gasdruck gearbeitet In diesem Fall liegen Bläschen im Elektrolyten vor und die Arbeitsspannung und der Arbeitsstrom ändern sich je nach der Menge der Bläschen. Unter diesen Bedingungen war es bisher schwierig, eine Änderung der Arbeitsspannung bzw. des Arbeitsstroms aufgrund eines Funkenüberschlags von der Änderung der Arbeitsspannung und des Arbeitsstroms aufgrund der Gasbläschen zu unterscheiden. Durch Verwendung der Tast- und Halteschaltungen in Verbindung mit der Logikschaltung ist es nunmehr möglich, einen geringen Anstieg der Arbeitsspannung und eine geringe Senkung des Arbeitsstroms aufgrund des Gases von einer geringen Senkung der Arbeitsspannung und einer geringen Zunahme des Arbeitsstroms durch Funkenbildung zu unterscheiden.

F i g. 8 zeigt den Schaltungsteil zur Feststellung einer unnormalen Stromstärkeänderung im Detail. Er umfaßt ein Glättungsfilter 64 zur Abtrennung hochfrequenter Komponenten des am Widerstand 4? abgegriffenen Spannungssignals. Ferner ist eine Arbeitsgeschwindigkeitsbezugszelle 66 vorgesehen. Der Arbeitsstrom ändert sich mit der Änderung der Arbeitsgeschwindigkeit. Eine Änderung des Potentials der Bezugszelle 66 aufgrund einer manuellen Änderung der Arbeitsgeschwindigkeit wird durch eine Differenzierschaltung 67 festgestellt. Auf deren Ausgangssignal spricht eine Einrichtung 68 an, weiche den Impulsgenerator 51 für eine bestimmte Zeitdauer außer Funktion setzt, bis der Arbeitsstrom wieder normalisiert ist.

F i g. 9 zeigt das Ausgangssignal des Glättungsfilter 64. Fig. 10 zeigt das Ausgangssignal der Tast- und Halteschaltung 52. F i g. 11 zeigt das Ausgangssignal der Subtrahierschaltung 53. Bei 69 liegt eine unnormale Stromstärkeabsenkung unter einen Pegel 70 vor. Dies führt zu einem Ausgangssignal 65 der Schaltung. Die Zei'spanne eines Tast- und Haltevorgangs kann mehrere Sekunden bis mehrere 10 Sekunden betragen. Mit dieser Einrichtung kann die Ausbildung einer Oxidmembran anhand eines langsamen Stromabfalls einwandfrei festgestellt werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Abschaltung einer elektrochemischen Metallbearbeitungsmaschine bei Stoning des Arbeitsspaltes mit einem Prüfgerät zur Ermittlung eines dem Arbeitsspaltzustand entsprechenden Spannungswertes und zum Vergleich mit einer Referenzspannung, dessen Ausgangssignal einen parallel zum Arbeitsspalt liegenden Thyristorkurzschließer auf der Sekundärseite eines Abwärtstransformators für die Stromversorgung und einen Schutzschalter auf der Primärseite des Abwärtstransformators ansteuert, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Primärseite des Abwärtstransformators (5) ein Doppelweggleichrichter (34) liegt, dessen Gleichspannungsausgang durch einen von dem Prüfgerät (25) angesteuerten Kurzschlußthyristor (35) überbrückt ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihenschaltung aus dem sekundärseitigen Thyristorkurzschließer (28) und einem durch einen Aufladestromkreis (38) aufladbaren Kondensator (37) parallel zum Arbeitsspalt geschaltet ist

3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der primärseitige Kurzschlußthyristor (35) über den Doppehveggleichrichter (34) am Ausgang einer Steuerdrossel (4) angeschlossen ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Prüfgerät (25) zur Ermittlung einer Funkenbildung je eine Tast- und Halteschaltung (44 bzw. 45) für die Arbeitsspaltspannung und für eine von der Arbeitsstromstärke abgeleitete Spannung umfaßt, deren Ausgangs- und Eingangssignal jeweils an einer Subtrahierschaltung (46 bzw. 47) anstehen, daß das Differenzausgangssignal der Subtrahierschaltungen jeweils an einer Pegelvergleichsschaltung (48 bzw. 49) mit einem Referenzsignal verglichen wird, und daß die Ausgangssignale der Pegelvergleichsschaltungen (48 und 49) über eine Logikschaltung (50) den Kurzschlußthyristor (35) ansteuern (F i g. 2).

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Prüfgerät (25) zusätzlich eine die von der Arbeitsstromstärke abgeleitete Spannung über ein Glättungsfilter (64) empfangende Tast- und Halteschaltung (52) umfaßt, deren Ausgangs- und Eingangssignal an einer Subtrahierschaltung (53) anstehen, daß das Differenzsignal in einer Pegelvergleichsschaltung (54) mit einem Stromabsenkungsreferenzsignal verglichen wird, deren Ausgangssignal einer Logikschaltung zugeführt wird (F i g. 8).