DE2333840C3 - Schaltungsanordnung zur Abschaltung einer elektrochemischen Metallbearbeitungsmaschine bei Störung des Arbeitsspaltes - Google Patents
Schaltungsanordnung zur Abschaltung einer elektrochemischen Metallbearbeitungsmaschine bei Störung des ArbeitsspaltesInfo
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- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
- B23H3/00—Electrochemical machining, i.e. removing metal by passing current between an electrode and a workpiece in the presence of an electrolyte
- B23H3/02—Electric circuits specially adapted therefor, e.g. power supply, control, preventing short circuits
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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. 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)
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).
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DE1816865A1 (de) * | 1968-12-24 | 1970-07-02 | Aeg Elotherm Gmbh | Verfahren und Schaltungsanordnung zur Kurzschlussabschaltung von Einrichtungen zum elektrochemischen Werkstoffabtrag |
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