Brevet FR2016620A1 — publié le 19700508

Jfwr 69 2J-225 1 201662C La présente invention concerne un procédé et des dispositifs de couplage destinés à la protection d'installations pour l'enlèvement électrochimique des métaux à l'égard des courants de forte intensité lancés en cas de couris-circuits dans le circuit de tra-5 vail. On sait, lorsqu'on procède au fraisage et à l'ébarbage électrochimique d'une pièce, monter cette pièce en tant qu'anode, c'est-à-dire en la reliant à l'électrode positive d'une source de courant continu, et utiliser l'outil comme cathode, c'est-à-dire 10 le relier à l'électrode négative. Lorsqu'en même temps, comme c'est habituellement le cas pour l'enlèvement électrochimique de métaux, le circuit de travail entre pièce et outil est rempli au moyen d'un élect-rolyte, par exemple une solution de sel de cuisine, il s'établit un courant continu de forte intensité qui donne 15 naissance à l'anode à un enlèvement de matériau. Pour assurer l'évacuation des particules de matériau dissoutes dans la solution électrolytique, qui se présentent sous la forme de lorsqu'on travaille le fer et l'acier, la solution électrolytique est maintenue en circulation constante au moyen 20 d'une pompe et est refroidie et purifiée pendant la circulation continue. La source de courant continu est en général composée d'un transformateur d'alimentation suivi d'un redresseur. Lorsqu'on procède à l'enlèvement électrochimique de matériau, on est obligé, pour que l'opération d'eùlèvement de matériau s'ef-25 fectue de façon uniforme et progressive, de maintenir un écarte-ment de travail constant, la plupart du temps, très étroit. En général, ce résultat est obtenu grâce au fait que le réajustement de l'électrode-outil s'eflftotue par déplacement à vitesse constante en fonction de l'avancement de l'enlèvement de matériau sur 30 la pièce traitée. Mais il peut .arriver pendant l'opération d'usinage électrochimique que la solution électrolytique fraîche n'arrive pas en quantité suffisante à 1' ^-vpace de travail, ou bien qu'un certain nombre de particules tre^ fines restent adhérentes dans l'espace de travail. Dans les deux ï-vs, il en résulte une 35 gêne pour l'opération normale d'enlèvement matériau et, étant donné que l'outil avance à une vitesse constance, il peut même y avoir le risque d'un court-circuit. XI peut en rx.vilter de sériasses détériorations pour la pièce et encore plus po W \ \ BAD ORIGINAL I 69 2J-2-2"5* 2 2016620 tourné du circuit de travail. C'est pourquoi, pour protéger 1'électrode-outil, on a déjà monté des thyristors en parallèle avec l'espace de travail. Immédiatement avant ou après le déclenchement du court-circuit, les 5 thyristors s'allument et assument le passage du courant qui traverse normalement l'espace de travail, tandis que simultanément l'alimentation en courant est coupée de sorte que, dans les limites d'un laps de temps déterminé, l'intensité du courant devient égale à zéro. 10 II en résulte que l'énergie électrique qui est encore intro duite dans le circuit électrique après apparition du court-circuit et en particulier à cause de ce court-circuit lui-même doit être annihilée principalement dans les thyristors, c'est-à-dire convertie en chaleur dissipée. La quantité d'énergie électrique qui 15 doit être annihilée, ainsi que le nombre de thyristors, sont fonction du laps de temps qui s'écoule entre le déclenchement du court-circuit et la cessation de l'alimentation en énergie. Un dispositif de détection de court-circuit doit donc répondre à une double condition : d'une part, il doit détecter sûrement tout court-cir-20 cuit et d'autre part il doit procéder à la coupure du courant dans un temps extrêmement bref, qui, dans le cas présent est de l'ordre d'une centaine de microsecondes. Pour assurer dans tous les cas la détection des courts-cir-cuits dans un dispositif destiné à l'enlèvement de matériau élec-25 trochimique, on a déjà fait de nombreux essais; mais, jusqu'à maintenant, ils n'ont pas permis d'aboutir à une solution qui soit déjà susceptible d'être mise en application de façon courante. On sait,que, lorsqu'il s'établit un court-circuit dans le circuit de travail entre outil et pièce, la tension s'annule et 30 l'intensité du courant augmente brusquement et très fortement sous l'effet du court-circuit. On a donc déjà essayé de détecter les courts-circuits par déclenchement à minimum de tension et à excès de puissance. Mais la réalisation pratique d'un tel procédé est très difficile si on tient compte du fait que, dans l'enlève-35 ment de matériau par procédé électrochimique, intensité et tension présentent un caractère ondulatoire très marqué. Il est donc très difficile dans un dispositif de détection de court-circuit fonctionnant par déclenchement à minimum de tension et excès de puissance de régler de façon sûre un seuil de tension ou d'inten-4-0 sité auquel le dispositif doit fonctionner. Avec les fortes varia- /? 69 lAtt 5 2016620 tions de tension et d'intensité qui se produisent en cours de fonctionnement, il est donc inévitable qu'un dispositif de détection de court-circuit du type en question se déclenche alors qu'il n'y a pas de court-circuit. On voit sans difficulté qu'un dispo-5 sitif de détection de court-circuit travaillant avec un tel manque de sécurité gêne plutôt le déroulement du travail qu'il ne le facilite. Des résultats tout aussi insuffisants caractérisent des dis-posit:: h de détection de court-circuit dams lesquels minimum de 10 tensi- et excès de puissance sont combinés ensemble au moyen de couplages logiques ou bien dans lesquels l'impédance du circuit de travail est utilisée comme critérium de court-circuitage. On connaît de plus un dispositif de détection de court-circuit basé sur le phénomène physique connu d'après lequel, par scri.-15 te d'un court-circuit, le caractère ondulatoire de l'intensité et de la tension, c'est-à-dire le nombre de ses composantes à haute fréquence, augmente fortement. Les tensions filtrées au moyen de filtres électriques sont utilisées pour déclencher, le dispositif de coupure sur court-circuit. Mais, étant donné que ces composan-20 tes haute fréquence de tension et d'intensité sont provoquées en tout aussi grand nombre par d'autres phénomènes électriques, par exemple par des opérations de commutation, ce dispositif de déteo-tion de court-circuit ne travaille pas lui non plus de façon sa-faisante. 25 La présente invention propose un procédé nouveau et plus ef ficace qui perfectionne et accélère la coupure sur court-circuit dans les dispositifs destinés à l'enlèvement électrochimique de matériau. Ce résultat est obtenu grâce au fait que le signal de comman-30 de pour la coupure du circuit de travail est formé par le quotient différentiel de la tension dans l'espace de travail en fonction du temps et de la tension dans l'espace de travail. Le signal de commande ainsi obtenu est utilisé de la même façon pour allumer les thyristors montés" en dérivation, par rap-35 port au. circuit de travail et pour couper la source de- courant. Suivant un autre point remarquable de. l'invention, le signal de commande est avantageusement formé dans un amplificateur différai-tiel. Dans ce cas, suivant un mode de réalisation avantageux, l'amplificateur différentiel est monté de telle façon que la ten-40 sion d'espace de travail est appliquée à l'une de ses entrées 69 Vr£*F> 2016620 directement et à son autre entrée par l'intermédiaire d'un él saisit de retard constitué d!une diode, d'un, condensateur, d'une insistance fixe et d'une source de tension auxiliaire. L'amplificateur différentiel peut être constitué par assem-5 blage de composants discrets en utilisant des transistors. Maiss de façon particulièrement avantageuse, on utilise comme amplificateur différentiel un dispositif intégré. Les caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre à titre 10 d'exemple en référence au dessin annexé dans lequel : - la figure 1 représente le schéma bloc d'une installation destinée à l'enlèvement électrochimique de matériau; - la figure 2 montre le schéma de montage de principe du dispositif de détection de court-circuit et d'émission de signaux 15 suivant l'invention, avec un amplificateur différentiel à montage intégré. - les figures 3a et 3 b montrent la tension à l'entrée et à la sortie du dispositif de formation de signaux en fonctionnement normal; 20 - les figures 4a et 4b montrent la tension à l'entrée et à la sortie du dispositif de formation de signaux lorsque se produit un court-circuit dans le circuit de travail, et - la figure 5 représente le schéma des connexions d'un dispositif de formation de signal de commande dans lequel l'amplifi- 25 cateur différentiel est constitué de composants électriques passifs discrets et de transistors. Dans la figure 1 on voit la source de. courant continu 1 qui, ainsi qu'il a été dit plus haut, peut être constituée d'un transformateur d'alimentation et d'un redresseur.. La source de courant 30 continu 1 alimente l'espace de travail 2. L'alimentation de l'espace de travail 2 en énergie électrique peut être interrompue en ouvrant l'interrupteur 3* Un certain nombre de thyristors 4- sont montés en parallèle avec l'espace de travail 2; après apparition d'un court-circuit dans l'espace de travail, ces thyristors sont 35 allumés et ils forment alors un circuit dérivé par rapport à l'espace de travail 2. Le dispositif détecteur de court-circuit 5»qui reçoit les informations provenant de l'espace de travail, délivre un signal de commande qui est amplifié dans un amplificateur 6 et, éventuellement traité de façon voulue, pour servir à commander le 40 fonctionnement des thyristors 4 et du commutateur 3» t bad original t t 69 2J-225 5 2016620 La figure 2 permet d'expliquer plus en détail la détection du court-circuit et la formation du signal. La figure 2 montre le principe de la détection de court-circuit et de la formation de signal suivant l'invention, avec utilisation pour la formation du 5 signal de l'amplificateur différentiel 7 en montage intégré. Comme on le sait, de tels amplificateurs différentiels ont pour propriété former le signal de sortie eQ pour ainsi dire par addition d. deux signaux d'entrée e^ et e^- Un tel amplificateur différentiel est également utilisé pour produire un signal de comman-10 de suivant l'invention et dans ce cas, comme le montre la figure 2, la tension à l'espace de travail est directement appliquée à l'entrée e^ de l'amplificateur différentiel tandis que l'entrée reçoit cette tension sous forme traitée, c'est-à-dire, entre autres, par l'intermédiaire d'un élément de retard. L'élément de 15 retard se compose de la diode 8, du condensateur 9 et de la résistance 10. La tension à l'espace de travail appliquée à l'élément de retard ne possède pas la même amplitude que celle appliquée à l'entrée e^ de l'amplificateur différentiel, car cet élément de retard reçoit une tension réduite au moyen d'un réducteur de ten-20 sion 11. En outre, le dispositif contient une source auxiliaire de tension continue 12 grâce à laquelle la tension à l'entrée de l'amplificateur différentiel ne peut devenir nulle même lorsque l'entrée e^ ou l'élément de retard ne reçoivent pas de terra on. de signal. 25 Les diagrammes représentés aux figures 3 et 4 montrent com ment fonctionne le dispositif de couplage représenté à la figure2. La figure 3a représente la variation dans le temps de laten-sion d'entrée et la fignre 3b la variation dans le temps de la tension de sortie à l'amplificateur différentiel lorsque l'opéra-30 tion d'enlèvement électroch^.mique de matériau se déroule normalement, c'est-à-dire lorsqu'il ^'y a pas de court-circuit dans l'espace de travail. Etant donné que la tension continue de travail appliquée à l'espace de travail pa."£sente un caractère ondulatoire élevé, les tensions continues d'entre e^ et de l'amplificateur 35 différentiel présentent également un v-wactère ondulatoire. L'amplitude de la tension d'entrée e^ est si.Prieure parce que eg est le résultat d'une réduction de tension. C^n»ne le montre la figure 3b, la tension de sortie eQ de 1 ' amplificat*.v- différentiel est alors une tension continue négative. 40 Les figures 4a et 4b montrent au contraire ,es variations IA0 ORIGINAL 69 IXZtt 6 201662 D dans le temps des tensions d'entrée et de sortie de l'amplificateur différentiel lorsqu'il se produit un court-circuit dans l'espace de travail. Comme le montre la figure 4a la tension d'entrée e,j s'annule suivant un quotient différentiel négatif très élevé 5 de la tension en fonction du temps. Par contre, la tension e^ diminue suivant une pente notablement plus faible qui correspond à une décharge de condensateur car la tension e^ est emmagasinée dans un condensateur qui, lorsque s'est produit un court-circuit, est déchargé avec une constante de temps correspondante par l'in-10 termédiaire de la résistance 10 jusqu'à une valeur-de tension égale à celle de la source auxiliaire de tension continue 12. Mais de ce fait, dans un très court laps de temps, la tension ^-e~ vient supérieure à de sorte qu'est délivrée comme tension de sortie eQ une impulsion dirigée positivement qui sert de signal 15 pour commander l'interruption de l'arrivée d'énergie et l'allumage des thyristors. Avec le procédé proposé par l'invention qui est réalisé pratiquement au moyen du dispositif de couplage indiqué, tin court-circuit peut être détecté dans un délai d'environ 5 microsecondes 20 et l'interruption de l'arrivée d'énergie électrique peut être réalisée dans un laps de temps de cent microsecondes. Au lieu d'un amplificateur différentiel en couplage intégré on peut tout aussi bien utiliser un montage constitué d'éléments de construction discrets et de transistors comme le représente la 25 figure 5« Dans le dispositif de couplage représenté l'amplificateur différentiel est formé par les transistors p^ et Pg- Les résistances r£, r^ et le transistor p^ forment une source de courant constant qui, comme on le sait, améliore à l'intérieur d'un amplificateur différentiel l'affaiblissement synchrone. La 30 résistance r^ joue le rôle de résistance série chutrice pour les tensions d'entrée de l'amplificateur différentiel pour que celui-ci ne soit pas détruit en cas de tensions d'entrée trop élevées. La résistance r^_ est la résistance de fuite de base du transistor p^'. Les résistances r^ et r^ sont les résistances de charge des 35 transistors p^ et p£. Le condensateur correspond au condensateur 9 de la figure 2. Au moyen de la diode et de la résistance est produite la tension continue auxiliaire qui correspond à la source auxiliaire de tension continue 12 de la figure 2. La résistance r^Q est la résistance de décharge du condensateur 40 elle correspond à la résistance 10 de la figure 2. La diode n^ r BAD ORIGINAL 69 7 2016620 correspond à la diode 8 de lu figure 2; toutes deux ont pour rôle d'empêcher le condensateur de se décharger par l'intermédiaire du diviseur de tension (11 dans la figure 2; rg dans la figure 3)• Les diodes (ruj} 8) engendrent donc des constantes de temps diffé-5 rentes pour la charge et la décharge du condensateur (k^, 9). Avec le procédé proposé et le dispositif décrit pour la mise en oeuvre de ce procédé on peut détecter de façon certaine tout court-circuit et couper très rapidement l'alimentation en énergie et commander les dérivations. En intercalant la source de tension 10 continue auxiliaire dans le couplage, on a l'assurance que le dispositif de détection de courts-circuits ne fonctionne pas uniquement pour les courts-circuits qui entraînent une annulation de tension rapide. Le dispositif agit également lorsqu'il s'agit de ce qu'on appelle des courts-circuits rampants pour lesquels la 15 tension ne tend que lentement vers zéro. Dans un tel cas, la tension d'entrée e^ de l'amplificateur différentiel disparaît lentement pendant qu'eg prend une valeur égale à la tension continue auxiliaire. Dans ce cas, la tension de sortie eQ n'est pas une impulsion de tension positive mais une 20 tension continue positive qui sert alors de signal de commande. BAO Origine 69 24-£2î 8 201662® REVENDICATIONS 1. Procédé pour améliorer et accélérer la coupure de courant sur court-circuit dans les dispositifs destinés à l'enlèvement électrochimique de matériau caractérisé en ce que le signal de 5 commande pour la coupure' du circuit de travail est produit parles quotients différentiels de la tension à l'espace de travail en fonction du temps et de la tension à l'espace de travail. 2. Procédé suivant revendication 1, caractérisé en ce que le signal de commande est produit dans un amplificateur différentiel, 10 Dispositif de couplage adapté a la mise en oeuvre du pro- • cédé suivant les revendications 1 et 2 caractérisé par un amplificateur différentiel à l'une des entrées duquel est appliquée directement la tension à l'espace de travail, tandis que cette tension est appliquée à la deuxième entrée par l'intermédiaire 15 d'un organe de retard composé d'une diode, d'un condensateur d'une résistance fixe et d'une source de tension auxiliaire. 4. Dispositif de couplage suivant revendication 3 caractérisé en ce que l'amplificateur différentiel est monté au moyen d'éléments de construction discrets en utilisant des transistors 20 comme éléments de construction actifs. 5. Dispositif de couplage suivant revendication 3 caractérisé en ce qu'on utilise comme amplificateur différentiel un dispositif intégré. . BAD ORIGINAL I