Analyse von Drahtbrüchen in der Funkenerosion mittels elektrischer Signalanalyse und Hochgeschwindigkeitskameraanalytik

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Bergs
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 555471381

Für eine robuste Steigerung der Produktivität in der Drahtfunkenerosion ist die detaillierte Kenntnis der Bedingungen, die zu einem Drahtbruch führen, von höchster Bedeutung. Ein visueller Einblick mittels Hochgeschwindigkeitskameratechnik in Kombination mit einer spezifischen Analyse der elektrischen Impulscharakteristik sowie der aktuellen regelungsbasierten Achsposition ist diesbezüglich ein äußerst vielversprechender Ansatz für einen signifikanten Erkenntniszugewinn. In der Forschungshypothese dieses Projektantrags wird daher die Analyse der physikalischen Drahtbruchursachen adressiert: Durch die Analyse der ortsaufgelösten Entladungsverteilung am Draht mittels elektrischer Prozesssignale und kameraoptischer Untersuchungen können die physikalischen Ursachen eines Drahtbruches identifiziert und in ein geeignetes Beschreibungsmodell überführt werden. Der Versuch diese Hypothese zu verifizieren / falsifizieren erfolgt in vier Arbeitspaketen mit experimentellen und simulativen Ansätzen. In AP1 muss dazu zunächst die Fragestellung beantwortet werden, wie eine entsprechende Vorrichtung so auszulegen ist, dass eine hinreichende Prozessbeobachtung in-situ mittels Hochgeschwindigkeitskamera durchführbar ist. Hierzu bedarf es neben einer zweckmäßigen Arbeitsspaltausleuchtung auch einer geeigneten signalbasierten Triggerung, um das Drahtbruchereignis und die Position im Arbeitsspalt genau detektieren zu können. Nachfolgend wird in AP2 im Experiment untersucht, welchen Einfluss unterschiedliche generatorseitige sowie prozess- und spülungsbedingte Parameter auf die Auftretenswahrscheinlichkeit eines Drahtbruches haben. Das AP3 sieht parallel dazu die Vorbereitung numerischer Modellierungsansätze vor, um das thermo-mechanische, auf die Werkzeugelektrode wirkende Lastkollektiv quantitativ beschreiben zu können. Dabei finden auch die thermische und verschleißbedingte Festigkeitsminderung der Drahtelektrode Berücksichtigung. Abschließend soll in AP4 die Forschungsfrage, inwieweit sich die empirischen Daten mit den modellbasierten Lastabschätzungen in einem Beschreibungsmodell von Drahtbrüchen vereinigen lassen, beantwortet werden. Ziel des Forschungsvorhabens ist somit die detaillierte empirisch-numerische Beschreibung der Abläufe und Ursachen von Drahtbrüchen durch die Superposition von experimentellen in-situ Analysedaten und numerischen Teilmodellen zur Einflussabschätzung wirkender Prozesskräfte in einem Gesamtmodell. Die Kombination aus transparentem einkristallinem Werkstoff, Hochgeschwindigkeitskameratechnik und der Integration der Versuchsaufbauten in eine moderne industrielle Drahtfunkenerosionsmaschine verspricht dabei ein hohes Maß an Innovation und Erkenntnisgewinn zur Hebung des Produktivitätssteigerungspotentials im industriellen Umfeld.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen