Prozeßenergiequellen für die funkenerosive Metallbearbeitung - Modellierung und Analyse zur elektromagnetischen Verträglichkeit

Prof. Dr.-Ing. Günter Wollenberg, Dipl.-Ing. André Görisch, Dipl.-Ing. Frank Luhn:

Das funkenerosive Bearbeitungsverfahren ist im Formen- und Werkzeugbau fest etabliert. Im Unterschied zu spanenden Fertigungsverfahren erfolgt die Bearbeitung durch Funkenentladungen praktisch ohne Kraftwirkung. Dadurch ist die Herstellung filigraner Strukturen auch in hochfesten Werkstoffen mit hoher Genauigkeit durchführbar. Die Bearbeitung ist jedoch mit einer thermischen Beeinflussung der Werkstoffoberfläche verbunden, zu deren Reduzierung zunehmend kurze, steilflankige Stromimpulse gefordert werden.
Das Leistungsteil der Prozeßenergiequelle erzeugt breitbandige HF-Störungen, die zum einen die Umgebung der Funkenerosionsanlage stören und zum anderen leitungs- und feldgebunden in die Steuerung der Energiequelle einkoppeln.

Ausgehend von der Funktionsweise des beispielhaft untersuchten Hochstrom-Nadelimpulsgenerators wird ein Simulationsmodell für das Leistungsteil unter Beachtung des geometrischen Aufbaus des Generators abgeleitet. Die schnellen Schaltvorgänge im Leistungsteil und die unvermeidlichen Unsymmetrien im Aufbau führen zur Entstehung von Gleichtaktströmen, die die Ausbildung von Störspannungen und eine verstärkte Abstrahlung zur Folge haben. Für die Simulation der Gleichtaktströme werden Simulationsmodelle der Gleichtaktstromzweige aus deren Impedanzfrequenzgang ermittelt. Die Integration der Gleichtaktstromzweige in die Simulation gestattet weitergehende Untersuchungen auch zur Reduzierung der entstehenden Störungen. Zur Erfassung der Wirkung von Ferriten wurde ein entsprechendes Modell entwickelt und in die Simulation eingefügt. Die Verifikation der Modelle erfolgt durch den Vergleich der Simulationsergebnisse mit Messungen, die an einem Funktionsmuster durchgeführt wurden.