DE19623388A1 - Einrichtung zur Vermeidung von Drahtbrüchen beim funkenerosiven Schneiden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Vermeidung von Drahtbrüchen beim funkenerosiven Schneiden mittels Funkenerosionsschneidmaschinen, bei denen eine Drahtelek­ trode über zwei Stromzuführungselektroden, die auf beiden Seiten einer zwischen ihnen gelegenen Bearbeitungszone ange­ ordnet sind, mit einer hochfrequenten Impulsspannung beauf­ schlagt ist, mit einer analog arbeitenden elektronischen Schaltung, mit der der Quotient aus einem der Differenz und einem der Summe der den Stromzuführungselektroden zugeführ­ ten Ströme entsprechenden Signal ausgewertet wird.

Funkenerosionsschneidmaschinen werden insbesondere zur Bear­ beitung von Werkstücken eingesetzt, die sich mit spanenden Bearbeitungsmaschinen nur schwer oder überhaupt nicht her­ stellen lassen. Hierbei wird das Werkstück entlang seiner auszuschneidenden Kontur relativ zu einem spannungsbeauf­ schlagten Draht bewegt. Der Draht läuft dabei von einer Vor­ ratsspule ab. Die Spannungsimpulse bewirken das Entstehen von Funken im Arbeitsspalt zwischen Drahtelektrode und Werk­ stück, die zum Abschmelzen und Abtragen des Materials füh­ ren.

Es hat sich gezeigt, daß, je höher sich die Schnittrate ein­ stellt, die Gefahr von Drahtbrüchen steigt. Drahtbrüche bedeuten aber, daß ein erneutes Einfädeln des Drahtes erforderlich wird, was die Bearbeitungszeit erheblich ver­ längert. Praktisch wird deshalb stets eine solche Schnittrate gewählt, mit der man erfahrungsgemäß im sicheren Bereich arbeitet, d. h. in einem Bereich, in dem keine Draht­ brüche auftreten. Die möglichen Schnittgeschwindigkeiten werden dabei allerdings unterschritten.

Aus der EP 0 136 975 B1 ist bereits eine Vorrichtung zur Ortsfeststellung der Funkenentladungen an der Drahtelektrode bekannt, mit der ein drohender Drahtbruch rechtzeitig er­ kannt werden und ein Alarm ausgelöst oder auf eine Kon­ trolleinrichtung eingewirkt werden soll. Es hat sich nämlich gezeigt, daß die Ursache für diesen Drahtbruch die örtliche Überhitzung des Drahtes ist, die dadurch auftritt, daß über eine gewisse Zeit eine Funkenentladung immer an der gleichen Stelle des Drahtes bzw. in einem begrenzten Bereich erfolgt. Kann man den Ort der Funkenentladung feststellen, so läßt sich durch die Messung der Zeit, in der fortlaufende Entla­ dungen in einem kleinen Bereich des Drahtes auftreten, die Gefahr eines Drahtbruches prognostizieren.

Aus der oben genannten Druckschrift ist nun eine Methode be­ kannt, den Ort der Entladung durch Messung der beteiligten Ströme zu bestimmen. Von den Werten der Ströme in den beiden Zuleitungen zu den Stromzuführungselektroden, die an dem Draht anliegen, werden die Differenz und die Summe und an­ schließend der Quotient aus Differenz und Summe gebildet. Dieser kann einen theoretischen Wert von -1 bis +1 annehmen. Er ist ein Maß für die beteiligten Impedanzen zwischen den beiden Elektroden und dem Entladepunkt und damit ein Maß für den Ort der Entladung.

Die Summen- und Differenzbildung soll nach dieser Schrift so erfolgen, daß die Stromzuleitungen zu den Elektroden über zwei Stromtransformatoren geführt werden, wobei die Strom­ richtung im ersten Transformator gleich und im zweiten Transformator entgegengesetzt ist, so daß an den Sekundär­ wicklungen einmal ein der Summe und einmal ein der Differenz der Primärströme entsprechender Sekundärstrom gemessen wer­ den kann. Anschließend wird ein dem Quotienten der Sekundär­ ströme entsprechendes Signal gebildet.

Bei Realisierung dieser Schaltung treten indessen große Schwierigkeiten auf. Die Ströme in den Zuleitungen sind ein­ mal sehr hoch und zum anderen hochfrequent, so daß sie sich über ihre Streufelder gegenseitig stark beeinflussen und se­ kundärseitig kein genaues Abbild der Ströme bzw. ihrer Dif­ ferenz und Summe gewonnen werden kann.

Aus der EP 0 351 436 A1 ist eine weitere Einrichtung zur Ortsbestimmung der Entladung an Funkenerosionsschneidma­ schinen bekannt, nach der die Ströme mittels zweier Strom­ transformatoren erfaßt werden und die Summen- bzw. Diffe­ renzbildung über Verstärker im Sekundärkreis der Stromtrans­ formatoren erfolgt.

Die Summen- und Differenzbildung in Verstärkern bildet je­ doch in dem hier vorliegenden hochfrequenten Bereich eine erhebliche Fehlerquelle, so daß auch mit dieser Maßnahme kein genaues Abbild des Entladeortes gewonnen werden kann.

Die Auswertung der Entladeorte findet durch Vergleich mit diskreten Referenzspannungen statt. Hier treten Fehler auf, wenn die Positionsspannungen nahe beieinander, jedoch ober- oder unterhalb einer der Referenzspannungen liegen, so daß das Vorliegen von Entladungen in zwei Bereichen gemeldet wird, obwohl die Entladepunkte nahe beieinander liegen.

Es ist mit der DE 33 27 470 A1 auch bereits bekannt, das auszuwertende Stromsignal digital weiterzuverarbeiten. Im dort beschriebenen Fall wird nur von einer einzigen Stromzu­ führungselektrode ausgegangen, die Maßnahme ließe sich je­ doch auf Schneidmaschinen mit üblicherweise zwei Stromzu­ führungen übertragen. Die digitale Signalverarbeitung erfor­ dert aufgrund der hier vorhandenen hohen Frequenzen schnelle A/D-Wandler und eine schnelle Weiterverarbeitung mittels ei­ nes Microcontrollers. Die erforderliche Nähe der Schaltung zum Leistungskreis führt bei Digitalschaltungen außerdem zu einer unzuverlässigen Signalverarbeitung, da es durch induk­ tive Beeinflussung zu 1-Bit-Fehlern kommt, die, treten sie in höherwertigen Stellen von Datenwörtern auf, dann eine ex­ trem fehlerhafte Ermittlung des Entladungsortes verursachen.

Aufgrund der Schwierigkeiten, die sowohl mit der Signalge­ winnung als auch mit der Weiterverarbeitung der Signale ver­ bunden sind, wird bisher kein praktisch einsetzbares Gerät zur Vermeidung von Drahtbrüchen angeboten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der die Gewinnung eines auswertbaren, mit dem Ort der Entladung präzise korre­ spondierenden Signals und die störungsfreie Signalauswertung möglich sind.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Zu­ leitungen zu den Stromzuführungselektroden jeweils eine Pri­ märwicklung eines ersten und zweiten Stromtransformators bilden, die mit jeweils zwei Sekundärwicklungen versehen sind, wobei jeweils eine Sekundärwicklung des ersten Strom­ transformators mit einer Sekundärwicklung gleicher Win­ dungszahl des zweiten Stromtransformators so verbunden ist, daß an den jeweils verbundenen Sekundärwicklungen einmal ein der Summe der Primärströme und zum anderen ein der Differenz der Primärströme entsprechendes Spannungssignal abgreifbar ist, das jeweils das Eingangssignal eines Integriergliedes bildet, deren Ausgänge mit dem Eingang eines Dividierers verbunden sind, dessen Ausgang wiederum den Eingang einer Sample-and-Hold-Schaltung bildet.

In erfindungsgemäß bevorzugter Weise kann vorgesehen sein, daß die Sekundärwicklungen zur Gewinnung des der Summe der Primärströme entsprechenden Signals in Reihe geschaltet sind und daß die Sekundärwicklungen zur Gewinnung des der Diffe­ renz der Primärströme entsprechenden Signals parallel ge­ schaltet sind und/oder den entgegengesetzten Wickelsinn auf­ weisen.

Um sicherzustellen, daß bei gleichen Strömen in den Stromzu­ führungen das Signal für die Stromdifferenz Null ist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Verbindungspunkt zwi­ schen den Sekundärwicklungen zur Gewinnung des der Differenz der Primärströme entsprechenden Signals herausgeführt ist und die übrigen Ausleitungen dieser beiden Sekundärwick­ lungen an einen Spannungsteiler geführt sind, von dessen Verbindungspunkt und dem Verbindungspunkt der Sekundärwick­ lungen das die Differenz der Primärströme abbildende Spannungssignal abgreifbar ist. Der Spannungsteiler kann auch ein Potentiometer mit Mittelabgriff sein.

In erfindungsgemäß bevorzugter Weise kann außerdem vorgese­ hen sein, daß die Stromtransformatoren mit einem Ringkern versehen sind, wobei Ferritkerne wegen ihres hohen spezi­ fischen Widerstandes besonders geeignet sind. Die Primär­ wicklungen werden dann von den Stromzuführungen gebildet, die nur durch die Ringkerne hindurchgeführt sind.

Die Anzahl der Windungen der Sekundärwicklungen wird bevor­ zugt bewußt klein, d. h. beispielsweise zwischen 2 und 6, gehalten. Durch die geringe Windungszahl treten nur vernach­ lässigbare Streufelder auf.

Die Weiterverarbeitung des aus der Quotientenbildung gewon­ nenen Signals bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art erfolgt erfindungsgemäß mit einer Anordnung, die eine sich an den Baustein zur Quotientenbildung anschließende Sample-and-Hold-Schaltung aufweist, deren Ausgang mit dem Ausgang eines eine Fensterspannung liefernden Bausteins ver­ bunden ist, die gemeinsam den Eingang eines Fensterkompara­ tors bilden, dessen Ausgang ein digitales Signal liefert, das zum Festhalten des aktuellen Quotienten-Signals in der Sample-and-Hold-Schaltung dient, wenn sich das aktuelle Quotienten-Signal außerhalb des Spannungsfensters befindet, oder im anderen Fall zum Weiterzählen eines Zählers mit voreingestelltem Wert, bei dessen überlauf ein Alarmsignal erzeugt wird.

In erfindungsgemäß bevorzugter Weise kann vorgesehen sein, daß die Sample-and-Hold-Schaltung aus einem ersten und einem mit diesem verbundenen zweiten Sample-and-Hold-Glied be­ steht.

In vorteilhafter Weise ist vorgesehen, daß der die Fenster­ spannung liefernde Baustein zwecks Einstellung einer von den Bearbeitungsbedingungen abhängigen Fensterspannung mit der Steuerung der Funkenerosionsschneidmaschine verbunden ist.

Außerdem kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, daß das Alarmsignal zur Steuerung der Entladeenergie an einen die Impulsspannung erzeugenden Generator zurückgeführt ist. Mit Hilfe des Alarmsignals kann so die Entladeenergie, z. B. durch Ausblenden von Impulsen, beeinflußt werden.

Das Alarmsignal kann zum gleichen Zweck auch an ein Steuer­ gerät zur Regulierung des Spüldrucks einer in der Bearbei­ tungszone fließenden Arbeitsflüssigkeit geführt sein.

Vorteilhaft kann weiter vorgesehen sein, daß der Zähler mit einer die Anzahl der innerhalb eines Spannungsfensters auf­ tretenden Entladungen speichernden Maximumanzeige verbunden ist. Die Anzeige vermittelt ein Bild über das bestehende Drahtbruchrisiko.

Das Drahtbruchrisiko kann vermindert werden, indem erfin­ dungsgemäß das Alarmsignal an einen weiteren Zähler zur Re­ gistrierung der Anzahl der Alarme geführt ist, dessen Aus­ gang mit der Steuerung der Funkenerosionsschneidmaschine verbunden ist. Übersteigt die Anzahl der Alarmmeldungen in­ nerhalb eines bestimmten Zeitraumes ein vorbestimmtes Maß, kann beispielsweise durch die CNC-Steuerung eine weitere Verringerung der Entladeenergie oder eine Herabsetzung der innerhalb eines Spannungsfensters erlaubten Anzahl von Ent­ ladungen erfolgen.

Dadurch, daß die Sensorik zur Erfassung der Ströme und deren Auswertung erfindungsgemäß in Analogtechnik realisiert ist, während die Kontrolleinheit digital arbeitet, ergibt sich der Vorteil einer schnellen Auswertung und Reaktion auf je­ den Entladeimpuls mit kurzen Reaktionszeiten, hoher Signal­ bandbreite und hoher Auflösungsgenauigkeit.

Die erfindungsgemäße Einrichtung dedektiert die einzelnen Entladungen genau und vermeidet den Drahtbruch z. B. durch das Ausblenden einzelner Entladeimpulse. Darüber hinaus kann eine übergeordnete Auswerteeinheit während des Prozeßver­ laufs das Drahtbruchrisiko bewerten und bei Drahtbruchgefahr in die CNC-Steuerung bzw. in die Generatorsteuerung der Ma­ schine eingreifen. Die Erfindung ermöglicht damit das Ero­ dieren mit höherer Entladeenergie, so daß neben der Vermei­ dung der durch Drahtbruch bedingten Stillstandszeiten auch während der Bearbeitung höhere Schnittraten im Leistungs­ schnitt erzielt werden können.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbei­ spiels näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnun­ gen zeigen

Fig. 1 den schematischen Aufbau des Stromkreises für eine elektroerosive Bearbeitung,

Fig. 2 ein Ersatzschaltbild des Stromkreises entsprechend Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Anordnung der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Gewinnung der benötigten Signale, die die Summe und Differenz der am Schneidprozeß beteiligten Ströme abbilden,

Fig. 4 ein schematisches Wicklungsdiagramm für die Sum­ men- und Differenzbildung,

Fig. 5 ein Blockschaltbild der gesamten Signalverarbei­ tung,

Fig. 6 ein Blockschaltbild entsprechend Fig. 5 mit Ein­ zelheiten der digitalen Signalverarbeitung,

Fig. 7 ein Schema zur Funktion der erfindungsgemäßen Sig­ nalauswertung entsprechend dem Schaltbild nach Fig. 5,

Fig. 8 ein Diagramm des den Entladeort repräsentierenden Spannungssignals und

Fig. 9 ein Stromdiagramm mit der erfindungsgemäßen Aus­ blendung von Stromimpulsen.

Zur elektroerosiven Bearbeitung eines Werkstückes 1 wird ein von einer hier nicht gezeigten Vorratsrolle über Rollen 2 abgewickelter Draht 3 durch einen Arbeitsspalt des Werkstückes 1 geführt. Der Gesamtstrom i₀, der von einem Generator 4 geliefert wird, teilt sich auf in die Ströme i₁ und i₂, die dem Draht 3 über die Elektroden 5 zugeführt werden. Fig. 1 zeigt den Stromkreis schematisch.

Fig. 2 zeigt ein äquivalentes Ersatzschaltbild der Anordnung nach Fig. 1. Der Strom i₁ fließt über die obere und der Strom i₂ über die untere Zuführung zum Entladepunkt. Die Größe der beteiligten Impedanzen ergibt sich aus den Ersatz­ größen in Fig. 2. L und R sind die Induktivität und der ohm­ sche Widerstand der gemeinsamen Zuleitung, L_W und R_W sind jeweils die Impedanzen der Verzweigungen. Diese werden in der Praxis nicht gleich groß sein. Da sie aber konstant sind, hat ihr Einfluß nur eine untergeordnete Rolle. R_C ist der Kontaktwiderstand zwischen Zuleitung und dem Draht 3. R_C ist ebenfalls wie L und R als konstant zu betrachten. Der Draht 3 teilt sich in zwei Abschnitte. Da die Länge von den Kontaktierungen an den Elektroden 5 bis zum Endladepunkt va­ riiert, verändert sich die Impedanz der beiden Leiterstücke. Damit sind R₁, R₂, L₁, L₂ veränderliche Größen. Sie charak­ terisieren den Entladeort. Durch Messen der Ströme i₁ und i₂ kann für jede Einzelentladung eine Abbildung des Ent­ ladeortes gefunden werden. Die Größe der Ströme i₁ und i₂ wird durch die einstellbaren Parameter der Maschine vorgege­ ben. Diese haben Einfluß auf die Größe der Kapazität C und der Leerlaufspannung U_S im Generator 4.

Die Ströme i₁ und i₂ werden auf induktivem Wege gemessen, wie Fig. 3 zeigt. Hierzu werden Ringkerne 6, 7 benutzt, wel­ che die Leitungen 8, 9 mit den zu messenden Strömen i₁ und i₂ umschließen. Die Ringkerne 6, 7 sind mit dünnem isolierten Draht umwickelt, der die Sekundärwicklungen 10, 11, 12, 13 bil­ det. Da Frequenzen von mehreren MHz übertragen werden müs­ sen, eignen sich Ferritringkerne wegen ihres sehr hohen spe­ zifischen Widerstandes besonders zur Vermeidung von Wirbel­ stromverlusten.

Aus Fig. 3 und dem in Fig. 4 gezeigten Wicklungsdiagramm wird deutlich, wie die Summen- und Differenzbildung vorge­ nommen wird. Die Sekundärwicklungen 10, 12 zur Messung des Gesamtstromes i₁ + i₂ liegen gleichsinnig über beide Ring­ kerne 6, 7, während die Sekundärwicklungen 11, 13 zum Erhalt der Differenz gegensinnig verlaufen. Die Rückwirkung auf je­ weils benachbarte Wicklungsanteile kann vernachlässigt wer­ den, da die induzierten Ströme und die damit von ihnen er­ zeugten Felder sehr klein sind. Für die Summenbildung sind jeweils drei und für die Differenzbildung vier Windungen pro Ringkern 6, 7 vorgesehen. Zum Abgleich der Sekundärwicklungen 11, 13 ist ein Potentiometer 14 vorgesehen, um sicher zu stellen, daß bei gleicher Durchflutung das Differenzsignal gleich Null ist. Aus dem Wicklungsdiagramm in Fig. 4 wird deutlich, daß aus diesem Grund die Verschaltung der dort eingezeichneten separaten Sekundärwicklungen 11, 13 bei der Differenzbildung anders aussieht, als die der Sekundärwick­ lungen 10, 12 für die Summenbildung. In beiden Fällen liegen die Anschlüsse an den hochohmigen Eingangswiderständen der nachfolgenden Schaltungsbausteine. Die Anordnungen können daher als reine Spannungsquellen aufgefaßt werden. Für die Summe" zwischen den Punkten 15 und 16 addieren sich einfach die Induktionsspannungen zu U_ind1 = -d/dt Φ₁-d/dt Φ₂. Bei der "Differenz" fließt ein resultierender Strom i_ind (Zählpfeilrichtung frei gewählt) in der dargestellten Schleife über das Potentiometer 14 mit den Teilwiderständen R_P1 und R_P2. Die Spannung U_ind2 liegt zwischen den Punkten 17 und 18 an. Der Punkt 17 liegt am Mittenabgriff des Poten­ tiometers 14. Die resultierende Spannung läßt sich beschrei­ ben durch U_ind2 = -d/dt Φ₁ + i_{ind *} R_P1 bzw. U_ind2 = d/dt Φ₂-i_{ind *} R_P2. Im Fall R_P1 = R_P2 (Mittenstellung des Po­ tentiometers 14) folgt aus beiden Gleichungen U_ind2 = d/dt Φ₁ + d/dt Φ₂)/2. Ansonsten erzeugen zwei unterschied­ liche Teilwiderstände R_P1, R_P2 eine kleine Offsetspannung zwischen den Punkten 17 und 18, die dann immer proportional zu der den Fehler erzeugenden Differenz ist. Wenn also beide Durchflutungen gleich sind, aber d/dt Φ₁ = d/dt Φ₂ + U_Fehler gilt, wird dieser relative Fehler durch die Spannung U_offset = i_{ind *} (R_P1-R_P2)/2 kompensiert.

Der Vorteil dieser Strommessung liegt in der sekundärseiti­ gen Messung mit direkter Addition und Subtraktion der Ein­ zelströme i₁ und i₂ durch die spezielle Wicklungstechnik. Durch die geringe Windungszahl können Streufelder vernach­ lässigt werden.

Fig. 5 zeigt nun die Schaltung zur Weiterverarbeitung der Signale. Die in den Sekundärwicklungen 10-13 gemessenen In­ duktionsspannungen U_ind1, U_ind2 sind proportional zu den Ab­ leitungen d/dt (i₁-i₂) und d/dt (i₁ + i₂). Durch Inte­ gration in den Integriergliedern 19,20 erhält man dann Span­ nungen, die zu i₁-i₂ und i₁ + i₂ proportional sind. Neben den Integratoren 19, 20 werden weiter ein Dividierer 21 und ein Sample-and-Hold-Glied 22 verwendet, um eine Abbildung der den Entladeort repräsentierenden Positionsspannung

U_pos = c _* (i₁-i₂)/i₀ (1)

zu erzielen. Darin ist c eine beliebige Proportionalitäts­ konstante mit der Einheit [c] = Volt. Sie kann allgemein als Verstärkungsfaktor betrachtet werden. Dabei ist kein be­ stimmter Wert zugrundegelegt. Ihre Größe ergibt sich viel­ mehr durch die Anpassung der Komponenten, wobei ein mög­ lichst großer Aussteuerbereich am Ausgang der Bausteine ge­ nutzt werden soll, um eine gute Auflösung und ein hohes Si­ gnal-/Rauschleistungsverhältnis zu erzielen. Andererseits dürfen die Eingänge nachfolgender Bausteine nicht übersteu­ ert werden.

Das Sample-and-Hold-Glied 22 wird durch ein TTL-Signal eines Peak-Detektors 23 zwischen den beiden Betriebszuständen "Sample" und "Hold" umgeschaltet. Das Sample-and-Hold-Glied 22 geht in den Haltemodus, sobald der Spitzenwert (Peak) von der Stromsumme i₁ + i₂ erreicht wird und speichert den an­ liegenden Wert. Der Ausgang des Sample-and-Hold-Gliedes 22 ändert sich nicht. Der Peak-Detektor 23 reagiert dabei auf den Nulldurchgang des Signals d/dt(i₁ + i₂), das direkt vom Integrierglied 20 abgegriffen wird. Die Nachlauf(Sample)- Phase, in der das Ausgangssignal des Sample-and-Hold-Gliedes 22 dem Eingangssignal folgt, erstreckt sich lediglich über die Signalanstiegsdauer des Stromes. Sie ist im Gegensatz zur Haltephase sehr kurz. Jede erreichte Stufe der Treppen­ funktion der Positionsspannung U_pos entspricht dem abgeta­ steten Augenblickswert

c _* (i₁ (t₀)-i₂(t₀))/(i₁ (t₀) + i₂(t₀))

zum Zeitpunkt t₀, bei dem i₂ + i₂ maximal wird.

Nach der Abbildungsvorschrift entsprechend Gleichung (1) kann die Positionsspannung U_pos theoretisch die Maximalwerte U_pos = + c und U_pos = -c annehmen, wenn /i₁/=/i₂/ ist. Im Normalbetrieb tritt dieser Fall nicht ein, weil der Gesamt­ strom i₀ nie komplett über die obere oder untere Elektrode 5 zum Draht 3 fließen wird. Eine Ausnahme besteht im Augen­ blick des Drahtbruches selbst. Hier treten noch ein paar Entladungen auf, nach dem der Draht 3 gerissen ist, bis die­ ser vollständig aus dem Bearbeitungsspalt gezogen wird, oder ein Drahtende einen Kurzschluß am Werkstück 1 verursacht. Während dieser letzten Entladungen fließt der Strom nur noch über ein Zuleitung. Die Positionsspannung U_pos springt dann zwischen + c und -c bzw. wird durch den Aussteuerbereich des Dividierers 21 begrenzt. Diese Eigenschaft kann genutzt werden, um ein Triggersignal zu erzeugen, mit dem ein Draht­ bruch detektiert werden kann.

Fig. 7 zeigt die weitere Funktion der Schaltung nach Fig. 5. Mit Hilfe einer analogen Referenzspannung U_ref wird im Span­ nungsbaustein 24 ein variabler symmetrischer Spannungsbe­ reich U_W um 0 V mit der oberen Grenze U_H und der unteren Grenze U_L erzeugt. Die Positionsspannung U_pos wird in einem zweiten Sample-and-Hold-Glied 25 als U_Basis gespeichert. Das variable Spannungsfenster wird dann zu U_Basis hinzuaddiert. Infolgedessen liegt jetzt ein symmetrischer Spannungsbereich um U_Basis, der als kritischer Bereich bezeichnet werden kann. Als nächstes erfolgt die Auswertung. Durch die Kompa­ ratorschaltung 26 wird überprüft, ob die nachfolgenden Posi­ tionsangaben, die nach jeder Entladung durch die Positions­ spannung U_pos neu vorliegen, im kritischen Bereich oder außerhalb liegen.

Daraus ergeben sich zwei Fälle. Fall A: Die Positionsspan­ nung U_pos liegt außerhalb und wird im Sample-and-Hold-Glied 25 als neue Basisspannung U_Basis gespeichert, um ein neues Spannungsfenster, dessen Lage sich zum vorhergehenden ver­ schoben hat, zu generieren.

Fig. 6 zeigt die weitere Signalverarbeitung, die jetzt digi­ tal weitergeführt wird. Ein 8-Bit-Zähler 27 wird im Fall A mit der einstellbaren Höchstgrenze für die erlaubte Anzahl der Impulse, die in einem Spannungsfenster zugelassen werden sollen, geladen.

Fall B: Die Positionsspannung U_pos liegt im kritischen Be­ reich. Die Komparatorschaltung 26 ordnet den 8-Bit-Zähler 27 an, um 1 herunterzuzählen. Für alle nachfolgenden Entla­ dungen, dessen Positionswerte ebenfalls in dem Spannungsfen­ ster liegen, wird dieser Wert des 8-Bit-Zählers 27 weiter dekrementiert. Die Basisspannung U_Basis wird allerdings festgehalten, so daß das Fenster seine Lage behält bis eine nachfolgende Positionsspannung U_pos außerhalb des kritischen Bereiches liegt. Dann tritt wieder Fall A ein.

Ist die Anzahl aller hintereinanderfolgenden Entladungen, deren Position in den kritischen Bereich fallen, größer als die im 8-Bit-Zähler 27 eingestellte erlaubte Anzahl, d. h., wenn der Zähler einen überlauf hat, weist er einen Alarmge­ ber an, ein Signal an die Maschine abzugeben (Interrupt). Gleichzeitig wird der 8-Bit-Zähler 27 wieder neu geladen, damit in den Fällen, in denen sich auch bei den nächsten Entladungen keine Veränderung im Erosionsprozeß zeigt, d. h. keine Verschiebung des kritischen Bereiches eintritt, der Alarm immer wieder ausgegeben werden kann. Bei generiertem Alarm wird direkt in die Steuerung des Generators 4 einge­ griffen, um eine hinreichend große Anzahl von Entladungen auszublenden und so einen drohenden Drahtbruch zu vermeiden.

Die Häufigkeit der Alarme kann darüberhinaus mit einem Alarmzähler 28 gezählt und in einem Register 33 festgehalten werden, um der CNC-Steuerung der Maschine im mittelfristigen Prozeßverlauf die Drahtbruchtendenz mitzuteilen, damit die CNC-Steuerung geeignete Prozeßparameter prophylaktisch an den Erosionsverlauf anpassen kann.

Durch eine Detektionsschaltung, bestehend aus einem Minimum- Maximum-Detektor 29, einem Differenzbildner 30, einem A/D- Wandler 31 und einem Register 32, können das Maximum und Mi­ nimum der Positionsspannung U_pos über ein definiertes Zeit­ intervall ermittelt werden. Der Differenzwert bestimmt die sich im Eingriff befindliche Werkstückhöhe. Die CNC-Steue­ rung der Maschine wird dadurch in die Lage versetzt, selb­ ständig Erosionsparameter an die jeweilige Werkstückhöhe an­ zupassen, um optimale Bearbeitungsbedingungen zu schaffen.

Fig. 8 zeigt ein Diagramm der Positionsspannung U_pos und in der rechten Bildhälfte schematisch den zu verschiedenen Po­ sitionsspannungen U_pos zugehörigen Entladungsort. Aus der Darstellung wird deutlich, daß durch Messung des Maximums und Minimums der Positionsspannung U_pos die Werkstückhöhe bestimmt werden kann.

Die Entladekonzentration wird dem Maschinenbediener über eine in den Figuren nicht gezeigte numerische Maximumanzeige dargestellt. Hierdurch kann er die Drahtbruchwahrscheinlich­ keit im laufenden Erosionsprozeß ablesen.

Die Fensterspannung kann einem Register 34 und die Anzahl der erlaubten Entladungen einem Register 35 durch die CNC- Steuerung in Abhängigkeit von Bearbeitungsparametern aufge­ geben werden.

Fig. 9 zeigt schließlich ein Diagramm der Impulse des Ge­ samtstroms und die dazugehörige Positionsspannung U_pos. Zum Zeitpunkt bei 100 µs wurde ein Überlaufen des voreinge­ stellten Zählerwertes festgestellt, nachdem für die Positi­ onsspannung U_pos ein gewisse Zeit der gleiche Wert ermittelt wurde. Es wurde deshalb ein Ausblendsignal erzeugt. Die Stromimpulse wurden daraufhin etwa zum Zeitpunkt 135 µs aus­ geblendet, was auch aus dem Verlauf des Gesamtstromsignals im oberen Diagrammteil ersichtlich ist. Das die Positions­ spannung U_pos speichernde Sample-and-Hold-Glied 25 behält solange seinen Wert, bis sich beim Zünden der nächsten Stro­ mimpulse ein neuer Wert einstellt.

Claims (17)

1. Einrichtung zur Vermeidung von Drahtbrüchen beim funkenerosiven Schneiden mittels Funkenerosionsschneidma­ schinen, bei denen eine Drahtelektrode (3) über zwei Stromzuführungselektroden (5), die auf beiden Seiten einer zwischen ihnen gelegenen Bearbeitungszone angeordnet sind, mit einer hochfrequenten Impulsspannung beaufschlagt ist, mit einer analog arbeitenden elektronischen Schaltung, mit der der Quotient aus einem der Differenz und einem der Summe der den Stromzuführungselektroden (5) zugeführten Ströme (i₁, i₂) entsprechenden Signal ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungen (8, 9) zu den Stromzuführungselektroden (5) jeweils eine Primärwicklung eines ersten und zweiten Stromtransformators bilden, die mit jeweils zwei Sekundär­ wicklungen (10 bis 13) versehen sind, wobei jeweils eine Se­ kundärwicklung (10 bis 13) des ersten Stromtransformators mit einer Sekundärwicklung (10 bis 13) gleicher Windungszahl des zweiten Stromtransformators so verbunden ist, daß an den jeweils verbundenen Sekundärwicklungen einmal ein der Summe der Primärströme (i₁, i₂) und zum anderen ein der Differenz der Primärströme (i₁, i₂) entsprechendes Spannungssignal ab­ greifbar ist, das jeweils das Eingangssignal eines Inte­ griergliedes (19, 20) bildet, deren Ausgänge mit dem Eingang eines Dividierers (21) verbunden sind, dessen Ausgang wie­ derum den Eingang einer Sample-and-Hold-Schaltung (22, 25) bildet.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Sekundärwicklungen (10 bis 13) zur Gewinnung des der Summe der Primärströme (i₁, i₂) entsprechenden Sig­ nals in Reihe geschaltet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Sekundärwicklungen zur Gewinnung des der Differenz der Primärströme (i₁, i₂) entsprechenden Sig­ nals parallel geschaltet sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sekundärwicklungen zur Gewinnung des der Differenz der Primärströme (i₁, i₂) entsprechenden Signals den entgegengesetzten Wickelsinn aufweisen.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungspunkt zwi­ schen den Sekundärwicklungen (10 bis 13) zur Gewinnung des der Differenz der Primärströme (i₁, i₂) entsprechenden Sig­ nals herausgeführt ist und die übrigen Ausleitungen dieser beiden Sekundärwicklungen (10 bis 13) an einen Span­ nungsteiler geführt sind, von dessen Verbindungspunkt und dem Verbindungspunkt der Sekundärwicklungen (10 bis 13) das die Differenz der Primärströme (i₁, i₂) abbildende Spannungssignal abgreifbar ist.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler ein Po­ tentiometer (14) mit Mittelabgriff ist.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromtransformatoren mit einem Ringkern (6, 7) versehen sind.

8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerne der Strom­ transformatoren Ferritkerne sind.

9. Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Primärwicklungen der Stromtransfor­ matoren jeweils durch die Stromzuführungen (8, 9) gebildet sind, die von den Ringkernen (6, 7) umschlossen werden.

10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Windungen der Sekundärwicklungen (10 bis 13) 2 bis 6 beträgt.

11. Einrichtung zur Vermeidung von Drahtbrüchen beim funkenerosiven Schneiden mittels Funkenerosionsschneid­ maschinen, bei denen eine Drahtelektrode (3) über zwei Stromzuführungselektroden (5), die auf beiden Seiten einer zwischen ihnen gelegenen Bearbeitungszone angeordnet sind, mit einer hochfrequenten Impulsspannung beaufschlagt ist, mit einer analog arbeitenden elektronischen Schaltung, mit der der Quotient aus einem der Differenz und einem der Summe der den Stromzuführungselektroden (5) zugeführten Ströme (i₁, i₂) entsprechenden Signal ausgewertet wird, gekennzeichnet durch eine sich an den Baustein zur Quotientenbildung (21) an­ schließende Sample-and-Hold-Schaltung (22, 25), deren Aus­ gang mit dem Ausgang eines eine Fensterspannung liefernden Bausteins (24) verbunden ist, die gemeinsam den Eingang ei­ nes Fensterkomparators (26) bilden, dessen Ausgang ein digi­ tales Signal liefert, das zum Festhalten des aktuellen Quo­ tienten-Signals in der Sample-and-Hold-Schaltung (22, 25) dient, wenn sich das aktuelle Quotienten-Signal (U_pos) außerhalb des Spannungsfensters befindet, oder im anderen Fall zum Weiterzählen eines Zählers (27) mit voreinge­ stelltem Wert, bei dessen Oberlauf ein Alarmsignal erzeugt wird.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß die Sample-and-Hold-Schaltung aus einem ersten (22) und einem mit diesem verbundenen zweiten Sample-and-Hold- Glied (25) besteht.

13. Einrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der die Fensterspannung liefernde Baustein (24) zwecks Einstellung einer von den Bearbeitungs­ bedingungen abhängigen Fensterspannung mit der Steuerung der Funkenerosionsschneidmaschine verbunden ist.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Alarmsignal zur Steuerung der Entladeenergie an einen die Impulsspannung erzeugenden Generator (4) zurückgeführt ist.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Alarmsignal an ein Steuer­ gerät zur Regulierung des Spüldrucks einer in der Bearbei­ tungszone fließenden Arbeitsflüssigkeit geführt ist.

16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (27) mit einer die Anzahl der innerhalb eines Spannungsfensters auftretenden Entladungen speichernden Maximumanzeige verbunden ist.

17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Alarmsignal an einen weite­ ren Zähler (28) zur Registrierung der Anzahl der Alarme ge­ führt ist, dessen Ausgang mit der Steuerung der Funkenerosionsschneidmaschine verbunden ist.