Trends & Innovationen

Neue Freiheit fĂĽrs Erodieren

22.09.2009

Funkenerosion: Mit bewährten Technologie neue Märkte erschließen – die Karlsruher Technologie Tage (KTT) präsentierten interessante Techniken, die auf den Werkzeugbau zukommen. „werkzeug&formenbau“-Autor Manfred Lerch präsentiert in dieser und in der nächsten Ausgabe die Highlights der Tagung.

Jauch_1Kleine, familiengeführte Unternehmen werden sich Dank ihres hohen persönlichen Einsatzes am Markt behaupten. Der Trend geht aber hin zu großen Werkzeug- und Formenbauern, die das gesamte Engineering anbieten und so auch große Projekte abwickeln können. So zumindest sieht es der Geschäftsführer des VDWF, Willi Schmid, bei seiner Begrüßungsrede anlässlich der Karlsruher Technologie Tage (KTT) am IMP (Institute of Materials and Processes). Unabhängig von der Unternehmensgröße sind nach wie vor Partner gefragt, die hoch präzise Standardlösungen entwickeln, nach neuen Fertigungstechnologien suchen und bereit sind, neue Wege zu gehen.

Mehrachsenbearbeitung

Jürgen Zöh, Geschäftsführer bei JauchSchmider in Villingendorf sieht deshalb eine maximale Produktivität bei der Erschließung neuer Geschäftsfelder unter anderem in der Mehrachsenbearbeitung bei der Funkenerosion. Die exakte Positionierung des Werkstücks ohne Umspannen, die Herstellung kleinster Werkstücke und Strukturen mit extrem geringen Toleranzen oder komplexe Konturen in schwer zerspanbarem Material, all das spricht für diese Vorgehensweise.

Bei JauchSchmider gilt das sowohl für Highspeed-Anwendungen im Erodierbereich, für die Medizintechnik, Luft- und Raumfahrt sowie die Automobilindustrie. Allein die Tatsache, dass Geometrien immer kleiner werden, setzt voraus, dass in einer Aufspannung produziert wird. Für die derzeit geforderten Toleranzen von einem µm braucht man allerdings das notwendige Umfeld.

Bei den Maschinen ist das Problem schon im Spiel der Führungen zu sehen. Die Lösung in solchen Fällen ist, das Werkstück mit beispielsweise einem Rundteiltisch zur Bearbeitung zu bringen. Diese Rundteiltische, die mit sehr kleinen Achsen, geringen Toleranzen und nach IP 68 abgedichtet sind, ermöglichen eine hoch präzise Reaktion und Positionierung der Achsen. Ein zweites Handicap entsteht bislang bei der Auswahl der Getriebe. JauchSchmider setzt hier auf eine Art Schneckengetriebe, das zusätzlich noch einstellbar ist und kein Umkehrspiel in den Achsen zulässt. Sind diese Grundlagen geschaffen, steht der mehrachsigen Bearbeitung nichts im Wege.

Die Ausgangsbasis beim Erodieren beruht meist auf den vier Achsen X, Y, Z und C. Bringt man nun im einachsigen Bereich einfach eine oder zwei weitere horizontale oder vertikale Achsen über einen Rundteiltisch hinzu, ergeben sich zusätzliche Bewegungen des Werkstücks in der Maschine. Erfolgt die Ansteuerung der Achsen direkt über die Maschinensteuerung, wird damit eine Simultanbearbeitung „Turn while Burn“ (Drehen während des Abbrennens) möglich. Der Nachteil: Diese Vorgehensweise ist nur mit einer dafür vorgesehenen Maschinensteuerung möglich. Setzt man auf eine separate Steuerung, ist die „Turn while Burn-Funktion“ zwar nicht mehr zu realisieren, dafür kann man in alle Richtungen positionieren.

Erosives Schleifen

Wenn man über zusätzliche Achsen spricht, so sieht es Jürgen Zöh, steigt man aber Jauch_2ohnehin in das erosive Schleifen ein. Er definiert das bewusst so, weil damit inzwischen Oberflächen von R­a 0,05 erreicht werden. JauchSchmider hat hier deshalb eine Rotationsspindel mit einer Drehzahl von 3000 min-1 entwickelt, die über einen Rundlauf unter 3 µm verfügt. Die damit möglichen Koniken oder auch Kugelstrukturen mittels Drahterodieren werden in der Hauptsache aus der Medizin- und Mikrotechnik gefordert.

Der Begriff der Mikrobearbeitung kursiert zwar seit geraumer Zeit in Fachkreisen, dessen exakte Definition dagegen brachte Wolfgang Leonhardt, Inhaber des Graveurbetriebs Leonhardt, auf den Punkt. Demnach sind die Teilegrößen irrelevant, vielmehr entscheiden hier die Strukturgrößen. Deshalb gilt es zunächst, sich selbst die Grenzen aufzuzeigen. Maschinenseitig geht nichts ohne Innenkühlung oder Kernkühlung der Spindel, eine Rückkühlung des Schmierstoffes oder der Dielektrika, eine Klimatisierung des Arbeitsraumes und Isolation des Maschinengestells gegen Schwingungen.

Sind all diese Voraussetzungen geschaffen, beginnen die Grenzen der Bearbeitung beispielsweise beim Draht­erodieren bei 20 µm Drahtdurchmesser, 10 µm Innenradien und 20 µm bei Schlitzen. Beim Senkerodieren dagegen sind das 5 µm bei Bodenradien oder einer 6 µm-Vollelektrode für Bohrungsdurchmesser 11 µm. Standortseitig sind die Klimatisierung des Raumes, Abfuhr der Maschinenwärme und eine Vermeidung direkter Sonneinstrahlung zu berücksichtigen.

Wärmeausdehnung beachten

Weiter ist die Wärmeausdehnung von Werkstoffen zu beachten. Während sich Kupfer in Messing bei einer Temperaturschwankung von 5 °C kleiner 10 µm ausdehnt, sind es bei Graphit in Stahl nur kleiner 4 µm. Wie weit diese µm-Spalterei im Graveurbetrieb Leonhardt gehen kann, zeigt das Beispiel einer metallischen Trägerplatte für Keramik mit Mikrobohrungen: In die 12 mm starke Platte aus Wolframkupfer mit den Abmessungen 164 x 168 mm wurden mittels Senkerodieren in eine Tiefe von 2 mm 7850 Bohrungen, Durchmesser 0,3 mm mit einer Toleranz von ±0,012 mm eingebracht. Die Elektrode war dabei ein Kupferröhrchen mit einem Durchmesser von 0,12 mm. 


Verwandte Beiträge