Reportagen + Trends
Das gespaltene Mikrometer
29.09.2009
Erodieren: Im rein fertigungstechnischen Umfeld spielt das Erodieren kaum eine Rolle. Geht es aber in kleinste Werkstückbereiche und Toleranzanforderungen, kann die erosive Kraft der Funkenentladung sehr sinnvoll eingesetzt werden. fertigung hat bei zwei Protagonisten nachgefragt, wo sie die heutigen Herausforderungen
sehen und wie sie die Umsetzung meistern.
Jürgen Zöh, Geschäftsführer bei JauchSchmider in Villingendorf, sieht 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 Highspeedanwendungen im Erodierbereich, für die Medizintechnik, Luft- und Raumfahrt sowie die Automobilindustrie. Allein die Tatsache, dass Geometrien immer kleiner werden, setzt voraus, dass in einer einzigen Aufspannung produziert wird. Für die derzeit geforderten Toleranzen von 1 µm braucht man allerdings das notwendige Umfeld.
Bei den Maschinen ist das Problem schon im Spiel der Führungen zu sehen. Eine 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.Spielfreies Getriebe
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 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 
ohnehin in das erosive Schleifen ein. Er definiert das bewusst so, weil damit inzwischen Oberflächen von RÂa = 0,05 µm 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 (kegelige Kurven) 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 DrahtÂerodieren 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.
Weiter ist die Wärmeausdehnung von Werkstoffen zu beachten: Während sich Kupfer in Messing bei einer Temperaturschwankung von 5 °C ÂÂ
<10 µm ausdehnt, ist die Wärmeausdehnung bei Graphit in Stahl nur
<4 µm.
Manfred Lerch
