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Wie funktioniert Senkerodieren?
Senkerodieren, Funkenerodieren oder funkenerosives Abtragen ist ein thermisches Bearbeitungsverfahren, das man hauptsächlich zur Herstellung von hochpräzisen Metallteilen sowie von Matrizen und Formen nutzt. Die englische Bezeichnung für das Erodieren lautet EDM – Electrical Discharging Machining.
Doch was genau ist Elektroerosion oder Erodieren? Hierbei handelt es sich um ein berührungsloses Bearbeitungsverfahren. Erodiermaschinen werden zu den abtragenden Maschinen gezählt (DIN 8580). Sie funktionieren nach dem Prinzip der thermischen Abtragung: Für die Bearbeitung werden Werkzeug (die Elektrode – meist aus Kupfer oder Graphit) und Werkstück so positioniert, dass sie sich nicht berühren. Zwischen ihnen bleibt ein Spalt, gefüllt mit einer isolierenden Flüssigkeit, dem Dielektrikum. Das nicht leitende Arbeitsmedium kühlt den Prozess ab und spült die abgetragene Partikel weg. Daher erfolgt die Bearbeitung des Werkstücks in einem Behälter.
Werkzeug und Werkstück sind mit einem Kabel an eine Gleichstromquelle angeschlossen; in einer Leitung liegt ein Schalter. Wird dieser Schalter geschlossen, entsteht zwischen Werkzeug und Werkstück eine elektrische Spannung. Wird nun der Zwischenraum reduziert, so schlägt bei einem ganz bestimmten Abstand ein Funke über. Es kommt zur Entladung, wobei der Strom in Wärme umgewandelt wird. Wird der Stromzufluss nun abrupt unterbrochen, fällt der Entladekanal zusammen und die Metallschmelze verdampft explosionsartig an der Werkstückoberfläche. Das Resultat: ein kleiner Krater. Wird dieser Vorgang nun wiederholt, entsteht Krater neben Krater. Die Oberfläche des Werkstück wird regelmässig abgetragen.
Was macht eine Senkerodiermaschine?
Eine Senkerodiermaschine besteht aus einer Werkzeugmaschine, einer Steuerungseinheit für die Achsantriebe, einem Generator sowie dem Dielektrikumsaggregat. Antriebe in drei Raumebenen übernehmen die Vorschubbewegung und die Positionierung der Elektrode. Senkerodiermaschinen werden überwiegend als Badmaschine gebaut – hierbei befindet sich das Werkstück in einem Bad aus Dielektrikum, ein nicht leitendes Öl. Der Maschinenkopf ist beweglich und führt die Bewegung in der z-Achse aus. Der Tisch führt die Bewegungen in der x- und y-Achse aus. Senkerodiermaschinen gibt es als konventionelle Werkzeugmaschinen oder als CNC-gesteuerte Maschinen.
Der Abtrag passiert thermisch: Beim Senkerodieren wird das Elektrodenwerkzeug auf einen schmalen Spalt an das Werkstück herangeführt, bis ein Funke überschlägt. Das Material schmilzt oder verdampft während der Entladephase und wird durch die im Dielektrikum entstandene Gasblase sowie durch das unter Druck zugeführte dielektrische Medium aus dem Loch hinausgeschleudert.
Mit fortschreitendem Abtrag vergrössert sich der Spalt zwischen Werkzeug und Werkstück, bis kein Funke mehr überspringen kann. Deshalb fährt das Werkzeug mit einer dem Abtragvolumen angepassten Vorschubgeschwindigkeit in das Werkstück hinein. Das Elektrodenmaterial wählt man nach zu bearbeitendem Werkstoff sowie der herzustellenden Geometrie aus, meist verwendet man Kupfer und Graphit. Zwischen Werkzeug (Kathode) und Werkstück (Anode) muss immer ein geringer Spalt vorhanden sein, um das Werkstück zu kühlen und den Abtransport des abgetragenen Material zu gewährleisten. Je nach Intensität, Frequenz, Dauer, Länge, Spaltbreite und Polung der Entladungen entstehen unterschiedlichste Abtragsergebnisse. Selbst komplizierte geometrische Formen sind möglich.
Was ist ein Funkenspalt?
Unter dem Funkenspalt versteht man den Zwischenraum zwischen dem zu bearbeitenden Werkstück und der Elektrode. Der Materialabtrag findet nicht beim direkten Kontakt zwischen Werkstück und Elektrode statt: Der Funke springt bei einer gewissen Annäherung über. Dieser Funken- oder Arbeitsspalt hat normalerweise eine Grösse von 0,004 bis 0,5 mm. Die Weite des Funkenspalts ist abhängig von der an der Maschine eingestellten Parametern wie z. B. elektrische Spannung, Stromstärke, Entladungsintervall oder Pausenintervall und wird hochdynamisch dem Sollwert nachgeregelt. Es gilt: Je höher die Abtragsleistung, desto grösser der Funkenspalt und desto rauer die Oberflächenstruktur.
Wo wird Erodieren eingesetzt?
Durch seine schier unendlichen Möglichkeiten in der Metallbearbeitung kommt das Senkerodieren immer häufiger zur Anwendung. Es können sämtliche elektrisch leitenden Materialien bearbeitet werden, wie z. B. Metalle, gehärteter Stahl, Graphit, Legierungen oder Keramik, unabhängig von ihrer Härte. Auch anspruchsvollste Werkstoffe wie Karbid, Molybdän, Tantal und Wolfram lassen sich erodieren.
Das Senkerodieren kommt vor allem im Werkzeugbau zum Einsatz. Selbst spezielle Formen und komplexe Vertiefungen stellen kein Problem dar. Auch wird das Senkerodieren in Antriebstechnik, Autoindustrie, Aviatik, Energietechnik, Formenbau, Forschung/Entwicklung, Haushalts- und Unterhaltungsgeräte-Branche, Linearantriebe, Maschinenbau, Medizinaltechnik, Messtechnik, Spielzeug- und Elektronikbranche, Spritzgiessmaschinen, Teilchenbeschleuniger, Turbinenbau, Uhrenindustrie, Vorrichtungsbau oder Wehrtechnik eingesetzt.
Vorteile Senkerodieren
Die zahlreichen Vorteile des Verfahrens:
- sehr hohe Toleranzen bis zu ± 5 µm
- hervorragende Oberflächengüte bis zu Ra 0,2.
- Herstellung von komplizierten Geometrien möglich
- Sehr gute Formengenauigkeit und Linearität
- Extrem geringe Schnittbreite – auch bei grosser Materialdicke
- Alle leitfähigen Materialen bearbeitbar, unabhängig von der Härte
Das Verfahren ermöglicht zudem vielfältige Losgrössen – von der Prototypenfertigung über die Einzelteilfertigung bis hin zur Kleinserienfertigung. Modernste Technologien machen komplexe, dreidimensionale und höchst filigrane Geometrien möglich; es lassen sich kleinste Toleranzen und hohe Oberflächengüten erreichen. Senkerodieren erfordert lange Bearbeitungszeiten, es ist daher nicht ganz kostengünstig. Es gilt: Je grösser die zu fertigenden Serien, desto günstiger sind die Verarbeitungskosten. Gern beraten wir Sie diesbezüglich zu Ihrem Projekt. Kontaktieren Sie uns unter <email-pii>
Retero GmbH
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