Technologien

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Drahterodieren

Das Drahterodieren (auch Drahterosion) ist ein formgebendes Fertigungsverfahren (Schneidverfahren), welches nach dem Prinzip des Funkenerodierens arbeitet. Es wird auch als elektroerosives Bearbeiten oder EDM (von engl. electrical discharge machining) bezeichnet. Als Bearbeitungselektrode dient ein dünner, ständig durchlaufender Draht.

Schneidvorgang

Der 0,02-0,33mm dicke Messingdraht ist im oberen Teil der Erodiermaschine auf einer Spule aufgewickelt und wird von dort über mehrere Rollen zur oberen Drahtführung geführt. Durch zwei gegenüberliegende Antriebsrollen, welche am hinteren Teil der Maschine angebracht sind, wird der Draht durch das Werkstück, die untere Drahtführung und eine Umlenkrolle, gezogen und danach entsorgt. Die Drahtführungen ober- und unterhalb des Werkstücks führen und stützen den Draht, unterdrücken Schwingungen und garantieren einen geraden Schnitt. Die Werkstücke werden in einem flüssigen Dielektrikum geschnitten, welche meist aus deionisiertem Wasser bestehen.

Der Erodiervorgang beginnt entweder an einem Startpunkt am Werkstückrand oder in einer Startlochbohrung, die vorher duch Bohren oder Senkerodieren in das Werkstück eingebracht werden muß. Durch diese muss der Draht eingefädelt werden.

Der Draht ist positiv und das Werkstück ist negativ gepolt. Dadurch findet die für den Abtrag ebenfalls relevante Elektromigration vom Werkstück weg statt (Metallionen sind positiv geladen). Nähert sich der Erodierdraht auf einem durch das CNC-Programm der Erodiermaschine vorgegebenem Pfad dem Werkstück, entsteht zwischen den beiden bei einem sehr kleinen Abstand ein Lichtbogen. Normalerweise würde der dünne Draht nun durch einen Kurzschluss zerstört. Da der Draht sich in einer Flüssigkeit (entionisiertes Wasser) befindet und ständig (bis zu 300mm/s) durchläuft, verbrennt er jedoch nicht. Sobald ein Funke entsteht, bricht die Stromzufuhr zusammen (Kondensatorentladung), die Wärme der Entladung lässt das Materialgefüge in seiner näheren Umgebung schmelzen und verdampfen, nach der Entladung entsteht eine Vakuumblase, diese fällt zusammen und löst das geschmolzene Material aus seinem Gefüge. Dies geschieht fortlaufend viele tausend mal in der Minute.

Der Entladungsstrom hat eine Stärke zwischen 0,5 A und 80 A je nach Werkstoffart bei max. 42 Volt im Funkenspalt. Im Entladungskanal entstehen Temperaturen von 1000°C bis 5000°C, die zum Schmelzen und Verdampfen der Werkstoffteilchen führen.

Vorteile

  • ermöglicht auch bei großer Materialdicke extrem geringe Schnittbreiten
  • Bearbeitung aller leitfähigen Materialien, egal welcher Härte
  • hohe Maßhaltigkeit und Formgenauigkeit
  • Fertigung scharfkantiger Löcher und Taschen
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Wasserstrahlschneiden

Beim Wasserstrahlschneiden wird ein Werkstück durch einen Hochdruckwasserstrahl getrennt. Die zum Trennen erforderliche Energie wird beim Wasserstrahlschneiden durch einen Flüssigkeitsstrahl aufgebracht, der durch eine sehr feine Edelsteindüse strömt.

Zuvor muss jedoch der erforderliche Druck erzeugt werden. Kernstücke der Schneideanlage ist die Hockdruckpumpe, eine Druckübersetzerpume mit meist ölhydraulischem Antrieb.
Im Primärkreislauf wird mit einer Hydraulikpumpe ein Ölvordruck erzeugt. Dieser wird mit Hilfe eines Übersetzerkolbens in einen hohen Wasserdruck im Sekundärkreislauf umgewandelt.

Im Dauerbetrieb erzeugt die Hochdruckpumpe einen Wasserdruck bis 3800 bar, der mit ca. 800 m/s (also mit 2,5 facher Schallgeschwindigkeit) durch die Wasserdüse im Schneidkopf durchströmt. Auf diese Weise wird potentielle zur kinetischen Energie umgewandelt.

Ein Vorteil des Wasserstrahlschneidens gegenüber dem Laserschneiden oder Brennschneiden ist, dass das Material nur sehr wenig erwärmt wird. Es entsteht so kein Verzug und keine Gefügeveränderung an der Schnittkante.
Beim Wasserstrahlschneiden unterscheidet man zwischen dem Abrasivschneiden und dem Reinwasserschneiden. Beim Reinwasserschneiden wird nur mit Wasser geschnitten, beim Abrasivschneiden wird zusätzlich noch ein feiner Abrasivsand verwendet.

Reinwasserschneiden

Beim Reinwasserschneiden wird lediglich die Strahlenergie des Wassers ausgenutzt. Die Schneidleistung in harten Materialien ist sehr begrenzt. Das Reinwasserschneiden eignet sich für Materialien mit einer geringen Dichte wie zum Beispiel Pappe, Schaumstoff oder Filz.

Abrasivschneiden

Zur Erhöhung der Schneidleistung wird dem Strahl häufig ein Schneidmittel, ein sogenanntes Abrasiv, zugesetzt. Um auch harte und dicke Materialien schneiden zu können, werden Wasserdrücke von bis zu 3 800 bar an der Düsenöffnung frei. Durch die Scharfkantigkeit des Granulats (Granatsand) können auch bisher nicht für möglich gehaltene Materialien wie gehärtete Werkzeugstähle präzise geschnitten werden. Seit Jahren werden Wasserstrahlschneidanlagen erfolgreich beim Zuschneiden von Steinen und Fliesen, Glas, Kunststoffen und Holz eingesetzt.

Tilt-A-Jet®

Der sogenannte Tilt-A-Jet® ist eine als Schwenkkopf ausgeprägte motorisierte und programmierbare Z-Achse mit vertikalem Verfahrweg von rd. 200 mm. Der Schneidkopf kann zusätzlich zu X,Y und Z noch mit zwei weiteren Achsen (U,V) gesteuert werden. Die integrierte Intellimax®-Software erfragt nur noch ob zylindrisch oder definiert konisch geschnitten werden soll, alles andere erfolgt automatisch.

Vorteile

  • Kaltschneideprozess, d.h. es wird ein verzugsfreies Schneiden aller Materialien gewährleistet, es treten keine thermisch bedingten Veränderungen der Werkstoffe an der Schnittkante und keine Veränderungen des Materialgefüges auf.
  • Es lassen sich beliebige Konturen schneiden und der Schnitt kann an jeder beliebigen Stelle der Werkstückoberfläche beginnen und enden.
  • Es entsteht kein direkter Anpressdruck auf den Werkstoff. So wird trotz hoher kinetischer Energie eine Deformation des Materials vermieden und eine hohe Schnittpräzision ohne Ausfransung oder Grat erzielt. Die Materialoberfläche der Werkstücke wird nicht verletzt.
  • Durch den haarfeinen Strahl ergibt sich eine präzise Schnittgenauigkeit und hohe Schnittqualität. Es können filigrane und komplizierte Konturen geschnitten werden.
  • Problemmaterialien wie kunststoffbeschichtete Bleche, Aluminium, Kupfer, rostfreie Stähle lassen sich problemlos und präzise schneiden.
    Die sehr schmale Schnittfuge ermöglicht eine optimale Materialausnutzung und nahtloses Schachteln. Rohstoff-Ressourcen werden geschont und die Werkstoffkosten gesenkt.
  • Kostenreduktion durch kostengünstige Einzelteil- und Prototypenfertigung.
  • fast keine Materialeinschränkungen: Aluminium, Stahl, Holz,Edelstahl, Buntmetalle, Mamor, Granit, Fliesen, Glas, Plasik, Schaumstoffe, keramische Werkstoffe, Verbundwerkstoffe, Gummi,Titan und noch vieles mehr.
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Schleifen

Beim Schleifen besitzt das Werkzeug eine Vielzahl gebundener Schleifkörner. Sie trennen mit hoher Geschwindigkeit (bis zu 200 m/s) den Werkstoff ab. Die Schneiden sind beim Schleifen nicht ständig im Eingriff und dringen im Verhältnis zur Größe eines mittleren Schneidkorns nur geringfügig in die Werkstoffoberfläche ein. Dabei werden die Oberfläche, die Form und die Maßhaltigkeit verändert und verbessert. Der Energiebedarf zur Zerspanung einer Werkstoff-Volumeneinheit ist im Vergleich zu Zerspanverfahren mit geometrisch bestimmten Schneiden (z. B. Drehen, Hobeln) sehr hoch.
Bisher wurde Schleifen nur als Endbearbeitung zur Verbesserung der Oberflächenqualität und Passgenauigkeit schon vorbearbeiteter Werkstücke eingesetzt. Durch Weiterentwicklung der Schleifverfahren und –maschinen können heute in kurzer Zeit große Werkstoffmengen abgetragen werden, wie es bisher nur beim Hobeln, Fräsen oder Drehen der Fall war und so wird vielfach ein Werkstück bereits nach dem Ur- bzw. Umformen mittels Schleifen bearbeitet. Flexible Steuerungen und angepasste Schleifwerkzeuge lassen Vor- und Fertigbearbeitung auf einer einzigen Maschine bei ein- und mehrstufigen Abläufen des Schleifens zu.
Das entscheidende Ergebnis des Schleifen ist die Werkstückqualität, worunter Rauheit, Maß- und Formgenauigkeit sowie die Beschaffenheit der Oberflächenrandzone verstanden wird. Außerdem steht beim Schleifen natürlich auch die Wirtschaftlichkeit zur Disposition, wobei Fertigungszeiten, Werkzeugkosten und Ausbringung besonders wichtige Kenngrößen darstellen. Beim Schleifen werden gerade die Werkzeugkosten durch den starken Verschleiß der Schleifscheiben beeinflusst.

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Starlochbohren

Eine Sonderanwendung des Senkerodierens ist das Bohrerodieren (auch funkenerosives Bohren, Startlochbohren oder Bohrerosion). Die verwendete Maschine wird Startlochbohrmaschine genannt. Die Maschine wird so bezeichnet, weil die entstandenen Bohrungen meistens, aber nicht immer, als Start- oder Einfädelloch für nachfolgende Drahterodierarbeiten verwendet werden.

Die Entladungsstrategien und der Maschinenaufbau sind auf die möglichst schnelle Fertigung von Bohrungen optimiert. Als Elektrode kommen Kupfer-, Messing- oder Graphitrohre mit Durchmessern zwischen 0,13 und 3 mm und einer Länge zwischen 300 und 800 mm zum Einsatz. Diese werden automatisch nachgeschoben, um den Abbrand der Elektrode zu kompensieren. Die Elektrode dreht sich während des Fertigungsprozesses, was zu einem gleichmäßigen Abbrand und schnellerem Abtrag am Werkstück führt. Durch das Elektrodenrohr wird ständig Dielektrikum gepumpt (Druck bis 60 bar), um das abgetragene Material wegzuspülen. Die Partikel, welche während des Erodierprozesses abgetragen werden, verbessern mit der Zeit die Leitfähigkeit des verwendeten Dielektrikums, folglich steigt die gesamte elektrische Leitfähigkeit des Dielektrikum.

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Laserbeschriften

Beschriftungslaser sind Systeme und Anlagen zum Kennzeichnen von Werkstückoberflächen, die eine Markierung über das direkte punktgenaue Einbringen von Wärmeenergie durch einen berührungslosen Laserstrahl erzeugen. Gängige Verfahren zum Laserbeschriften sind das Abtragen von Deckschichten, Gravieren durch Materialverdampfung, das Aufschmelzen zuvor aufgetragener Farbpigmente sowie bei Metallen eine Farbänderung durch Gefügeänderung mittels Anlassen. Verfahren zur Laserbeschriftung von Kunststoff sind der Farbumschlag durch Zerstörung im Material eingelagerter Farbstoffe sowie das Aufschäumen durch eingeschlossene Gasbläschen.
Beschriftungslaser sind bezüglich der Strahlquelle, Leistung und der Art des Markierkopfes zur Strahlablenkung für Markieraufgaben optimiert, können sich prinzipiell jedoch auch für Bearbeitungsaufgaben eignen. Lasermarkiersysteme unterschiedlicher Bauart dienen zur Integration in Anwendungen. Komplette Laserbeschriftungsanlagen in Standardausführung oder als kundenspezifische Lösung umfassen ein Lasermarkiersystem mit Steuerung, Bedieneinheit und Markiersoftware, den mit einem Gehäuse geschützten Arbeitsraum und gegebenenfalls Handhabungsvorrichtungen.Beschriftungslaser dienen zur direkten dauerhaften Kennzeichnung von Werkstücken aus einer Vielzahl von Werkstoffen in hoher Qualität. Die überwiegend eingesetzten Vektor-Lasermarkiersysteme bieten frei programmierbare Kennzeichnungsinhalte. Wichtige Anwendungen sind Markierungen mit Codes zur Rückverfolgbarkeit von sicherheits- und funktionskritischen Bauteilen und Baugruppen, direkte Kennzeichnungen mit Seriennummern, Typenbezeichnungen und Logos sowie oder auch dekorative Kennzeichnungen in manuellen Arbeitsplätzen, in der Fertigungslinie oder in Verpackungsanlagen. Ebenso dienen Laser zur Kennzeichnung und Bearbeitung z. B. von Kunststoffetiketten und Folien zur indirekten Bauteilkennzeichnung.

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