Elektroerodieren

Das Funkenerodieren (kurz EDM von engl. electrical discharge machining), ist ein thermisches, abtragendes Fertigungsverfahren für leitfähige Materialien, das auf elektrischen Entladevorgängen (Funken) zwischen einer Elektrode (Werkzeug) und einem leitenden Werkstück beruht.

Die Bearbeitung findet in einem nichtleitenden Medium statt, dem sogenannten Dielektrikum (meist Öl oder deionisiertes Wasser). Entweder in einem Becken, das mit dem Medium gefüllt ist, oder es wird mittels Schläuchen der erodierte Bereich mit dem Medium gut umspült.

Das Elektrodenwerkzeug wird dabei auf einen so schmalen Spalt (0,04-0,5 mm) an das Werkstück herangeführt, bis ein Funken überschlägt, welcher das Material punktförmig aufschmilzt und verdampft. Je nach Intensität, Frequenz, Dauer, Länge, Spaltbreite und Polung der Entladungen entstehen die unterschiedlichen Abtragsergebnisse. Selbst komplizierte geometrische Formen sind herstellbar. Das Elektrodenmaterial wählt man nach dem zu bearbeitenden Werkstoff aus. Kupfer, Messing, Graphit, Kupferlegierungen (meist mit Wolfram) und Hartmetall sind die gängigsten Elektrodenmaterialen.

Man unterscheidet zwischen dem funkenerosiven Bohren (Bohrerodieren), dem funkenerosiven Schneiden (Drahterodieren), bei dem ein Draht die Elektrode bildet, und dem funkenerosiven Senken (Senkerodieren), bei dem die Elektrode als negative Form mit Hilfe einer Funkenerodiermaschine in das Werkstück gedrückt wird. Eine weitere Anwendung, die immer mehr Verwendung findet, ist das Scheibenerodieren, wobei eine Kupfer-, Kupfer-Wolfram- oder auch Graphit-Scheibe als rotierende Elektrode dient.

Geschichte

Im Jahre 1943 wurde von den russischen Physikern Lazarenko eine Publikation über "die Umkehrung des Verschleißeffektes aufgrund elektrischer Entladung" herausgegeben. Während Untersuchungen über die Abnutzung von Schaltkontakten entwickelten sie ein Bearbeitungsverfahren, bei dem sie den zerstörenden Effekt einer elektrischen Ladung nutzen konnten. Dies war der Anfang des Funkenerodierens. Der damals entwickelte Entladungsgenerator kam lange Zeit für Erodiermaschinen zum Einsatz. Viele Innovationen und technische Weiterentwicklungen haben dazu beigetragen, dass das Funkenerodieren in der Industrie zu einem bedeutenden Herstellungsverfahren wurde.

Einsatzgebiete Senkerosion

Vorteile

• Dort, wo die mechanische Bearbeitung schwer zerspanbarer Werkstoffe an ihre Grenzen stößt, beginnt das Einsatzgebiet des Senkerodierens (z.B. bei tiefen und schmalen Senkungen oder sehr komplexen Oberflächen).
• Es können extrem harte Werkstoffe wie gehärteter Stahl, Titan oder Hartmetall sowie leitfähige hochfeste Keramiken (Luft- und Raumfahrt) bearbeitet werden.
• Oberflächenstrukturen mit variabler Rauigkeit und gratfreien Kanten können hergestellt werden.
• Mit entsprechendem Aufwand können Oberflächen auch poliererodiert (mit AGIEBRIL) werden.
• Durch Einsatz einer Messmaschine, sowie eines Elektrodenwechslers kann die Autonomie beim Senkerodieren stark verbessert werden.

Nachteile

• Die lange Vorbereitungszeit bei der Elektrodenherstellung. Jede Elektrode muss definiert, gezeichnet und gefertigt werden.
• Der hohe Zeitaufwand beim Einrichten der Maschine. Jede Elektrode muss ausgemessen werden (Mittenversatz, Drehung, Länge). Messdaten zur Maschine übertragen.
• Beim genauen Arbeiten müssen die erodierten Flächen nachgemessen und gegebenenfalls nacherodiert werden.
• Durch die langen Bearbeitungszeiten muss der Raum klimatisiert werden. Temperaturschwankungen führen zu Ungenauigkeiten.
• In der Summe die höchsten Fertigungskosten im Werkzeug- und Formenbau.
• Die zu bearbeitenden Werkstoffe müssen elektrisch leitfähig sein.

Je nach Verfahren werden unterschiedliche Materialien für die Elektroden verwendet.

Bohrerosion: Kupfer- oder Messingröhrchen in verschiedenen Profilen (Ø 0,1 - 6,0 mm)

Drahterosion: Messing- oder Kupferdraht, teilweise auch beschichtet (Ø 0,05 - 0,3 mm)

Senkerosion: Kupfer- oder Graphitblöcke, die meist mit Hochgeschwindigkeitsfräsverfahren, seltener mit Ultraschallschwingläppen, ihre Form erhalten. Teilweise gibt es auch an den Erodiermaschinen Abrichtvorrichtungen zur Profilierung der Elektrode.

Beim Scheibenerodieren ist meistens ein Abrichtdrehmeißel fest montiert, mit dem die Elektrode frei profiliert oder bei starker Abnutzung wieder in Form gebracht werden kann.

Siehe auch

• Bohrerodieren
• Drahterodieren
• Senkerodieren
• Elektrochemisches Senken
• ECDM-Verfahren

Weblinks

• www.erosion.de
• [1] (Nutzen und Vorteile des Funkenerodiens)
• http://www.uni-stuttgart.de/izfm/lehre/Funk_ECM.pdf (PDF, 3,8 MB)