Feuer und Wasser für höchste Präzision

Der absenkbare Arbeitsbehälter der CUT 2000 von GF Agie Charmilles gestattet einen hervorragenden Zugang und ausgezeichnete Sicht auf die gesamte Arbeitszone. (PresseBox) (Schorndorf, ) Wenn Deutschlands Werkzeugbauelite Grundlagen erforscht und erprobt, dann werden in der Aachener Werkzeugbau Akademie GmbH (WBA) schon einmal die Grenzen des Machbaren in eine neue Ära vorangetrieben. Und wenn im Werkzeugmaschinenlabor der RWTH Aachen (WZL) die Bearbeitung neuer Materialien mit etablierten Maschinen getestet wird, dann müssen die Maschinen ihre Leistungsfähigkeit offen legen, um sie weiter zu entwickeln. Beim Draht- und Senkerodieren setzen Europas bedeutendste Forschungseinrichtungen in Aachen auf Erodiermaschinen von GF Agie Charmilles. Präzision und Leistung kommen dabei auch dem Arbeitskreis Elektroerosive Bearbeitung zu gute. Und bald auch Patienten mit Knochenimplantaten.

"Mit unserer Grundlagenforschung zur Prozessverbesserung im Werkzeugbau bringen wir die eingesetzten Maschinen immer wieder an die Grenzen ihrer Leistungsfähigkeit", betont Wolfgang Boos, geschäftsführender Gesellschafter der Aachener Werkzeugbau Akademie. "Die können bei einer Maschine für die Großserienbearbeitung durchaus in häufig wechselnden Werkstücken liegen", so der promovierte Ingenieur weiter. Beim Drahterodieren mit der eingesetzten Maschine CUT 2000 von GF Agie Charmilles wird mit den Parametern der Maschinentechnologie für Haupt- und Nachschnitte umfangreich gearbeitet, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Häufig geht es um Prototypen, Vorserienteile oder Demonstrationswerkzeuge und um die Zukunft, wenn beispielsweise für einen Automobilhersteller streng geheim neue Verfahren für Teile der übernächsten Fahrzeuggeneration erprobt werden. Ein optimaler Schnittspalt ist häufig das Ziel aller Anstrengungen.

Präzision und Wiederholgenauigkeit für den Fortschritt

Die Situation in der Maschinenhalle der WBA verblüfft den Betrachter zunächst, entspricht sie doch ganz und gar nicht dem gewohnten Anblick einer Produktionsumgebung. Was sich jedoch auf klinisch weißem Boden locker aufgestellt präsentiert ist die Crème de la Crème des Maschinenbaus für unterschiedlichste Bearbeitungsverfahren. Beim Drahterodieren setzt die WBA seit 2011 auf eine CUT 2000 von GF Agie Charmilles. "Wir schätzen die hohe Präzision der Maschine und die Wiederholgenauigkeit", berichtet Mike Brinkmann, Technischer Betriebsleiter der WBA. Eine der Grundlagen dafür ist das durchdachte Kühlsystem der Maschine, das für eine hohe thermische Stabilität sorgt. Alle Komponenten, die Wärme abgeben, werden durch Wasserzirkulation gekühlt. Der Funkengenerator und alle Pumpen haben ihr eigenes Kühlsystem. Dadurch ist die gesamte Ausrüstung vor störenden Wärmequellen geschützt und eine Basis für wiederholgenaues Arbeiten mit hoher Präzision geschaffen.

Als zentrale Einrichtung für anwendungsnahe Auftragsforschung ist die WBA ein Vertrauenspartner des Werkzeugbaus und widmet sich den aktuell drängenden technologischen und organisatorischen Fragestellungen. Gesucht werden Antworten, mit denen Unternehmen auf den gestiegenen Wettbewerbsdruck reagieren können, indem die Prozesse des handwerklich geprägten Werkzeugbaus auf industrielles Niveau gehoben werden. Entwicklungstreiber sind dabei immer schneller und häufiger wechselnde Teile beziehungsweise Werkstücke, kürzere Zeiten bis zum SOP (Start of Production) und das Ausschöpfen sämtlicher Potenziale zur Effizienzsteigerung.

Funktionen für die tägliche Praxis erleichtern die Arbeit

Obwohl die CUT 2000 von GF Agie Charmilles für den mannlosen Dauer- und Serienbetrieb geeignet ist, erleichtern einige Ausstattungsdetails den Betrieb auch bei häufig wechselnden Werkstücken oder Abtragsraten. So ermöglicht ein einziges Drahtführungssystem die Benutzung von Drahtdurchmessern zwischen 0,05 und 0,30 mm. Dabei wird der Draht zuverlässig automatisch eingefädelt, indem er offen in einem Wasserstrahl geführt wird. Diese fehlerfrei arbeitende Einfädelung wurde zwar hauptsächlich für den überwachungsfreien Langzeitbetrieb entwickelt, "sie hilft uns jedoch gerade auch bei häufig wechselnden Werkstücken oder Testverfahren außerordentlich", bestätigt Brinkmann. Der innovative und einzigartige Drahtwechsler AWC (Automatic Wire Changer) wechselt den Drahtdurchmesser automatisch während der Bearbeitung. Damit kann zuerst mit einem dicken Draht (z.B. 0,20 oder 0,25 mm) geschnitten und anschließend automatisch zu einem dünnen Draht gewechselt werden (z. B. 0,05, 0,07 oder 0,1 mm). Dadurch lassen sich bis zu 30 % der Bearbeitungszeit einsparen. Der absenkbare Arbeitsbehälter gestattet einen hervorragenden Zugang und ausgezeichnete Sicht auf die gesamte Arbeitszone. Da lässt sich dann bei abgeflossenem Dielektrikum sofort auch die hohe Oberflächenqualität erkennen. Die ist mit Ra 0,05 µm sehr gut und macht damit oftmals nachgelagerte Arbeitsschritte überflüssig.

Ortswechsel:

Knappe fünf Kilometer südlicher treffen wir in der Maschinenhalle des WZL auf eine ganz andere Situation. Dichtgedrängt stehen hier eine Vielzahl unterschiedlichster Maschinen verschiedenster Hersteller, alle voll funktionsfähig. Hier befinden wir uns quasi in der "Tuning-Abteilung" für Fertigungstechnologien. Die Forscher testen hier Neues aus. Maschinen, Verfahren, Werkstoffe, alles kann im Rahmen von Weiterentwicklungen untersucht, verändert, vorangetrieben werden. Mittendrin eine Senkerodiermaschine FORM 2000 und eine Drahterodiermaschine FI 240 CCS von GF Agie Charmilles. Für die Abteilung Abtragende Fertigungsverfahren von Oberingenieur Dr. Andreas Klink forscht Max Schwade mit der FORM 2000 an Senkerodierverfahren mit dem Werkstoff Magnesium.

Die Forscher am Lehrstuhl für Technologie der Fertigungsverfahren von Prof. Klocke, zu dem die Abteilung gehört, entwickeln und setzen Sensoren und Sensorsysteme in verschiedensten Fertigungstechnologien ein. Ziel der Entwicklungsarbeiten ist bei bestehenden oder neu eingeführten Prozessen, Werkzeugen und Bauteilwerkstoffen, den Einfluss auf die Bauteileigenschaften zu bestimmen und kontrolliert optimale Prozesszustände zu erreichen. Hierzu werden Prozesse mit neuesten Sensor- und Überwachungssystemen sowohl in experimentellen Untersuchungen im Labor, als auch unter Verwendung mobiler Überwachungssysteme in der Produktion untersucht.

Erodieren von Magnesium für biodegradierbare Implantate

Im Rahmen seiner Dissertation im Fach Maschinenbau wird Schwade durch seine Forschungstätigkeiten Empfehlungen für das Erodieren von Magnesium erstellen. Hierzu gibt es mit der Funkenerosion noch keine Erfahrungswerte. Aus dem Werkstoff sollen später passgenaue biodegradierbare Implantate hergestellt werden können, die sich selbst auflösen. In ein Probewerkstück werden mittels einer Senkelektrode 0,4 bis 0,8 mm große Kanäle eingebracht, deren Oberflächen später noch durch einen Anodisierprozess der Firma Meotec in Aachen gezielt umgewandelt werden. Durch solche Kanäle soll später organisches Knochenmaterial einwachsen und das Implantat aus Magnesium nach und nach überflüssig machen. Das löst sich durch normale Oxydation auf und schafft so Platz für das natürliche, nachwachsende Knochenstück.

Um die Testreihe möglichst klein zu halten und schnell brauchbare Empfehlungswerte zu gewinnen, werden an der Senkerodiermaschine FORM 2000 Spannung und Strom abgegriffen und gemessen. "So gewinnen wir mit intelligenter Prozessanalyse vielleicht schon aus einer Reihe von 30 statt 200 Einstellungen aussagekräftige Werte", mutmaßt Doktorand Schwade. "Bei dem häufigen Werkstückwechsel kommt uns die Bedienerfreundlichkeit und die sehr gute Zugänglichkeit der Maschine bei schnell absenkbarem Arbeitsbehälter zugute." Die von GF Agie Charmilles entwickelte iQ-Technologie (innovative Qualität) ermöglicht darüber hinaus verschleißfreies Erodieren mit Graphit- und Kupferelektroden. "Das senkt die Elektrodenkosten und erzielt dabei auch eine höhere Formgenauigkeit", erläutert Joachim Seele, Leiter Sales Support von GF Agie Charmilles.

Grundlagen und Leitlinien für Innovationen erarbeiten

Für Forschungen in neuen Gebieten wie hier dem Werkstoff Magnesium müssen die gewonnenen Ergebnisse natürlich absolut zuverlässig sein, schaffen sie doch Grundlagen und Leitlinien für künftige, innovative Verfahren und Produkte. Dafür sorgt unter anderem das einzigartige Maschinenkonzept der FORM 2000 mit einem Fundament aus Polymerbeton und einer dadurch möglichen hohen thermischen Stabilität. Das hochentwickelte System kompensiert jegliche Temperaturschwankungen in einem nicht klimatisierten Arbeitsumfeld. Die Glasmaßstäbe an den X-, Y- und Z-Achsen sind ölgekühlt und "in ihrer Genauigkeit derzeit nicht zu übertreffen", wie Seele versichert. Für wiederholgenaues Arbeiten sorgt schließlich der Generator IPG, dessen digitale Impulse zu verlässlichen Arbeitsergebnissen führen.

Neben der Veröffentlichung der Doktorarbeit werden Forschungsergebnisse auf Wunsch auch den Partnern im Industriearbeitskreis Elektroersosive Bearbeitung (EAK des WZL) zur Verfügung gestellt. Darin arbeiten Unternehmen aus dem Bereich der Entwicklung und Herstellung von funkenerosiven Werkzeugmaschinen oder der eingesetzten Arbeitsmedien und Elektrodenwerkstoffe sowie produzierende Endanwender zusammen. Nicht nur diese vertrauen auf die zuverlässige und präzise Arbeitsweise der FORM 2000 von GF Agie Charmilles, sondern auch Patienten, die eine Operation weniger ertragen müssen, weil deren Knochenimplantat sich zukünftig selbst auflösen wird.

Kontakt

GF Machining Solutions
Steinbeisstraße 22-24
D-73614 Schorndorf
Gabriele Urhahn
Marketingleiterin

Dateien

Social Media