Aldrovandi AG

Drahterosion - Senkerosion

 

Drahterodieren


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Geschichtlicher Überblick

Schon im Jahre 1770 entdeckte der englische Wissenschaftler Priestley die erodierende Wirkung elektrischer Entladungen. Während der Durchführung von Forschungsarbeiten zur Eliminierung dieser erodierenden Wirkung bei elektrischen Kontakten, kamen die sowjetischen Wissenschaftler B.R. und N.i Lazarenko auf die Idee, die zerstörende Wirkung elektrischer Entladungen nutzbar zu machen und ein gesteuertes Verfahren zur Bearbeitung von Metallen zu entwickeln. Im Jahre 1943 erprobten sie ein Verfahren zur Bearbeitung durch Funkenerosion, das so genannt wurde, weil bei ihm aufeinanderfolgend Funken (elektrische Entladungen) zwischen zwei in ein flüssiges Dielektrikum eingetauchten Stromleitern erzeugt werden. Das Prinzip des damals verwendeten Funkengenerators, Lazarenko-Kreis genannt, wurde lange Zeit beim Bau von Generatoren für Funkenerodiermaschinen angewandt. In verbesserter Form wird dieser Generatortyp noch heute bei bestimmten Anwendungen eingesetzt. Die spektakuläre Entwicklung der Funkenerosion war durch den Einsatz von Forschern möglich, die dazu beigetragen haben, die grundlegenden Merkmale dieses Bearbeitungsverfahrens aufzuklären und es heute optimal zu nutzen. 1952 begann Charmilles, sich für die Funkenerosion zu interessieren, und 1955 wurde die erste Maschine, die dieses Verfahren nutzt, als Neuheit auf der Europäischen Werkzeugmaschinen-Ausstellung in Mailand vorgestellt.

 

 

Physikalisches Prinzip der elektroerosiven Bearbeitung

 

 

 

Die elektrische Entladung

Um einen Funken zwischen den beiden Elektroden zu erzeugen, muss eine Spannung angelegt werden, die grösser ist als die Durchbruchsspannung des Funkenspalts (Zwischenraum Elektrode-Werkstück).

Diese Durchbruchsspannung ist abhängig:

  • Von der Entfernung zwischen der Elektrode und dem Werkstück
  • Von der Isolierfähigkeit des Dielektrikums
  • Vom Verschmutzungszustand des Funkenspalts (Erosionsrückstände).

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An der Stelle, an der das elektrische Feld am stärksten ist, wird eine Entladung stattfinden.

Das wird das Endergebnis eines ganzen Prozesses sein.

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Unter der Einwirkung dieses Feldes werden freie (positive) Ionen und Elektronen beschleunigt, erreichen grosse Geschwindigkeiten und bilden sehr schnell einen ionisierten und damit leitenden Kanal.

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In diesem Stadium kann der Strom fliessen. Der Funke entsteht zwischen den Elektroden und provoziert zwischen den Teilchen eine unendliche Zahl von Kollisionen.

   

Es entsteht eine Plasmazone. Sie erreicht schnell sehr hohe Temperaturen der Grössenordnung von 8000 bis 12000'C und bildet sich weiter aus unter der Einwirkung der immer zahlreicher werdenden Stösse die ein lokales und momentanes Schmelzen einer gewissen Materiaimenge an der Oberfläche der beiden Leiter hervorrufen.

Gleichzeitig bildet sich aufgrund der Verdampfung der Elektroden und des Dielektrikums eine Gasblase, deren Druck gleichmassig bis zum Erreichen eines sehr hohen Wertes ansteigt.

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Im Moment der Stromunterbrechung führt das plötzliche Absinken der Temperatur zur Implosion der Blase. Dabei entstehen dynamischeiKräfte, die das geschmolzene Material aus dem Krater herausschleudern.

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Das erodierte Material wird dann im Dielektrikum in Form kleiner Kügelchen fest und wird von letzterem abtransportiert.

Die Erodierung an der Einheit ElektrodeWerkstück ist unsymmetrisch und wird insbesondere von der Polarität, der Temperaturleitfähigkeit, der Schmelztemperatur der Materialien, der Dauer und der Intensität der Entladungen bestimmt.

Sie heisst Abbrand, wenn sie an der Elektrode stattfindet, und Materialabtrag, wenn sie am Werkstück erfolgt.

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Elektroerosive Bearbeitungsarten

 


Bearbeitung mittels Einsenken

Verwendung für die Herstellung von Spritzformen, Pressformen und jedweder komplex geformter Einsenkungen oder Volumina. Der Formabdruck wird mittels einer Elektrode realisiert, die die negative Form des gewünschten Resultats hat.

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Bearbeitung mittels Draht

Verwendung für die Herstellung von Schnittmatrizen und -Stempeln, Ziehdüsen und aller anderer komplexer durchgängiger Profile. Die Profile werden mittels einer dünnen Drahtelektrode realisiert, die sich in X, Y und U, V gleichzeitig bewegen kann.

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Quelle: Schulungs-Handbuch "ROBOFORM 30-31-50-51" CHARMILLES TECHNOLOGIES 24.10.1997, auszugsweise


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Zuletzt geändert am: 11. Januar 2009

 

 

Prinzip der elektroerosiven Bearbeitung

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Eine Studie zum Funkenerosiven Schneiden mit numerischer Bahnsteuerung

 

erodieren1.gif (8956 Byte) Metallbearbeitung mit Funkenerosion ist heute weit verbreitet. Neben dem schon klassischen Senkerodieren......
erodieren2.gif (8472 Byte) gewinnt nun das numerisch gesteuerte funkenerosive Schneiden weltweit an Bedeutung. Es ist verblüffend wirtschaftlich und hat Anwendungen gefunden, die ganz neue Möglichkeiten im Fertigungsablauf erschliessen.
erodieren4.gif (7206 Byte) Die erste Maschine für dieses Verfahren kam aus der Schweiz.
erodieren5.gif (12506 Byte) Genauer gesagt, aus dem Kanton Tessin. Hier kann man übrigens nicht nur Ferien machen, sondern auch hochwertige, moderne Werkzeugmaschinen.
erodieren6.jpg (22187 Byte) Es war die AG für industrielle Elektronik, kurz AGIE, die 1969 mit der erstenAGIECUT-Maschine die Fachwelt überraschte.
erodieren7.jpg (23791 Byte) Nur wenig später sollte es sich erweisen, dass eine bahnbrechende Entwicklung gelungen war. Eine echte Pionierleistung, die heute im Mittelpunkt eines völlig neuartigen Fertigungssystems steht. Ein System, das für alle Anforderungen und jede Betriebsstruktur passende Lösungen bietet. Zunächst aber war zweierlei erreicht. Die langgewünschte Universal-
elektrode aus feinem Draht anstelle der beim Senken üblichen Formelektrode und das numerische Steuern beim funkenerosiven Bearbeiten.
erodieren13.gif (6175 Byte) Zum Regeln des Schneidspaltes sind spezielle Einrichtungen in der Maschine, der numerischen Steuerung und dem Generator eingebaut. Der Spaltregelkreis koordiniert die Bewegungen gegenüber den jeweiligen Entladebedingungen.
erodieren14.gif (6751 Byte) Das Dielektrikum-Aggregat versorgt den Schneidspalt sowie den Arbeitsbehälter mit Wasser. Dadurch entsteht die für die Entladung notwendige Isolation im Elektroden-Zwischenraum.
erodieren7.gif (4102 Byte) Beim funkenerosiven Schneiden wird Metall durch elektrische Entladungen abgetragen. Voraussetzungen sind: ein bestimmter Abstand zwischen Werkstück und Drahtelektrode, ein Dielektrikum und eine elektrische Spannung. Durch jede Entladung werden am Werkstück und Werkzeug ein wenig Metall zum Schmelzen gebracht und verdampft. Folgen viele Entladungen aufeinander, schneidet die Drahtelektrode eine sehr präzise Form im Werkstück.
erodieren16.gif (6154 Byte) Die notwendige elektrische Energie liefert ein Generator. Er formt den vom Netz kommenden Wechselstrom um und leitet ihn als Arbeitsstrom über einen Speicher an Werkstück und Drahtelektrode.
erodieren17.gif (6466 Byte) Zum funkenerosiven Schneiden eignen sich Impulsladende Generatoren am besten. Sie laden speziell geschaltete Speicher stossweise auf, die sich bei ausreichender Energiemenge über die Funkenstrecke entladen. Dabei wird der Elektroden-Zwischenraum überbrückt. Im Bild ist dies durch einen Schalter symbolisiert.
erodieren18.gif (6610 Byte) Beim Aufladen der Speicher werden auch Werkstück und Drahtelektrode aufgeladen. Im Elektroden- Zwischenraum entsteht ein elektrisches Feld.
erodieren19.gif (7880 Byte) Es konzentriert im Wasser mitgeführte schwebende  Partikel, die eine Brücke bilden. Gleichzeitig werden elektrisch negativ geladene Teilchen von der Elektrode abgestossen, wodurch sich im isolierenden Wasser ein elektrisch leitender Kanal aufbaut. Durch ihn fliesst Elektrizität und wird in Wärme umgewandelt.
erodieren20.gif (9312 Byte) Die dabei kurz einwirkende hohe Temperatur schmilzt und verdampft Metall. Um den Entladekanal bildet sich eine Dampfblase. Auf Werkstück und Drahtelektrode entsteht je ein kleiner Krater. Im Bild sind Draht und Elektroden-Zwischenraum sehr stark vergrössert.
erodieren21.jpg (17761 Byte) Beim Schneiden sind zahllose Entladungen als Funken sichtbar. Während der kurzen Zeit für diese Aufnahme haben sich einige Zehntausend Funken von etwa einer 10 millionstel Sekunde Dauer entladen.
erodieren22.gif (8465 Byte) Nocheinmal zurück zur Einzelentladung. Sie endet, wenn die Elektrizität im Speicher erschöpft ist. Der Entladekanal bricht zusammen und im Dielektrikum bleiben Rückstände. Abgetragene kleine Teilchen und Gase. Letztere entstehen durch die sehr hohe Entladetemperatur. Sie zerlegt etwas Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff. Die Dampfblase fällt zusammen, nachdem ihre Temperatur unter den Siedepunkt von Wasser sinkt.
erodieren23.gif (11033 Byte) So entstehen pro Sekunde einige Zehntausend kleine Krater. Dicht beieinander, immer dort, wo der Elektroden-Zwischenraum am kleinsten ist. Sie überlagern sich durch den Arbeitsfortschritt, wobei die Drahtelektrode ständig gegen das Werkstück verschoben werden muss, weil ein permanent gleicher Abstand wichtig ist.
erodieren24.jpg (31982 Byte) Nur so kann die Drahtelektrode ohne Unterbrechung einen Schnitt im Werkstück erzeugen, der je nach Arbeitsbedingungen und Werkstückhöhe jede Minute von einigen Zehnteln bis zu einem Millimeter länger wird. Sie sehen übrigens nicht doppelt, sondern den Fortschritt einer AGIECUT-Schneidarbeit etwa zwischen dem ersten und zweiten Drink.
erodieren25.gif (11042 Byte) An der Seite der Spur entstehende Krater ergeben die  typisch muldige, funkenerosiv geschnittene Oberfläche.
erodieren29.gif (3998 Byte) Entladungen sind nur möglich, wenn zwischen Drahtelektrode und Werkstück ein bestimmter Abstand besteht. Der Materialabtrag vergössert ihn fortlaufend, weshalb die Elektrode nachgeführt werden muss. Diese Bewegung darf aber nur entlang der vorgeschriebenen Schnittbahn erfolgen, damit am Ende der Bearbeitung die gewünschte genaue Form erreicht wird.
erodieren30.gif (6868 Byte) Das Nachführen auf der richtigen Bahn besorgt die numerische Steuerung.
erodieren31.gif (5293 Byte) Dazu steuert sie zwei Motoren, deren überlagerte Bewegungen jede gewünschte Form erzeugen.
erodieren32.gif (7789 Byte) Die Numerik vergleicht auch fortlaufend den Zustand im Schneidspalt gegenüber einem Sollwert. Je nach Ergebnis befiehlt sie den Motoren schneller oder langsamer zu laufen oder stoppt sie. Eine Rückwärtsbewegung auf der bereits geschnittenen Bahn ist ebenfalls möglich. Der spezielle Speicher hierzu ist ein wichtiges AGIE-Patent.
erodieren48.gif (4011 Byte) Die Drahtelektrode verschleisst und muss fortlaufend erneuert werden. Ein entscheidendes Prozesskriterium.

Quelle: Prospekt AGIE "Funken schneiden Formen" vom September 1975, auszugsweise


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Zuletzt geändert am: 11. Januar 2009

 

Verion 1 (AGIE) 

Definition der Elektroerosion

Das Verfahren ist dadurch charakterisiert, dass der Materialabtrag mittels einer Folge nichtstationärer elektrischer Entladungen erzielt wird, die zeitlich voneinander getrennt sind, d.h. dass nur ein einziger Funken auf einmal entsteht. Das Phänomen ist folglich unitär und periodisch. Die Entladungen werden durch Spannungsquellen (Leerlaufspannung) von über 200V erzeugt und finden stets in einem dielektrischen Bearbeitungsmedium statt. Das funkenerosive Bearbeitungsverfahren wird auch als elektroerosives Bearbeiten oder EDM (engl. Electrical Discharge Machining) bezeichnet.

 

 

SO FUNKTIONIERT ERODIEREN

VERSION1 (AGIE) VERSION2 (CHARMILLES)

 

Weitere externe Links zum Thema:

  • Die Geschichte der Drahterosion Wie ein ganz feiner Draht die Welt der Werkzeug- und Formen-Bauer veränderte
    von Thomas Doerpinghaus, Einem der von Anfang dabei war. (Der Mini-Cooper auf diesem Bild gehörte übrigens Ihm)

 

An alle Schueler, Lehrlinge, Studenten, die eine Arbeit ,Referat oder einen Vortrag machen:

Mailt uns Eure Arbeit und Ihr bekommt von uns ein Schweizer Militär Sackmesser zugeschickt.
Wir planen die gesammelten Arbeiten hier zu veröffentlichen.


 

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