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Feinbohrspindel für die Trockenfunkenerosion

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Entwicklung und Einsatz der trockenfunkenerosiven Feinbohrspindel

Die trockenfunkenerosive Feinbohrspindel ist für den industriellen Einsatz gedacht.
Die trockenfunkenerosive Feinbohrspindel ist für den industriellen Einsatz gedacht.
( Bild: IWF der TU Berlin )

Aus diesem Grund und zur Gewährleistung geringerer Drehzahlen deutlich unterhalb von n = 100.000 min-1 wurde die Hugo Reckerth GmbH mit der Entwicklung einer trockenfunkenerosiven Feinbohrspindel beauftragt. Die entwickelte Feinbohrspindel dient den systematischen Untersuchungen zum Einfluss einer Rotation der Werkzeugelektroden. Es handelt sich dabei um eine weltweit erstmalig für den trockenfunkenerosiven Einsatz im industriellen Maßstab entwickelte Feinbohrspindel. Da in der funkenerosiven Bearbeitung nur sehr geringe Prozesskräfte FP und damit keine großen Drehmomente MZ auftreten, erlaubt der verbaute Motor Drehzahlen der Feinbohrspindel im Bereich von 5000 min-1 ≤ n ≤ 40.000 min-1. Zur Fixierung der Rohrelektroden mit minimalen Außen- und Innendurchmessern von Da = 0,1 mm beziehungsweise Di = 0,03 mm kommen kommerziell erhältliche Elektrodenhalter von Balzer Technik aus der Schweiz zum Einsatz. Unter nahezu vollständiger Aufrechterhaltung des Spülvolumenstroms V̇ konnten Spüldrücke pp ≤ 50 bar erfolgreich angewandt werden.

Eine trockenfunkenerosiv hergestellte Mikrobohrung.
Eine trockenfunkenerosiv hergestellte Mikrobohrung.
( Bild: IWF der TU Berlin )

Bei der Feinbohrspindel ist der Rundlauffehler mit FR ≤ 1 μm kaum messbar. Mit den entwickelten Fertigungstechnologien für verschiedene Prozessgase ist damit erstmals die trockenfunkenerosive Herstellung kreisrunder Mikrobohrungen mit Durchmessern von D ≤ 1,0 mm im industriellen Maßstab möglich. Für Aspektverhältnisse von φ = 3 sind in Inconel 718 Erosionsdauern von tero = 70 s beziehungsweise in Si3N4/TiN von tero = 13 s bei einem relativen Längenverschleiß von ϑl = 4 % beziehungsweise ϑl = 30 % erreichbar.

Die Zukunft des trockenfunkenerosiven Feinbohrens liegt in der prozesssicheren Etablierung von Aspektverhältnissen φ ≤ 10 und darüber hinaus. Kooperationen mit Partnern aus der Industrie sollen nun die erfolgreiche Einführung der entwickelten Feinbohrspindel in den Markt gewährleisten.

Literatur:

[Sch16] Schimmelpfennig, T.-M.: Trockenfunkenerosives Feinbohren von Hochleistungswerkstoffen. Berichte aus dem Produktionstechnischen Zentrum Berlin. Hrsg. Uhlmann, E. Stuttgart: Fraunhofer IRB, 2016.

[Uhl12] Uhlmann, E.; Schimmelpfennig, T.-M.; Langmack, M.: Keramische Werkstoffe trocken erodieren, Mikroproduktion Mikrovent-Verlag, Mainburg, 2012, S. 23 – 37.

[Uhl16] Uhlmann, E.; Schimmelpfennig, T.-M.; Perfilov, I.; Streckenbach, J.; Schweitzer, L.: Comparative Analysis of Dry-EDM and Conventional EDM for the Manufacturing of Micro Holes in Si3N4-TiN. In: Procedia CIRP Volume 42. Proceedings of the 18th CIRP Conference on Electro Physical and Chemical Machining (ISEM XVIII), 2016, S. 173 – 178.

[Uhl17a] Uhlmann, E.; Perfilov, I.; Schimmelpfennig, T.-M.; Schweitzer, L.; Yabroudi, S.: Dry-EDM milling of micro-scale features with high speed rotating tungsten tube electrodes. In: Proceedings of the 17th euspen Conference, 2017, S. 175 – 176.

[Uhl17b] Uhlmann, E.; Yabroudi, S.: CFD-Simulation in Mikrospülkanälen beim funkenerosiven Feinbohren mit flüssigen und gasförmigen Dielektrika. In: 35. CADFEM ANSYS Simulation Conference, Die Fachkonferenz zur numerischen Simulation in der Produktentwicklung, Koblenz, 15. – 17.11.2017.

* Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann ist Leiter des Fraunhofer-Instituts für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik (IPK) sowie Leiter des Fachgebiets Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik an der Technischen Universität (TU) Berlin; Dipl.-Ing. Sami Yabroudi ist wissenschaftlicher Mitarbeiter, Dr.-Ing. Mitchel Polte Oberingenieur am Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb (IWF) der TU Berlin. Das Projekt wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert.

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