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Foto: Benseler

Oberflächentechnik

Umbaulose Fertigung durch elektrochemisches Abtragen

Elektrochemisches Abtragen für komplexe Bauteile: Ein Forschungsverbund aus Wissenschaft und Wirtschaft entwickelt einen umbaulosen Fertigungsprozess.

In dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Forschungsprojekt „SwitchECM – Ressourceneffiziente Endbearbeitung durch elektrochemisches Abtragen mit prozessunabhängiger Kathodenbestromung“ arbeitet ein Forschungsverbund an einem umbaulosen Fertigungsprozess. Dafür kooperieren Wissenschaftler der Technischen Universität Chemnitz mit fünf Unternehmen – darunter die Benseler Sachsen GmbH & Co. KG in Frankenberg.

Wie funktioniert elektrochemisches Abtragen?

Das electrochemical machining (ECM) – die elektrochemische Metallbearbeitung – wird für bestimmte Entgratungssituationen bzw. -anforderungen im metallischen Bereich eingesetzt. Dabei lassen sich elektrisch leitfähige Werkstoffe mithilfe eines elektrischen Stroms und einer Elektrolytlösung anodisch auflösen.
Genauer: Durch das Anlegen einer Spannung zwischen Werkzeug (Kathode) und Werkstück (Anode) über einen flüssigen Ionenleiter (Elektrolyt) wird am Werkstück überschüssiges Material zielgenau entfernt. Sind mehrere Stellen zu bearbeiten, ist das derzeit nur schrittweise und nach Umbau der Anlage machbar.

Fokus auf eine umbaulose Fertigung

Mithilfe der SwitchECM-Technologie will das Verbundvorhaben diese Teilarbeitsschritte in einer Bearbeitungsstufe zusammenfassen. Möglich machen soll das ein Mehrkathodensystem, das mehrere Zonen gleichzeitig bearbeitet. Eine Lösung, die über den derzeitigen Stand der Technik hinausgeht.
Das Ziel: den Ressourcenverbrauch insbesondere in der Serien- und Großserienfertigung zu senken, die Effizienz zu steigern und damit die elektrochemische Metallbearbeitung attraktiver für neue Anwendungsfelder zu machen.

Modellgeometrien für die Fertigung von morgen

Unterstützung erhalten die Forscher von fünf auf die jeweiligen Forschungsbereiche spezialisierten Unternehmen. Die Benseler-Firmengruppe trägt unter anderem Modellgeometrien bei, an denen das Mehrkathodensystem ausgerichtet wird. Die Entgratungsspezialisten bauen die Versuchskörper und erarbeiten zusammen mit dem Forschungsteam anhand wirtschaftlicher und technischer Bewertungsfaktoren ein Serienkonzept.
„Bei den Anwendungen haben wir uns auf den Bereich pneumatischer und hydraulischer Antriebssysteme konzentriert und daraus Modellgeometrien abgeleitet, die in Frage kommen“, erklärt Silvio Peschke, Geschäftsführer der Benseler Sachsen GmbH. Die so identifizierten Werkstücke enthielten stets zwei Bereiche, die in einer Aufspannung mit unterschiedlichen Zielparametern bearbeitet werden sollten. „Das war beispielsweise eine einzelne, runde Bohrung mit 6 mm Durchmesser, die entgratet werden musste, und parallel dazu zwei Langlöcher mit einer definierten Kantengeometrie, die formgebend zu bearbeiten war“, so Peschke.

Die Entwicklung eines Mehrkathodensystems

Von Probewerkstücken wie diesen ausgehend, haben Wissenschaftler und Praktiker ein Mehrkathodensystem konstruiert, das im weiteren Verlauf des durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Initiative „Innovative Elektrochemie mit neuen Materialien“ (InnoEMat) geförderten Projekts gefertigt wird. Dazu gehört auch ein Mess- und Steuerungskonzept, mit dem die Betriebszustände an den Kathoden erfasst und die Stromstärke entsprechend kontrolliert werden können. Anschließend sollen alle Prozesskomponenten zu einem Gesamtsystem zusammengeführt, validiert und bis zum Projektende im August 2020 auf ihre Umsetzbarkeit bewertet werden.

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