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12.12.2018

Für Anwendungen im Automobil und in der Luftfahrt

Technologietag bei Emag ECM in Gaildorf

Mit den elektrochemischen Feinbearbeitungsverfahren ECM und PECM dehnt die Emag-Gruppe ihre Verfahrenskompetenz entlang der Wertschöpfungskette weiter aus. Schlüsselfertige Anlagen und Prozesse ermöglichen sogar die automatisierte Parallelbearbeitung mehrerer Bauteile.

Anlässlich des Technologietags bei Emag ECM in Gaildorf konnte sich die seit 2009 zur Emag-Gruppe gehörige Tochter (ehemals Dorner GmbH) über 180 Anmeldungen erfreuen, allesamt Interessenten an der elektrochemischen Metallbearbeitung. Adressiert wurden vor allem potenzielle Anwender aus der Automobil- und Luftfahrtbranche. Kein Wunder, standen doch als Musterwerkstücke Komponenten von Turboladern, Einspritzsystemen, Ventiltrieben und Getrieben sowie Blisks, Einzelschaufeln, Disks und Diffusoren im Mittelpunkt. Vorträge und Werksbesichtigungen an zahlreichen ausgestellten, teils automatisierten Anlagen sowie diversen Werkstücken trugen viel zur Aufklärung rund um das aus Zerspanersicht unkonventionelle Verfahren bei.

Wurden bei ihrem ECM-Technologietag vom Andrang der Interessierten geradezu überrollt: Geschäftsführer Jochen Laun... (© Hanser)

Das Verfahren und seine Vorzüge

Das Verfahren ECM ähnelt vom Prozess her dem Erodieren. Mithilfe eines Werkzeugs als Kathode, eines Werkstück-Rohlings als Anode, einer zwischen diesen beiden angelegten Spannung sowie des Einsatzes eines elektrisch leitfähigen Elektrolyts, der durch den Spalt zwischen Kathode und Werkstück fließt, erfolgt ein berührungsloser Materialabtrag auf atomarer Ebene. Weil dabei Wasserstoff freigesetzt wird, sind alle Anlagen mit einer Absaugung versehen. Der Werkstoff geht im Zuge der Elektrolyse in Lösung und wird in Form von Hydroxiden mit dem Elektrolyt abtransportiert. Diese müssen in einem zweiten Kreislauf (Elektrolytmanagement) aus dem Elektrolyt herausgefiltert werden.

...und Geschäftsleitungsmitglied Richard Keller von Emag ECM (© Emag)

Die Vorzüge des Verfahrens, dessen Abtragsleistung in erster Linie von der Höhe und Dauer der Spannung respektive des Stromflusses abhängt: Es ist ein berührungsloses, thermisch neutrales und nahezu kräftefreies Verfahren. Härte, Zähigkeit und mechanische Eigenschaften der Bauteile werden nicht beeinflusst. Der Werkzeugverschleiß geht gegen null, die erzielbaren Oberflächengüten sind werkstoffabhängig, liegen aber im besten Fall bei einem Ra von etwa 0,05 µm. Ist der Prozess eingespielt, erzielt er eine hohe Reproduzierbarkeit insbesondere in Bezug auf die hohe Bauteilgenauigkeit. Sehr harte, mithin schwer zerspanbare Werkstoffe sind ebenso zu bearbeiten wie weniger harte. Es lassen sich kleine und dünnwandige Konturen erzeugen. Schruppen, Schlichten sowie das Polieren erfolgen in einem Arbeitsgang. Und, ein wichtiger Vorzug: der Prozess ist parallelisierbar, das heißt, es können mehrere Bauteile auf einmal bearbeitet werden.

Es wurde eng auf den Fluren: Eindruck vom ECM-Technologietag bei Emag ECM in Gaildorf (© Emag)

Das Verfahren lässt sich zudem variieren: bei der reinen DC-Bearbeitung liegt permanent die gleiche Stromhöhe an (ECM); daneben gibt es das gepulste ECM-Verfahren (PECM) sowie das precise electrochemical machining (PEM) – beide mit einer entsprechend höheren Geometriegenauigkeit am Werkstück. Neben der Eignung zum Entgraten von Bauteilen lassen sich Geometrien aus dem Vollen erzeugen, so etwa das Erzeugen von Blisks, bei dem keinerlei Nacharbeiten mehr anfallen sollen.

Elektrochemische Bliskbearbeitung aus dem Vollen auf einer PO 900 BF, die für komplexe Geometrien in der Triebwerkstechnik konzipiert ist (© Hanser)

Einschränkungen und Herausforderungen

Das Verfahren hat es im Detail dennoch in sich. Um der sogenannten Wilden Elektrolyse entgegenzuwirken, also dem Abtrag an Stellen, an denen dieser nicht vorgesehen ist, müssen diese Bereiche mittels genauer Abdeckung isoliert werden. Mit dem Problem der Seitenspaltaufweitung ist man beim Einbringen von Bohrungen in vorgegebenen Winkellagen konfrontiert. Schließlich gibt es einige Werkstoffe, etwa solche mit hohem Carbid- oder Siliziumanteil, aber auch porige Gusswerkstoffe, bei denen es zu rauen Oberflächen oder Korrosion kommen kann.

ECM-bearbeitete Nabe eines E-Bikes (© Hanser)

Daneben steht und fällt die Verbreitung des Verfahrens mit der Verfügbarkeit des besonderen erforderlichen Know-hows bei den Anwendern sowie mit den Erfahrungen im Vorrichtungsbau sowie dem fünfachsigen Fräsen der Elektroden. Aktuell bietet Emag ECM das komplette Portfolio aus einer Hand: Komplettlösungen, Entwicklungen, Prototypenfertigung und Beratung. Angesichts eines hohen Nutzenpotenzials sind die Perspektiven jedoch als sehr günstig einzustufen.

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