Entwicklung, Analyse und Einsatz einer aktuierten variablen Werkzeugelektrode für die funkenerosive Senkbearbeitung - VariSenk4EDM

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jürgen Maas; Professor Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
• Fachliche Zuordnung: Fügetechnik und Trenntechnik ; Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426311818

Die Funkenerosion wird unter anderem für den Werkzeug- und Formenbau eingesetzt, da hierbei Werkstoffe mit hoher Härte und Festigkeit bearbeitet werden können und Genauigkeiten im einstelligen Mikrometerbereich erreichbar sind. Die eingesetzten Werkzeugelektroden beim funkenerosiven Senken können hochkomplexe Geometrien aufweisen, die zeit- und kostenaufwendig mittels spanender Bearbeitung hergestellt werden müssen. Um die Endkontur im Werkstück zu erreichen, sind verschleißbedingt zahlreiche Werkzeugelektroden notwendig, was einen erheblichen Zeit- und Kostenaufwand bedeutet. Die Herstellung der Werkzeugelektroden nimmt oft einen wesentlich größeren zeitlichen Anteil an der Gesamtfertigung ein, als der eigentliche Funkenerosionsprozess. Daher war die Zielstellung der ersten Förderperiode, grundlegende Erkenntnisse zu einem variabel aktuierten Werkzeugelektrodenmodul bereitzustellen, welches für die Schruppbearbeitung im Funkenerosionsprozess eingesetzt wird. Dieses Modul besteht aus 25 vierkantigen Werkzeugelektroden-Einzelsegmenten (WZES), welche über kraftschlüssige Kupplungen mit linearen Einzelaktoren verbunden sind. Über die Einzelaktoren kann die Geometrie des Werkzeugelektrodenmoduls eingestellt werden. Außerdem lassen sich die aktuierten WZES dynamisch positionieren, was neuartige Spülstrategien über Transversalwellenbewegungen des Werkzeugelektrodenmoduls erlaubt. Die Transversalwellenwirkung mit einer gerichteten Fluidbewegung konnte bereits nachgewiesen werden. Für die zweite Förderperiode wurden auf Basis der Projektergebnisse drei Hauptziele abgeleitet. Erstens sollen erweiterte Erkenntnisse zum aktuierten Werkzeugelektrodenmodul während des Betriebs im Maschinensystem erlangt werden. Dies beinhaltet Untersuchungen zum Einfluss von elektromagnetischen Feldern auf die Aktorik und Sensorik des Werkzeugelektrodenmoduls, zum elektrischen und thermischen Verhalten der Kupplung zwischen WZES und Aktorläufer, sowie zu neuen Regelungskonzepten zur Erzeugung mehrdimensionaler Transversalwellen. Zweitens erfolgt die Bereitstellung validierter Self Sensing Verfahren, um die Läuferpositionen der Linearaktoren und die bewegte Masse der WZES online zu schätzen. Daraus kann der Verschleiß der WZES während des Prozesses ermittelt werden. Drittens werden Erkenntnisse zur neuartigen Transversalwellenspülung im Prozess bereitgestellt. Dazu werden Anregeprofile für die WZES in Strömungssimulationen zur Generierung von gerichteten Fluidbewegungen untersucht und anschließend im Prozess experimentell analysiert sowie validiert. Am Ende des zweiten Förderzeitraums steht ein variabel aktuiertes Werkzeugelektrodenmodul zur Verfügung, mit dem der lokale Verschleiß der WZES online ermittelt werden kann und innovative Spülstrategien über Transversalwellen zur Optimierung des Abtrag- und Verschleißverhaltens im Funkenerosionsprozess realisiert werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen