Abkühlzeit halbieren durch dreidimensionale Werkzeug-Strukturen im Mikrobereich

Durch das 3D-Strukturierverfahren sind die Erodierkrater weniger scharfkantig, was das Entformen dünner Stege deutlich vereinfacht. (Bildquelle: GF Machining Solutions)

Mit der Funkenerosion lassen sich leitfähige Werkstoffe beliebiger Härte präzise und mit hoher Oberflächengüte bearbeiten. Das Maschinenbau-Unternehmen GF Machining Solutions, Schorndorf, hat dieses Verfahren im Laufe der letzten 50 Jahre ständig weiterentwickelt. „Viele meinten, die Möglichkeiten dieser Technologie seien inzwischen weitestgehend ausgereizt. Doch die Ingenieure unseres Innovations-Teams sind im Begriff, mit den neuen 3DS-Erosionsoberflächen die EDM-Technologie deutlich zu verbessern“, weiß David Labadie, bei GF Machining Solutions für die Senkerosions-Produktlinie verantwortlich.

Abkühlzeit halbieren durch dreidimensionale Werkzeug-Strukturen im Mikrobereich

Statt alle 4,5 Stunden muss die Form nur alle 10 Stunden mit Trockeneis gereinigt werden. Das erhöht die Produktivität und verringert die Wartungskosten. (Bildquelle: GF Machining Solutions)

Das Kürzel 3DS steht für dreidimensionale Strukturen. Tatsächlich beschreitet dieser Ansatz einen neuen Weg: Wurde bislang die Qualität einer Oberfläche im Grad ihrer zweidimensionalen Rauheit bewertet (Ra-Wert), betrachtet das 3DS-Verfahren die dreidimensionale Beschaffenheit einer Oberfläche. „Werkzeug-Oberflächen können den gleichen Ra-Wert haben und dennoch gänzlich unterschiedliche Eigenschaften aufweisen“, erklärt Joachim Seele, Leiter Sales Support bei GF Machining Solutions. „Mit der 3DS-Technologie bieten wir Werkzeugbauern und vor allem Spritzgießern ganz neue Möglichkeiten. Durch die optimierte Funkenentladung beim Erosionsprozess werden die Oberflächen wesentlich entschärft. Die Erodiertiefen sind zwar noch vorhanden, dreidimensional betrachtet, weisen sie aber ein deutlich runderes Profil auf“, führt der EDM-Experte aus.

Abkühlzeit halbieren durch dreidimensionale Werkzeug-Strukturen im Mikrobereich

Mit dem 3DS-Bearbeitungszentrum von GF Machining Solutions bei Lauer Harz werden Formen hergestellt, mit denen sich die realen Entformkräfte im Spritzguss mehr als halbiert haben. (Bildquelle: GF Machining Solutions)

Was zunächst sehr theoretisch klingt, birgt Vorteile für Anwender der 3DS-Technologie. Das bestätigt Kurt Harz, Geschäftsführer von Lauer Harz Werkzeugtechnologie, Lüdenscheid. Das mittelständische Unternehmen stellt seit über 25 Jahren Spritzgussformen her – vornehmlich für die Automobil-, Pharma- und Bauindustrie. Feinwerkmechaniker-Meister Harz setzt seit jeher auf Maschinen von GF Machining Solutions. „Ich kann mir als kleiner Werkzeugbauer keine Fehlgriffe erlauben, deshalb überlege ich mir die Anschaffung neuer Maschinen sehr genau. Sie müssen mir einen Wettbewerbsvorteil verschaffen, der sich schnell in barer Münze auszahlt. Für Experimente sind wir nicht zu haben“, sagt der Unternehmenschef. Dennoch hat er sich als einer der ersten Kunden dazu entschieden, die 3DS-Technologie einzuführen. Harz erinnert sich: „Wir haben im Frühjahr 2015 ein Komplettsystem von GF Machining Solutions angeschafft, ein so genanntes Form Werk. Es besteht aus einer Highspeed-Fräsmaschine Mikron HSM 500 LP, einem Roboter, einer Jobmanagement-Software und dem Herzstück – einer Senkerosionsmaschine Agiecharmilles Form 200 mit 3DS-Funktion.“

Abkühlzeit halbieren durch dreidimensionale Werkzeug-Strukturen im Mikrobereich

Mikroskopische Aufnahme einer mit und ohne 3DS erodierten Oberfläche. Beide Flächen haben denselben Ra-Wert 0,8µ. In der unruhigeren Topograhie der linken Fläche ohne 3DS verhakt sich der Kunststoff und lässt sich so deutlich schwerer entformen als in der oberen, deutlich homogeneren Fläche, die mit der 3DS-Technologie hergestellt wurde. (Bildquelle: GF Machining Solutions)

Leichteres Entformen, kürzere Abkühlzeiten

In den ersten Tagen waren Harz und seine Facharbeiter noch etwas skeptisch. Was sollte sich am lange erprobten Erodiervorgang noch verbessern lassen, fragte sich die eingeschworene Werkzeugbauer-Truppe. Sie experimentierten ein wenig herum, fertigten erste Prototypen an und waren von den Ergebnissen verblüfft: Die Scharfkantigkeit der Erodierkrater gehörte plötzlich der Vergangenheit an, wodurch das Entformen der dünnen Stege deutlich einfacher wurde. Mit 3DS ließen sich die realen Entformkräfte mehr als halbieren. Ein manuelles Nacharbeiten der Formen, etwa durch manuelles Polieren, war kaum noch erforderlich. Zudem eliminiert das Verfahren den sogenannten Dieseleffekt nahezu vollständig. Die verrundete Oberfläche des Werkzeugs begünstigt die Entlüftung beim Spritzguss. Gaseinschlüsse werden somit vermieden, was wiederum Dieseleinbränden vorbeugt. In der Konsequenz müssen 3DS-Formen nicht so oft gereinigt werden und sind damit deutlich produktiver. Insgesamt ergeben sich viele Vorteile für den Endkunden, wie Joachim Seele, GF-Mitarbeiter seit 21 Jahren, erklärt: „Je leichter das Entformen vonstattengeht, desto wärmer kann der Kunststoff beim Entformungsprozess sein. Entsprechend weniger Zeit benötigt das Abkühlen. So senkte zum Beispiel die Firma Bernd Richter, Wipperfürth, die Abkühlzeit von 65 auf 30 Sekunden. Die Produktivitätssteigerungen sind also erheblich. Harz erinnert: „Zudem tritt der Dieseleffekt kaum mehr auf.“ Tatsächlich ist dieses Argument nicht von der Hand zu weisen: Bei bestimmten Kunststoffarten – zum Beispiel jenen mit hohem Glasfaseranteil – ist ohne 3DS-Technologie eine gründliche Trockeneis-Reinigung der Spritzgussmaschine alle vier Stunden notwendig. Mit dem 3DS-Verfahren verlängert sich der Zyklus von 4,5 Stunden auf deutlich über 10 Stunden. „So können unsere Kunden die Maschinen auch über Nacht laufen lassen, was die Wirtschaftlichkeit erhöht“, ergänzt Harz.

Außerdem ist die Oberfläche des Spritzgussteils weniger empfindlich gegen Kratzer. Weshalb sich das 3DS-Verfahren gerade auch für das Produzieren von empfindlichen und beanspruchten Sichtteilen eignet. Mögliche Einsatzfelder sind zum Beispiel Armaturen, Verkleidungen, Abdeckungen und Griffe für das Fahrzeuginterieur, Haushaltsgeräte und die Verpackungsindustrie bis hin zu Handyschalen.

Über den Autor

Gabriele Urhahn

ist Leiterin Marketing/Kommunikation von GF Machining Solutions in Schorndorf.