Werkzeugoberfläche anders gestaltet

Gabriele Urhahn GF Machining Solutions, Schorndorf

Mit der Funkenerosion lassen sich leitfähige Werkstoffe beliebiger Härte hochpräzise und mit höchster Oberflächengüte bearbeiten – und das Verfahren wurde im Laufe der letzten 50 Jahre immer weiter perfektioniert. „Viele meinten, die Möglichkeiten dieser Technologie seien inzwischen weitestgehend ausgereizt“, sagt David Labadie, der bei der GF Machining Solutions für die Senkerosions-Produktlinie verantwortlich ist. Doch die Ingenieure seines Innovations-Teams wollen die EDM-Technologie revolutionieren: mit so genannten 3DS-Erosionsoberflächen.

Das Kürzel „3DS“ steht für dreidimensionale Strukturen. Tatsächlich beschreiten sie mit diesem Ansatz einen neuen Weg: Wurde bislang die Qualität einer Oberfläche im Grad ihrer zweidimensionalen Rauheit bewertet (Ra-Wert), geht es bei der 3DS-Technologie um die tatsächliche, 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 der GF Machining Solutions GmbH in Schorndorf. „Mit der 3DS-Technologie bieten wir Werkzeugbauern und vor allem Spritzgießern ganz neue Möglichkeiten.“

Durch eine optimierte Funkenentladung beim Erosionsprozess werden die Oberflächen wesentlich entschärft. Die Erodiertiefen sind zwar noch vorhanden, dreidimensional betrachtet weisen sie aber ein deutlich verrundetes Profil auf. Für Anwender soll das Vorteile bringen. Wie sich das in der Praxis gestaltet, kann Kurt Harz, Geschäftsführer der Lauer Harz Werkzeugtechnologie GmbH, aus eigener Erfahrung berichten. Das mittelständische Unternehmen aus dem sauerländischen Lüdenscheid stellt seit über 25 Jahren Spritzgussformen her – vornehmlich für die Automobil-, Pharma- und Bauindustrie.

Feinwerkmechanikermeister Harz setzt schon lange auf Maschinen von GF Machining Solutions und hat in seiner Laufbahn immer wieder ein gutes Gespür für Innovationen bewiesen. „Ich kann mir als kleiner Werkzeugbauer keine Fehlgriffe erlauben, deshalb überlege ich mir die Anschaffung neuer Maschinen sehr genau.“ Diese müssen ihm einen Wettbewerbsvorteil verschaffen, der sich schnell in barer Münze auszahlt. „Für Experimente sind wir nicht zu haben“, sagt der bodenständige Unternehmenschef.

Dennoch hat er sich als einer der ersten Kunden von GF Machining Solutions dazu entschieden, die 3DS-Technologie einzuführen. Kurt 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, einem Roboter, einer Jobmanagement-Software und der Senkerosionsmaschine Agie Charmilles Form 200.“

In den ersten Tagen waren Kurt 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 der Vergangenheit an, wodurch das Entformen der dünnen Stege deutlich einfacher wurde. Mit 3DS konnten die realen Entformkräfte mehr als halbiert werden. Eine manuelle Nacharbeit der Formen wie zum Beispiel Handpolitur war kaum noch erforderlich. Auch der sogenannte „Dieseleffekt“ war nahezu vollständig eliminiert: Die verrundete Oberfläche des Werkzeugs begünstigt die Entlüftung beim Spritzguss. Gaseinschlüsse werden somit vermieden, was wiederum Dieseleinbränden vorbeugt.

In der Konsequenz müssen mit der 3DS-Technologie gefertigte Formen nicht so oft gereinigt werden und sind damit deutlich produktiver. Insgesamt ergeben sich viele Vorteile für den Anwender, wie GF-Mitarbeiter Joachim Seele erklärt: „Je leichter das Entformen vonstatten geht, desto wärmer kann der Kunststoff beim Entformungsprozess sein. Entsprechend weniger Zeit benötigt das Abkühlen.“ So konnte der Kabelanbieter Bernd Richter GmbH in Wipperfürth laut Seele die Abkühlzeit von 65 auf 30 s senken. „Das bedeutet, dass die Maschine in der gleichen Zeit doppelt so viele Teile auswirft. Die Produktivitätssteigerungen sind also erheblich.“

Bei bestimmten Kunststoffarten – zum Beispiel jenen mit hohem Glasfaseranteil – ist ohne 3DS-Technologie eine gründliche Trockeneis-Reinigung der Spritzgussmaschine alle vier Stunden notwendig. Dank der 3DS-Technologie verlängert sich der Zyklus von 4,5 auf deutlich über 10 Stunden. „So können unsere Kunden die Maschinen auch über Nacht laufen lassen und erhöhen die Wirtschaftlichkeit“, ergänzt Kurt Harz.

Und es gibt noch einen weiteren Unterschied: Mit 3DS ist die Oberfläche des Spritzgussteils weniger empfindlich gegen Kratzer, was diese Technologie gerade auch für die Produktion von Werkzeugen für empfindliche und beanspruchte Sichtteile sehr interessant macht.

„Betrachtet man die Vorzüge der neuen 3DS-Technologie, so kann man davon ausgehen, dass sie sich schnell als Standard in der Industrie durchsetzt“, meint Kurt Harz. „Innovationen setzen sich meist von unten durch. Die 3DS-Technologie von GF Machining Solutions gilt noch als Geheimtipp. Noch… Wie gesagt, ich habe ein gutes Gespür für erfolgreiche Innovationen.“ ■