Forgotten Champion Ultraschall-Schwingläppen – ein attraktives Bearbeitungsverfahren

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Das Ultraschall-Schwingläppen sei zu Unrecht vernachlässigt worden. Karlsruher Experten erklären hier, warum diese Art der feinsten Oberflächenbearbeitung eigentlich sehr attraktiv ist.

Aktuell beschäftigt sich ein Team am Forschungsinstitut Institute of Materials and Processes (IMP) an der Hochschule Karlsruhe (HKA) mit einem Verfahren, das in den letzten Jahren in den Hintergrund gerückt ist. Und dies, obwohl es einzigartige Bearbeitungseigenschaften und Vorteile mit sich bringt und auch noch Raum für Weiterentwicklungen bietet. Beim besagten Verfahren handelt es sich um das Ultraschall-Schwingläppen – kurz USSL.

Eine erste Marktanalyse an der HKA ergab, dass viele potenzielle Nutzer schlicht nicht mit dieser Oberflächenbearbeitungs-Methode vertraut sind. Dementsprechend beziehen sie das Ultraschall-Schwingläppen als Bearbeitungsprozess in ihre Produktion erst gar nicht mit ein. Doch mit Blick auf die Erkenntnisse der Karlsruher Forscher soll das Verfahren nun mehr in das allgemeine Bewusstsein gerückt werden. Es soll dabei als eine mögliche Alternative erkannt zu werden, die Zerspanungsaufgaben lösen kann, die sonst nur schwer oder umständlich bewältigt werden können.

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Das sind die Vorteile beim Ultraschall-Schwingläppen

Das Ultraschallschwingläppen ist ein Bearbeitungsverfahren, das Profilsenkungen mit geometrisch unbestimmter Schneide erzeugt. Die Besonderheit des Verfahrens liegt in den Werkstoffen, die damit bearbeitet werden können, und in der Bearbeitungsqualität sowie in der Flexibilität der per USSL herstellbaren Konturen selbst. Es können nämlich auch sprödharte Werkstoffe sowie Faserverbundwerkstoffe bearbeitet und dabei definiert hochwertige Kanteneigenschaften erreicht werden. So lassen sich präzise Profilsenkungen auch bei Werkstoffen wie Granit, Keramik, Glas, spröden Hartmetallen sowie CFK und GFK herstellen (siehe Bildergalerie). Die genutzten Werkzeuge (Bild 2) können sehr feine Konturen erzeugen, wie die Bildergalerie beweist. Aufgrund dieser Eigenschaften hebt sich das USSL von vergleichbaren und bekannteren Ultraschall-Bearbeitungsverfahren wie dem Ultraschallfräsen ab [2]. Mit diesem Verfahren lassen sich gewünschte Konturen als Senkung mit einer definierbaren Tiefe in vorher kaum bearbeitbaren Materialien erzeugen. Beispielsweise ist in Bild 1 auch der Schriftzug „IMP“ in einen Stein per Ultraschallunterstützung geläppt worden [1].

So funktioniert das Ultraschall-Schwingläppen in der Praxis

Die Bearbeitung erfolgt durch eine senkrecht oszillierende Sonotrode. Die Sonotrode gibt die Senkungsform vor. Sie wird mithilfe eines Piezoelements in ihrem Eigenschwingungs-Frequenzbereich von etwa 22 kHz betrieben. Der exakte Frequenzbereich ist dabei von der Eigenschwingung der Sonotrode abhängig. Dabei erhöht das angeflanschte Transformationsstück durch genaue schwingungstechnische Auslegung desselben die Amplitude der Sonotrodenschwingung am Arbeitspunkt. Hinzu kommt ein abrasives, feinkörniges Läppmedium, das Partikel aus der Werkstückoberfläche zu lösen und diese abzutragen vermag [3]. Eine Klassifizierung nach einer Schnittgeschwindigkeit vc ist aber nicht möglich. Der Vorschub kann jedoch mit einer Weg-zu-Zeit- oder Kraftsteuerung beeinflusst werden. Die Bearbeitung erfolgt dabei senkrecht zur Werkstückoberfläche – also in Z-Richtung. Außerhalb des Werkstückes ist ein übrigens auch ein horizontales Verfahren (X- und Y-Achse) möglich. Nach der Bearbeitung kann das Werkstück durch Abwaschen oder in einem Ultraschallbad gereinigt werden [1].

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