Grundlagen Was ist Funkenerosion (EDM) und wie funktioniert sie?

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Wenn herkömmliche Bearbeitungsmethoden an ihre Grenzen stoßen, kann die Funkenerosion helfen. Das EDM-Verfahren (electric discharge machining) ermöglicht eine hohe Genauigkeit und ist für jedes leitfähige Material geeignet.

Die in den 1940er-Jahren entwickelte Funkenerosion ist ein relativ altes, nicht traditionelles Bearbeitungsverfahren. In Kombination mit numerischen Computersteuerungen (CNC) ist es nach dem Krieg zu einer genauen und zuverlässigen Bearbeitungsmethode geworden, die heute zum Standard unter den Schneidverfahren gehört. Außer dem Werkzeug- und Formenbau wird die Funkenerosion typischerweise in der Automobil- und Luftfahrtindustrie eingesetzt – zum Beispiel bei der Herstellung von Flugzeugtriebwerken.

Die Funkenerosion (EDM) gilt als unkonventionelles Verfahren, bei dem Material mithilfe von Wärmeenergie von einem Werkstück abgetragen wird. Ähnlich wie beim Laserschneiden ist bei der Funkenerosion keine mechanische Kraft für den Abtragungsprozess erforderlich, weshalb es nicht zu den traditionellen Bearbeitungsverfahren gehört, im Gegensatz etwa zur Bearbeitung mit Fräs- Bohr- oder Drehwerkzeugen. Im Werkzeug- und Formenbau ist die Funkenerosion sehr beliebt, weil sie vor allem für harte Werkstoffe oder für besonders komplexe Formen, die mit dem Fräsen nur schwer machbar sind, geeignet ist.

Das Funkenerosionsverfahren

Die Ecyclopædia Britannica gibt eine kurze Erklärung zum Thema Funkenerosion:

"Beim Funkenerodieren werden hochfrequente elektrische Funkenentladungen von einer Elektrode aus Graphit oder Weichmetall (meist Kupferlegierungen), geleitet, um elektrisch leitende Materialien wie gehärteten Stahl oder Hartmetall oberflächlich abzutragen."

Vereinfacht ausgedrückt ist die Funkenerosion ein Fertigungsverfahren, bei dem mithilfe einer Elektrode Material von leitfähigen Werkstoffen präzise aber relativ langsam abgetragen wird. Ähnlich wie beim Eindrücken einer Form in weiches Material hinterlässt die Elektrodenstruktur nach und nach einen negativen Abdruck von sich im Werkstück. Der physikalische Prozess ist ein wenig komplizierter: In einem kleinen Spalt zwischen Werkstück und elektrisch aufgeladener Elektrode, der etwa so dick ist, wie ein menschliches Haar, springen Funken über, die das Material durch Schmelzen oder Verdampfen allmählich abtragen – zu erodieren. Für diesen Vorgang müssen Elektrode und Werkstück in eine dielektrische Flüssigkeit getaucht werden. Die Menge des mit einem einzigen Funken abgetragenen Materials ist gering, doch die Entladung erfolgt mehrere 100.000 Mal pro Sekunde und nicht nur an einer Stelle.

Während die Elektrode nach und nach näher an das Werkstück herangeführt wird, nimmt der elektrische Widerstand im Spalt, der auch als Funkenstrecke bezeichnet wird, ab, bis die angelegte Spannung durch das Dielektrikum in Form eines Miniblitzes zur Werkstückoberfläche durchschlagen kann. Für diesen Prozess ist es erforderlich, dass das Medium, in dem diese Entladung stattfindet, elektrisch isoliert. Das Material, das abgetragen wird, ist pulverartig. Dieses überschüssige Material wird durch mithilfe des Dielektrikums, dass man zum Ausspülen verwendet, stetig aus dem Spalt entfernt. Die Flüssigkeit ist auch für die Kühlung während der Bearbeitung nötig. Außerdem ist sie für die Kontrolle der Funken unerlässlich.

Und die wichtigsten Faktoren, die die Entscheidung für ein Elektrodenmaterial beeinflussen, sind die Leitfähigkeit und die Erosionsbeständigkeit des Werkstoffs für die Elektrode selbst. Graphit hat den Vorteil, dass es leichter zu bearbeiten ist als Kupfer. Kupfer ist jedoch sehr leitfähig und fest. Die nötigen formgebenden Strukturen werden in das Elektrodenmaterial durch spanende Bearbeitung erzeugt. Obwohl es sich ja quasi um die gleichen Strukturen handelt, funktioniert das, weil es sich um das Positiv derselben handelt.

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