DE10047054C2

DE10047054C2 - Verfahren zur Herstellung von Feinstperforationen

Info

Publication number: DE10047054C2
Application number: DE2000147054
Authority: DE
Inventors: Wilfried Seifried
Original assignee: W+W Frenkel GmbH and Co KG
Current assignee: W+W Frenkel GmbH and Co KG
Priority date: 2000-09-22
Filing date: 2000-09-22
Publication date: 2003-04-17
Anticipated expiration: 2020-09-23
Also published as: DE10047054A1

Description

Eine feine Perforation in industriellem Maßstab und gleichbleibender Qualität herzu stellen hat sich in der Vergangenheit als schwierig und teuer erwiesen. Bohren - ob nun mit konventionellen Mitteln oder per Laser - stößt sehr schnell an seine Grenzen, wenn größere Flächen perforiert werden sollen: Hier sind Verfahren gefragt, bei denen viele Löcher/Durchbrüche gleichzeitig eingebracht werden können. Zu diesen Verfahren zählt die Herstellung eines Negativ-Werkzeuges mit Stiften, Kernen, Nadeln u. dgl. als erstem Schritt, gefolgt vom eigentlichen Perforationsvorgang durch das Negativ-Werk zeug als zweitem Schritt.

In Ansätzen ist aus der US 52 47 151 A bekannt, dass mittels Funkenerosion aus einem Gesenk freistehende Kerne herausgearbeitet werden können. In dieser Druckschrift geht es um die Herstellung der Profilierung für die Laufflächen von (Auto-)Reifen. Obwohl das hier beschriebene Verfahren die Profilierung sehr exakt auf das Werkstück zu übertragen vermag, ist doch keine Methode ersichtlich - und auch nicht intendiert -, die freistehenden Kerne bis zu einem Minimaldurchmesser herunterzuarbeiten. Das hierzu geeignete Verfahren des Planetärerodierens wird in der DE 38 14 675 A1 beschrieben. Die Erodierelektrode wird durch zyklische laterale Translations bewegungen relativ zum Gesenk so ausgelenkt, dass dort maßlich vorbestimmbare Taschen herausgearbeitet werden können.

Aber auch dieser Schrift ist keine Lehre zu entnehmen zur Herstellung von feinen Stiften/Kernen.

Die Feinheit der erzielten Perforation hängt direkt vom Durchmesser der Stifte/Kerne/ Nadeln des Negativ-Werkzeuges ab. Hier existiert bislang eine verfahrenstechnische Grenze, die bei ca. 0,5 mm liegt. Zwar ist es theoretisch möglich, mit den bekannten Verfahren auch unter dieses Maß zu kommen; dabei steigen aber Bearbeitungszeit und Ausschussquote exponentiell an.

Aufgabe und Ziel des erfindungsgemäßen neuen Verfahrens ist die wirtschaftliche, rationelle und sichere Herstellung feinster Perforationen bis herab zu 0,1 mm Durch messer.

Dieses Ziel wird durch die im Hauptanspruch angegebenen Merkmale gelöst.

In den Unteransprüchen sind mögliche Ausgestaltungen der Erfindung niedergelegt.

Um das in der Einleitung genannte Negativ-Werkzeug mit feinsten Stiften/Kernen herzustellen, sind drei Verfahrensschritte notwendig. Als erster Verfahrensschritt wird eine Erodierelektrode, z. B. aus Kupfer oder Graphit, mit kleinstmöglichen parallelen Durchbrüchen hergestellt. Günstig ist beispielsweise die Verwendung feiner Zentner bohrer, bei denen sich am Rand des Durchbruchs eine Fase ergibt.

Unter Verwendung dieser Elektrode wird im Erodierverfahren aus einem z. B. aus Stahl bestehenden Gesenk das Negativ-Werkzeug hergestellt. Durch die Funkenerosion wird das Material des Gesenks breitflächig abgetragen, ausgenommen dort, wo die Durch brüche in die Elektrode eingebracht sind. Im Ergebnis werden am Gesenk freistehende Kerne herausgearbeitet, die näherungsweise denselben Durchmesser aufweisen wie der Durchbruch der Elektrode, abzüglich des doppelten Erodierspaltes.

Um den Durchmesser der Kerne noch kleiner zu bekommen, wird der dritte Verfahrens schritt angeschlossen: Die abgesenkte Elektrode wird um die Kerne herum ausgelenkt, was beim Senkerodieren über die Planetäreinrichtung oder über weitere zwei CNC- gesteuerte Achsen in genau vorbestimmbarem Ausmaß möglich ist. Nachdem beim zweiten Verfahrensschritt der Materialabtrag in vertikaler Richtung erfolgte, geschieht dies nun in horizontaler Richtung, so dass sich der Durchmesser der Kerne gleichmäßig verringert.

Dabei kann die Auslenkung kreisend oder linear erfolgen; auch die Kombination dieser Bewegungen ist denkbar. Dadurch können aus ursprünglich z. B. runden Kernen solche mit ovalem oder linsenförmigen Querschnitt - und dem angestrebten kleineren Durch messer - hergestellt werden. Mit linearer Auslenkung nur in eine definierte Richtung erzielt man klingenartige Kerne mit scharfer Kante.

Das entstandene Negativ-Werkzeug mit sehr feinem Kernbesatz dient nun der Her stellung der eigentlichen Perforation. Grundsätzlich sind hier alle gängigen Perforations verfahren denk- und machbar, wobei aber einige davon dem Sekundärwerkzeug hohe Kräfte zumuten und somit einem schnellen Verschleiß Vorschub eisten. Deshalb wird in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung das Gesenk mit den feinen Kernen als Teil eines thermoplastischen Spritzgießwerkzeuges hergestellt. In den umschlossenen Hohlraum dieses Spritzgießwerkzeuges ragen die Kerne in der Weise, dass sie mit ihrer Spitze/Schneide bei geschlossenem Werkzeug gerade die plane Fläche der anderen Werkzeugoberfläche touchieren. Beim Einspritzvorgang umschließt die plastische Masse die Kerne, wodurch im fertigen, ausgestoßenen Spritzteil feinste Perforationen entstehen, deren Durchmesser näherungsweise dem "verschlankten" Kerndurchmesser entspricht.

Mit dem beschriebenen Verfahren lassen sich, vor allem, wenn leistungsfähige CNC- gesteuerte Erodiermaschinen verwendet werden, sehr fein und gleichmäßig perforierte Halbzeuge, bspw. Kappen oder Plaketten, herstellen mit Durchmessern bis 0,1 mm. Bei kürzeren Stiftschäften sind noch geringere Durchmesser vorstellbar.

Das beschriebene Verfahren ermöglicht die rationelle Herstellung auch großflächiger Teile mit sowohl bislang unerreicht feiner wie auch gleichmäßiger Perforation. Einsatz gebiete sind z. B. Filterzwecke, Flüssigkeitszerstäubung oder Zerstäubung von Luft in Wasser, bspw. in Kläranlagen oder für die Balneologie.

Abschließend soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert werden. Dabei sind die Arbeitsschritte in Fig. 1-4 illustriert.

Fig. 1 zeigt die Ausgangsposition vor Beginn des Erodiervorgangs. Über dem noch unbearbeiteten Gesenk 2 ist die Elektrode 1 am Aufnahmeschaft 1a angeflanscht und in Position gebracht. In die Elektrode 1 sind Durchbrüche 1b mit Durchbruchsfase 1c eingebracht worden.

In Fig. 2 ist der vertikale Erodiervorgang bereits abgeschlossen; vom Gesenk 2 stehen geblieben sind die Tragplatte/der Gesenkboden 2a und die Kerne 2b, an deren Basis, der Durchbruchsfase 1c entsprechend, sich eine Kernfase 2c gebildet hat. Der Durch messer D1 der Kerne 2b entspricht abzüglich dem doppelten Erodierspalt näherungs weise dem Innendurchmesser der Durchbrüche 1b. Mit 3a ist die Senkbewegung dieses Arbeitsganges (Z-Achse) bezeichnet.

Fig. 3 zeigt die Elektrode 1 in Arbeitsstellung mit dem Gesenk 2. Nun beginnt die oszillatorische bzw. lineare Auslenkphase - symbolisiert durch die Pfeile 3b mit hori zontalem Abtrag von den Kernen 2b, wobei der Auslenkradius sukzessive bis zum gewünschten Restdurchmesser eingestellt wird.

Das Endergebnis sieht man in Fig. 4: Der Durchmesser D2 der Kerne 2b hat sich durch den vorangegangenen Arbeitsschritt auf das vorbestimmte Maß verringert.

Zeichnungslegende

1

Elektrode

1

a Aufnahmeschaft

1

b Durchbruch

1

c Durchbruchs-Fase

2

Gesenk

2

a Tragplatte/Gesenkboden

2

b Kern

2

c Kern-Fase

3

a Senk-Bewegung beim Erodiervorgang

3

b Auslenkung beim Erodiervorgang

3

c Hub in Ausgangsstellung

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Feinstperforationen, dadurch gekennzeichnet,
dass als erster Verfahrensschritt eine Elektrode (1) mit kleinstmöglichen parallelen Durchbrüchen (1b) hergestellt wird,
dass im zweiten Verfahrensschritt mit dieser Elektrode (1) im Senk-Erodierver fahren aus einem Gesenk (2) freistehende Kerne (2b) herausgearbeitet werden, die der Anordnung der Durchbrüche (1b) an der Elektrode (1) entsprechen,
dass in einem dritten Verfahrensschritt der Durchmesser der Kerne (2b) durch Auslenken der Elektrode (1) im Erodierverfahren um die Kerne (2b) herum auf ein vorherbestimmbares Maß verringert wird und
dass in einem vierten Verfahrensschritt mit Hilfe des die verfeinerten Kerne (2b) tragenden Gesenks (2) die Feinperforation im Ausgangsmaterial hergestellt wird.

2. Verfahren zur Herstellung von Feinstperforationen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vierte Verfahrensschritt ein Spritzgießvorgang ist, bei dem das die Kerne (2b) tragende Gesenk (2) die eine Hälfte des Spritzwerkzeuges bildet, wobei die Kerne (2b) bei geschlossenem Werkzeug gerade die gegenüber liegende plane Fläche der anderen Hälfte des Werkzeuges touchieren.

3. Verfahren zur Herstellung von Feinstperforationen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Endprodukt der beschriebenen Verfahren eine spritzgegossene, feinstperforierte Plakette ist.

4. Verfahren zur Herstellung von Feinstperforationen nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchbruch (1b) und damit auch der Kern (2b) an seiner Basis eine Fase/Rundung erhalten.

5. Verfahren zur Herstellung von Feinstperforationen nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass mit Maschinen erodiert wird, bei denen der Auslenkvorgang auf einen genau vorbestimmbaren Enddurchmesser der Kerne steuerbar ist.

6. Verfahren zur Herstellung von Feinstperforationen nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer CNC-Maschine erodiert wird, die sowohl allseitige Oszillationsbe wegungen wie auch lineare Seitwärtsbewegungen vorbestimmbarer Richtungen, jeweils senkrecht zur Senkachsenrichtung (Z-Achse), durchführt.

7. Verfahren zur Herstellung von Feinstperforationen nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass ein zirkuläres Auslenkverfahren gewählt wird, bei dem die Durchbrüche (1b) Bohrungen darstellen, mit der Folge, dass die Kerne (2b) als Stifte vorbestimm baren Durchmessers stehen bleiben.

8. Verfahren zur Herstellung von Feinstperforationen nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kerne (2b) durch unterschiedliche Auslenkamplituden in X- bzw. Y-Achsrichtung im Querschnitt oval bzw. linsenförmig gestaltet werden.

9. Verfahren zur Herstellung von Feinstperforationen nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kerne (2b) durch Auslenkung ausschließlich in eine lineare Richtung klingenartig gestaltet werden.

10. Verfahren zur Herstellung von Feinstperforationen nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass durch Auslenkung ausschließlich in mehrere lineare Richtungen Kerne (2b) mit vieleckig begrenztem Querschnitt entstehen.