Die ultraschallunterstützte spanende Bearbeitung existiert zwar schon lange und doch ist sie noch immer ein Geheimtipp. Aber wer schwer zerspanbare Materialien bearbeiten muss, sollte das hybride Verfahren genauer anschauen.

Autor: Eugen Albisser

Harte und sprödharte Materialien wie Titan, Edelstähle wie CrNi, CrCo, CrMo, Hochleistungskeramik, Hartmetall, Wolfram, Germanium oder Glas sind für die Ultraschallbearbeitung kein Problem und lassen sich mit der Technologie viel wirtschaftlicher und vor allem in einer sehr hohen Qualität fertigen. Doch was steckt hinter der Technologie und was genau kann sie? Schaut man sich das Prinzip zum Beispiel bei einer Ultrasonic-Bearbeitungsmaschine an, so findet dort eine gleichzeitige Überlagerung der Werkzeugrotation mit einer axialen Bewegung im Hochfrequenzbereich (15-45 kHz) statt. Dies erfolgt durch einen Ultraschall-Generator im Zusammenspiel mit speziellen Werkzeugaufnahmen (BBT-30). Das Ergebnis ist eine definierte Schwingungsamplitude in axialer Richtung im µm-Bereich. Diese Werkzeugaufnahmen können übrigens ganz normal über das Werkzeugmagazin in die Spindel eingewechselt werden.

Universell einsetzbar

Grundsätzlich kann man mit Ultraschall schweissen, bohren oder ganz einfach Material von Oberflächen abtragen, also zum Beispiel schleifen, drehen oder fräsen. «Die Technologie erlaubt höhere Vorschübe, erzielt exzellente Oberflächengüten und längere Werkzeugstandzeiten», sagt Oliver Steiner, CEO der Steiner Werkzeugmaschinen. Seine Firma vertreibt die Maschinen des taiwanesischen Herstellers Tongtai in der Schweiz und damit auch die Ultrasonic-Bearbeitungszentren.

Die Fräsmaschine mit Zusatzfunktion

Deren Ultrasonic VU-5 zum Beispiel wird vor allem in der Medizintechnik, Luft- und Raumfahrttechnik, Optik- und Glasindustrie, der Uhrenindustrie und im Formenbau eingesetzt. Bei einer Tischgrösse von 800 x 410 mm lässt sie eine Beladung von 300 kg zu und ist mit BBT-30-Werkzeughaltern und einer Hochgeschwindigkeitsspindel ausgestattet. «Im Grund genommen ist die VU-5 primär eine Fräsmaschine mit einer zusätzlichen Funktion. Diese überlagert die konventionelle Kinematik mit einer Ultraschallschwingung des Werkzeuges», erklärt Steiner.

Ultraschalltechnologie löst Schleifmaschinen ab

Der Einsatz einer Ultrasonic-Technologie bietet sich vor allem dann an, wenn einerseits harte Materialien bearbeitet werden sollen, anderseits aber auch wenn man Schleifprozesse umgehen möchte. Denn mit einer Oberflächengüte je nach Material erreicht man zirka Ra 0,2 µm kommt zwar nicht an Verfahren wie das Läppen heran; kann sich aber mit vielen Schleifprozessen messen. Weil ausserdem ein Maschinenwechsel und ein Umspannen verhindert wird, erhöht sich die Prozesssicherheit wesentlich. «Wir haben bereits mehrere Anlagen in Firmen Ultraschall-Maschinen hingestellt, die inzwischen alle Schleifmaschinen ersetzt haben. Denn der Zeitgewinn war für das Unternehmen enorm», sagt Oliver Steiner.

Erfahrung sammeln im eigenen Applikationszentrum

Steiners Firma war in der Schweiz ein Pionier mit neuen Technologien über 10 Jahre mit 3D Druckern unterwegs und seit 6 Jahren mit den Tongai-Ultraschallmaschinen. Und deshalb steht am Standort in Gränichen auch das T-TAC, das Technical Application Center. Aus ganz Europa werden Testteile angeliefert, welche die einzelnen landesspezifischen Händler für ihre Kunden in Auftrag geben. «Der Vorteil an einem eigenen Applikationszentrum ist natürlich, dass wir nun ausgiebig Erfahrung mit der Technologie sammeln. Das heisst, dass wir uns bei vielen und vor allem schwer bearbeitbarn Materialen sehr gut auskennen – und so auch immer besser beraten können.»