Anwenderbericht VULIC ECM GmbH/ Weber Ultrasonics Ultraschall AG

Die elektrochemische Metallbearbeitung (ECM) ermöglicht die hochpräzise Entgratung und Verrundung von Werkstückkanten durch Elektrolyse. Eine Vor- beziehungsweise Nachreinigung sichert dabei die stabile Funktion des Prozesses und sorgt dafür, dass die Oberflächenbeschaffenheit definierte Sauberkeitsvorgaben erfüllt. Ein Hersteller von ECM-Lösungen integriert deshalb Ultraschall-Reinigungsmodule in seine individuell gefertigten Anlagen.

Zunächst konzentrierte sich die 2007 gegründete VULIC ECM GmbH & Co. KG auf die Entwicklung und Herstellung von kundenspezifischen Vorrichtungen (Werkzeugen) sowie Ersatzteile für die elektrochemische Metallbearbeitung (ECM). Sieben Jahre später folgte mit dem Bearbeitungscenter V 500 die erste in Eigenregie entwickelte ECM-Anlage und das angestammte Dienstleistungsportfolio wurde um die Lohnbearbeitung erweitert. Die modular konzipierten Standard- und Sonderanlagen sowie Services des in Ottobeuren ansässigen Unternehmens werden inzwischen international von Kunden unter anderem aus der Automobil- und Rüstungsindustrie, Luft- und Raumfahrt sowie Medizintechnik nachgefragt.

Integrierte Ultraschallreinigung für stabile ECM-Prozesse und hohe Sauberkeit

In der ECM-Technologie lassen sich Grate effizient entfernen und Kanten hochpräzise verrunden, und das auch in schwer zugänglichen Bereichen wie Sacklochbohrungen, Bohrungsverschneidungen und Taschen. Für den berührungslosen Prozess wird das Werkzeug als Kathode (negativ) an eine Gleichstromquelle angeschlossen und das Bauteil als Anode (positiv) gepolt. Der Ladungsaustauch erfolgt in einer salzhaltigen Elektrolytlösung, wobei die Grate vollständig aufgelöst und durch den Elektrolyten aus dem Arbeitsspalt abtransportiert werden. „Für die Qualität und Präzision von ECM-Prozessen ist es entscheidend, dass die zu bearbeitenden Teile öl- und fettfrei sind“ konkretisiert Sascha Haushammer, Vertriebsleiter bei VULIC ECM. „Darüber hinaus erfordern enorm gestiegene Sauberkeitsanforderungen meist eine Reinigung nach dem ECM-Prozess, in der Reste des Elektrolyten und eventuell am Bauteil haftende Partikel entfernt werden.“ Aus diesen Gründen bietet der Anlagenhersteller seit 2018 seine Maschinen auch mit integrierten Modulen für die Vor- und Nachreinigung an, beispielsweise mit Ultraschall, und nutzt diese auch im Dienstleistungsbereich. Die Reinigungsbecken fertigt VULIC ECM kundenspezifisch intern, inzwischen auch für Anwendungen ohne ECM. Für die Ausstattung mit Ultraschall suchte man einen leistungsfähigen Partner.

An die jeweilige Anwendung angepasster Ultraschall

Ein Unternehmen für Reinigungsmedien empfahl die Weber Ultrasonics AG. Die international tätige Gesellschaft entwickelt und produziert Ultraschallkomponenten für das Reinigen, Schweißen und Schneiden. Die Generatoren für die Bauteilreinigung stehen in unterschiedlichen Frequenzen, auch als Multifrequenzsysteme, zur Verfügung. Sie ermöglichen in Kombination mit frequenzangepassten Platten-, Tauch- und Stabschwingern den Bau kompakter, individuell auf die Werkstücke und Sauberkeitsanforderungen abgestimmter Reinigungslösungen. “Wir haben damals auch mit anderen Herstellern gesprochen, die Zusammenarbeit mit Weber Ultrasonics hat jedoch von Anfang an so gut funktioniert, dass wir keinen weiteren Anbieter ins Boot geholt haben“, berichtet Sascha Haushammer. „Wir werden sehr gut beraten und konnten dadurch im Laufe der Jahre auch ein gewisses Knowhow zur Ultraschallreinigung aufbauen. Die Expertise von Weber Ultrasonics benötigen wir heute eigentlich nur noch bei speziellen Projekten.“

Kantenverrunden und Reinigen von kilometerlangen Metallbändern

Ein solches Projekt war die Entwicklung und Fertigung einer Gesamtlösung zur Bearbeitung von unterschiedlich breitem und dickem sowie mehrere Kilometer langem Bandstahl. Die Aufgabenstellung klang eigentlich einfach: An den Teilen soll einseitig eine definierte Kantenverrundung erzeugt und sie für die anschließende kundenseitige Konservierung vorbereitet werden. „Darüber hinaus war die Prozessgeschwindigkeit ein wichtiger Faktor“, erklärt Sascha Haushammer. VULIC ECM konzipierte dafür eine modulare Durchlaufanlage mit den Stationen Vorreinigung, ECM-Bearbeitung und Nachreinigung inklusive Ultraschall. 

Das Modul für die Nachreinigung besteht aus drei separaten Zonen. Der mittlere Bereich verfügt bodenseitig mit einem 25 kHz Sonosub-Tauschwinger mit 500 Watt Leistung ausgestattet. Die lasergeschweißte Kapsel des Schwingers ist extrem glatt und minimiert dadurch Ablagerungen. Bei dem in der Leistung angepassten Sonic Digital HS3 Generator wird die Frequenz von 25 kHz durch einen 32-Bit Microcontroller digital erzeugt und geregelt sowie überwacht. Die Leistung lässt sich im Bereich von 10 bis 100 Prozent in 1%-Schritten regeln, was eine optimale Anpassung an teilespezifische Reinigungsprogramme erlaubt. 

Bearbeitung und Reinigung in hoher Prozessgeschwindigkeit

Die leicht mit Öl verunreinigten Bänder werden einlaufseitig mittels Haspel abgerollt und durchlaufen in der ersten Station eine kombinierte Spritz- und Bürstvorreinigung. Im mittleren Modul erfolgt die Kantenverrundung. An der Nachreinigungsstation wird der Bandstahl in der ersten Zone abgespritzt und bei Zone 2 über eine Rolle komplett in das mit Reinigungsmedium gefüllte Becken gezogen. In diesem Flüssigkeitsbad entfaltet der Ultraschall seine Wirkung durch akustische Kavitation: Der Tauchschwinger überträgt die vom Generator erzeugten elektrischen Signale in die Flüssigkeit, wobei ein Wechsel von Unter- und Überdruck entsteht. In den Unterdruckphasen bilden sich mikroskopisch kleine Hohlräume, die in der anschließenden Überdruckphase in sich zusammenfallen (implodieren).

Dabei entstehen Stoßwellen mit erheblicher Energie, durch die partikuläre und filmisch-chemische Kontaminationen "abgesprengt" werden. Gleichzeitig entwickeln sich Mikroströmungen, die ab- beziehungsweise angelöste Verunreinigungen wegspülen. Über eine weitere Rolle gelangen die Bänder in die mit einer Heißlufttrocknung ausgestattete Zone 3, werden anschließend in der kundenseitigen Konservierung vor Korrosion geschützt und danach wieder aufgerollt.

Über Weber Ultrasonics AG

Die Weber Ultrasonics AG entwickelt, produziert und vermarktet Lösungen und Komponenten für die industrielle Nutzung der Ultraschalltechnologie. Ihr Geschäftsfeld konzentriert sich auf das Reinigen, Schweißen und Schneiden mit Ultraschall und schließt weitere spezielle Anwendungsformen ein. Das Unternehmen ist nach DIN EN ISO 9001 zertifiziert und wurde bereits mehrfach für eine vorbildliche Unternehmensführung ausgezeichnet. Das mittelständische Unternehmen mit Sitz in Karlsbad (Deutschland) beschäftigt weltweit 120 Mitarbeiter. Zur Weber Ultrasonics AG gehören Tochterunternehmen in den USA und Asien sowie die Weber Entec GmbH & Co. KG mit Sitz in Ettlingen, die auf ultraschallbasierte Anlagentechnik für Biogas- und Kläranlagen spezialisiert ist. 

Weitere Infos auf www.weber-ultrasonics.com

Im ECM-Prozess lassen sich Kanten effizient und präzise entgraten und verrunden. Üblicherweise werden die bearbeiteten Teile anschließend gereinigt.

Bildquelle: VULIC-ECM

Für die einseitige Kantenverrundung der kilometerlangen Stahlbänder wurde eine Durchlaufanlage mit den Stationen Vorreinigung, ECM-Bearbeitung und Nachreinigung mit Ultraschall entwickelt.

Bildquelle: VULIC-ECM

Der in der Leistung angepasste Hutschienen-Generator verfügt über einen 32-Bit Microcontroller, der die Frequenz digital erzeugt, regelt und überwacht.

Bildquelle: Weber Ultrasonics

Die modularen Ultraschall-Reinigungsbecken fertigt das Unternehmen kundenspezifisch, auch für Anwendungen ohne ECM-Prozess. 

Bildquelle: VULIC ECM