Was ist Drahterodieren? Definition, Beispiele und Kosten

Wenn es in der Fertigungstechnik um allerhöchste Genauigkeit geht, kommen oft spezielle Verfahren ins Spiel. Das Drahterodieren ist eine solche Methode. Es erlaubt, selbst extrem harte Metalle mit einem feinen Draht zu schneiden – und das mit einer Präzision, die oft im Mikrometerbereich liegt. Als eine besondere Form der Funkenerosion hat sich das Drahterodieren zu einer wichtigen Technologie in vielen fortschrittlichen Industriezweigen entwickelt. Dieser Artikel erklärt dir die Grundlagen, die Funktionsweise und die typischen Einsatzgebiete des Drahterodierens und gibt dir einen Einblick in die Kostenstruktur.

Was ist Erodieren (Funkenerosion) – Das Grundprinzip

Um das Drahterodieren zu verstehen, hilft ein Blick auf das zugrundeliegende Prinzip der Funkenerosion, oft auch als EDM (Electrical Discharge Machining) bekannt. Bei diesem Verfahren erfolgt der Materialabtrag nicht mechanisch, sondern durch eine Serie von elektrischen Entladungen – also Funken.

Stell dir vor, eine Werkzeugelektrode und das zu bearbeitende Werkstück befinden sich in einem nichtleitenden Medium, dem Dielektrikum (meist deionisiertes Wasser oder spezielles Öl). Zwischen beiden wird eine elektrische Spannung angelegt. Verringert sich ihr Abstand, kommt es zu einem Funkenüberschlag. Dieser Funke erzeugt lokal eine enorme Hitze, die das Material am Werkstück an dieser winzigen Stelle aufschmilzt und verdampft. Die umgebende Flüssigkeit spült die abgetragenen Partikel weg und kühlt den Bereich. Dieser Vorgang wiederholt sich tausendfach pro Sekunde, wodurch Material präzise entfernt wird.

Spezialfall Drahterodieren (Drahterosion, WEDM): Die Definition

Das Drahterodieren, auch Drahtschneiden oder WEDM (Wire Electrical Discharge Machining) genannt, ist eine spezialisierte Form der Funkenerosion. Der wesentliche Unterschied liegt in der Werkzeugelektrode: Hier dient ein sehr dünner, kontinuierlich durchlaufender Draht dieser Funktion.

Dieser Draht, oft aus Messing, Kupfer oder Molybdän, hat typischerweise einen Durchmesser von nur 0,02 bis 0,3 Millimetern. Er wird von einer Vorratsspule abgewickelt und nach dem Gebrauch wieder auf eine Aufwickelspule geführt oder entsorgt. So steht für den Schneidprozess immer frisches Elektrodenmaterial zur Verfügung. Das Werkstück wird auf einem hochpräzisen, computergesteuerten (CNC) Tisch positioniert und bewegt, um die gewünschte Schnittkontur zu erzeugen.

Wie funktioniert Drahterodieren genau? Der Prozess im Detail

Der Drahterodierprozess ist ein ausgeklügeltes Zusammenspiel mehrerer Elemente. Der unter elektrischer Spannung stehende Draht nähert sich dem Werkstück. Im engen Spalt zwischen Draht und Werkstück, der mit Dielektrikum gefüllt ist, baut sich ein starkes elektrisches Feld auf.

Sobald die Durchschlagsfestigkeit des Dielektrikums überschritten wird, entlädt sich ein Funke. Dieser Funke schmilzt und verdampft eine winzige Materialmenge am Werkstück. Die konstante Spülung mit dem Dielektrikum ist entscheidend: Sie entfernt die abgetragenen Partikel aus dem Schneidspalt und kühlt sowohl den Draht als auch das Werkstück.

Die CNC-Steuerung führt den Draht oder das Werkstück exakt entlang der programmierten Bahn. Diese Bahn wird oft aus CAD-Daten (Computer-Aided Design) generiert. Für besonders hohe Genauigkeiten und Oberflächengüten können nach dem Hauptschnitt noch mehrere Schlichtschnitte folgen. Dabei werden die elektrischen Parameter optimiert, um nur noch sehr wenig Material abzutragen und die Oberfläche zu glätten.

Voraussetzungen und Materialien: Was lässt sich bearbeiten?

Die elementare Voraussetzung für die Anwendbarkeit des Drahterodierens ist die elektrische Leitfähigkeit des zu bearbeitenden Materials. Die Härte des Materials spielt dabei, anders als bei spanenden Verfahren, eine untergeordnete Rolle.

Somit eignet sich das Drahterodieren für eine breite Palette von Metallen:

• Alle Stahlsorten, inklusive gehärtetem Stahl, Werkzeugstahl und Edelstahl.
• Hartmetalle, die mit konventionellen Methoden nur schwer zu bearbeiten sind.
• Titan und Titanlegierungen, häufig eingesetzt in der Medizintechnik und Luftfahrt.
• Buntmetalle wie Kupfer, Messing und Bronze.
• Aluminium und dessen Legierungen.
• Spezielle Hochleistungslegierungen, beispielsweise Inconel oder Hastelloy.
• Auch elektrisch leitfähige Keramiken oder polykristalliner Diamant (PKD) können drahterodiert werden.

Die Möglichkeit, auch bereits gehärtete oder anderweitig endbehandelte Teile präzise zu schneiden, ohne deren Gefüge negativ zu beeinflussen oder Verzug zu erzeugen, ist ein signifikanter Vorteil des Verfahrens.

Die Stärken des Drahterodierens: Präzision und komplexe Formen

Das Drahterodieren zeichnet sich durch eine Reihe bemerkenswerter Vorteile aus, die es für bestimmte Fertigungsaufgaben besonders attraktiv machen:

• Herausragende Präzision: Es lassen sich Toleranzen im Bereich von wenigen Mikrometern (±0,002 mm) erzielen. Auch sehr feine Oberflächengüten (bis zu Ra 0,1 µm) sind möglich.
• Fertigung komplexer Geometrien: Selbst filigranste Konturen, scharfe Innenecken, kleinste Radien und anspruchsvolle Freiformflächen können realisiert werden. Konische Schnitte oder Schnitte mit variierenden Profilen an Ober- und Unterseite des Werkstücks (mittels 4-Achsen-Steuerung) sind ebenfalls Standard.
• Keine mechanische Krafteinwirkung: Da der Draht das Werkstück nicht berührt, entstehen während des Prozesses keine Schnittkräfte. Dies erlaubt die Bearbeitung sehr dünnwandiger, labiler oder empfindlicher Bauteile ohne die Gefahr von Verformung oder Materialspannungen.
• Bearbeitung härtester Materialien: Die Härte des Werkstoffs ist für den Erodierprozess selbst kein Hindernis.
• Minimale Schnittbreiten: Die Verwendung sehr dünner Drähte ermöglicht äußerst feine Schnitte, was Material spart und die Herstellung graziler Strukturen erlaubt.
• Hoher Automatisierungsgrad: Moderne Drahterodiermaschinen sind oft für einen bedienerarmen Betrieb ausgelegt, inklusive automatischem Drahteinfädeln bei einem eventuellen Drahtbruch.

Typische Anwendungsbeispiele: Wo kommt Drahterodieren zum Einsatz?

Dank seiner besonderen Eigenschaften ist das Drahterodieren in vielen Hightech-Branchen fest etabliert. Im Werkzeug- und Formenbau ist es die Schlüsseltechnologie zur Herstellung hochpräziser Schnitt-, Stanz- und Biegewerkzeuge. Auch Spritzgussformen, Matrizen und Patrizen werden häufig drahterodiert.

Der Präzisionsmaschinenbau setzt das Verfahren für genaue Maschinenteile, Lehren, Düsen und komplexe Getriebekomponenten ein. In der Medizintechnik werden chirurgische Instrumente, Implantate und Teile für medizinische Geräte, oft aus Titan oder speziellen Edelstählen, mittels Drahterosion gefertigt.

Die Luft- und Raumfahrtindustrie nutzt das Verfahren für Turbinenschaufeln und andere kritische Triebwerkskomponenten aus Hochleistungswerkstoffen. Weitere wichtige Einsatzfelder finden sich in der Elektronikindustrie (Kontakte, Steckverbinder), der Automobilindustrie (Prototypen, spezielle Motorenteile) und der Uhrenindustrie (filigranste mechanische Bauteile).

Grenzen und Nachteile des Verfahrens

Trotz seiner Stärken unterliegt auch das Drahterodieren gewissen Einschränkungen:

• Leitfähigkeit erforderlich: Das Verfahren ist auf elektrisch leitfähige Materialien beschränkt.
• Geringere Abtragsrate: Im Vergleich zu spanenden Verfahren wie Fräsen ist die Bearbeitungsgeschwindigkeit langsamer.
• Kosten: Die Anschaffungs- und Betriebskosten von Drahterodiermaschinen sind relativ hoch.
• Startlochbohrung: Für Innenausschnitte ist meist eine Startlochbohrung nötig.
• Primär ein Schneidverfahren: Es ist nicht geeignet für Sacklöcher oder komplexe 3D-Kavitäten, wie sie das Senkerodieren ermöglicht.

Kostenfaktoren beim Drahterodieren: Womit ist zu rechnen?

Die Kosten einer Drahterodierbearbeitung werden von mehreren Faktoren beeinflusst. Der Maschinenstundensatz ist dabei oft der größte Posten und kann je nach Maschine und Anbieter zwischen 35 und über 80 Euro betragen.

Weitere wichtige Kostenfaktoren sind:

• Die Art und Dicke des Werkstückmaterials.
• Die Komplexität der zu schneidenden Kontur und die Gesamtlänge des Schnitts.
• Die geforderte Genauigkeit und Oberflächengüte, die eventuell mehrere Schlichtschnitte erfordern.
• Der Verbrauch an Erodierdraht.
• Der Aufwand für die Erstellung des CNC-Programms.
• Der Rüstaufwand für das Spannen des Werkstücks und das Einrichten der Maschine.

Für eine genaue Kalkulation ist es immer empfehlenswert, eine detaillierte Anfrage an einen spezialisierten Dienstleister zu stellen.

Fazit: Drahterodieren – Die Lösung für knifflige Präzisionsaufgaben

Das Drahterodieren ist ein hoch entwickeltes Fertigungsverfahren, das immer dann seine Stärken ausspielt, wenn höchste Präzision, komplexe Geometrien und die Bearbeitung schwer zerspanbarer Werkstoffe gefragt sind. Es ist kein Verfahren für die schnelle Massenproduktion, aber für viele anspruchsvolle Anwendungen im Werkzeugbau, in der Medizintechnik oder der Luft- und Raumfahrt ist es oft die technologisch überlegene und manchmal die einzig gangbare Lösung. Es demonstriert eindrucksvoll, wie physikalische Prinzipien für anspruchsvollste Fertigungsaufgaben nutzbar gemacht werden können.