Ultrasonic-Bearbeitung

Anorganisch-nichtmetallische Werkstoffe wie Glas, Glaskeramiken oder Kristalle erlangen aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften zu immer höherer Bedeutung. Beispielsweise sind Glaskeramiken wie Zerodur, welches eine sehr geringe Wärmeausdehnung in bestimmten Temperaturbereichen besitzt, für Anwendungen in Raumfahrt und Astronomie, wie auch in mechanischen Präzisionsgeräten sehr gefragt. Ebenso haben auch optische Gläser - durch die zunehmende Bedeutung der Optik - einen hohen Stellenwert in etlichen Branchen erlangt. Als Beispiel hierfür sei die monolithische Formgestaltung optischer Elemente genannt, die oft mehrere optische Funktionen in einem Bauelement vereint, ohne dass eine Montage verschiedener Einzelelemente notwendig ist. Um die oft komplexen Formen mit hohen Anforderungen an Formgenauigkeit und Oberflächenqualität herzustellen, bedarf es hochpräziser Fertigungsverfahren, wodurch u. a. CNC-gesteuerte Schleifmaschinen höchsten Anforderungen genügen müssen. Die mechanischen Eigenschaften anorganisch-nichtmetallischer Werkstoffe zeichnen sich durch hohe Härte und Sprödigkeit aus, weshalb eine Bearbeitung mit geometrisch unbestimmter Schneide seit Jahren der Stand der Technik ist. Neben zahlreichen konventionellen Schleifverfahren, hat sich das ultraschallunterstützte Schleifen in den letzten Jahren als ein weiteres vielversprechendes Verfahren herauskristallisiert. Die hochfrequente, longitudinal oszillierende Bewegung des Schleifwerkzeuges verspricht -zusammen mit der herkömmlichen Rotation- höhere Bearbeitungsqualitäten bzw. kürzere Bearbeitungszeiten und damit eine höhere Wirtschaftlichkeit als konventionelle Schleifverfahren. Da dieses Verfahren gegenüber dem herkömmlichen Schleifen noch verhältnismäßig neu ist, besteht noch einiger Forschungsbedarf, um die exakten Wirkmechanismen zu ergründen und optimale Bearbeitungsparameter für verschiedene Materialien zu ermitteln. Im Hinblick auf die Zielgrößen Rauheit, Kantenbeschaffenheit und Risstiefenschädigung, habe ich u. a. Untersuchungen an den Materialien Quarzglas, N-BK7, F2 und Zerodur durchgeführt. In den ersten, grundlegenden Untersuchungen konnten Ergebnisse zur wirksamen Amplitude und Frequenz der erwähnten Ultraschallschwingung an verschiedenen Werkzeugen gewonnen werden. Weiterhin wurden die wirkenden Kräfte am Werkstück während der Schleifbearbeitung analysiert und mit dem konventionellen Schleifen verglichen. Die unteren Abbildungen geben einen Einblick in die Forschungsaktivitäten.