Funkenerodiermaschine: Wagnerscher Hammer

Das Video zum Gravieren von Metallen mit einem Wagnerschen Hammer

Wagnerscher Hammer

Abbildung 1:
Der Aufbau ist recht simpel und besteht im Wesentlichen aus einem Elektromagneten und einem Unterbrecherkontakt. Der Elektromagnet ist so konzipiert, dass dieser den Hammer nach innen zieht, sobald ein Strom durch die Spule fließt. Wird der Stromfluss unterbrochen, so fällt der Hammer wieder nach unten. Der Trick besteht nun darin, den Strom durch die Spule über diesen Hammer laufen zu lassen so dass dieser als Unterbrecherkontakt für die Spule fungiert.

Abbildung 2:
Wird nun Spannung an den Hammer gelegt, so wird der Elektromagnet aktiviert.

Abbildung 3:
Als Gegenkontakt zur Spitze des Hammers fungiert das zu bearbeitende Werkstück. Ist der Hammer nach unten gefallen, schließt sich der Stromkreis und der Elektromagnet wird bestromt. Damit wird der Hammer nach oben gezogen und der Stromfluss direkt wieder unterbrochen. Ohne Strom fällt der Hammer nach unten, bis schließlich wieder Kontakt zum Werkstück besteht und der Prozess von vorne beginnt.

Abbildung 4:
Der Wagnersche Hammer ist an der Z-Achse einer CNC-Maschine befestigt. Wird diese nun langsam abgesenkt, so berührt irgendwann die Drahtspitze das Werkstück und der beschriebene Zyklus des Wagnerschen Hammers beginnt.
Die Prozesse laufen recht schnell ab, so dass das Öffnen und Schließen mit einer für das menschliche Auge zu hohen Frequenz abläuft. Zu sehen sind aber die Funken, die sich bilden, wenn das Messingröhrchen nach oben gezogen wird und das Plasma dabei die entstehende Lücke überbrückt, bis der Abstand schließlich zu groß und der Stromkreis somit endgültig unterbrochen wird.

Version 1

Abbildung 5:
Meine erste Umsetzung dieses Prinzips besteht aus einem Spulenkern aus dem 3D-Drucker, auf den 0.35mm Kupferlackdraht mit 100 Windungen aufgewickelt wurde. In die Halterung des Systems ist die Führung für ein 4mm Messingröhrchen integriert. An das Messingröhrchen sind 4 würfelförmige Magnete, alle mit ihren Nordpolen nach oben zeigend geklebt.

Abbildung 6:
Auf Dauer erwärmt sich der Elektromagnet so stark, dass der PET Kunststoff meines ersten Versuchsaufbaus geschmolzen ist. Als schnelle Lösung habe ich einen Lüfter angebracht.

Version 2

Abbildung 7:
Bei der zweiten Version meines Wagnerschen Hammers verwende ich einen komplienten Mechanismus zur Führung des Werkzeugs:
Bei diesem System wird die Bewegung längs einer Achse durch das Verbiegen von Teilen der Struktur ermöglicht, womit theoretisch jegliches Spiel eliminiert wird.
An dem unteren Ende der Gewindestange befindet sich eine Vorrichtung, an der ein Werkzeug eingespannt werden kann.

Abbildung 8:
Der Elektromagnet besteht nun aus einem Ferritkern, zusammengeklebt aus Teilen meiner Restekiste. DerZylinder besitzt einen Außendurchmesser von 36mm bei einem Innendurchmesser von 24mm. Die beiden Schenkel besitzen die Abmessungen 55x13x5mm.
Auf den Kern sind 100 Windungen mit 0.375mm Kupferlackdraht aufgewickelt.
Von dem Elektromagneten angezogen wird ein weiteres Stück aus Ferrit, das an einer 4mm Gewindestange angeklebt ist.
Dieses System arbeitet kraftvoller und wesentlich energieeffizienter als die Luftspule des ersten Versuchsaufbaus - daher wird kein Lüfter benötigt.

Beispielgravuren

Die hier zu sehenden Gravuren wurden mit Version 2 meines Wagnerschen Hammers angefertigt. Die Größe der Grafik beträgt 15x16mm.

Beispielgravur Stahlblech mit Wolframspitze

Abbildung 9:
Materialkombination: Stahlblech mit Wolframspitze

Beispielgravur Stahlblech mit Stahldraht

Abbildung 10:
Materialkombination: Stahlblech mit 0.5mm Stahldraht

Beispielgravur Kupferbeschichtete Platine

Abbildung 11:
Materialkombination: Kupferbeschichtete Platine mit 0.5mm Stahldraht

Abbildung 12:
Materialkombination: Alublech mit 0.75mm Kupferdraht
Das weichste Metall mit dem niedrigsten Schmelzpunkt meiner Versuchsreihe ist das kniffligste. Geklappt hat's mit 0.75mm Kupferdraht und Sonnenblumenöl auf dem Werkstück. Ferner habe ich die Vortriebsgeschwindigkeit auf 0.5mm pro Sekunde verringert.
Weitere Versuche zum Gravieren von Aluminium sind nötig, um bessere Gravuren zu erzielen.

HomoFaciens Coins

HomoFaciens Coins bestehen aus einer gravierten Stahlscheibe mit einem Durchmesser von 20mm, sind also etwas kleiner als eine 5 Eurocent Münze. Ziel ist es, die Gravur dieser Scheiben durch experimentieren beständig zu verbessern. Zu testen sind verschiedene Elektrodenmaterialien und -formen, Kühlmittel und natürlich Designänderungen des Wagnerschen Hammers, mit dem die Gravur durchgeführt wird. Es gilt also mal wieder, Geld auszugeben, um Materialien einzukaufen. Ihr könnt mich in meinen Experimenten finanziell unterstützen und erhaltet für Spenden ab 15,-€ (wenn gewünscht, Postadresse per Mail an mich nicht vergessen) als Dankeschön eine derartige "Münze". Sendet mir nach dem Überweisen der Spende eine Email mit eurer Lieferadresse. Versendet wird immer eine mit der aktuell besten Technik frisch hergestellte "Münze". Die Metallrohlinge sind nicht von Münzqualität, besitzen also Kratzer auf der Oberfläche. Zusammen mit der Herstellungsmethode (Funken führen ein Eigenleben) wird jeder HomoFaciens Coin zu einem Einzelstück. Vielen Dank für Eure Unterstützung!

Abbildung 13:
Materialkombination: Stahlscheibe mit 0.3mm Wolframcarbid Bohrer
Kühlmittel: Leitungswasser
Diese Münze wurde in dem Video graviert. Auf der Suche nach widerstandsfähigen Elektroden mit einem Durchmesser kleiner als die 0.5mm des Stahldrahtes, habe ich in meinem Bastelkeller nur die 0.3mm Bohrer gefunden. Die Form ist aufgrund der Schneiden des Bohrers natürlich nicht optimal, aber das Ergebnis ist nicht schlecht. Der Abbrand der Elektrode ist nicht allzu groß.
Leistungswasser ist als Kühlmittel ausreichend, es muss nicht das deionisierte Wasser sein, das für EDM-Maschinen verwendet wird. Die Leitfähigkeit des Kühlmittels beeinträchtigt die Funktionsweise des Wagnerschen Hammers nur unwesentlich.

Abbildung 14:
Materialkombination: Stahlscheibe mit 0.2mm Wolframdraht
Kühlmittel: Leitungswasser
Nach Abdrehen des Videos ist mit dem 0.2mm Wolframdraht eine weitere Bestellung eingetroffen. Auch der 0.2mm Draht ist ausreichend stabil, um mit diesem Gravuren auszufertigen. Der Abbrand ist etwas höher als mit dem mehr als doppelt so dicken Stahldraht und auch als mit dem 0.3mm Wolframcarbid Bohrer. Der Wolframdraht ist allerdings wesentlich billiger als der Bohrer und das Ergebnis fällt sogar ein klein wenig besser aus.

3D Dateien

Die 3D Dateien habe ich mit OpenSCAD erstellt. Die Originaldatei und alle Teile im STL Format gibt's als Download-Paket. Als Material für den 3D Druck habe ich PET-G verwendet.

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