Antriebstechnik fürs Hochgeschwindigkeitsbohren

Was das Hochgeschwindigkeitsbohren heute leisten kann, hat der Antriebsspezialist Tooldrives auf der Ligna 2019 gezeigt. In 17 Sekunden schaffte es eine High-Speed-Drilling-Unit, hundert präzise Bohrungen mit 6mm Durchmesser und 6mm Tiefe in eine für den Küchenmöbelbau typische, beschichtete Verbundholzplatte zu bohren. Das Werkzeug dreht sich bei solchen Anwendungen mit bis zu 18.000min-1 und muss die Zerspankraft an unterschiedliche Schichten der Platte anpassen. Nur so lassen sich saubere Schnittkanten und Innenflächen erzeugen. „Wir haben deshalb den Bohrprozess genau untersucht, eine spezielle Vorschubspindel entwickelt und entsprechend leistungsfähige Motoren und Motionsteuerungen eingesetzt, um hohe Kräfte bei gleichzeitig feinfühliger Regelung zu erreichen“, berichtet Volker Meier, Geschäftsführer von Tooldrives. Die Auswahl geeigneter Antriebskomponenten war keineswegs trivial. So muss der Frequenzumrichter für den Bohrantrieb eine Ausgangsfrequenz von 1.000Hz liefern, wobei zugleich eine feinfühlige Regelung des Bohrantriebs notwendig ist.

Automatisierungsspezialist im Boot

Den passenden Frequenzumrichter fanden die Konstrukteure des Bohrsystems im Produktprogramm von Yaskawa. Der A1000 liefert eine Ausgangsfrequenz von 1.000Hz, arbeitet bei einer Leistung von 1,5kW mit Open-Loop-Vectorsteuerung und kann kurzzeitig bis zu 150 Prozent Nennleistung abgeben. Seit Januar 2020 ist als Option für diese Anwendungen der neue GA500/1.000Hz verfügbar. Für die Wahl des A1000 sprachen aber nicht nur technische Gründe, so Meier: „Mit Yaskawa haben wir nun einen Automatisierungsspezialisten im Boot, der einen weltweiten Support garantieren kann und viel Erfahrung in der Holzbearbeitungsbranche besitzt. Durch das große Produktportfolio konnten wir für unsere Bohreinheit weitere Bauteile aus einer Hand beziehen.“

Leistungsfähige Antriebskomponenten

Und so stammen bei dem Messemodell nicht nur der Umrichter, sondern auch die Grundachsen und die Steuerung von dem Automatisierungsspezialisten. Dabei vereint die Steuerung der MP-Serie alle für die Maschinenprozesse notwendigen Funktionen wie Motion- und PLC-Funktionalität, Ein- und Ausgänge, sequenzielle Logik und Prozessalgorithmen. Die skalierbare Hardware für Motionanwendungen eignet sich für komplexe Applikationen mit bis zu 64 Achsen. Bei der aktuellen Applikation wurden die Sollwerte für Bohrlöcher mittels G-Code realisiert. Die Software Motionworks IEC und die Yaskawa-Toolbox gestatten eine einfache Programmierung. Dafür vereinen sie die fünf Programmiermöglichkeiten Kontaktplan (KOP), Funktionsbausteinsprache (FUP), strukturierter Text, Anweisungsliste (AWL) und Ablaufsprache und bieten eine Bibliothek mit verschiedenen Funktionsblöcken. Die Steuerung verfügt über einen integrierten Webserver und ist mit internationalen Netzwerkprotokollen wie Profibus oder Ethernet kompatibel.

Bohreinheit als Kompaktlösung

Die Zusammenarbeit zwischen den Experten für Bohren und Automatisierung geht weiter. Tooldrives bietet die Technik mittlerweile als Hochleistungsbohreinheit an, die sich nicht nur für den Einbau in Neumaschinen eignet, sondern auch in bestehenden Anlagen nachrüsten lässt. Der Bohrantrieb dieser High-Speed-Drilling-Unit ist in X-, Y- und Z-Richtung verschiebbar. Das Verschieben übernehmen je nach Aufbau Sigma-7-Servomotoren oder Linearmotoren mit passenden Verstärkern. Die Servoantriebe eignen sich für anspruchsvolle Positionieraufgaben und können Vibrationen im Betrieb unterdrücken. Zudem sind sie für lange Lebensdauer ausgelegt und können bei Umgebungstemperaturen zwischen 0 und 55°C ohne Kühlung arbeiten. Vorschub und Drehzahl des Bohrerantriebs werden über Verstärker der gleichen Serie geregelt. „Hier nutzen wir ein Sigma-7-Doppelachsmodul“, ergänzt Meier. Mit der Steuerung von zwei Motoren über einen Verstärker lässt sich der Platzbedarf senken und Energie sparen.

Einsatzbereiche für die Bohreinheit sieht Meier viele: „Der Holz- und Fensterbau gehören ebenso dazu wie die Möbelindustrie. Die Hochleistungsantriebe lassen sich auch für das Fräsen nutzen.“ Kurze Produktionszyklen, hoher Durchsatz und große Präzision sind auch hier in Aussicht gestellt.