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Antriebssystem Leistungsfähige Antriebe: Kraftpaket bohrt „dicke Bretter“

Autor / Redakteur: Uwe Goldhorn und Ellen-Christine Reiff / Stefanie Michel

Holzbearbeitungsmaschinen müssen sehr viele exakte Bohrungen liefern und die Bohrgeschwindigkeit entscheidet maßgeblich über die Durchlaufzeiten. Oft liegt hier noch viel Potenzial, das eine neue Hochgeschwindigkeits-Bohreinheit mit leistungsfähigen Antrieben ausschöpfen will.

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Bild 1: In nur 17 Sekunden schafft es die High Speed Drilling Unit 100 Löcher mit einem Durchmesser von 6 mm und 6 mm Tiefe präzise in eine beschichtete Verbundholzplatte zu bohren.
Bild 1: In nur 17 Sekunden schafft es die High Speed Drilling Unit 100 Löcher mit einem Durchmesser von 6 mm und 6 mm Tiefe präzise in eine beschichtete Verbundholzplatte zu bohren.
(Bild: Yaskawa)
  • Tool Drives bietet für die Holzbearbeitung eine High Speed Drilling Unit an, die zahlreiche Löcher schnell und präzise bohrt. Dafür waren spezielle Antriebstechnikkomponenten nötig.
  • Die für den Prozess entwickelten Vorschubspindeln nutzen leistungsfähige PM-Motoren und Motion-Steuerungen sowie Frequenzumrichter mit einer entsprechenden Ausgangsfrequenz.
  • Die kompakte Bohreinheit mit dem Antriebssystem von Yaskawa lässt sich sowohl in neue Bearbeitungsmaschinen einbauen als auch in bestehenden Anlagen nachrüsten.

Was Hochgeschwindigkeitsbohren mittlerweile leisten kann, hat der Antriebsspezialist Tool Drives im Bereich Holzbearbeitung gezeigt: In nur 17 Sekunden schafft es die High Speed Drilling Unit, 100 Löcher mit 6 mm Durchmesser und 6 mm Tiefe mit höchster Präzision in eine für den Küchenmöbelbau typische, beschichtete Verbundholzplatte zu bohren (Bild 1). Der Bohrer dreht sich dabei mit bis zu 18.000 min-1. Er muss seine Kraft an die unterschiedlichen Schichten der Platte anpassen, damit die Schnittkanten und die Innenflächen der Löcher glatt und sauber sind. Es kommt also nicht nur auf die Bearbeitungsgeschwindigkeit, sondern auch auf die Qualität der Bohrungen an.

„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“, erzählt Volker Meier, Geschäftsführer bei Tool Drives (Bild 2). Die Auswahl geeigneter Antriebskomponenten war deshalb keineswegs trivial: So muss der Frequenzumrichter für den leistungsstarken Bohrantrieb eine Ausgangsfrequenz von 1000 Hz liefern können, wobei gleichzeitig eine feinfühlige Regelung des Bohrantriebs, einem Permanentmagnet-(PM-)Motor, notwendig ist. „Das Kraftpaket muss schließlich kontrolliert werden“, ergänzt Meier.

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Aufeinander abgestimmte Antriebskomponenten

Den passenden Frequenzumrichter, der die Konstrukteure des Hochgeschwindigkeits-Bohrsystems überzeugte, fanden sie im Produktprogramm von Yaskawa. Der A1000 (Bild 3) liefert die notwendige Ausgangsfrequenz, arbeitet mit einer Leistung von 1,5 kW mit Open-Loop-Vektorsteuerung und kann kurzzeitig bis zu 150 % Nennleistung liefern. Seit Januar 2020 ist auch der neue GA500/1000 Hz verfügbar (Bild 4) und ist für diese Anwendungen eine Option. Für die Wahl sprachen aber nicht nur technische Gründe, wie Meier berichtet: „Mit Yaskawa haben wir einen Automatisierungsspezialisten im Boot, der international sehr gut aufgestellt ist, weltweiten Support garantieren kann und obendrein auch in der Holzbearbeitungsbranche viel Erfahrung hat.“ Durch das große Produktportfolio konnte Tool Drives für die Bohreinheit auch viele weitere Bauteile vom Antriebsspezialisten beziehen. Die Antriebskomponenten sind genau aufeinander abgestimmt und setzen die diffizilen Ansprüche an die Regelung präzise um.

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Hintergrund
Junges Unternehmen setzt auf direktangetriebene Spindeln

Im Januar 2019 wurde die Tool Drives GmbH & Co. KG mit Sitz im westfälischen Medebach gegründet. Ihr Tätigkeitsfeld ist die Entwicklung, Herstellung und Vermarktung von direktangetriebenen Werkzeugspideln für die CNC-Hochleistungs-Trockenbearbeitung unter Nutzung von Patenten und Lizenzen und aller damit verbundenen Tätigkeiten. Das junge Unternehmen ist in den Räumlichkeiten der Anfotec GmbH in Medebach integriert und nutzt die bestehenden Prozesse und die Infrastruktur.

Mit diesen Voraussetzungen hat Tool Drives die Geschäftstätigkeit aufgenommen und bedient neben Serviceaufgaben zunehmend auch Neuprojekte. Durch die Modularität ihres mechatronischen Systembaukastens werden für Bearbeitungsmaschinen zur Herstellung von Akustikplatten, Fenstern oder (Küchen-)Möbeln maßgeschneiderte Lösungen realisiert.

Bei der Bohreinheit stammen nicht nur der Umrichter, sondern auch die Grundachsen und die Steuerung vom Automatisierungsspezialisten. Die All-in-one-Maschinensteuerung der MP-Serie von Yaskawa (Bild 5) vereint auf einer Plattform alle für die Maschinenprozesse notwendigen Funktionen wie Motion- und PLC-Funktionalität, Ein- und Ausgänge sowie sequenzielle Logik und Prozessalgorithmen. Die Controller-Integration senkt die Systemkosten, erhöht die Leistung, verringert den erforderlichen Platz im Schaltschrank und vereinheitlicht die Programmierung.

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