Antriebstechnik in Holzbearbeitungsmaschinen
Maschine läuft auf Knopfdruck
Maschinen mit hohem Automatisierungsgrad und möglichst großem Kundennutzen liegen in der Holzbearbeitung im Trend. "Ein Programmwechsel der Maschine sollte im Prinzip auf Knopfdruck möglich sein", betont Denis Lorber, Leiter Forschung und Entwicklung von Holz-Her in Nürtingen. "Der Kunde will in der Regel die fertig eingestellte vorpositionierte Maschine." Früher ein Alleinstellungsmerkmal großer Industriemaschinen, gilt dieser Anspruch heute für alle Baureihen - bis hin zu Einstiegsmaschinen. Möglich macht das unter anderem dezentrale Antriebstechnik.
Bild: TeDo Verlag GmbHAktuell werden automatisierte Aggregate auch für einfache Kantenanleimmaschinen bis hin zum Einstiegsbereich angeboten. "Vor ein paar Jahren wäre das noch ein Tabu gewesen, da die Kunden das nicht erwartet haben", erklärt Lorber.
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Anspruchsvolle Antriebstechnik
Damit die Automatisierung die in sie gesetzten hohen Erwartungen erfüllen kann, sind Steuerungs- und Antriebssysteme gefragt, die einheitliche Schnittstellen nutzen. Die Systeme müssen ohne Probleme miteinander vernetzt werden können. Holz-Her setzt daher auf CAN und Ethercat. Die Vernetzung reicht bis in jeden einzelnen Antrieb in der Holzbearbeitungsmaschine. Entsprechend hoch sind die Anforderungen an die Antriebstechnik. Das Spektrum der Antriebstechnik ist weitreichend. "Es beginnt von Highend her mit den AC-Servoantrieben, die wir in vielen unserer Produkte einsetzen, geht über Drehstrom-Asynchronantriebe bis hin zu kleinen Stellantrieben, die wir in hohen Stückzahlen benötigen, um unsere Maschinenaggregate sehr schnell ohne Unterstützung des Maschinenbedieners bis zu einem Hundertstel Millimeter wiederholgenau zu positionieren."
Bild: TeDo Verlag GmbHIntegrierte Schrittmotoren
Eine Antriebslösung, die sich im Prinzip in nahezu allen Holz-Her-Maschinen findet, sind die Schrittmotoren mit integrierter Elektronik des Antriebstechnik-Herstellers STXI. Warum diese Lösung besonders effektiv ist, erklärt Dr. Markus Erlich, bei STXI Vice President Marketing und Portfolio Management: "Der integrierte Umrichter betreibt den Schrittmotor mit Positionsgeber wie einen Servomotor. Das heißt, der Schrittmotor wird kommutiert als wäre er ein hochpoliger Servomotor." Das bringt Vorteile gegenüber klassischen Schrittmotoren. "Der Antrieb hat keine Schrittverluste und eine hohe Energieeffizienz, da nur die Ströme fließen, die für das geforderte Drehmoment benötigt werden - und nicht immer volle Ströme wie beim klassischen Schrittmotor", ergänzt Lorber. "Wir fahren auch Lageregelung. Der Motor hält also seine Position und verhält sich im Prinzip wie ein Servomotor." Aktuell sind diese Antriebe stark in Kantenanleimmaschinen und CNC-Bearbeitungszentren vertreten.
Für Kantenanleimmaschinen sind diese Antriebe geradezu prädestiniert. "Denn diese Anlagen haben sehr viele unterschiedliche Aggregate mit teilweise bis zu sechs oder acht Achsen je Aggregat. Für die Kunden ist es wichtig, schnell auf unterschiedliche Kanten und Bearbeitungen umzurüsten, ohne die Hauben öffnen zu müssen. Der manuelle Eingriff in die Maschine ist unerwünscht. Was zählt, ist keine Zeit zu verlieren, wenn von einem aufs nächste Werkstück umgerüstet wird", so Lorber. "Wir sind heute so schnell, dass wir bei mehreren Teilen in der Maschine sogar in der Lücke umrüsten können."
Bild: TeDo Verlag GmbHIntegration der Antriebe
Damit das immer reibungslos läuft, hat Holz-Her beim Engineering der Maschinen STXI sehr früh mit einbezogen. Dazu Lorber: "Es gibt auch eine Holz-Her spezifische Firmware, die wir eingefroren haben. So wird bei Software-Revisionen plötzliche Inkompatibilität mit unserer Steuerungswelt vermieden." Die Integration ist bis ins Detail geregelt. "Sie reicht hin bis zu diversen Funktionen, z.B. dem Verhalten beim Referenzieren, Verhalten und Farben der LEDs. Alle Befehle zur Positionierung sind dabei erfasst. Die Software-Entwickler beider Häuser haben hier ganze Arbeit geleistet. Sie haben auf jede Änderung am Markt schnell reagiert. Das war eine mustergültige Zusammenarbeit", lobt der Holz-Her-Entwicklungsleiter.
Aber es ging nicht nur um Software. "Wir haben auch eine Hardwarevariante speziell für Holz-Her ohne Kühlkörper entwickelt", erinnert sich der STXI-Vice-President. "An den oft scharfkantigen Kühlkörpern weit aus der Maschine herausstehender Motoren könnten sich Bedien- und Servicepersonal verletzen. Deshalb laufen diese Motoren jetzt in den Varianten mit einem oder zwei Stacks ohne Kühlrippen."
Eine Frage der Abstimmung waren auch die Steckverbinder. "Wir haben gemeinsam definiert, welche Steckverbindungen verwendet werden und in welche Richtung sie verbaut werden. Ziel war ein möglichst platzsparender Aufbau sowie eine einfache Installation bei der Erstinbetriebnahme im Produktionswerk", erläutert Denis Lorber ein weiteres Detail.
Wie das mit STXI funktioniert, erklärt Erlich. "Wir gehen in der frühen Phase der Produktentwicklung möglichst auf alle Kundenanforderungen ein. In dieser Phase können wir selbst in Standardprodukten noch entsprechende Anpassungen vornehmen. Kundenorientierung ist uns sehr wichtig. Wir sind kein Kataloghaus - deshalb nehmen wir bei Bedarf auch in einer Produktreihe, die wir als Standard anbieten, Änderungen vor. Bei den Holz-Her-Antrieben konnte ein Stecker komplett reduziert werden, indem auf die dort angeschlossenen I/Os verzichtet wurde."
Wärmeentwicklung und Inbetriebnahme
Für Holz-Her war auch die Dezentralität der Antriebe ein schlagendes Argument. Warum das so sein muss, sagt Lorber: "Wir setzten auf dezentrale Antriebstechnik, da wir eine relativ große Dichte an Antrieben mit einem vergleichsweise geringen Raum im Schaltschrank kombinieren mussten." Neben dem reduzierten Verkabelungsaufwand spricht auch das thermische Verhalten der Maschine für dezentrale Antriebe. "Es ist immer gut, wenn man es schafft, die Thermik dort, wo sie entsteht, in die Atmosphäre entweichen zu lassen, und sie soll am besten erst gar nicht in den Schaltschrank reinkommen."
Auch hier haben beide Partner von einander gelernt. "Wir produzieren knapp 700km von Nürtingen entfernt in Österreich. Deshalb müssen unsere Inbetriebnehmer alle Antriebe ohne die Hilfe eines Softwareentwicklers in Betrieb nehmen können", erklärt Lorber: "Wenn eine Maschine erstmals eingeschaltet wird, melden sich viele Antriebe, die zunächst gar nicht bekannt sind. Deshalb haben wir eine Intelligenz eingebaut, die eine schnelle Inbetriebnahme ermöglichst. Gemeinsam mit STXI haben wir deshalb das Typenschild angepasst." Die ID ist dort jetzt im QR-Code enthalten. Die Nummer auf dem Etikett entspricht genau der, mit der sich der Motor am Bus anmeldet. So wird bei der Serien-Inbetriebnahme der Motor praktisch über den Barcode-Leser eingescannt. Über die Inbetriebnahme-Software verbindet sich der Motor dann direkt mit der konkreten Achse. Entscheidend dabei war natürlich, dass sich die Holz-Her-Software-Entwicklungsabteilung mit STXI abgestimmt hat. Das Ziel ist erreicht. Fast alles läuft auf Knopfdruck.
Maschinen mit hohem Automatisierungsgrad und möglichst großem Kundennutzen liegen in der Holzbearbeitung im Trend. "Ein Programmwechsel der Maschine sollte im Prinzip auf Knopfdruck möglich sein", betont Denis Lorber, Leiter Forschung und Entwicklung von Holz-Her in Nürtingen. "Der Kunde will in der Regel die fertig eingestellte vorpositionierte Maschine." Früher ein Alleinstellungsmerkmal großer Industriemaschinen, gilt dieser Anspruch heute für alle Baureihen - bis hin zu Einstiegsmaschinen. Möglich macht das unter anderem dezentrale Antriebstechnik.
Bild: TeDo Verlag GmbHAktuell werden automatisierte Aggregate auch für einfache Kantenanleimmaschinen bis hin zum Einstiegsbereich angeboten. "Vor ein paar Jahren wäre das noch ein Tabu gewesen, da die Kunden das nicht erwartet haben", erklärt Lorber.Bild: TeDo Verlag GmbH
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Dieser Artikel erschien in SPS-MAGAZIN 1 (Januar Februar) 2023 - 09.02.23.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
