Neuartiger selbst-optimierender Vorschub für das Hochleistungsbohren von direkt angetriebenen Werkzeugen im mechatronischen CNC-Systembaukasten (itsowl-NoVHoW)

Problemstellung
Bauteile für die Möbelproduktion werden automatisiert gefertigt. Zum Bohren von Löchern in die Holzbauteile werden bisher Holzbearbeitungsmaschinen mit Bohrköpfen verwendet, die aus mehreren Antriebswellen, sogenannten Bohrspindeln, bestehen. Diese sind unflexibel, wartungsintensiv und verbrauchen viel Energie, da immer alle Bohrspindeln gleichzeitig angetrieben werden, auch wenn für einen Bohrprozess nur einzelne Spindeln benötigt werden. Darüber hinaus müssen diese für unterschiedliche Bauteile immer neu eingestellt werden. Der Bohrprozess beeinträchtigt daher die Produktivität des gesamten Fertigungsprozesses. Um die Qualität und Effizienz zu steigern, müssen die Bohrvorgänge intelligenter und flexibler gestaltet werden. Dazu müssen sich die Spindeln automatisch an das jeweilige Bauteil anpassen und einzeln angetrieben werden können.

Projektziele
Ziel des Forschungsprojekts itsOWL-NoVHoW war die Entwicklung von selbstoptimierenden, intelligenten Antrieben für die Möbelproduktion, die einen individuellen Einsatz jeder einzelnen Bohrspindel und eine Anpassung an das zu bearbeitende Holzbauteil ermöglichen.

Vorgehensweise
Dazu wurden die Bohranwendungen in bestehenden Holzbearbeitungsmaschinen in Hinblick auf wichtige Prozessparameter, wie Werkzeuggeometrie, Drehzahl, Geschwindigkeit, Material, Bohrtiefe und -genauigkeit analysiert. Daraus resultierend konnten Anforderungen an selbstoptimierende Bohrprozesse spezifiziert werden. Auf dieser Grundlage wurde ein Demonstrator für die Modellierung eines intelligenten Antriebs entwickelt, in dem die o. g. Parameter verändert, getestet und optimiert werden konnten. Die Integration von Sensoren ermöglicht die Analyse des Bauteils, worauf durch die Steuerungstechnik eine automatische Einstellung der optimalen Bohrprozessparameter erfolgt. Der intelligente Antrieb wurde in ein analytisches Prozessmodell für das Bohren von Holz und Holzverbundwerkstoffen überführt und seine Leistungsfähigkeit in einem Prototyp-Aufbau validiert.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Durch das Projekt wurden Voraussetzungen geschaffen, die Produktivität von Holzbearbeitungsmaschinen zu vervielfachen sowie die Qualität und Genauigkeit des Bohrprozesses zu verbessern. Der Energieverbrauch und der Aufwand für die Anpassung der Bohrköpfe an unterschiedliche Bauteile können mit den erarbeiteten Lösungen signifikant reduziert werden. Die Anwendungen können auf weitere Holzbearbeitungsprozesse, wie das Fräsen und Sägen, übertragen werden. Das erarbeitete Prozessmodell ist somit Grundlage für eine neue Generation von Maschinen- und Anlagenkonzepten für die Möbelproduktion in Deutschland.

• Technische Hochschule Ostwestfalen-Lippe
• WITTENSTEIN motion control GmbH