Achtergrond
Direct drives verbeteren de oppervlaktekwaliteit
28 mei 2009
Direct drives en graniet zorgen voor hoge nauwkeurigheid bij moderne gereedschapsmachines. De bewerkingsmachines van Procon combineren de hoge stijfheid van een granieten bed met de voordelen van Idam-torsiemotoren. De machines fabriceren via het wirbel-proces bijvoorbeeld kogelomloopspindels met hoge oppervlaktekwaliteit. Daardoor kan een aansluitend slijpproces van deze onderdelen achterwege blijven.
In nauwe samenwerking met Schaeffler-dochter Ina Drives & Mechatronics (Idam) heeft Procon een nieuwe generatie wirbel-machines (zie kader) ontwikkeld waarmee hoogwaardige rotatiesymmetrische onderdelen zoals kogelomloopspindels en wormtandwielen kunnen worden gemaakt. Waar de rotatieassen eerder werden aangedreven via een tandwielkast of een tandriemoverbrenging, gebeurt dat bij de Procon-machines door Idam-torsiemotoren. Dit spaart vele mechanische onderdelen uit. Bovendien heeft een direct drive geen last van allerlei ongunstige invloeden die bij andere aandrijvingen wel voorkomen, zoals bijvoorbeeld elasticiteit in de aandrijftrein.
Dankzij de modernste aandrijf-, meet- en regeltechniek zorgen de direct drives van Idam voor hoge mechanische precisie en trillingsvrije loop. Dit leidt tot duidelijke verbetering van de oppervlaktekwaliteit van de werkstukken, die nu een geslepen uiterlijk bezitten als ze de machine verlaten. Het Schaeffler-productspectrum in de Procon-machines wordt gecompleteerd door spindellagers van Fag, een andere Schaeffler-dochter.
De gesloten behuizing van het wirbel-aggregaat is voorzien van een granieten bed en hydraulische dempers. Dit garandeert de hoogste stijfheid. Via een hydrocentreerring worden de werkstukken met hoge rondloopnauwkeurigheid gefixeerd. De afstelling van de gereedschappen gebeurt extern op een speciale configuratiebank. Het complete exterieur van de machine bestaat uit HPL-kunststof, krasvast en vormstabiel, met goede dempeigenschappen en eenvoudig te reinigen.
De directe aandrijving sluit storende invloeden door elasticiteit in de aandrijftrein uit.
De hard-wirbelmachine van Procon gebruikt de torsiemotoren van Idam.
Om aan de eisen van de machinefabrikant tegemoet te kunnen komen, koos Idam torsiemotoren die gunstige eigenschappen hebben voor de toepassing bij Procon. De tijden zijn voorbij waarin er torsiemotoren waren die geschikt waren voor elke toepassing. Specialisatie is het kernwoord. Veranderingen van kleine details in de motoropbouw kunnen de eigenschappen van een motor zowel in positieve als in negatieve zin sterk beïnvloeden. Daarom optimaliseert Idam zijn motoren tegenwoordig voor de specifieke toepassingen.
Het bedrijf uit het Duitse Suhl bouwt motoren met zowel inwendige als uitwendige rotoren. Bij deze laatste klasse zitten de permanente magneten in de uitwendige roterende trommel. Bij gelijke inbouwruimte beschikken ze over een hoger koppel dan een motor met inwendige rotor. Bij toepassing in bijvoorbeeld draaitafels kunnen hogere toerentallen en hoekversnellingen worden gerealiseerd. Ook de laststijfheid en positioneernauwkeurigheid krijgen een duwtje in de rug.
Bij de ontwikkeling van torsiemotoren legt Idam de nadruk op het verminderen van de lastpulsaties door magnetische reactiekrachten (reluctantieveranderingen), die zelfs aan stroomloze motoren meetbaar zijn en met snelle besturingen slechts ten dele kunnen worden gecompenseerd. De lastpulsaties hebben tot gevolg dat ook bij een stroom die een constant moment vormt, het afgegeven moment om een gemiddelde waarde fluctueert. Hierdoor kunnen vibratieproblemen ontstaan. Bij toepassing in gereedschapsmachines kan het merkbaar zijn aan de oppervlaktekwaliteit van de werkstukken. Door gerichte gepatenteerde innovaties is het de Idam-ingenieurs gelukt om deze effecten te reduceren of zelfs tot een niet meer meetbaar niveau te doen verminderen. De precisie van de uitgevoerde bewegingen wordt hierdoor beduidend verhoogd.
De Idam-torsiemotoren in de Procon-machine kunnen een omvangssnelheid bereiken tot 20 m/s. Indien gewenst, levert de Schaeffler-dochter ze echter ook met laagohmige motoren met een geringer poolaantal voor snelheden tot 50 m/s. Ook zijn er constructieve aanpassingen mogelijk die zeer vibratiearme motoren opleveren. Vooral in de medische industrie vinden deze toepassing. Idam-motoren kunnen bij een diameter van bijvoorbeeld 700 mm een toerental realiseren van 500 omwentelingen per minuut bij een piekmoment van 3000 Nm.
Bij Procon zet de trend van het gebruik van torsiemotoren sterk door. Op dit moment verlaten per jaar circa vijf machines de fabriek die met torsiemotoren zijn uitgerust. De tendens is sterk stijgend.
Marko Pfeiffer is hoofd branchemanagement bij Ina Drives & Mechatronics Duitsland.