HENNLICH d.o.o.
Pripravil: Matic Butja
Kako se obnašajo energijske verige pod vplivom vibracij?
Problem
Zahteve po natančnosti strojnih orodij nenehno naraščajo. Vse večji pojav avtomatizacije nam daje specifične izzive, na primer vpliv vibracij strojnih komponent na končni izdelek je zelo pomemben dejavnik pri struženju in rezkanju. Energijske verige, “nepogrešljiv del” modernega strojnega orodja, so eden izmed možnih virov vibracij, ki lahko povzročajo težave. Med obratovanjem se vibracije pojavljajo v notranjosti ter na premikajočem se koncu, kar lahko negativno vpliva na rezultat celotnega proizvodnega procesa, če presegajo določeno tolerančno območje. V okviru mednarodne konkurence je nemška industrija strojnih orodij še posebej odvisna od premijskih izdelkov, katerih produktivnost in natančnost jih ločita od proizvodov konkurentov. Dejavnike, ki omejujejo optimalno delovanje strojev, je treba prekositi z inovativnimi tehnologijami. Dobavitelji kakovostnih strojev, ki se uporabljajo pri izdelavi orodij, so odvisni od delov, kateri oskrbujejo naprave z električno energijo in pri svojem delovanju povzročajo kar najmanj vibracij ter nudijo nemoteno delovanje. Zato so odvisni od izdelkov za oskrbo z energijo, ki omogočajo minimalno mero vibracij in tekoče nemoteno delovanje.
Natančnost rezanja in rezkanja
Dinamične obremenitve vedno ustvarjajo vrsto vibracij, kar lahko privede do zamika orodja ter obdelovanca med obdelavo. To pa poslabša kvaliteto rezanja kovine. Poslabšanje rezalnih pogojev pri obdelovalnem stroju lahko privede do nestabilnosti postopka. Tako med obdelovanjem prihaja do tako imenovanih “chatter vibracij”, ki pa lahko privedejo do zmanjšanja natančnosti stroja in povečanja obrabe komponent stroja. Posledice segajo od napak na izdelku do izpadov proizvodnje. Ker je materiale vse teže obdelovati, hkrati pa trg zahteva vse večjo natančnost strojev, je uporaba komponent z nizkim oddajanjem vibracij pomembnejša bolj kot kdaj koli prej. Nemoteno delujoče energijske verige so torej nepogrešljive za omejevanje samogeneriranih vibracij stroja.
Način delovanja
Večina energijskih verig, ki se trenutno uporabljajo, ima sistem povezave s čepom ter utorom. Ta standardna funkcija omogoča, da so členi verige med premikanjem vedno med seboj varno povezani. Zaradi načina te povezave je sistem z oskrbo električne energije robustno zaščiten pred upogibnimi momenti. Vendar pa morajo proizvajalci še vedno računati s tako imenovanim “učinkom poligona”, medtem ko veriga doseže segment ovinka, izvede zasuk, ki ni popolnoma okrogel. Krog, ki je idealno gibanje za verigo, postane poligon, kar privede do vzdolžnih ter bočnih udarcev, katerih posledica se kaže v tresljajih. Tako pa pridemo do našega cilja: zmanjševanje vibracijskega učinka. Za reševanje tega problema se uporabljajo različni pristopi. Večina proizvajalcev kakovostnih verig se v glavnem zanaša na majhen razmak členov, kar prispeva k nižji ravni hrupa in tekočemu delovnemu procesu.
Karakteristike tehnologije energijske verige igus
Vse verige igus so zelo robustne, dobro prenašajo vibracije in so zato idealne za uporabo v postrojih. V primeru e-verig z načinom pritrjevanja z zatičem ter utorom, pa se pri konstrukciji poslužujejo pristopa nizke konstrukcije, da bi dosegli bolj tekoče ter tišje delovanje. Za še posebej zahtevne aplikacije, kjer je glavni cilj maksimalno znižanje vibracij, je igus razvil inovativne vezne člene: elastične elemente iz visokokakovostne plastike.
Namesto konvencionalne razmeroma toge povezave, sestavljene iz zatiča ter utora, imajo verige tipa E3, E6 in E6.1 vse funkcijske povezave fleksibilne. Tako med premikanjem verige zmanjšajo območje delovanja vibracij na minimum. V teh primerih je možno zelo tiho delovanje, skoraj brez vplivov vibracij. Zelo tekoče, tiho delovanje in istočasno doseganje visoke stopnje pospeška, vse to lahko dosežemo z verigami E6. V 220 milijonih testnih ciklov so v tehničnem centru igus demonstrirali prednosti in slabosti inovacij ter samo efektivnost le-teh. Testi v dolgotrajnem testiranju leta 2008 z energijsko verigo E6.29 so prestali več kot 400 milijonov celotnih upognjenih gibov. Neodvisna ocena Univerze za uporabne znanosti v Kölnu je pokazala, da nobena uporabljena pritrdila niso pokazala vidnih ali izmerljivih poškodb.
Vzmetni element ima tudi možnost modularnega nameščanja na konstrukcijo energijske verige. Tako so lahko stranski vzmetni elementi hitro pritrjeni ali odstranjeni. Zato je sistem zelo enostavno prilagoditi individualnim potrebam ter zahtevam.
Glede na teste inštituta IP Fraunhofer je polimerni material verige in vzmeti odporen proti koroziji. Ima tudi odlično lastnost odpornosti proti obrabi ter abraziji, pri čemer je vredno omeniti tudi dejstvo, da sta tako veriga kot tudi vzmetni element oba certificirana z najvišjim standardom kakovosti za čiste prostore (ISO Class 1). Uglajen, tekoč način delovanja se odraža v majhnem hrupu, kot pri modelu E6. Izmerjena raven zvoka je le 37dB(A), kar je precej pod ravnijo konkurenčnih izdelkov, kar potrjuje ocena tehničnega inšpektorata TUV Rheinland. Tako veriga postane bolj elastična brez izgube natezne trdnosti. Možne so tudi zelo dinamične aplikacije z milijoni vzvratnih pomikov brez pojava napak in odrgnin. Vse to je zagotovilo za zelo dolgo življenjsko dobo. Pri uporabi verig v kombinaciji z linearnim motorjem, katerega pogon je tudi zasnovan za delovanje z nizkimi tresljaji, je delovanje tresljajev zmanjšano na minimum. Rezultat je še lepše in boljše izdelan obdelovanec.
Študijska raziskava “obnašanje vibracij”
Študija, ki so jo izvedli v laboratoriju za strojna orodja in poslovno administracijo RWTH Aachen je bila namenjena primerjavi vibracijskega obnašanja petih različnih energijskih verig. Pregledani sta bili dve energijski verigi podjetja igus in tri primerljive energijske verige drugih dobaviteljev. Z notranjimi širinami od 100 do 105 mm in notranjimi višinami od 42 do 52 mm so bile vse verige iste velikosti. Testna veriga je bila sestavljena iz osnovnega okvirja in visoko dinamičnega neposrednega pogona, ki je premikal vozičke, katere je poganjal linearni motor (podajalna sila 14.000 N) s štirimi hitrostmi (25m/min, 50m/min, 100m/min, 200m/min) in pri vseh stopnjah pospeševanja (10m/s2 ter 20m/s2) na dolžini 800 mm. Velikost tresljajev je bila izmerjena s pomočjo senzorjev pospeška s frekvenco vzorčenja 6000Hz, ki so bili v vseh primerih nameščeni na ogrodja energijskih verig. Podatki, ki se nanašajo na gibanje vozička naprej, so bili izmerjeni ločeno od podatkov za vzvratno gibanje, da bi se izognili kakršni koli zamenjavi izmerjenih vrednosti zaradi dveh smeri gibanja.
Signale, ki so jih zaznali senzorji, so ovrednotili v časovnem in frekvenčnem območju. V časovnem razponu je vrednost RMS (Root Mean Squere) meritev energije vibracij na merilni točki. RMS vrednost energije vibracij na merilni točki je bila najnižja za obe energijski verigi igus (vir: RWTH Aachen).
Pri vseh energijskih verigah je bila največja energija nihanja na dnu v smeri osi Z. Primerjalni test se je zato osredotočil na te največje vibracijske signale v smeri Z. Različni pospeški 10m/s2 in 20m/s2 niso imeli bistvenega vpliva na vrednosti nihanja energijskih verig. Rezultati kažejo, da ima energetska veriga E6 v primerjavi z drugimi energetskimi verigami najboljše lastnosti glede vibracijskega obnašanja in nemotenega delovanja. Ta rezultat velja tako za nizke kot tudi za visoke hitrosti. V povprečju je bila izmenjava vibracij 28 odstotkov nižja kot pri drugih energijskih verigah. Tip verige E6 je imel največjo RMS vrednost pribl. 4m/s2. Trenutno so energijske verige E6 rešitev, ki nudi najnižjo stopnjo hrupa in vibracij.
Vodilni položaj na trgu zaradi nenehnega raziskovanja izdelkov in približanja samemu kupcu
S svojo obsežno ponudbo kar 90.000 izdelkov e-verig je igus pridobil tehnično vodilno vlogo na tem posebnem področju dovodov energije. Podjetje ima skoraj 50 let praktičnih izkušenj z energijskimi verigami. Prva veriga je bila dostavljena že leta 1971. Za ohranitev svojega položaja igus vlaga v stalne raziskovalne in razvojne dejavnosti. Zato upravlja največji testni laboratorij v panogi. V laboratoriju na površini več kot 3.400 m2, 30 zaposlenih izvede 15.000 testov letno na 53 testnih napravah. Tehnične inovacije, kot je elastični vzmetni element, so podvržene konstantnemu testnemu maratonu, ki ga sestavljajo preizkusi v realnih pogojih, pri čemer se preverja obnašanje glede na natezne sile, potisne sile, koeficiente trenja, obrab, zunanje vplive in vibracije. Več kot 7.500 rezultatov testov je shranjenih v elektronski bazi podatkov in se uporabljajo za nenehne izboljšave izdelkov. Kupcu je na voljo tudi kopica spletnih orodij. Razlog zato je, da sta raziskava in proizvodnja pri igusu vedno osredotočena na stranko. Odprto sodelovanje zagotavlja najboljše možne rezultate za obe strani. S tem imamo v mislih tudi pomoč strankam pri projektiranju in montaži ter v skladu s sloganom “igus the chain” skušamo najti najprimernejšo sistemsko rešitev za kupca.
Povzetek
Naraščajoče zahteve po natančnosti obdelovalnih strojev zahtevajo tehnične inovacije na področju zmanjševanja vibracij. Doseganje bolj gladkega delovanja sistemov za oskrbo z energijo v dinamičnih aplikacijah je pomembna sestavina uspešne strategije. Z uporabo optimiziranih strojnih komponent lahko dosežemo še manjše tresljaje in posledično vibracije. Nove rešitve, kot je elastični vzmetni element kot pritrdilni element za člene energijskih verig, odlično prispevajo k doseganju cilja tj. “obdelovalnim strojem z nizkimi vibracijami ”.
Če boste imeli v prihodnosti kakšna vprašanja, smo vam na voljo v podjetju Hennlich.
Vir: gradivo podjetja igus®
HENNLICH d.o.o.
Ulica Mirka Vadnova 13
4000 Kranj
GSM: 041 386 035
butja@hennlich.si
lin-tech@hennlich.si
https://www.hennlich.si
