Elektro-mechanische remmen voor servomotoren maken machines veiliger, betrouwbaarder en beter controleerbaar. Peter Anderson legt uit hoe en waarom.

Transcriptie

1 Een gecontroleerde stop Elektro-mechanische remmen voor servomotoren maken machines veiliger, betrouwbaarder en beter controleerbaar. Peter Anderson legt uit hoe en waarom. Snelle, krachtige en in hoge mate controleerbare servomotoren zijn essentiële onderdelen van menig modern machine-ontwerp. Maar wat gebeurt er bij een stroomuitval? Zonder de stroom die de positie van de motoras regelt, zal deze gaan draaien onder invloed van elke willekeurige externe kracht op dat moment. In het gunstigste geval leidt een nooduitschakeling of stroomuitval ertoe dat een machine ontregeld raakt. In het ongunstigste geval kan een ongecontroleerde beweging een aanzienlijk veiligheidsrisico vormen. Gelukkig hebben machine-ontwerpers een eenvoudige, compacte en voordelige oplossing voor dit probleem. Veerbelaste elektromagnetische remmen kunnen zonder een externe voeding een motor veilig tot stilstand brengen of zijn statische positie handhaven. Matrix, dat deel uitmaakt van de Altra Power Transmission Group, ontwerpt en levert dit soort remmen al meer dan 30 jaar. Servomotorremmen zijn degelijk en betrouwbaar. De integratie van dit type rem vereist echter de nodige zorgvuldigheid en alle specifieke kenmerken van elke motortoepassing moeten daarbij in acht worden genomen. Een servomotor is een uiterst dynamische, snel draaiende elektromotor, meestal in combinatie met een tandwielkast, die in talloze industriële toepassingen wordt gebruikt, zoals automatiserings- en materiaalbehandelingssystemen. De nadruk ligt vaak op een korte inschakelduur met grote versnellingen en vertragingen. Hiertoe worden servomotoren zo klein mogelijk gehouden: meestal is een compacte vierkante doorsnede belangrijker dan een kleine totale lengte om de massatraagheid van de motor laag te houden. Voor sommige toepassingen wordt een "pancake-motor" met een geringe totale lengte gebruikt. De veerbelaste rem is het best geschikt en voordeligste type voor de meeste servomotoren. Bij dit type duwt een veer tegen een frictieplaat, die op de motoras is bevestigd. Tijdens het bedrijf laat een gelijkspanning door een spoel de rem vrijlopen. Valt de spanning weg, dan grijpt de rem aan. De Matrix 1EB-serie is een voorbeeld van dit type rem. Matrix heeft de afgelopen dertig jaar meer dan 700 verschillende varianten van dit ontwerp geproduceerd. Ontwerpoverwegingen Wanneer de designer de juiste rem voor een servomotor zoekt, moet hij de bedrijfsomstandigheden en toepassingseisen zorgvuldig in overweging nemen. De gekozen rem moet genoeg statisch koppel (houdkoppel) leveren om de as onder alle bedrijfsomstandigheden vast te houden. De stand van de motor moet bekend zijn: vooral wanneer de middellijn niet horizontaal loopt, kan dit een invloed hebben op de krachten die op de rem terechtkomen. Date: 29/10/2009 ALTRA06 page 1 / 5

2 In een erg dynamische toepassing moeten de remnaaf en frictieplaat zo min mogelijk massatraagheid veroorzaken, omdat de motor daardoor bij het versnellen en vertragen meer vermogen nodig heeft. De rem die het vereiste statische koppel levert, moet zo klein mogelijk worden gehouden. Servomotoren hebben meestal een kleine max. diameter en de remdiameter moet daaronder liggen, waarbij de totale lengte van de rem tot een minimum beperkt moet blijven. Montage-overwegingen zijn ook belangrijk. Hoe de stilstaande remdelen op de motor worden gemonteerd, zodat de rem concentrisch en recht op de motoras zit, moet in dit ontwerpstadium ook worden overwogen. Hoe wordt de remnaaf, rekening houdend met de koppeloverdracht en de axiale positie, op de motoras bevestigd? Normaliter wordt een boring met een spiebaan gebruikt; andere methoden zijn een krimppassing, een meeneempen of een D-verbinding. Kan de spiebaan voor de naaf in de motoras worden gefreesd wanneer de ruimte beperkt is? Naast de mechanische eisen aan het ontwerp, moet er ook zorgvuldig over de elektrische aspecten worden nagedacht. Het opgenomen vermogen van de remspoel moet zo laag mogelijk blijven, omdat deze continu wordt bekrachtigd zolang de motor in bedrijf is, waarbij warmte vrijkomt in een beperkte ruimte met hoge omgevingstemperaturen (tot 150 C). Hoe de remspoel met de motor wordt geschakeld, de lengte en aansluiting van de losse bedrading: dit moet allemaal worden gespecificeerd. Ook moet gekeken worden of er regels gelden voor de gebruikte bedrading en stekkers. De remspoel heeft een gelijkspanning nodig, die meestal wordt verkregen door de wisselspanning van de motorvoeding gelijk te richten. De motorontwerper moet ervoor zorgen dat de gelijkspanning en stroomsterkte die de rem laten vrijlopen altijd naar de remspoel gaan wanneer de motor draait. Dit is belangrijk, want het toerental van een servomotor wordt soms geregeld door de voedingsspanning te wijzigen. Ook aan de elektrische reactietijd in het remstuurcircuit moet worden gedacht, zodat de rem vrij is voordat de motor begint te draaien. De motorontwerper moet deze timing in het oog houden wanneer de motor vallende lasten draagt, zoals bij liften of kranen. Een laag geluidsniveau kan ook een overweging zijn, bv. bij medische of theatertechnische toepassingen. Dit geluid kan een tik bij het sluiten of openen van de rem zijn of het geratel van de remnaaf/frictieplaat splineverbinding als er een torsietrilling of slingering in de aandrijflijn zit. Matrix heeft methoden om deze geluiden tot het minimum te beperken. Wat de klant verwacht in geval van een noodstop, d.w.z. een stroomuitval wanneer de motor in bedrijf is, moet ook worden overwogen, aangezien deze remmen een beperkt energie-absorberend vermogen hebben. Wanneer de rem de energie van één enkele remingreep aankan, moet de frequentie van deze remingrepen worden bekeken in verband met de levensduur van het frictiemateriaal. Speling Date: 29/10/2009 ALTRA06 page 2 / 5

3 In veel veiligheidskritische toepassingen volstaat het dat de rem de motor gecontroleerd tot stilstand brengt of ruwweg in de juiste positie vasthoudt ingeval de stroom uitvalt. Maar in sommige precisietoepassingen, waarbij eventueel meerdere servomotoren exact gesynchroniseerd werken, moet de positie van de motoras nauwkeurig worden geregeld. De ontwerper zal dus rekening moeten houden met de speling die het remontwerp met zich meebrengt. Veerbelaste remmen hebben een kleine, maar niet te verwaarlozen speling. Vaak is de motor gekoppeld aan een tandwielkast die zelf speling heeft en levert de rem minder speling op dan de overige onderdelen van het systeem, waardoor de veerbelaste rem nauwkeurig genoeg is. Soms is echter een spelingvrije werking vereist, waardoor een heel ander ontwerp nodig is. Permanente magneetremmen (de Matrix 4PMB-serie) hebben deze eigenschap. Bij dit ontwerp wordt de remkracht opgewekt door permanente magneten. Een gelijkspanning op de spoel wekt een magnetische kracht op, tegengesteld aan die van de permanente magneet en een veer opent de rem. Veeleisende ontwerpen Matrix levert aan vooraanstaande fabrikanten van servomotoren in Europa en Amerika. De afgelopen 30 jaar heeft Matrix oplossingen ontwikkeld voor alle problemen die bij specifieke toepassingen voorkomen. Een ervaren ontwerp- en ontwikkelingsteam werkt continu aan de 1EB-productserie, waarbij nieuwe en alternatieve materialen worden beoordeeld. Design engineers gebruiken een eindige elementen-methode om het magnetisch pad in de remmen te optimaliseren, het koppel te maximaliseren en het stroomverbruik te beperken, terwijl de kosten zo laag mogelijk worden gehouden. De kwaliteitssystemen van Matrix voldoen aan de ISO 9001-norm, wat betekent dat het ontwerp, de ontwikkeling, de fabricage en de service van het hoogste niveau zijn. Matrix is momenteel bezig de ISO milieunormen te halen door zijn CO2-voetafdruk te minimaliseren en een "groene" milieuvriendelijke producent te worden. De afnemers van servomotoren zijn erg prijsbewust. Matrix heeft zijn productie- en toeleveringsketen zo verfijnd dat een maximaal rendement wordt gehaald, terwijl het geleverde product aan de toepassingseisen van de klant voldoet. Het lidmaatschap van de Altra-groep heeft deze ontwikkeling aanzienlijk vergemakkelijkt, omdat het bedrijf hierdoor een veel grotere speler op de wereldmarkt van aandrijftechnieken is, met een toegang tot leveranciers en productiefaciliteiten over de hele wereld. Over Matrix: een lid van de Altra groep Matrix richt zich op elektrisch aangedreven accu-heftrucks voor toepassingen in de industrie en warehousing. De firma levert wereldwijd onderdelen aan toonaangevende heftruckfabrikanten. Bij het ontwerp en de ontwikkeling wordt erg goed naar de klanten geluisterd, met name door technici met jarenlange ervaring en veel kennis op heftruckgebied. Deze expertise, gekoppeld aan doorlopend onderzoek en de introductie van zeldzame aarde-magneten, maakt dat de totale afmetingen van de Matrix remmen zo klein mogelijk worden gehouden. Date: 29/10/2009 ALTRA06 page 3 / 5

4 Matrix past in zijn ontwerpen een Finite Element Analysis toe en gebruikt verfijnde computergestuurde testapparatuur bij de productontwikkeling en op de productie-afdelingen van de remmen. Dit waarborgt dat de geleverde producten goed zijn doorontwikkeld en een constante kwaliteit hebben. De kwaliteitssystemen van Matrix voldoen aan de ISO 9001-norm, wat betekent dat het ontwerp, de ontwikkeling, de fabricage en de service van het hoogste niveau zijn. Matrix is momenteel bezig de ISO milieunormen te halen door zijn CO2-voetafdruk te minimaliseren en een groene milieuvriendelijke producent te worden. Date: 29/10/2009 ALTRA06 page 4 / 5

5 Editor Contact DMA Europa Ltd. : Louisa Laight Tel: +44 (0) Fax: +44 (0) Web: louisa@dmaeuropa.com Company Contact Matrix International : Emre Yilmaz Tel: +44 (0) Fax: +44 (0) Web: Emre.Yilmaz@matrix-international.com Date: 29/10/2009 ALTRA06 page 5 / 5