WAAROM V-GELEIDINGEN VAAK DE BESTE KEUZE ZIJN. +31 (0) 492 551290 info.nl@hepcomotion.com
WAAROM V-GELEIDINGEN VAAK DE BESTE KEUZE ZIJN. De trend in de productkeuze voor lineaire beweging is vaak profiel geleidingen of monorails zoals we ze kennen. Deze zijn gebaseerd op het principe van een blok met interne recirculerende kogels die de beweging langs een rail mogelijk maken. Ze zijn tevens leverbaar in internationale standaard maten. In werkelijkheid zouden ontwerpers voor veel toepassingen echter beter af zijn door alternatieve technologieën te gebruiken zoals V- geleidingen. De eenvoud, breed toepassingsgebied en eenvoudige installatie samen met de uitzonderlijke levensduur zorgen ervoor dat ontwerpers steeds vaker voor V-geleidingsproducten kiezen. Deze White Paper bevat informatie over: Overwegingen voor selectie V-geleidingen vergeleken Ontwerpen van V-producten die installatietijd verkorten Omwille van de terminologie staan V- geleidingen ook wel bekend als V-rails. OVERWEGINGEN VOOR SELECTIE Bijna alle producten binnen de Hepco reeks zijn gebaseerd op het eenvoudige maar erg succesvolle V-principe. Duizenden meters worden dagelijks afgelegd op Hepco V-geleidingen in alle industriële sectoren. De keuze voor eenvoudige toepassingen wordt vaak behoorlijk beïnvloedt door de prijs en hoewel het installeren van een goedkoper systeem aantrekkelijk kan lijken op de korte termijn, zou de echte aandacht uit moeten gaan naar hoe het systeem zal presteren gedurende de gehele levensduur van de machine. De tijd dat een machine stilstaat voor vervanging kan een serieus effect hebben op de productiecapaciteit en fabricage kosten, en wat te denken aan de extra voorraad aan reserve onderdelen die nodig is. De trend om lagere onderhoudskosten van productie machines te waarborgen heeft er toe geleidt dat de V-geleiding technologie bij ontwerpers op de voorgrond is gekomen omdat deze betrouwbaarder blijkt dan vele andere toepassingen. HOE ZIJN V-GELEIDINGEN VERGELEKEN MET MONORAILS? 1.LEVENSDUUR Monorails, elke maat, hebben een hoger draagvermogen maar V-geleidingen zijn altijd afgestemd op de benodigde levensduur gebaseerd op de werkcyclus van de machine. Dit kan betekenen dat een groter formaat gebruikt moet worden maar tenzij de ontwerper de laatste mm in ruimte moet benutten zijn grotere systemen zelden een probleem. 2
Zelden zal een compleet V-geleidingssysteem vervangen moeten worden omdat de levensduur behaald is. HepcoMotion s GV3 V- geleidingssysteem wordt over het algemeen geleverd als dubbelzijdige geleidingen met gemonteerde wagens, klaar voor gebruik. Standaard wagens bevatten 4 lagerunits, 2 van de 4 zijn excentrisch voor afstelmogelijkheid. Alle lagerunits zijn uitgevoerd met kapdichtingen die voorzien in voldoende smering, in veel gevallen, voor de gehele levensduur van de machine. Waar een hogere werkcyclus of slaglengte nodig is, wordt een standaard druppelsmeersysteem bevestigd welke automatisch in de smering zal voorzien. In een goed gesmeerd systeem zijn de lagerunits die over het V-oppervlak lopen de beperkende factor en periodieke vervanging ervan kan vereist zijn, maar dat is vaak pas na duizenden kilometers. Omdat de geleiding nog in een uitstekende staat is kan de machine na vervanging van de lagerunits weer duizenden kilometers probleemloos werken. In gevallen waar slijtage van de geleiding is opgetreden vanwege gebrek aan smering, kan speling verwijderd worden door de excentrische lagers opnieuw af te stellen op de geleiding. 2. BELASTINGSCAPACITEIT. Belastingscapaciteit moet gekoppeld worden aan de levensduur maar het moment waarop de lagers vervangen moeten worden is het resultaat van de levensduur berekening zoals vermeldt staat in de GV3 catalogus. Het ontstaan van speling in het systeem als gevolg van slijtage van de lagers zal, in de meeste toepassingen, niet de werking van de machine beïnvloeden maar het is een duidelijk signaal dat de lagers vervangen moeten worden. Hepco definieert de levensduur van een gesmeerd systeem aan de hand van de eerste tekenen van slijtage door putcorrosie in de lagers. De fout die gemaakt kan worden door als enige selectiecriterium de belastingscapaciteiten van monorail blokken te vergelijken met GV3 wagens, is dat de behaalde levensduur van de twee systemen erg afhankelijk is van de toepassing specificaties. Neem een standaard Hepco LBG25F lagerblok met een L2 capaciteit van 21,400N en een Ms capaciteit van 193NM. Dit klinkt veel beter dan een GV3 geassembleerde wagen AU4434 met een L2 van 6000N en een Ms van 73Nm. 3
Bij gebruik in dezelfde opstelling met een 500N directe L2 belasting en een extra 20Nm offset Ms belasting, zal de levensduur berekening van de Monorail duidelijk hoger zijn dan de GV3 unit totdat je rekening houdt met de toepassingsspecificaties van 1m/s snelheid gedurende de werkcyclus. De factoren gebruikt in de monorail berekening, snelheid, invloed van trillingen, bevestiging, temperatuur etc kan de levensduur aanzienlijk verminderen, maar waar snelheid betrokken is wordt het verschil tussen de twee technologieën duidelijk. Er is duidelijk minder behoefte aan smering bij een V-geleiding omdat, om het simpel te zeggen, er minder metaal met elkaar in contact komt. De berekening voor een formaat 25 Monorail voorziet in een levensduur van 3,058 Km waar de GV3 AU4434 geassembleerde unit een berekende levensduur heeft van 4,956 Km. Formaat 25 Monorail L2 Ms Lf = + L2(max) Ms(max) GV3 NM44/ AU4434 geassembleerde unit met DR lagerunits/ kapafdichtingen 500 Lf = + 21,400 20 = 0.1269 193 L2 Lf = + L2(max) Ms Ms(max) 50 x Waar 1xfrxftxfb Lfxfv 3 fr = hardheid factor rail ft = temperatuur factor rail fb = bevestigingsfactor fv = belastingsfactor gebaseerd op snelheid / trilling voor 1m/s = 2 500 Lf = + 6000 20 = 0.357 73 BasisLevensduur Levensduur (km) = 3 ( 0.03 + 0.97Lf ) 250 Levensduur (km) = 3 (0.03 + 0.97x0.357) = 4956 km De capaciteit van beide systemen kan natuurlijk verhoogd worden door de toevoeging van extra lagerblokken of wagens maar de GV3 levensduur berekening is gebaseerd op het feit dat alleen de lagerunits vervangen moeten worden, niet het gehele systeem. 50 x 1x1x1 x1 0.1269x2 3 = 3058km 3. INTEGREREN VAN AANDRIJVING Lange afstanden die afgelegd moeten worden lenen zich voor het gebruik van een tandheugel of rondsel aandrijving. Indien die niet geïntegreerd is met het geleidingssysteem dan is het parallel bevestigen van een afzonderlijke tandheugel op de geleiding vereist. Dit kan er 4
weer voor zorgen dat een ander nauwkeurig bewerkt oppervlak benodigd is enkel om de tandheugel te kunnen bevestigen. GVGV3 dubbelzijdige en enkelzijdige geleidingen kunnen geleverd worden met gemonteerde tandheugel. Bij de dubbelzijdige geleiding is dit een apart onderdeel dat tijdens productie bevestigd wordt aan de bovenkant van de geleiding en bij de enkelzijdige geleiding wordt de tandheugel machinaal bewerkt in het onderste vrije vlak van de geleiding parallel met de V-vlakken. Door middel van de gemonteerde geassembleerde standaard tandheugel aangedreven wagen bij het dubbelzijdige geleidingssysteem en een rondsel bij de enkelzijdige versie, wordt het aandrijven van het systeem een eenvoudig en makkelijk proces dat compact is en geen extra componenten en afstelling vereist. Vertanding is geïntegreerd met V-geleiding 4. WERKOMSTANDIGHEDEN. Het Hepco V-principe werkt, zeer succesvol, op basis van strakke geometrische controle van passende geleidingen en V-lagerunits. Dit voorziet in een veegwerking in samenwerking met de snelheid van de lagerunit waarbij de buiten omtreksnelheid sneller is dan de snelheid van de kerndiameter van de V. De resulterende werking zorgt ervoor dat vuil naar de buitenkant van de lagerunits geduwd wordt. De veegwerking heeft zelfs twee voordelen, niet alleen wordt vuil weggeduwd, olie van de kapafdichtingen over de lagerunits gemonteerd wordt over de geleiding verspreidt zodat voorzien wordt in de smering van het systeem. De effectiviteit van deze werkwijze wordt later in het volgende punt toegelicht. De meeste Hepco systemen worden voorzien van kapafdichtingen over de individuele lagerunits gemonteerd voor smering en levensduur voordelen, maar deze zijn tevens erg effectief ter voorkoming van het indringen van vuil. Veel moderne Monorail systemen bieden geavanceerde blok afdichting methoden waarbij metalen schrapers, eindafdichtingen en smeerunits opgenomen zijn. Echter de overgrote meerderheid van gebruikers vertrouwt erop dat de eindafdichtingen niet beschadigd raken tijdens gebruik om zo het binnendringen van vuil of aanzienlijk verlies in smeermiddel te voorkomen. Dit kan moeilijk te garanderen zijn in vijandige condities en het blijft het geval in veel 5
toepassingen dat het binnendringen van vuil in voldoende hoeveelheden voortijdig falen van het blok veroorzaakt. Dit zal er altijd toe leiden dat een compleet systeem vervangen moet worden. V-geleiding 5. ONDERHOUD SMERING. Een belangrijk kenmerk van V technologie is dat maar een kleine hoeveelheid smeermiddel nodig is om slijtage van de geleidingen te voorkomen. Of de belasting radiaal of axiaal is, het V loopvlak van de geleiding is nauwkeurig afgestemd op het V loopvlak van de lager en dat zorgt voor een gelijkmatige verdeling van de belasting. Bij verlaagde belasting parameters kunnen V geleidingen ook droog werken; een groot voordeel in bepaalde wetenschappelijke of voedsel toepassingen. GV3 smeerintervallen zijn in de meeste gevallen erg ruim vergeleken met monorails en het is niet ongebruikelijk dat na 1000km werking geen extra smering aangebracht hoeft te worden in de kapafdichting van de lagerunit. Kogelomloopgeleidingen hebben een constante effectieve smering nodig om slijtage van de kogels en geleidingen te verminderen. Smeerintervallen zullen afhankelijk zijn van de omstandigheden maar producenten geven een bepaalde afstand op voor smeerintervallen vaak zo laag als 50km. Wagen uitgerust met onderhoudsarme kapafdichtingen met gepositioneerde rondselaandrijving. 6. SNELHEDEN EN SLAGLENGTES Hoge snelheid en korte slaglengtes kunnen aanzienlijke slijtage veroorzaken in lineaire systemen als niet voldaan wordt aan bepaalde voorzorgsmaatregelen. 6
Kogelgeleidingen hebben een uitstekende belastingscapaciteit gezien het formaat en aantal kogels in het blok die contact maken met de rails op elk willekeurig moment. Echter, bij korte slaglengtes waar constante voorwaartse en achterwaartse bewegingen aanwezig zijn, is het een uitdaging om ervoor te zorgen dat er voldoende hoeveelheden smering behouden blijven in het blok. Ook bij langere slaglengtes kan het verlies aan smering een probleem veroorzaken en veel producenten geven een algemene snelheid op van 2m/s. Vanwege het mechanisch efficiënte principe kan een V geleiding werken met slaglengtes van nauwelijks 20mm en bij grotere slaglengtes kunnen snelheden van 8m/s gehaald worden zonder vermindering van de levensduur. Smering is onder deze omstandigheden belangrijker maar omdat er maar een dun laagje olie vereist is tussen geleiding en lagerunit, is het minder noodzakelijk dan bij een kogelgeleidingssysteem. 7. MONTAGE / INSTALLATIE Optimale prestatie van elk geleidingssysteem zal altijd behaald worden als het oppervlak waarop het bevestigd wordt vlak en parallel is. De inherente hoge stijfheid van een Monorail systeem wordt beïnvloed door de hoeveelheid voorbelasting en tenzij het product wordt gebruikt in een bewerkingsmachine zullen veel automatiseringstoepassingen gebruik maken van een lichte voorspanning of zelfs speling. In dit opzicht zullen montage toleranties strak moeten worden gecontroleerd. De algemene technische data van producten stellen dat een parallellisme tolerantie vereist is voor de geleiding van 0.030mm over de gehele slaglengte voor een formaat 25 blok met normale speling. Verdere onnauwkeurigheden in het montagevlak zullen opgevangen moeten worden door extra voorspanning van het blok welke de systeemwrijving verhoogd en een negatieve invloed kan hebben op de levensduur. V geleidingen vereisen niet zulke hoge stijfheid eisen, de meeste automatiseringstoepassingen vereisen geen stijfheid zoals machinegereedschappen en vaak is een bepaalde mate van conformiteit de voorkeur als twee geleidingen parallel werken. Vlakke rails en looprollen voor Axiale speling van axiale conformiteit zelfinstellende naaldlagers biedt conformiteit 7
8. CONFORMITEIT HET INSTELLEN VAN TWEE PARALLELLE SYSTEMEN. Op dit gebied heeft het GV3 product een aantal kenmerken om het proces van het instellen van twee parallelle geleidingen te vereenvoudigen. De eenvoudigste oplossing is om de vlakke geleiding parallel te positioneren aan het V systeem op een afstand die geschikt is voor de toepassing met looprollen die over de geleiding lopen. Wanneer het gewenst is om twee V geleidingen parallel te plaatsen met de V vertikaal gericht zullen Hepco zelfinstellende lagerunits een parallelle uitlijning toestaan van 1.5/2.0mm ten opzichte van het andere V systeem. 9. NAUWKEURIGHEID De toegepaste Monorails in algemene automatiseringstoepassingen zijn vaak de standaard N (normale graad) en zijn geschikt voor de meeste toepassingen. Gezien de aandacht die moet worden besteedt op het montagevlak om een soepel lopend monorail systeem te waarborgen, hebben de alternatieve GV3 ongeslepen P3 geleidingen de voorkeur gekregen bij vele ontwerpers die gewoon een systeem willen installeren op een oppervlak met minimale voorbereidingen. GV3 geleidingen zijn leverbaar in 3 nauwkeurigheidsklassen geschikt voor elke toepassing, P1 volledig geslepen, P2 semigeslepen (alleen de V s) en P3 ongeslepen. Door de ongeslepen versie te gebruiken betalen klanten niet voor een nauwkeurigheid die toch niet vereist is in de toepassingen. GV3 geslepen geleidingen is de beste keuze voor nauwkeurige beweging 8
Ongeslepen geleidingen voor niet-precisie toepassinge 10 ONTWERPMOGELIJKHEDEN OM MONTAGETIJD TE VERMINDEREN GV3 als product lijn bevat een aantal ontwerpkenmerken die uniek zijn en het installatieproces zal vergemakkelijken. Deze zullen ook de hoeveelheid ingenieurswerk verminderen welke nodig is om een efficiënte werking van het systeem te realiseren. Het volgende is een opsomming van de belangrijkste ontwerpkenmerken. a) Realiseren van een rechte geleidingsweg geïntegreerde geleidingen hebben een spiebaan voor de paspennen waardoor een rechte geleidingsweg kan worden verzekerd. Hierdoor is geen bewerking nodig om een referentievlak te maken waar men de geleiding tegen moet duwen. b) Geassembleerde montagebalken als alternatief kunnen geleidingen op maat gemaakte balken worden gemonteerd en worden gekocht als complete assemblage. afzonderlijk component (zoals beschreven bij punt 3) d) Het gebruik van een vlakke glijplaat en looprollen of zelfinstellende lagerunits voor systeem conformiteit en het assemblage proces makkelijker te maken ( zoals omschreven bij punt 8) e) Het gebruik van lagerunits met blindgatbevestiging voor bevestiging aan een stevige basis waar toegang beperkt is. c) Geïntegreerde vertanding in de geleiding bespaart op het instellen van een 9
tapeind ervoor zorgt dat een soepele werking verkregen wordt. Hierdoor is het niet noodzakelijk dat de twee parallelle geleidingen met een hoge mate van nauwkeurigheid gepositioneerd worden. f) Complete tandheugel aangedreven wagens met vertragingskast en rondsel waardoor de klant een op maat gemaakte oplossing niet hoeft te ontwerpen. g) Montageplaten met brede platforms om componenten of machine onderdelen op te bevestigen, maken het assemblage proces eenvoudiger en zijn extra verbindingsplaten om systemen te verbinden niet nodig. Dit is met name een voordeel bij installaties waar twee geleidingen parallel opgezet worden met vier wagens met kogelgeleidingen. In veel gevallen kunnen de vier wagens vervangen worden door lagerunits die bevestigd zijn aan een standaard plaat waarbij het excentrische kenmerk in het SAMENVATTING V Geleidingstechnologie zoals in het GV3 product heeft vele ontwerp en toepassingsvoordelen ten opzichte van traditionele Monorail producten. Monorails zijn de standaard keuze in veel installaties en Afbeelding toont de twee geleidingen in twee bewerkte sleuven. Als alternatief om voldoende parallellisme te krijgen kunnen de geleidingen bevestigd worden op een oppervlak middels de paspennen die in de spiebaan van de geleiding zit zoals h) De mogelijkheid om geleidingen en lagerunits van verschillende afmetingen te mixen & matchen om te voldoen aan de ruimte- en belastingsvereisten van de toepassing. hebben bewezen een betrouwbaar product te zijn in het merendeel van de gevallen. Echter, nader onderzoek van het GV3 product laat zien dat er een aantal belangrijke 10
voordelen voor de gebruiker zijn waar niet altijd over nagedacht wordt als een lineair systeem wordt gekozen. Dit wordt met name duidelijk bij toepassingen van langere lengtes, waar het afstellen van profiel geleidingen een tijdrovende zaak kan zijn vergeleken met V geleidingen die meer kosten effectieve oplossingen bieden. Een andere belangrijke factor is de eis dat systemen werken onder zware omstandigheden; V geleidingen hebben bewezen een zeer effectieve oplossing onder dergelijke omstandigheden te zijn. Terwijl kosten altijd een belangrijke factor zijn loont het vaak om te kijken naar systeem assemblage / montage opties samen met de langere termijn onderhoudskwesties die van toepassing zijn op iedere toepassing. Hiertoe wordt GV3 vaak als een makkelijk en betrouwbaar systeem bevonden met beperkt ingenieurswerk wat niet vaak gezien wordt bij andere lineaire oplossingen. Veel van de GV3 voordelen zijn ook duidelijk aanwezig in de andere reeksen V geleidingen zoals Heavy Duty (HDS2) systeem en SL2 (Roestvaststalen geleidingen en lagerunits) waardoor klanten een bredere keuze hebben van V oplossingen. 11