Vrijwel slijtagevrije glijlagers voor hoge versnellingen in productuitwerpers

In verpakkings- en vulmachines en in transportbandtechnologie zijn productuitwerpers nodig die defecte producten op betrouwbare wijze kunnen scheiden van de productstroom en deze afzonderlijk kunnen uitwerpen bij zeer hoge uitvoersnelheden. In het verleden werden hiervoor pneumatische cilinders gebruikt, maar deze werken niet betrouwbaar in moderne hogesnelheidsmachines.
Jung Antriebstechnik und Automation GmbH levert daarom lineaire motormodules zoals de UltraDynamikTM, die zijn uitgerust met standaard stalen geleiderails en geleidingswagens waarin kogelkettingen lopen. Deze systemen bereiken topsnelheden tot 5 m/s en versnellingen tot 150 m/s2 bij cycli van ongeveer 500 - 1000 cycli per minuut. Ze worden door klanten gebruikt in continubedrijf.
De piekkrachten van deze lineaire motortechnologie zijn voortdurend verhoogd door verbeterde magnetische materialen bij dezelfde motorgrootte. De bewegende motormassa's zijn echter vrijwel gelijk gebleven. Dit resulteert in een drastisch verhoogde acceleratiecapaciteit voor deze nieuwe lineaire motoren.
Technisch gezien kan deze hoge motordynamiek niet worden gebruikt met conventionele geleiding, die is vervaardigd met rollagertechnologie en stalen materialen. De redenen hiervoor zijn de relatief grote bewegende niet-gemotoriseerde massa's van de stalen structuurelementen en vooral de hoge versnellingen die het onmogelijk maken voor de lagerelementen om te 'rollen' zoals bedoeld.
Het automatiseringsbedrijf was daarom op zoek naar componenten met een drastische vermindering van de bewegende niet-gemotoriseerde structurele massa's en naar een lager- en geleidertechnologie die versnellingen tot ongeveer 250m/s2 (25g) mogelijk maakt.

Het nieuwe ontwerp van de actuator richtte zich op een radicale reductie van de bewegende massa. Om deze reden werden twee 10 mm CFK buizen gekozen als geleidingselementen en een voorplaat van CFK. Door het gebruik van deze materialen konden de structurele bewegende massa's worden teruggebracht van 263 gram naar 45 gram in vergelijking met de conventioneel (staal) ontworpen HighDynamic lineaire motormodule. Alleen door de massa radicaal te verminderen is het mogelijk om de acceleratiewaarden te verhogen.
Met betrekking tot de keuze van een geschikt lager voor de geleiding van de CFK-buis werd gekozen voor iglidur J-glijlagers, waarbij in totaal vier lagers werden geïnstalleerd in twee steunblokken voor de geleidingsschroef (zie onderstaande afbeelding).
Met deze componenten kan de nieuw ontworpen actuator bijvoorbeeld een slag van 160 mm realiseren in slechts 60 ms bewegingstijd, gestuurd door de padcurve. Tijdens zo'n bewegingsproces worden zelfs bij deze korte slag snelheden van 4 m/s en versnellingen van 200 m/s2 (20 g) bereikt. Het pure acceleratie- of remproces is voltooid na een bewegingsafstand van slechts 40 mm.
Om een uitspraak te kunnen doen over de praktische geschiktheid van deze oplossing op de lange termijn, werd bij Jung Antriebstechnik een duurtestserie gestart waarbij de nieuwe actuator onder zeer reële omstandigheden werd getest. Hieruit bleek dat er zelfs na enkele miljoenen slagcycli en een looptijd van enkele duizenden kilometers geen noemenswaardige slijtage aan de CFK-buizen en de iglidur J-glijlagers kon worden vastgesteld. Vanwege de goede testresultaten werd het product na afloop van de tests op MOTEK 2015 aan het publiek gepresenteerd.