Expert Blog
Micro-overbrengingen GPX UP van maxon
maxon heeft een unieke productserie voor haar standaard micro-overbrenging ontwikkeld. Deze nieuwe producten zijn compact van formaat, maar beschikken over een hoog vermogen. Daarnaast bieden ze door een groot aantal prestatieverbeteringen nieuwe mogelijkheden.
De eerste ideeën voor de UP-overbrenging ontstonden in het kader van het ESA-project “ExoMars” en het NASA-project “Mars 2020”, waarbij het cruciaal was dat de werking van de overbrengingen zelfs onder extreme omstandigheden zoveel mogelijk gegarandeerd kon worden.
Baanbrekende innovatieve concepten en verbeteringen voor en van formule 1-auto’s vinden vaak geleidelijk hun weg naar alledaagse motorvoertuigen. Bij maxon zijn deze innovaties veelal aan de orde terwijl aan lucht- en ruimtevaartprojecten wordt gewerkt, waarna de technologische nieuwigheden in de industriële sector worden geïntroduceerd.
GPX UP, een nieuwe reeks krachtige overbrengingen
Een groot voordeel van deze nieuwe overbrengingen is hun efficiëntie. Dit kan worden gedefinieerd als de relatie tussen uitgangs- en ingangsvermogen. Een aanzienlijke vermindering van de wrijving in elk mechanisch systeem leidt vanzelfsprekend direct tot verbetering van de aandrijving. Bij de nieuwe planetaire overbrenging GPX uit de UP-serie zijn de planeetwielen – die bij traditionele planetaire overbrengingen op glijlagers direct op de draagas zitten – door een technische herpositionering nu boven de kogel- of naaldlagers geplaatst. In de machinebouw wordt dit een “overgang van glijdende wrijving naar rollende wrijving genoemd.”
Als we een GPX32 UP in drietraps-uitvoering als voorbeeld nemen, dan kan een maximaal rendement van ongeveer 90% worden bereikt. Vergelijkbare miniatuuroverbrengingen halen ongeveer 70%. In vergelijking met de conventionele constructie kunnen we stellen dat door de bovengenoemde technische vooruitgang een rendementsverhoging met factor 1,3 – dus 30% – wordt bereikt (afb. 3).
Dit is ook rechtstreeks van invloed op andere parameters van het aandrijfsysteem: Bij hetzelfde ingangsvermogen, d.w.z. bij gebruik van dezelfde motor en hetzelfde motorbesturingssysteem, kan de overbrenging 30% meer koppel leveren. Of anders gezegd: hetzelfde uitgangsvermogen vereist 23% minder ingangsvermogen voor de aandrijving. Dit resulteert in een veel langere potentiële actietijd tot de volgende laadcyclus, met name voor toepassingen die door een batterij worden aangedreven.
Als gevolg van de reductie van het vereiste ingangsvermogen kan de motor bovendien met een gunstiger werkpunt worden gebruikt. Deze factor verbetert ook de efficiëntie van de motor, en daarmee van het gehele aandrijfsysteem.
Een andere mogelijkheid is om kleinere en/of lichtere motoren en elektronica te gebruiken, hetgeen niet alleen qua gewicht maar ook qua kosten voordelen biedt.
Aanzienlijk langere levensduur van de overbrengingen: Zoals hierboven uiteengezet, kan de wrijving in het planetaire wiel-assysteem beduidend worden verminderd. Tegelijkertijd wordt de warmteontwikkeling bij de bediening van de aandrijving merkbaar minder. Dit komt omdat er minder wrijvingskracht is. Met name bij toepassingen waarbij de temperatuur een bepaald niveau niet mag overschrijden (zoals bij een medisch elektrisch gereedschap), is er sprake van een verbeterd vermogen.
De duurzaamheid van het smeermiddel speelt een belangrijke rol bij de slijtage van de mechanische onderdelen van de overbrenging. Hoe groter de thermische belasting, hoe sneller de smerende eigenschappen verloren gaan, en hoe eerder en dus ernstiger het mechanische systeem aan slijtage onderworpen is. De afgesleten metalen deeltjes hebben eveneens een agglutinatie van het smeermiddel tot gevolg, waardoor de smerende werking mogelijk verloren gaat.
Als de warmte-input wordt beteugeld, kan bij verder gelijkblijvende bedrijfsomstandigheden een langere levensduur worden bereikt. Dit effect is een heel goede eigenschap van de GPX UP: de levensduur is 5 keer zo hoog als bij vergelijkbare traditionele overbrengingen van maxon. In vergelijking met concurrerende modellen die momenteel op de markt zijn, is de levensduur 11 keer zo hoog.
Als alternatief voor de langere levensduur kunnen veel kleinere en lichtere overbrengingen worden gebruikt, dankzij de flinke verbetering van de koppel-diameterverhouding (vermogensdichtheid).
Een extra functie: omkering van de overbrenging
De voordelen van het nieuwe ontwerp komen niet alleen tot uiting in verbeteringen van de individuele overbrengingsparameters. De GPX UP-overbrengingen kunnen nu veeleer nieuwe toepassingsgebieden bestrijken, met name toepassingen die bekend staan als force feedback-toepassingen.
Bij deze toepassingen komen de voordelen van de constructie van de GPX UP-versie zeer tot zijn recht. Dankzij gemonteerde planeetwielen is een soepele omkering van de overbrengingen in normaal bedrijf mogelijk. Indien nodig wordt voor feedback gezorgd. Preciezer gezegd: er wordt meetbare of voelbare mechanische feedback geleverd aan de elementen die de kracht en het koppel genereren. Daartoe moet de overbrenging omkeerbaar zijn, d.w.z. dat elk koppel of elke koppelverandering die op de uitgangszijde van de aandrijving wordt uitgeoefend, proportioneel naar de ingangszijde moet worden overgebracht.
Het volgende voorbeeld toont deze toepassing: in het geval van elektronische besturingscommando’s (fly-by-wire) worden de stuurbewegingen van de piloot niet mechanisch of hydraulisch, zoals bij conventionele systemen, maar elektronisch aan de aandrijvingen doorgegeven. Maar daarmee verliest de bestuurder aanvankelijk alle tastbare feedback over zijn stuurbewegingen. Met een aandrijving in de stuurkolom wordt de elektronisch overgedragen feedback mechanisch overgebracht naar de hand van de piloot. Rotatie in omgekeerde richting is vooral bij normaal gebruik noodzakelijk, omdat de extra geïnstalleerde aandrijving de bewegingen van de stuurkolom niet mag bemoeilijken.
Een soortgelijk proces geldt voor de innovatieve operatierobots op het gebied van microchirurgie en telechirurgie (afb. 5). Ook hier is het van cruciaal belang dat de operator directe en tastbare feedback krijgt over de bewegingen die hij heeft uitgevoerd en over gezond weefsel dat ongemoeid moet worden gelaten. Ook in de fabrieks- en machinebouw is er vraag naar omkeerbare aandrijvingen: voor instellingsdoeleinden moeten de machine-assen aan de uitgangszijde bewogen kunnen worden, zonder elektrische stroom.
Krachtige overbrengingen op maat
De nieuwe GPX UP-modellen combineren belangrijke productvoordelen: meer vermogen, meer koppel, hoger rendement, aanzienlijk langere levensduur, minder warmteontwikkeling, minder gewicht in het aandrijfsysteem en de extra omkeringsfunctie in meertraps-overbrengingen.
Als we alleen rekening houden met de eerste twee factoren, kunnen we ze aanduiden als “ultra power”-overbrengingen. Maar als we een blik op de andere hier genoemde eigenschappen werpen, is het gemakkelijk te zien dat ‘UP’ eigenlijk voor Ultra Performance staat.
De UP-overbrengingen GPX van maxon zijn al beschikbaar in de diameters GPX22 UP en GPX32 UP, en net als alle andere “X”-series kunnen ze op verzoek van de klant worden aangepast en kunnen ze online worden besteld. De GPX42 UP-versie volgt in het voorjaar van 2020. Daarnaast zijn aanpasbare overbrengingen van de Ultra Performance-serie nu beschikbaar in de maten Ø 8-58 mm.