Best practiceBierens PHG: kleine series tandwielen 5-assig frezen

Vertandingen maken gebeurt eigenlijk al heel lang met speciale gereedschappen op vaak speciale machines. Bierens Companies in Tilburg heeft daar een alternatief voor ontwikkeld, dat met name bij grote tandwielen niet alleen in de productie voordelen oplevert, maar ook in het gebruik ervan. Door de tandwielen 5-assig te frezen, kan Bierens elke tandvorm maken én het contactvlak punt voor punt optimaliseren.

Bierens software Perfect Rotors maakt complexe CAM-bewerking overbodig

De locatie die Bierens Companies voor de eerste Bierens Technology Convention had gekozen, De Efteling, was eigenlijk wel toepasselijk. In het pretpark draait het om aandrijvingen die de attracties in beweging brengen. Daar gaat het bij de Tilburgse fabrikant eveneens om. “Het gaat over dingen in beweging brengen”, zegt Henk Meijer, sinds het voorjaar van 2012 de ceo van het 132 jaar oude familiebedrijf. Bijna 80 procent van de beweegbare bruggen in Nederland werken met een tandwielkast uit Tilburg. Maar het bedrijf leeft vooral van de export. Tachtig procent van de omzet komt uit export. En die gaat de komende jaren verder groeien, verwacht het management.

5-assig frezen

Want Bierens heeft een nieuwe technologie ontwikkeld voor de productie van kegeltandwielen, zoals die onder andere gebruikt worden in scheepsaandrijvingen. Deze tandwielen freest men op 5-assige machines. De innovatie van het bedrijf zit in een speciaal softwareprogramma dat in eigen huis werd ontwikkeld om zonder complexe CAM-pogrammering in enkele stappen van de tekening naar het NC-programma te gaan. Noud van Roosmalen, hoofd R&D, is hier tien jaar geleden mee gestart. Nu is de technologie zover doorontwikkeld dat Bierens wereldwijd kansen ziet op de markt voor grotere tandwielen, zoals in scheepsaandrijvingen voor grote containerschepen. Het 5-assig frezen van de tandwielen biedt namelijk meerdere voordelen. “Een high end 5-assige machine is aanzienlijk goedkoper dan een speciale vertandingsmachine”, somt Van Roosmalen het eerste voordeel op. “Bovendien kunnen we de 5-assige machine ook voor andere zaken inzetten, bijvoorbeeld het frezen van de kasten.”

Pinion uit een stuk

De technologie biedt daarnaast essentiële voordelen bij het frezen van het tandwiel zelf. De frees stopt bij een pinion direct voorbij de vertanding waardoor een neuslagerdiameter niet wordt beschadigd. Typische tandwielmachines gaan dan nog door waardoor een pinion uit twee delen bestaat (pinion met losse lagerbus), wat in de assemblage meer werk oplevert en in de praktijk een zwakke plek van de tandwielconstructie is. Het frezen op 5-assige machines gaat bovendien aanzienlijk sneller dan op een typische vertandingsmachine. Tijdens de conferentie toonde Noud van Roosmalen enkele productievoorbeelden uit de Tilburgse fabriek. Een module 23 met 16 vertandingen maken kost op een Klingelnbergmachine 48 uur; Bierens maakt deze in 26 uur. “Hoe groter de tandwielen, hoe groter de voordelen”, aldus Van Roosmalen. Bierens produceert tandwielen tot maximaal 2800 mm diameter.

Elke vorm mogelijk

5-assig tandwielen frezen biedt vormvrijheid. In principe kan Bierens nu elke vertandingsvorm maken. “De hoek van de vertanding is geen vaste waarde meer. We kunnen in principe elke waarde frezen”, aldus Noud van Roosmalen. Daardoor kan men de vertanding beter afstemmen op de toepassing. Het contactoppervlak kan punt voor punt geoptimaliseerd worden door voordat het eerste tandwiel wordt gefreesd een simulatie plaatsvindt. De Bierens S-vertanding is een eerste voorbeeld dat inmiddels op de markt is. Voordelen van de S-vertandig zijn onder andere 18 procent minder belasting op het contactpatroon en een 30 procent lagere tandvoetspanning ten opzichte van den Klingelnberg vertanding. Vergeleken met het originele cyclo-palloid tandwiel is de interne spanning 11 procent minder. Dat is vaak het begin van micropitting. Dus hierin zit een deel van de verklaring waarom je de S-vertandingen zwaarder kunt belasten. Om deze waarden te bereiken, heeft men de microgeometrie van de tand aangepast, iets dat kan dankzij het 5-assig frezen en met de conventionele vertandingstechnieken niet kan.

Praktijktest

Een van de eerste klanten die deze tandwielen heeft getest, is de Duitse fabrikant van scheepsaandrijvingen Schottel. Tijdens de technology convention presenteerde Michael Potts van het Duitse bedrijf de resultaten. Het gaat daarbij om tandwielen met een diameter van 1 meter en Modul 6 tot 15, met een cyclo palloid vertanding. Het eerste voordeel dat Potts ziet, is dat je met een 5-assige machine kleinere series efficiënter kunt produceren. Het grote voordeel van de optimalere vertanding komt naar voren in de gebruiksfase. Doordat je de geometrie van de vertandingen vrij kunt kiezen, kun je het geheel beter optimaliseren. Michael Potts zegt dat dit zich vertaalt in een sterker tandwiel. “Het Bierens tandwiel liet na een praktijktest minder beschadigingen zien. Vermoeiings- en belastingschade komen niet voor.” Michael Potts ziet nog meer verbeterkansen dankzij de 5-assige freestechnologie. Een a-symmetrisch tandprofiel zorgt voor minder belasting. Het optimaliseren kan voor een flink hogere belasting van de zijkanten van de vertanding zorgen. En het vrije vorm frezen biedt de mogelijkheid om de basis van de vertanding bijvoorbeeld in een elliptische vorm te frezen, omdat dit in de praktijk tot de laagste belasting leidt. “Dankzij de Bierenstechnologie hebben wij onze tandwielkast kunnen optimaliseren zodat we er nu 10 procent meer belasting op kunnen zetten.” Voor de aandrijving van onder andere containerschepen is dat een flinke verbetering, omdat Schottel in principe dus compactere aandrijvingen kan bouwen.

Perfect Rotors

Om de nieuwe productietechnologie voor tandwielen efficiënt in te zetten, heeft Bierens software ontwikkeld: Perfect Rotors. Hiermee schakelt men complexe CAM-bewerking uit. Noud van Roosmalen: “Je hoeft slechts een aantal tandwielparameters in te geven, je gereedschapdata en automatisch genereert de software het NC-programma.” Hierin zit tien jaar ontwikkelwerk en praktijkervaring uit de eigen werkplaats van Bierens. Het softwarepakket heeft momenteel postprocessors voor zowel Heidenhain als Siemens besturing; andere programmeertalen zullen nog ontwikkeld worden. Bierens heeft in de software een mogelijkheid ingebouwd om met een frees de tandwielen af te bramen. Hiervoor zijn slechts de x- en y-coördinaten en de radius nodig, waarna je met een frees kunt afbramen. Moeten tandwielen gehard worden, dan kun je tijdens het 5-assig frezen een kleine overmaat laten staan die na het harden in dezelfde machine wordt weggefreesd.

[message_box title=  color=”grey”]

Certificering in 2013

Ook de Universiteit van Dresden heeft de Bierens tandwieltechnologie onderzocht. Volgens Arien Wolfien, die op de studie is afgestudeerd, is 5-assig frezen zeker een alternatief, maar moet je bij tandwielen kleiner dan Modul 6 kritisch zijn. Een theoretische berekening laat volgens hem slechts een minimaal voordeel van de Bierens tandwielen zien vergeleken met een Klingelnberg tandwiel. Het freesproces zorgt volgens hem evenwel bij kleinere tandwielen voor microscopische defecten. Bij toepassingen van grote tandwielen zoals bij Schottel is de Bierenstechnologie zeker goed, aldus de Duitse onderzoeker. Hij wil nu praktijktesten gaan doen om zijn theoretische benadering te staven. Noud van Roosmalen is ervan overtuigd dat ook de kleinere 5-assig gefreesde tandwielen praktijktesten goed doorstaan, maar hij erkent dat met name bij grotere tandwielen de voordelen groter worden. Daarom zet men onder andere in op de maritieme sector, die dan ook wereldwijd uitgenodigd was voor de eerste technologieconferentie. In de loop van het tweede kwartaal 2013 verwacht Bierens de certificering voor de maritieme toepassingen rond te hebben, dan kan men volop gaan leveren aan de scheepsbouw en offshore.

Bierens brengt de nieuwe tandwieltechnologie onder de noemer HPG op de markt. Men richt zich zowel op de eindgebruikers als overweegt ook om buiten Europa met lokale producten te gaan samenwerken. Die zouden dan in licentie de software van Bierens mogen gebruiken en lokaal tandwielen produceren.

[/message_box]