Vakblad A & B

Professionele lagermontage en tandwielmontage

In de mechanische aandrijftechniek leidt een foutieve montage van onderdelen als tandwielen, lagers en koppelingen op assen tot beschadigingen, trillingen, geluidsoverlast, overmatige slijtage en vroegtijdige uitval. Daarom zou de professionele inductieverhitter tot de standaard uitrusting moeten behoren van elk bedrijf dat deze werkzaamheden uitvoert.

Hans Koopmans - Vakblad A&B

Een overslagbedrijf kocht onlangs vier grote inductieapparaten voor het monteren van wielnaven op de assen van grote haventopkranen. Doorslaggevend voor de investering van in totaal 32.000 euro was een korte demonstratie ter plekke. Opvallend was het contrast van de nieuwe met de oude werkwijze: gedurende ongeveer 1 uur opwarmen van de wielnaven met een autogene brander. Even spugen met als resultaat een kort gesis gaf daarbij aan dat de temperatuur van 100 °C was bereikt...

Tekenend

Het voorbeeld is tekenend voor de improviserende wijze waarop veelal nog gewerkt wordt bij het monteren van onderdelen op assen zoals riemschijven, naven, tandwielen, lagers en dergelijke. De binnendiameter van het betreffende onderdeel moet worden verhit opdat het voldoende uitzet om over de as te worden geschoven waarna het inkrimpt en een vaste verbinding ontstaat. Er wordt dus op ruime schaal gebruikgemaakt van huishoudelijke en industriële kookplaten, branders, oliebaden (compleet met het onmisbare ‘frituurmandje’) en ovens. Voor veel grovere toepassingen is deze werkwijze technisch gezien acceptabel, laten we dat vooropstellen. Vaak echter, zijn deze verhittingsmethoden eigenlijk niet verantwoord gezien de functie van de as-ringcombinatie. Daarnaast zijn er overwegingen van milieu- en arbotechnische aard en speelt ook efficiency een rol. Wat het laatste betreft: in ons voorbeeld uit de overslagsector kostte het monteren van een wielnaaf op een as met de brander een vol uur arbeidstijd, waar het inductieapparaat slechts 20 minuten nodig heeft. Bovendien kan de bediener zich na enkele handelingen aan het apparaat met andere zaken gaan bezighouden. Ook de hoeveelheid verbruikte energie was per saldo een fractie van wat voorheen nodig was.

Spanningen

Afbeelding 1 geeft een overzicht van de nadelen bij conventionele verhittingsprocessen. Het geheel geeft een ongunstig beeld: deze veelal in de praktijk toegepaste processen zijn traag, gevaarlijk en slecht voor het milieu, ze zorgen ervoor dat het zorgvuldig door de fabrikant aangebrachte vet voor conservering of levenslange smering weglekt, ze zijn moeilijk controleerbaar en wekken soms onverantwoorde spanningen in het materiaal op. Bij een kogellager bijvoorbeeld leidt een te groot verschil tussen de temperatuur van binnen- en buitenring tot ‘verspanning’: de kogels drukken kleine putjes in de buitenring; deze beschadiging, die ‘pitting’ wordt genoemd, komt pas tot uiting wanneer het lager weer gaat lopen. Of, nog vervelender, op langere termijn.

Inductieverhitting

Inductieverhitting kent al deze nadelen niet: de methode is snel, goed beheersbaar (geen risico op oververhitting dus), ongevaarlijk en introduceert geen ontoelaatbare materiaalspanningen, want de verhitting geschiedt uitermate gelijkmatig. Het procédé laat zich eenvoudig omschrijven (afbeelding 2). Een inductieapparaat is eigenlijk een soort transformator. Ook bij een inductieverhitter worden spanning en stroomsterkte aan de primaire zijde omgezet in een andere spanning en stroomsterkte aan de secundaire zijde. Bepalend is de verhouding in het aantal primaire en secundaire wikkelingen. Bedraagt deze 10, dan wordt de spanning, afgezien van verliezen in het circuit, tienmaal zo laag en de stroomsterkte tienmaal zo hoog. Het te verhitten onderdeel wordt als een weerstand aan de secundaire kant in het circuit opgenomen. De hoge elektrische weerstand vertaalt zich in snelle verhitting, terwijl de rest van het stroomkring koud blijft. Hoewel ook conventionele, veelal improviserende methoden als het huishoudelijke kookplaatje een professioneel equivalent hebben gekregen, zijn daarmee de fundamentele nadelen niet van de baan, maar ze worden hooguit verminderd. De enige echte professionele apparatuur voor het ‘opkrimpen’ van onderdelen, noodzakelijk voor hoogwaardige mechanische aandrijftechnische uitvoeringen, zijn dus inductieverhitters.

Schijn

Op het eerste gezicht mag een inductieverhitter een simpel apparaat lijken, maar schijn bedriegt. Het werkingsprincipe, verhitting door elektrische weerstand, mag simpel zijn, de onderdelen dienen echter met grote nauwkeurigheid te worden vervaardigd. Dat geldt bijvoorbeeld voor de haaksheid van de vlakken van diverse componenten ten opzichte van elkaar; die wordt gespecificeerd in enkele honderdsten mm. Onnauwkeurigheid vertaalt zich onmiddellijk in een gebrekkige troomdoorgang, met stroomsterkteverlies, functionele verslechtering en geluidsoverlast (brommen) tot gevolg. Vanwege de combinatie van kleine productieaantallen, de vereiste precisie en de mogelijkheid tot levering van ‘specials’ heeft T&M geen concurrentie uit lagelonenlanden te duchten; het aandeel van de loonkosten in de kostprijs van het eindproduct is daarvoor te gering, in ieder geval veel kleiner dan de extra kosten voor transport die out-sourcing met zich meebrengt. Sterker nog: China is dit jaar T&M’s grootste afzetmarkt!

Liftsysteem

Het standaardprogramma van T&M omvat draagbare en verrijdbare inductieverhitters. De kleinste uitvoering is een microprocessorgestuurd apparaat voor kleinere tot middelgrote componenten tot 40 kg. Het 17 kg zware toestel leent zich onder andere voor inzet op locatie. Daarna volgen in het programma drie stationair inzetbare, zwaardere modellen voor componenten tot 300 kg, geschikt voor gebruik in onderhoudswerkplaatsen en op de productievloer. De grootste uitvoering kan met behulp van een trolley verplaatsbaar worden gemaakt (afbeelding 3). Het programma omvat verder een drietal nog zwaardere modellen voor werkstukgewichten van maximaal 700, 1250 en 3000 kg. Voor de eerstgenoemde twee modellen is een speciaal liftsysteem ontwikkeld voor het omhoogbrengen van het inductiearm langs een rail zodat een volgend onderdeel zich gemakkelijk laat plaatsen (afbeelding 4).

Van het grootste model uit deze serie ontwikkelde T&M een speciale variant voor toepassing in de windmolenindustrie. Deze is geschikt voor verhitting van onderdelen tot 10.000 kg met een buitendiameter van 4000 mm. De capaciteit is indrukwekkend: in 1 uur is een temperatuur van 120 °C bereikt. Naast deze standaardmodellen ontwerpt en bouwt de onderneming ook inductieverhitters op klantenspecificatie, onder andere voor montage van tandwielen in de automotive (afbeelding 5) en voor voorverhitting van aluminium statorbehuizingen van elektromotoren in een continu productieproces.

Innovatief

In de apparatuur zijn diverse innovatieve voorzieningen verwerkt. Zo kunnen de onderdelen in horizontale positie worden geplaatst waardoor de opwarming tweemaal zo snel plaatsvindt (‘turbo-boost’). De verwarmingsspoel bevindt zich horizontaal onder het onderdeel en voorkomt beschadiging van de spoel, garandeert een gelijkmatige temperatuur in het gehele onderdeel (binnen- en buitenring) en maakt het mogelijk ook onderdelen met kleine boringen te verhitten. Normaliter zijn de verliezen in een transformator aanzienlijk; bij een cos phi factor van 0,23 gaat ongeveer driekwart van de totale elektrische energie verloren. Verschillende compenserende technieken zorgen er bij de inductieverhitters van T&M voor dat de cos phi wordt opgevoerd tot 0,8, waarmee de verliezen beperkt blijven tot 20 procent. Alle inductieverhitters zijn continu inzetbaar. Een optioneel koelsysteem is niet nodig. Het verhittingsproces wordt continu bewaakt door een sensor en gestuurd door een microprocessor. De temperatuur nauwkeurigheid ligt op ongeveer 2 °C. Een vermeldenswaardig ergonomisch aspect is de zwenkbare arm. Het voordeel hiervan is dat alleen het werkstuk moet worden gemanipuleerd, omdat de arm niet met de hand moet worden opgetild.

Dit voorkomt onnodige handelingen en vermijdt het binnendringen van stof in het lager of ander werkstuk.

Toegevoegde waarde

Inzet van een inductieverhitter zal in veel hoogwaardig montagewerk in mechanische aandrijvingen toegevoegde waarde bieden in de vorm van productiviteit, kwaliteit, milieu- en arbotechnische verbeteringen. Een belangrijke energiebesparing is een bijkomend voordeel. Toepassing van inductieverhitters past in de ‘just-in-time’-gedachte. De apparatuur is inzetbaar op het moment dat dit nodig is. Conventionele methoden vereisen anticipatie en planning: de oven moet tijdig worden opgestart, het onderdeel moet op het juiste moment worden geplaatst opdat het - veelal uren later - op de juiste temperatuur, montagegereed is. Naarmate series kleiner worden en onderdelen meer divers, vergt dit meer organisatie. In reparatiebedrijven, waarvan er in ons land vele zijn, is sprake van veel afwisselende onderdelen; met één à twee inductieapparaten wordt al een grote componentenrange afgedekt, met een gewicht van bijvoorbeeld 5 tot 400 kg.

www.powerflex-fhp.nl
info@powerflex-fhp.nl

+31 (0)294 45 02 00