Motionplatform Rexroth maakt coatingmachine Hauzer klaar voor massaproductie

Auteur: Marjolein de Wit
17 mei 2013 

Speciaal voor het milieuvriendelijk aanbrengen van glanzende coatings op kunststoffen ontwikkelde en bouwde Hauzer Techno Coating uit Venlo de Metalliner. In een continu proces worden de producten op een drager door de verschillende modules van de machine gevoerd en middels plasmatechnologie voorzien van een ultradun laagje. Omdat in de ruimtes een diep vacuüm heerst en deze vrij moeten blijven van stofdeeltjes, is voor het interne transport gebruikgemaakt van het Linear Motion System van Bosch Rexroth.

Hauzer Techno Coating is gespecialiseerd in plasmacoatingtechnologieën waarvan physical vapour deposition (PVD) de meest bekende is. Bij plasmacoaten wordt in vacuüm een heel dun laagje materiaal aangebracht op uiteenlopende producten om zo functionaliteit toe te voegen. De coating kan bijvoorbeeld de hardheid of krasvastheid van het oppervlak vergroten maar is ook te gebruiken om een oppervlak te maken dat wrijving minimaliseert - een belangrijke eigenschap voor onder meer verbrandingsmotoren. Vooral op het vlak van deze wrijvingsarme coatings – ook wel tribologische coatings genoemd – loopt Hauzer technisch voorop. Daarnaast vormen PVD-coatingtechnologieën een bruikbaar alternatief voor electroplating, een proces dat het kankerverwekkende Cr6+ genereert en hierdoor in steeds meer landen is verboden.

De modulair opgebouwde Metalliner van Hauzer Techno Coating kan grote componenten zoals grills van auto‘s in een continu proces voorzien van een dun laagje chroom.

Tot voor kort ontwikkelde Hauzer vooral batchmachines, waarbij de producten per batch in de machine worden geplaatst. De eerste stap is het opbouwen van het benodigde vacuüm. Daarna wordt het laagje door middel van diverse fysische en chemische plasmaprocessen aangebracht. Ten slotte wordt het vacuüm opgeheven en kunnen de afgewerkte producten de machine verlaten. Dit soort systemen is geschikt voor zowel grote als kleine batches en maakt een hoge productiviteit mogelijk.

Om massaproductie van coatings echter nog verder te optimaliseren, besloot Hauzer een modulaire ’doorloopmachine‘ te bouwen voor continue processen, de Metalliner. Elke module verzorgt zijn eigen deel van het proces terwijl het ontwerp van zo‘n module steeds weer opnieuw is te gebruiken voor nieuwe productielijnen. Hauzer verwacht dat de lijnen uit vijf tot tien of zelfs meer modules zullen bestaan, waarbij de eerste modules het vacuüm genereren en de modules daarna het coatingproces in een continue productflow voor hun rekening nemen.

De modules zijn zodanig ontwikkeld dat de uiteindelijke productielijnen van de buitenkant gezien identiek zijn. Het frame, de deuren aan de voorzijde en de verschillende modules zijn nagenoeg hetzelfde. De grote verschillen zijn te vinden aan de achterzijde, waar de achterwanden bepalen welk proces in de betreffende module wordt uitgevoerd. Op deze manier is het eenvoudig om bestaande lijnen eventueel uit te breiden, maar ook om een specifieke module om te bouwen voor een ander proces. Het verwisselen van de achterwanden is in principe voldoende.

Om de modulariteit te vervolmaken, beschikt iedere module over zijn eigen water- en gastoevoer, vacuümpomp (indien aan de orde) en transportsysteem. Bovendien heeft iedere module zijn eigen remote I/O die is verbonden met de overkoepelende PLC-besturing. De modulariteit ondersteunt daarom zowel Hauzer in het verkorten van de ontwikkeltijd als de gebruiker, die zijn machine nu flexibel kan ombouwen en zo de doorlooptijden van zijn producten kan optimaliseren. Op deze manier probeert Hauzer de kostprijs per gecoat product zo laag mogelijk te houden.

Extreem schoon

Het uitgangspunt bij de ontwikkeling van de Metalliner was te komen tot een inline oplossing die kan worden geïntegreerd in een volledig geautomatiseerd continu proces. Dit heeft Hauzer gerealiseerd door verschillende modules in lijn te zetten en te voorzien van een doorlopend transportsysteem. Hierop bevinden zich de productdragers (1,5 m hoog, 1,2 m breed en 0,2 m diep) waarin verticale assen zijn aangebracht die kunnen draaien. Door de te coaten producten hierop aan te brengen, is het gegarandeerd dat deze aan alle kanten worden voorzien van het juiste laagje. De dragers gaan met de producten aan het begin van de lijn de eerste module in en verlaten de machine met gecoate product aan het einde, waarna ze door middel van een transportsysteem buiten de machine om weer teruggaan naar het begin.

De producten glijden op dragers door het diepe vacuüm in de machine. De eisen aan de beweging zijn hoog terwijl ook extreme reinheid wordt gevraagd.

Het transportsysteem dat de dragers van het einde van de machine weer naar het begin brengt, is een standaard transportband en vereist geen bijzondere eigenschappen. Het transport buiten de machine om gebeurt immers in een niet-kritieke ruimte. Het interne transportsysteem daarentegen moet aan strenge eisen voldoen. De producten bewegen zich hier in ruimtes waar een diep vacuüm heerst en - voor sommige processen - hoge temperaturen gelden. Verder zijn de ruimtes extreem schoon omdat een minimale vervuiling al tot de afkeur van vele producten zal leiden. Deze reinheidsgraad moet in alle gevallen behouden blijven, wat betekent dat het transportsysteem geen deeltjes mag afgeven.

Bovendien waren voor Hauzer een lage onderhoudsbehoefte en een hoge machinebeschikbaarheid cruciaal. Ook is het noodzakelijk dat iedere drager afzonderlijk kan worden aangestuurd en gevolgd (track en trace). Dit biedt onder meer de mogelijkheid om een drager bijvoorbeeld tweemaal in dezelfde unit te brengen om een proces te voltooien. Dit kan nodig zijn bij de kleinere machines en draagt bij aan de handhaving van de cyclustijd.

Onafhankelijke bewegingen

Om aan al deze zware eisen aan het interne transport te voldoen, heeft Hauzer gekozen voor het door Bosch Rexroth ontwikkelde en gepatenteerde LMS-systeem gecombineerd met de spelingsvrije Cam-rollerrails. LMS staat voor Lineair Motion System en is opgebouwd uit spoelen en magneten die een lineaire beweging tot stand kunnen brengen, in combinatie met de geavanceerde Bosch Rexroth-besturing Nyce 4000 LMS. Door de spoelen wisselend te bekrachtigen, zullen ze de magneten in een bepaalde richting duwen waarbij ze de productdragers meenemen. Hiermee is het LMS in feite te beschouwen als een omgekeerde lineaire motor. Afhankelijk van de afmetingen van de productdrager kunnen telkens spoelen op gedefinieerde afstanden worden geplaatst om zo een ’eindeloze‘ track te vormen. In het geval van de Metalliner worden de productdragers steeds bekrachtigd door twee spoelen om zo voldoende krachtdichtheid te genereren.

De magneten zijn onder de productdragers aangebracht, terwijl de spoelen zich buiten de vacuümkamer, onder de bodemplaat van de machine, bevinden. Hierdoor is de servicevriendelijkheid ten opzichte van conventionele vacuümtransportsystemen sterk verbeterd. Tevens zijn de magneetplaten de enige componenten die aan vacuümeisen dienen te voldoen. Bijzonder is het feit dat de productdrager uitsluitend contact maakt met de machine door middel van de geleidingen die er onder aan zitten. Hierdoor is de kans op het genereren van vuildeeltjes vrijwel nihil. Door het ontbreken van mechanische onderdelen in het vacuümtransportsysteem, zoals kettingen en tandwielen, kan deze machine met gemak zeven dagen per week volcontinu draaien zonder dat onderhoud nodig is. Ook is de kans op vacuümlekken minimaal. Dat is belangrijk omdat vacuümlekkage een risicovolle en dure aangelegenheid is in inline systemen.

Elke spoel is voorzien van twee Hall-sensoren waarmee een absoluut meetsysteem wordt gecreëerd zodat de productdragers door de machine bewegen alsof het een normale lineaire motor is. De Hall-sensoren blijven buiten het vacuüm en meten contactloos de positie. Op deze manier is op alle tijdstippen de positie van elke productdrager bekend en is het mogelijk om ieder willekeurig bewegingsprofiel (positie, snelheid, acceleratie) aan de individuele productdragers op te dragen. Bovendien zijn hierdoor de bewegingen van alle productdragers onafhankelijk van elkaar aan te sturen en kunnen de productdragers dus ook tweemaal eenzelfde unit bezoeken.

Grill

In de eindoplossing bedraagt de maximale belasting van het interne transportsysteem 125 kg per productdrager, de indexeertijd 2,5 seconde en de cyclustijd één minuut. Binnen deze minuut is de Metalliner in staat een kamer met een inhoud van achthonderd liter vacuüm te pompen, de productdrager hier doorheen te transporteren en het weer te ventileren.

De werking van het gehele LMS-systeem is gebaseerd op de Nyce 4000 LMS-software van Bosch Rexroth. Hiermee zijn bewegingen onder moeilijke omstandigheden te realiseren en de productdragers individueel aan te sturen en te monitoren. Indien de vermogens niet toereikend zijn voor het Nyce 4000-systeem kunnen er door middel van Sercos III externe servoversterkers (bijvoorbeeld de Bosch Rexroth Indradrives) worden aangesloten. Hiermee is een hogere krachtdichtheid te ontwikkelen.

Met de Metalliner is Hauzer een nieuwe dimensie van vacuüm coaten ingegaan. Grote kunststof componenten zoals grills van auto‘s worden in continue processen omgetoverd tot blinkende chroomproducten. Het LMS-systeem garandeert de betrouwbaarheid en maximale inzetbaarheid van deze machine. Dat is een must wanneer het - zoals hier - gaat om massaproductie.

Marjolein de Wit is freelance journalist.

Redactie Alexander Pil

AGENDA

Topbanen
Ministerie van Defensie

Word technicus bij Defensie

Ministerie van Defensie

Nederland

Verbruggen

Manager Assembly & FAT

Verbruggen

Emmeloord

Techwatch

Techwatch | bv | Novio Tech Campus | Transistorweg 7-H | 6534 AT Nijmegen
T. +31 (0)24 - 350 3532 | info@techwatch.nl

Copyright ©  2018 Mechatronica&Machinebouw - All Rights Reserved

×