Hoe vind je een nieuw, trillingsdempend materiaal dat beter presteert dan natuurrubber? Om daar meer over te vertellen, interviewden wij Michiel Huijgen, Senior Design Engineer bij Rubber Design. Hij was verantwoordelijk voor het ontwerp en de realisatie van een nieuwe elektromechanische meetopstelling, gebouwd in nauwe samenwerking met VARIODRIVE. Met deze opstelling kunnen de dynamische eigenschappen van rubber compounds nauwkeurig worden bepaald. De meetopstelling vormt een essentiële schakel binnen een breder onderzoeksproject waarin numerieke modellen en fysieke metingen met elkaar worden vergeleken.

“Voor een project waarin we de dynamische eigenschappen van nieuwe materialen willen testen, ontwikkelden wij een meetopstelling die het dynamisch gedrag van nieuwe materialen kan meten. Dat vraagt om een opstelling die niet alleen technisch klopt, maar ook betrouwbaar, reproduceerbaar en praktisch inzetbaar is. Samen met VARIODRIVE hebben we die opstelling in korte tijd gerealiseerd. Zij konden niet alleen leveren binnen de benodigde tijd, maar dachten ook inhoudelijk mee over de aandrijving, de besturing en de meetnauwkeurigheid. Het resultaat is een meetopstelling die doet wat hij moet doen en ruimte geeft om echt te leren. Dat het hele traject in ongeveer drie maanden stond en zo soepel is verlopen, maakt dit voor mij echt een project volgens het boekje.”

Rubber Design: specialist in trillingstechniek

Rubber Design is gespecialiseerd in anti-vibratietechnologie en is actief in onder andere scheepvaart, jachtbouw, industrie en defensietoepassingen. De gemene deler in al die markten is de behoefte aan gecontroleerde trillingsisolatie en schokbestendigheid. Daarbij draait het niet alleen om het product zelf, maar vooral om de juiste toepassing en de eisen die daarbij horen.

“Wij vergelijken het selecteren van trillingsisolatoren met het kiezen van de juiste schoenen. Iedere trillingsbron heeft zijn eigen ‘voetafdruk’ – een uniek patroon van dominante frequenties. De kunst is om een isolator te vinden die daar precies bij aansluit.

Wat Rubber Design uniek maakt, is dat wij de dynamische eigenschappen van al onze producten binnen een ruim frequentiespectrum heel precies kennen. Die kennis is ook de reden waarom onze trillingsisolatoren vaak te vinden zijn in projecten met zeer hoge eisen: defensie, onderzoeksvaartuigen en jachtbouw.

Door al in de ontwerpfase het juiste paar schoenen te adviseren, helpen we klanten bij het halen van constructiegeluideisen. Achteraf isolatoren uitwisselen omdat de eisen niet worden gehaald is arbeidsintensief en betekent vaak projectvertraging. Met onze productkennis voorkomen we dat”

Michiel Huijgen werkt als Senior Design Engineer op de R&D-afdeling van Rubber Design. Binnen die rol houdt hij zich bezig met productontwikkeling én met de ontwikkeling van meetopstellingen. In dit project lag zijn focus volledig op het ontwerp en de realisatie van de nieuwe meetopstelling.

Aanleiding en eisen voor de nieuwe meetopstelling

De meetopstelling is ontwikkeld als onderdeel van een onderzoeksproject in samenwerking met verschillende partners. Onderdeel van het onderzoek is het meten van de statische, kruip en dynamische eigenschappen van de verschillende materiaal samples. Op basis van de meet resultaten wordt een vergelijking gemaakt en bepaald welke compound de beste eigenschappen heeft. De compounds met de beste eigenschappen zullen uiteindelijk worden gebruikt voor onze nieuwe trillingsisolatoren.

De nieuwe meetopstelling is specifiek ontwikkeld om de dynamische eigenschappen te kunnen meten. Naast het vergelijken van de dynamische eigenschappen van de verschillende samples worden meet resultaten ook gebruikt om eindige elementen modellen te valideren. Door de koppeling tussen fysieke dynamische metingen op kleine samples en eindige elementen software heeft Rubber Design een krachtige ontwerp tool waarmee dynamische eigenschappen al vroeg in de ontwerpfase kunnen worden gesimuleerd met eindige elementen software.

“Het gaat hier niet om een complete trillingsdemper, maar om kleine materiaalsamples. Binnen het project hebben we een producent die samples in verschillende compound samenstellingen aanlevert. Rubber Design verzorgt naast de dynamische metingen ook statische metingen en kruipmetingen.

Zo’n dynamische meting geeft een beeld van hoe de verschillende compounds zich gedragen bij verschillende frequenties en amplitudes. Voordat de dynamische meting wordt uitgevoerd, wordt er een statische kracht op het sample geplaatst om de massa van de trillingsbron na te bootsen. Het is belangrijk dat deze statische kracht precies en reproduceerbaar is voor alle te meten samples.

Daarnaast was de doorlooptijd per meting heel belangrijk. We wilden per sample binnen 30 minuten de dynamische eigenschappen kunnen bepalen. Met het aantal geplande samples is dat cruciaal om het project beheersbaar te houden.”

Keuze voor elektromechanische aandrijving

Voor de aandrijving van de meetopstelling zocht Rubber Design aanvankelijk een geschikte cilinder en kwamen uit bij het merk Parker. Die zoektocht bracht hen ook meteen bij VARIODRIVE, als exclusief dealer van Parker-oplossingen. In eerste instantie ging het om een afgebakende vraag, maar gaandeweg werd de samenwerking inhoudelijker.

“We hadden al ervaring met een grotere hydraulische testbank, maar bij deze opstelling hebben we ons heel bewust afgevraagd: is hydraulisch hier wel de beste keuze, of kan het ook elektromechanisch? Juist omdat we met kleine samples werken en hoge eisen stellen aan herhaalbaarheid en nauwkeurigheid, bleek elektromechanisch beter regelbaar en een stuk eenvoudiger. VARIODRIVE heeft ons daar echt in meegenomen. Het ging niet alleen over het leveren van een cilinder, maar ook over hoe je die aanstuurt en hoe je de besturing zo inricht dat je exact krijgt wat je nodig hebt voor dit type metingen. Die precisie en controle zijn uiteindelijk cruciaal gebleken om de meetopstelling te laten doen waarvoor hij bedoeld is: reproduceerbaar en betrouwbaar meten.

Maar dat kwam allemaal later. In eerste instantie viel onze keuze op VARIODRIVE omdat zij simpelweg de beste levertijd konden garanderen. Omdat er een stevige tijdsdruk was op dit project stond dat centraal, dat zij ons ook technisch konden ondersteunen bewezen ze pas toen we al samen aan het werk waren.”

Van besturing naar meetnauwkeurigheid

Een belangrijk onderscheidend element van de meetopstelling ontstond namelijk niet vanuit het oorspronkelijke programma van eisen, maar vanuit de praktijkervaring van VARIODRIVE:

“In het programma van eisen was vastgelegd dat we de samples op meerdere inveerniveaus (statische krachten) moesten testen, bijvoorbeeld op drie vaste stappen. Op elk van die niveaus wil je exact weten wat het dynamische gedrag van het materiaal is. Dat klinkt eenvoudig, maar in de praktijk vraagt dat veel precisie. Edgar van VARIODRIVE gaf aan dat hij bij vergelijkbare applicaties had gewerkt met een taster die de invering direct meet. Dat idee hebben we overgenomen. De operator hoeft nu alleen maar een gewenste invering in te voeren en de machine gaat exact naar die positie. Dat heeft een enorme impact gehad, want waar een operator zich vroeger scheel stond te kijken op meetklokjes, weten we nu zeker dat elke sample binnen een zeer kleine tolerantie wordt ingeveerd. Dat maakt de metingen niet alleen veel makkelijker in gebruik, maar vooral ook veel beter reproduceerbaar. En dat is precies wat je wilt in dit soort onderzoek.”

Door VARIODRIVE werd een ontwerp gemaakt dat bestond uit een lineaire spindel actuator ETH100 aangedreven door een AC Servomotor. De servomotor wordt aangestuurd door een PSD servoregelaar. De machine besturing bestaat uit een motion PLC geïntegreerd in een HMI scherm en stuurt de servomotor aan via het EtherCAT protocol. Dit geheel werd ingebouwd in een schakelkast met de verdere noodzakelijke bediening en beveiliging. De taster wordt ingelezen in de motion PLC en wordt inclusief andere noodzakelijke gegevens gepresenteerd op het HMI. De software voor machine besturing werd door VARIODRIVE geprogrammeerd in CoDeSys in de motion PLC.

Na het ontwerp volgde de realisatiefase. VARIODRIVE testte de cilinder en besturing in een opstelling en die werd door ons na een Factory Acceptance Test afgenomen. Daarna werd de aandrijving geïntegreerd in de complete meetopstelling bij Rubber Design.

“Na de integratie hebben we ook een Site Acceptance Test gedaan. VARIODRIVE is langsgekomen om de opstelling toe te lichten en de operators te trainen. Tijdens die fase merk je meteen hoe waardevol het is dat iedereen dezelfde taal spreekt. Kleine aanpassingen konden we direct doorvoeren, omdat de lijnen kort waren en de opstelling goed doordacht was. Uiteindelijk hebben we de volledige meetopstelling in ongeveer drie maanden gerealiseerd. Het project liep eigenlijk heel soepel. Binnen die tijd een volledig werkende meetopstelling bouwen, die doet wat hij moet doen en voldoet aan alle eisen, dat was een grote winst. Dit was echt een project uit het boekje.”

Materiaalontwikkeling en -kennis

De meetopstelling levert Rubber Design niet alleen een werkend meetsysteem op, maar vooral nieuwe inzichten in materiaalgedrag en toekomstige toepassingsmogelijkheden.

“Wat we zeker meenemen naar toekomstige projecten is dat we eerder naar elektromechanische oplossingen willen kijken in plaats van automatisch naar hydraulisch. De precisie en regelbaarheid die we hier hebben bereikt, openen ook nieuwe mogelijkheden voor grotere opstellingen. Tegelijkertijd is deze meetopstelling vooral een middel om verder te komen in materiaalontwikkeling”.

Meer weten over het programma en de toegevoegde waarde van VARIODRIVE en wat wij voor jouw project kunnen betekenen? Neem dan contact op met onze specialisten via sales@variodrive.nl of bel naar 0186-636280.