C&E dagen 2007 doorslaand succes

Mikrocentrum en vaktijdschrift Constructeur organiseerden op 7 en 8 februari jl. de Constructeurs & Engineering dagen, kortweg de C&E dagen 2007 in de Evenementenhal Gorinchem. De dagen, speciaal bedoeld voor werktuigbouwkundige ontwerpers en constructeurs, waren een doorslaand succes. Constructeurs en ontwerpers staan aan de basis van producten, of het nu machines zijn, transportmiddelen of medische apparatuur. Wat al die producten gemeen hebben is, dat ze worden geconcipieerd en ontworpen met behulp van tools als CAD en CAE, dat er materialen aan te pas komen om ze te produceren en dat van één of meerdere verbindingstechnieken gebruik wordt gemaakt om ze in elkaar te zetten. Op deze drie terreinen, ontwerpen & ontwerptools, materialen en verbindingstechnieken, zijn vele interessante ontwikkelingen gaande, ontwikkelingen die elkaar beïnvloeden en daarmee tevens het werk van de ontwerper/constructeur. Het idee achter de Constructeurs & Engineering dagen, kortweg de C&E dagen, was om een synthese presenteren van deze drie vakterreinen, waarbij zoveel mogelijk dwarsverbanden worden gelegd. In drie parallelle lezingensessies, verdeeld over twee dagen, werden de ruim 400 bezoekers door Nederlands beste specialisten bijgepraat over een scala aan actuele onderwerpen. Een impressie van een boeiend evenement dat in 2008 zeker herhaald zal worden.

De ontwikkeling van lichtere en slijtvastere constructies was één van de centrale thema’s tijdens de C&E dagen 2007. Vermindering van slijtage en gewicht stelt directe eisen aan materialen en hun verbindingstechnieken. En besparing van tijd en kosten tijdens het ontwerpen heeft alles te maken met het ontwerpproces zelf en de hulpmiddelen daarbij. Op de beursvloer en in het lezingenprogramma was daarom een onderverdeling gemaakt in de categorieën ontwerpproces/-tools, materialen en verbindingstechnieken en. De bezoekers konden zo meteen inzoomen op de invalshoek van hun keuze.
Aan de slijtage en levensduur van onderdelen is redelijk gemakkelijk heel wat uit te rekenen, zo maakte Julien van Kuilenburg van Philips Applied Technologies zijn toehoorders duidelijk. Als triboloog is hij gespecialiseerd in wrijving, smering, coating en oppervlaktebehandeling. “De wrijvingscoëfficiënt is een systeemeigenschap, geen materiaaleigenschap. Het is zeker geen vaste constante, want in de loop van de tijd kunnen allerlei factoren de waarde beïnvloeden. Slijtage is eigenlijk een volumeafname, en ook de slijtagefactor is een systeemeigenschap. Hoeveel een onderdeel slijt hangt altijd af van de omgeving waarmee het gecombineerd is.” Bij slijtagebeheersing zijn de noodloopeigenschappen van het systeem belangrijk, legde Van Kuilenburg aan zijn publiek uit: “In de halfgeleiderindustrie worden bijvoorbeeld veel luchtlagers toegepast. Die zijn stabiel, slijten niet en hebben nauwelijks wrijving. Maar wat gebeurt er als de luchtdruk wegvalt of er deeltjes in de smalle luchtspleet terechtkomen? Daarom testen we van tevoren wat zich voordoet als de gebruiksomstandigheden ineens anders worden dan verwacht. Indien nodig kun je dan een oppervlaktebehandeling of coating toevoegen.”

Pijnpunten
Voor het praktische rekenwerk aan wrijving, slijtage en levensduur is veel informatie te vinden in handboeken en leveranciersdocumentatie en op internet. “Zo krijg je een goede indicatie van de mogelijke pijnpunten. Zet de diverse ontwerpvariabelen eens in een Excel-bestandje, dan kun je spelen met diverse waarden om het optimum te zoeken. Let er wel op om bij de keuze van het smeermiddel uit te gaan van het laagste toerental. Dan is het namelijk het moeilijkst om een smeerfilm op te bouwen.”
Met de levensduur van composietmaterialen zit het wel goed, zo bleek uit de voordracht van Aldert Verheus van Lightweight Structures. Dit bedrijf is enkele jaren geleden voortgekomen uit de TU Delft en TNO Industrie, en ontwikkelt lichtgewicht constructies. “Vezelversterkte kunststoffen ofwel composieten halen enorme levensduren. Maar dé trend is dat een alsmaar hogere buigstijfheid gevraagd wordt, zodat de constructie lichter kan worden. Dat heeft niet alleen voordelen in vliegtuigen of auto’s, maar ook voor schepen, verpakkingen, bewegende machinedelen of gereedschappen. Eigenlijk voor alles wat getild moet worden, tot zelfs steigerplanken.” Een moderne Boeing 787 bestaat voor 60 % uit composieten. Een koolstofcomposiet bereikt dan ook een buigsterkte (E/ρ3) van 80.000, waar aluminium nog geen 4000 behaalt en staal blijft steken op 425. Het gaat dan wel om UD-composieten, waarvan de vezels in één richting liggen. Stalen of aluminium sandwichpanelen met lichte lamellen tussen de beide oppervlakken doen het al vele malen beter. Maar ook als sandwichpaneel haalt een UD-koolstofcomposiet de hoogste waarde. Verheus noemde een aantal voorbeelden: “De Nuna 3 auto op zonne-energie bestaat geheel uit koolstofcomposiet. Een koeltrailer hebben we met sandwichpanelen en een zelfdragende constructie enkele duizenden kilo’s lichter gemaakt. Een brug in Eindhoven was ontworpen in staal, maar dat mocht uiteindelijk niet toegepast worden. Glas-polyester had te weinig stijfheid en de beschikbare ruimte was beperkt, dus hebben we de brug van composieten gemaakt. Zo’n brug kun je zelfs met helikopters op zijn plaats leggen; in de Pyreneeën wordt dat al gedaan."

Laagjesinformatie
Maarten Oudendijk van MSC.Software ging in op het ontwerpen met composietmaterialen: “Ook primaire onderdelen zoals het landingsgestel van een straaljager worden steeds vaker van composieten gemaakt. Dimensioneren zonder meer volstaat dan niet meer; je moet zo’n ontwerp optimaliseren.” MSC levert een softwarepakket waarmee het effect van de gekozen composieten en afmetingen nauwkeurig te simuleren is. “We kijken naar verschillende laagjes in het geheel. Zo kun je waar nodig stap voor stap laagjes materiaal toevoegen in een bepaalde vezelrichting en nagaan welke uitwerking dat heeft. Op plaatsen met weinig belasting is misschien één laagje al voldoende, terwijl op kritische punten drie of meer laagjes nodig zijn. Een nieuw plaatje materiaal leg je gewoon over de vorm heen, en het overtollige deel snijd je eraf. Met het overgebleven gedeelte kun je daarna een uitslag maken voor de productie.” De laagjesinformatie uit de optimalisatieronde wordt meegenomen naar de CAD-omgeving, waarin de detailuitwerking plaatsvindt. Vervolgens kan het ontwerp gecontroleerd worden op een aantal faalpunten om te hoge plaatselijke belastingen tijdens de productie te voorkomen. Ook het uitharden in de matrijs is te simuleren. Oudendijk: “Als het product uit de matrijs komt, zorgen de plekken die nog niet uitgehard zijn voor vervormingen. Door te simuleren hoe het uitharden in de tijd verloopt, kom je te weten welke plaatsen wanneer uitgehard zijn en kun je precies vaststellen wanneer het product uit de matrijs kan.”
Een zorgvuldig geoptimaliseerd ontwerp kan veel materiaal-, productie- en servicekosten besparen. Jan Koudijzer van Festo, specialist in industriële automatisering en motion control, omschrijft nog een andere manier om in de ontwerpfase besparingen door te voeren: ”Van alle fasen die een product bij zijn fabrikant doorloopt, biedt de ontwerpfase de meeste mogelijkheden om kosten te verlagen. Daar is namelijk de keuzevrijheid het grootst en worden dingen vastgelegd die gevolgen hebben voor de kosten in latere fasen.” Standaardmodules in het ontwerp opnemen is zo’n besparende keuze, aldus Koudijzer: “Neem een handlingunit die bestaat uit een geleiding, aandrijving, positiemeting en verbindingsdelen. Wanneer die als module gestandaardiseerd is, dan kun je hem iedere keer veel sneller vastleggen en produceren op basis van de eisen: product X moet van A naar B in Y seconden. Of je kunt zo’n unit als complete component aanschaffen; dat scheelt inkoopkosten en logistieke afhandeling. Ook voor andere modules, zoals framedelen en aandrijvingen, is deze aanpak mogelijk. Belangrijk bij zulke ‘high tech’ inkoop is dat engineeringafdeling, inkoper en leverancier als team samenwerken om tot de beste oplossingen te komen.”
Ook op het gebied van de verbindingstechniek staan de ontwikkelingen niet stil. Uit de presentaties van Ron Nefs van Henkel en van Ard Struijk van Mavom blijkt dat er steeds meer wordt gelijmd. Behalve gewichtsbesparing biedt lijmen andere voordelen. Struijk: “Door het grotere verbindingsoppervlak worden spanningen gelijkmatiger verdeeld dan bij schroeven of puntlassen. Je kunt ongelijksoortige materialen verlijmen, want de lijmlaag vangt uitzettingsverschillen op. Soms wordt gelijmd vanwege esthetische eisen, en meestal is het gewoon goedkoper.”

Treinstel
Ard Struijk besprak enkele populaire lijmsoorten: “MMA-lijmen zijn zeer sterk, maar blijven taai en redelijk elastisch. Uitharden gebeurt bij kamertemperatuur, dus zonder oven. Dat is wel handig als je iets aan een autobus of treinstel lijmt. Epoxylijmen zijn net zo sterk maar minder elastisch, en er is voorbehandeling nodig. Polyurethaanlijmen zijn zeer elastisch, maar minder sterk en vragen ook voorbehandeling.” De beste lijmresultaten ontstaan als de constructeur al bij het ontwerpen incalculeert dat de verbinding gelijmd gaat worden. "Als je een constructie die bedoeld was voor lassen achteraf gaat lijmen, is de situatie misschien niet optimaal. De lijmfilm heeft een bepaalde dikte, dus die moet je incalculeren bij het dimensioneren. Met enkele ontwerpdetails kun je er voor zorgen dat eventueel te veel gedoseerde lijm onzichtbaar blijft. In belastingen die onderdelen als het ware van elkaar afpellen zijn lijmverbindingen minder sterk; laat de belasting bij voorkeur bestaan uit trek, druk en afschuiving.”

Techniek in de sport
Technische innovaties volgen elkaar in hoog tempo op, maar sommige toepassingsgebieden blijven wat onderbelicht. Dat vindt ook ex-keeper Hans van Breukelen, namens de stichting Sports & Technology de afsluitende spreker op de beurs: “Ons doel is om kennisinstellingen, bedrijven en de sportwereld bij elkaar te brengen om nieuwe techniek in de sport te introduceren. Zo hopen we sportprestaties te verbeteren, maar ook via techniek mensen aan het sporten en bewegen te krijgen.” In enkele videofragmenten zien we hoe de bewegingen van turners bij een paardsprong en aan de brug zijn gedigitaliseerd, zodat ze nader geanalyseerd kunnen worden. "Op deze manier is indertijd de bochtentechniek van schaatser Jochem Uytdehaage verbeterd, en daarna werd hij Europees kampioen. In de paardensport meten we nu met sensoren de bewegingen van een ruiter op een paard. Vaststellen hoe fit een paard is, bewegingsgegevens van voetballers registreren – allemaal actuele kwesties die vragen om technisch onderzoek en waaruit nieuwe producten kunnen voortkomen. Kijk als bedrijf eens of dit een interessante markt voor je kan zijn!”