Een koningskettingvlechter

Citation for published version (APA):

Slangen, T. J. (1985). Een koningskettingvlechter. (TH Eindhoven. Afd. Werktuigbouwkunde, Vakgroep Produktietechnologie : WPB; Vol. WPB0220). Technische Hogeschool Eindhoven.

Document status and date: Gepubliceerd: 01/01/1985

Document Version:

Uitgevers PDF, ook bekend als Version of Record

Please check the document version of this publication:

• A submitted manuscript is the version of the article upon submission and before peer-review. There can be important differences between the submitted version and the official published version of record. People interested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit the DOI to the publisher's website.

• The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review.

• The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and page numbers.

Link to publication

General rights

Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights. • Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain

• You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal.

If the publication is distributed under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license above, please follow below link for the End User Agreement:

www.tue.nl/taverne Take down policy

If you believe that this document breaches copyright please contact us at: openaccess@tue.nl

providing details and we will investigate your claim.

T.J. Slangen

Rapportnr. WPB 0220

Verslag van een r

1-opdracht.

Afstudeerhoogleraar: prof. ir. J.G. Balkenstein

Begeleiders:

TEE: P.J.J. Renders Bedrijf: R. Scheffers

Technische Hogeschool Eindhoven Afd. Werktuigbouwkunde

Vakgroep WPB

VOORWOORD

Onderliggend schrijven is een verslag van een opdracht uitgevoerd door T. J. Slangen, in het kader van de I 1-fase, een onderdeel van het vierde studiejaar, van de studie Werktuigbouwkunde aan de TH-Eind.hoven.De op-dracht is aangedragen door Dhr. Roland Scheffers, edelsmid te Eindhoven, Bergstraat 2.

Voor hun steun, in welke vorm dan ook, wilde ik danken, de Heren: P. Renders, •

P. Kouma.ns, H. Janssen, A. Jacobs , R. van Rooy.

VOORWOORD. SAMENVATTING. INLEIDING. HOOFDSTUK I HOOFDSTUK II: HOOFDSTUKIII:

Het produkt: een koningsketting.

1) De ketting. 2) Het materiaal ... 3) Het vlechten. Een machineconcept. 1) Inleiding. 2) De bewegingen. ·

a) Het vastpakken van de ring.

b) Het vastpakken van de ketting. c) Het hanteren van de ring.

d) Het inrijgen.

e) Het positioneren van de ketting ..

f) Het overpakken van de ketting .. g) Het ophalen van de ringen. h) Het knippen van de ringen. i)· Resumé.

3) Een bewegingenschema ... 4) Het uitgangsmateriaaL Concretisering van het concept. 1 ) Inleiding. 2) Een eisenpakket. a) Snelheid. b) Nauwkeurigheid. c) Gewicht en volume. 1 2 3 5 5 5 5 7 7 8 9 9 11 12 15 17 19 19 19 22 31 32 32 32 33 34 35

3) (Aandrijf)Principes per beweging. 36 4) Relatieve ordening van de bewegingen. 39

HOOFDSTUK IV:

Materialisering van het concept. 41

1) 2) 3) 4) WITTE VLEKKEN: Bijlagen· Inleiding. 41 Standaardelementen. 41 a) De sleden. 42 b) Luchtcilinder 1 • 42 c) Stappenmotor 1. 42

d) Drehmoment Kugel Bijchse. 45

e) Stappenmotor 2 47 f) De tandriem. 48 g) De spindel. 48 h) Stappenmotor 3 .. 49 i) Stappenmotor 4 ... 50 j) Luchtcilinder 2. 50. Het nokmechanisme. 52 a) De basisvorm. 52 b) De heffunctie .. 53 c) De terugstelveer. 56 d) De dimensionering. 57

e) Het dynamisch gedrag. 61

De grijpinstrumenten. 63 a) Het pincet .. 63 b) De tangen. 64 66 a) De sturing. 66 b) Torsie in de ketting. 66 c) Overige. 68

10 stuks (wo 1 A₁ (kalk), 2 A

3 (schetsen)).

SAMENVATTING.

In Hoofdstuk I worden van het produkt waarvan we de fabricage beogen, een Koningsketting, enkele karakteristieke kenmerken beschreven waarbij aan-dacht besteed wordt aan het te gebruiken materiaal en de typische vlecht-wijze.

Om te komen tot een machine, wordt in Hoofdstuk II het vlechtproces gesti-leerd en ontstaat er een machineconcept, dat schematisch de benodigde on-derdelen,hun vrijheidsgraden beschrijft, alsmede een scenario omvat van

de door deze delen uit te voeren bewegingen in de tijd met bijbehorend

dia-gram: het bewegingenschema.

De volgende stap is een concretisering van het concept door principiele keuzen te doen aangaande constructies en aandrijvingen. Als uitgangspunt hiervoor wordt in Hoofdstuk III eerst een eisenpakket voor de machine op-gesteld. Waar mogelijk is getracht de arbitraire eisen kwantitatief uit te drukken. Vervolgens worden kort concurrerende principes afgewogen: uitmondend in een concretere principeschets.

In Hoofdstuk IV tenslotte, worden de gekozen principes gematerialiseerd. Als eerste komen de te gebruiken standaardelementen aan bod: diverse ge-leidingen, stappenmotoren etc., hun keuze en dimensionering.Vervolgens zijn er berekeningen opgenomen ter dimensienering van het nokkenmechanis-me.

Aan het einde van het verslag zijn enkele aanbevelingen opgenomen bestemd voor degenen die dit werk wensen voort te zetten, alsmede een opsomming van 'witte vlekken'; essentiele zaken die binnen het tijdsbestek niet aan de orde zijn gekomen.

INLEIDING

Het doel waaraan het hier beschreven werk een steentje beoogt bij te dragen, is de verwezenlijking van een machine die in staat is een konings ... ketting te vlechten zonder menselijke assistentie of toezicht, afgezien van het aanlopen.

Een koningsketting wordt momenteel nog uitsluitend met de hand gevlochten in tegenstelling tot de meeste andere, als sierraad dienende kettingen. Af-gezien van de hiermee verbonden kosten vormt ook de aard van het vlecht-werk zelf een belemmering voor de produktie op redelijke schaal. Het vlech-ten is immers een vermoeiende bezigheid, de fijnste uitvoeringen worden met behulp van een loep gemaakt, en slechts weinig mensen zijn bereid zich hier voor langere tijd aan te wijden.

Aangezien het bij te dragen steentje de eerste steen betreft, was de ver-wachting, dat het werk zou bestaan uit het inventariseren van fabricage-mogelijkheden en onfabricage-mogelijkheden en het vertalen van één of meerdere van deze tot schematische ma.chineconcepten.. Al vrij snel echter is overge-gaan tot de constructieve uitwerking van het meest voor de hand liggende concept: een nabootsing van het handwerk. Een vrij groot deel va~ het tijd-bestek is besteed aan concrete berekeningen. Voor de keuze van deze aan-vechtbare aanpak zijn drie redenen aan te voeren:

- Het denken over andere principes voor fabricage van de ketting; een solo brainstorming, dreigde te verworden tot dagdromen en leverde weinig resultaat.

- Er was behoefte aan een duidelijke indicatie van waarden van realiseer-bare nauwkeurigheden en snelheden. Vooral mogelijke snelheden waren moeilijk te bepalen door de beinvloeding van bewegingen door traaghe-den van componenten bestemd voor de realisering van andere bewegin-gen. Genoemde behoefte vond zijn oorzaak vooral in het volledig ont-breken van een eisenpakket: te stellen eisen waren bij voorbaat arbi-trair, .slechts na te streven tendensen waren duidelijk. Dat deze be-hoefte mede leidde tot de beschreven aanpak is wellicht ook te wijten aan de geringe constructieve ervaring van ondergetekende.

- De ruimtelijke ordening van de diverse componenten is van belang voor het optimaliseren van het bewegingenschema enerzijds en voor de dimensienering van de machinedelen anderzijds. Zonder concrete op elkaar afgestemde elementen, met bijbehorende afmetingen, was

het onmogelijk keuzen t.a.v. bewegingspatronen en constructieve op-lossingen te maken •.

Al met al is door de geschetste werkwijze en het beperkte tijdsbestek een ietwat onevenwichtig resultaat ontstaan: ( ruime ) aandacht voor details met wezenlijke zaken nog principieel onduidelijk. Toch leeft de overtuiging, dat dit verslag een bron van inspiratie kan zijn voor degene die een dergelijke machine wenst te construeren. Voor iemand die heil ziet in de. ingeslagen weg is het ongetwijfeld waardevol. Als on-derdeel van een leerproces is het dat zeker al geweest.

HOOFDSTUK I

Het produkt: een koningsketting. 1 )~ .~ De ketting.

Een koningsketting is een volgens een bepaald patroon gevlochten ket-ting die dient als sierraad. De ketting bestaat uit paren gevlochten ringen waarvan een zestal, twaalf ringen, de repeterende ruimtelijke eenheid vormt. Zo'n eenheid van twaalf ringen bestaat uit twee iden-tieke configuraties van zes ringen die 90° ten opzichte van elkaar zijn verdraaid rond de as van de ketting.

Draaddiameter en inwendige ringdiameter verhouden zich als

1:3,33 •

Deze verhouding zorgt voor de typische eigenschap van de ketting, dat een aantal ringen gevlochten tot koningsketting, een ketting geeft ter lengte van dat aantal maal de draaddiameter.

2) Het materiaal.

De ringen zijn gewikkeld uit ronde draad met een diameter die vari-eert van 0

0,3

mm tot 0 1,5 mm. Voor de toepassing als sierraad is eigenlijk slechts de fijnere uitvoering geschikt. Het materiaal is goud, zilver of roestvrij staal •. De ringen worden geknipt uit een spi-raal en zijn daardoor niet helemaal vlak na dichtbuigen: dit veroor-zaakt een kleine vormfout.

3) Het vlechten.

Het repeterende karakter van de structuur van de ketting vinden we ook terug in de handelingen waaruit het vlechten bestaat. Het vlech-ten gaat als volgt in zijn werk:

-klap het laatste paar achterover (fig. 2),

-

.

- spreid het één na laatste paar (fig. 3),

- rijg een volgend paar tussen het gespreide paar en door het

ach·ter-over geklapte paar (fig. 4) ..

Vervolgens is de ketting te verlengen met drie paren en het bovenstaan-de te herhalen. Bij het rijgen van dit volgenbovenstaan-de zestal blijkt het te-rug klappen plaats te vinden in een vlak dat 90° gedraaid is ten op-zichte van het vlak waarin het vorige paar werd terug geklapt.

fig. 1 fig.2

~·

fig. 4

Bij het vlechten met de hand worden de ringen met tangen aangepakt en slechts zover als nodig opengebogen. Tijdens dit openbuigen dwingt men de tangen iets naar elkaar toe, zodat na dichtbuigen de draadeinden ietwat verend aanliggen! dit bevordert het solderen van de ringen, la-ter. Bovendien wordt hiermee voorkomen, dat de ringen 'gapen' •

HOOFDSTUK II:

Een machineconcept.

1) Inleiding.

Om een idee te krijgen van een machine voor de vervaardiging van een produkt als een koningsketting, dient men allereerst de vereiste be-wegingen te omschrijven. Vervolgens kan men hieruit de vereiste machi-nedelen naar aard en aantal destilleren. Deze onderdelen dienen de graden van vrijheid te krijgen, nodig voor hun deel van het werk.

Het bewegingenpatroon wordt bepaald door de vlechttechniek. Een nieu-we, efficiënte vlechttechniek te verzinnen, is een even verleidelijk als ongewis doel. Weliswaar met de gedachte aan de wenselijkhe~d hier-van in het achterhoofd, is een studie gemaakt van het, in het vorige hoofdstuk omschreven handwerk.

Hierbij blijken vooral de rijgbewegingen complex. Om ze op relatief eenvoudige wijze na te bootsen in een machine is het wenselijk deze te vertalen in rotaties en translaties in een carthesisch assenstel-sel.

2) De bewegingen.

Als we het handwerk bekijken; kijken wat de vlechter doet, dan onder-scheiden we de volgende bewegingen:

*

het knippen van een ring

*

het pakken:' van de; :ring:';. r ,~- '

*

het openb~gen van de ring ,

*

het pakken van de ketting

*

het rijgen

*

het dichtbuigen van de ring,

*

enz.

Daarnaast zien we het terugklappen van ringen en het spreiden, als be-schreven op p.6 •

Bovenstaande indeling berust op de functie die de verschillende bewegin-gen hebben in het geheel. Aangezien wij op zoek zijn naar beweginbewegin-gen als fun-cties van machinedelen, is de volgende indeling beter geschikt:

*

a) het vas~pakken van de ring

*

b) het vastpakken van de ketting

*

c) het hanteren van de ring

*

d) het inrijgen

*

e) het positioneren van de ketting,

*

f) het overpakken van de ketting

*

g) het ophalen van de ringen

*

h) het knippen van de ringen

Aan de hand van dit lijstje zullen we puntsgewijs voor elke genoemde func-tie de vereiste bewegingen beschrijven en 'by.the way' conclusies trekken omtrent de graden van vrijheid van het betreffende machinedeel (of -delen). Aan het einde van deze paragraaf zullen we de conclusies samenvatten en uitbeelden in een schematische schets.

*

a) het vastpakken van de ring.

Onderstaande schets geeft aan waar de ring wordt vastgepakt (het ge-arceerde deel bevindt zich in de bek). Voor dit pakken is een grijp-instrument nodig waarvan de bekken uiteraard kunnen openen en sluiten en die de opening in de ring niet overlappen; daarmee zou de rijgope-ning worden verkleind.

*

b) het vastpakken van de ketting.

Ook voor deze taak is een grijpinstrument nodig: een 'pincet' • In ver-band met het al genoemde terugklappen van de ringen op zeker moment, is het gewenst dat de ketting in de machine naar omlaag hangt. Dit impli-ceert dat de rijgopening zich boven de bekken van het pincet zal bevin-den. We gaan na of dit bij de drie te onderscheiden uiteinden van de ketting die we in één cyclus aantreffen mogelijk is.(drie einden, im-mers de repeterende eenheid bestaat uit zes ringen, dus drie paren). - Paar 1

Paar 1 wordt ingeregen nadat aan de ketting, na de laatste keer terug-klappen, nog één paar is toegevoegd.

Het pincet grijpt de ketting waar de pijl wijst, in bovenstaande fi-guur. De gespreide ringen bevinden zich in de bekken.

- Paar 2

Paar 1 is ingeregen. Er zijn nu in principe twee mogelijkheden denk-baar om de ketting te grijpen:

=

De pincetbekken pakken onder de ringen van paar 1 ; deze staan als het ware op het pincet.(positie A).

=De pincetbekken grijpen de ringen van paar 1.(positie B).

De eerste mogelijkheid laat een grotere inrijgopening vrij. Echter de ringen van paar 1 zijp niet gefixeerd. Wellicht is met een speciale vorm van de bekken hier iets aan te doen.. Een ander, groter nadeel van deze houding zal blijken bij bestudering van het inrijgen.(Zie inter-mezzo aldaar).

De tweede mogelijkheid geeft een kleinere inrijgopening, echter niet kleiner dan die voor het inrijgen van paar 1, mits de pincetbek niet dikker is dan de gebruikte draaddikte.(Bij dunnere bekken ontstaat zelfs een grotere opening) •

- Paar

3

Paar 2 is ingeregen èn teruggeklapt. Hoe dit.in zijn werk gaat wordt besproken bij het 'overpakken van de ketting' (f).

Het ~ deel van à! rir:g t:ev:ir.dt zidl

in à! t:à<l.<el van èe t.arg, w:ill<e èe .irrljy:.:{.'e-nirg niet oua"laJ:p:n.

Het teruggeklapte paar bevindt zich in de pincetbekken. De inrijgope-ning is hier weliswaar hoger, maar tevens smaller.

*

c) het hanteren van de ring ..

Onder deze noemer vallen naast het apart te behandelen aandeel van de ring in het rijgen en het ophalen van de ringen slechts het openen en sluiten ervan.

Een aanmerkelijke vermindering van de in de Inleiding bij dit hoofd-stuk genoemde complexiteit van de rijgbewegingen biedt de mogelijkheid de ringen verder open te buigen dan bij vlechten met de hand gebruike-lijk is:. openbuigen over 90° :

Eventueel nog verder openbuigen geeft een te grote vervorming van de weer gesloten ring; zowel voor wat betreft de toepassing als sierraad, als ook eventueel voor de verwerking door een ·machine: een paar cnvlak-ke ringen is dikker dan een paar vlakke ringen.

Door het verder openbuigen van de ring komt bovendien het deel dat de tang vastpakt (p. 9a), boven het hoogste punt van de ketting te liggen tijdens het rijgen. Het is dan beter te realiseren, dat de instrumen-ten die respectievelijk de ketting en de ring hanteren, elkaar niet hinderen. Gegeven de al genoemde hangende ketting, zal het pincet zich onder de tang bewegen. Het omgebogen einde van de in te rijgen ring dient zich ter hoogte van de inrijgopening te bevinden.

twee tangen nodig zijn: één tang, tang A, houdt de ring vast, de andere, tang B, buigt de ring open cq dicht. Een polsbeweging van één tang is voldoende. De rotatieas van deze polsbeweging dient te gaan door het hart van de draad in het laagste punt van de ring.

*

d) het inrijgen

Het inrijgen gebeurt door het uitvoeren van rijgbewegingen door ring, ketting of beide,. die een bepaalde relatieve beweging van ring ten op-zichte van ketting tot gevolg hebben.. Deze relatieve beweging komt neer op een rotatie van 180°.

We stellen ons de ring en de ketting voor in de volgende uitgangspo-sitie:

Er zijn drie mogelijkheden om te komen tot de gewenste relatieve be-ging:

- Draai de ring over -180° rond P:

-Draai ketting en ring over resp. -90° en +90°:

Als we bezien hoe de ketting in de pincetbekken wordt gehouden (p. 9 en 10), blijkt het mogelijk te zijn met centrisch ten opzichte van de rotatieas van het pincet geplaatste pincetbekken, en een opzet-bewe-ging parallel aan deze, het laatst ingeregen paar te positioneren als hierboven geschetst. Dit geldt ook voor paar 2 mits we kiezen voor de op p. 10 als tweede genoemde mogelijkheid.

**

INTERMEZZO:

dit ene geval, de inrijgopening loodrecht op de al voorziene richting van de opzet-beweging van het pincet.

Voor het inrijgen van paar 1 en paar 3 dienen de pincetbekken cen-trisch geplaatst te zijn ten opzichte van de rotatieas van het pincet. (Inrijgen door 180° verdraaien van de ketting.) Dit impliceert, dat vóór het rijgen van paar 2, de hartlijn van de inrijgopening de rota-tieas (door punt P, p. 12 en 13) snijdt, en deze dus niet op de juiste plaats ten opzichte van de ketting ligt. Het is noodzakelijk te rij-gen met alleen de ring. Deze moet nu roteren rond een as die niet sa-menvalt met de rotatieas van het pincet., maar zó ·gekozen is, dat zo-wel ring als ketting de gewenste positie t.o.v. deze as kunnen innemen.

(p. 12 en 13) Bij het positioneren staan ons slechts de opzet-bewegin-gen van tang en pincet, parallel aan hun bekken ter beschikking:

Q: rota.tia3s pin::!et , R: rotatieas targ •

Met R als de positie van de rotatieas van de tang welke de ring beet heeft, is aan de omschreven eis voldaan.. Al vorens in te · rijgen moet de ring +90° rond R worden gedraaid.

Groot bezwaar tegen deze niet samenvallende rotatieassen ligt in het feit, dat de afstand tussen R en Q bepaald dient te worden door de af-metingen van de te produceren ketting. Hiermee verliest de machine een eventueel te realiseren, en zeker gewenste universaliteit.

Willen we de universaliteit toch handhaven, dan zijn daarvoor zeer precieze positioneerinrichtingen voor de rotatieassen nodig, terwijl in het geval van samenvallende assen een nieuwe maat ketting slechts een bijstelling van de opzet-afstanden behoeft.

Bovendien wordt de cyclus in de rijgbewegingen 'zes ringen lang' •

**

In principe zijn we vrij te kiezen voor één van de drie geschetste mo-gelijkheden. Als we kiezen voor rijgen met ring èn ketting, dan dienen de rotatieassen samen te vallen (zie INTERMEZZO). Bij keuze voor rota-tie van één onderdeel behoort dat het pincet te zijn, immers voor dit deel is om andere taken te vervullen een dergelijke vrijheid toch ge-wenst.

We zullen kiezen voor een samenspel van ring en ketting:

-Rotaties van 90° zijn sneller te realiseren dan rotaties van 180°, (ze vinden tegelijkertijd plaats).

- Tijdens het rijgen blijft een groter deel van de omtrek van de rijg-positie onbezet en daarmee beschikbaar voor andere machinedelen.

*

e) het positioneren van de ketting.

In de schetsen van de rijgbewegingen op p. 12 en 13 is de rijgopening gesche-matiseerd tot een gehele ring. In werkelijkheid is zowel de opening als de om-trek van de ring niet geheel vrij.

Voor een goede positionering van de rijgopening ten op zichte van de in te rijgen ring, is een verticale beweging van ketting, ring of beide nodig. Het is het geschiktst het pincet met deze translatie uit te rusten. We scheppen daarmee tevens de mogelijkheid de ketting uit het montagepunt weg te' voeren:, terwijl de tangen doorwerken. Dit komt van pas bij het overpakken van de ket-ting door het pincet terwijl de tangen de volgende ring openbuigen. Bij dit overpakken ligt het voor de hand, dat het pincet langs de gegroeide ketting omhoog beweegt.

Naast de rijgopening noemden we de omtrek hiervan: het deel van de omtrek, dat zich v66r rijgen 'in' de opengebogen ring bevindt, dient vrij te zijn, d.w.z. slechts te bestaan uit de draad van de betreffende ringen.(p. 12 en 13).

Voor het rijgen van de paren 1 en 2 is hieraan voldaan (p. 9 en 10 met p. 12 en 13). De inrijgopening van paar 3 is echter slechts vrij tussen de

ge-spreide ringen (p. 10). Dat deel van de omtrek moeten we dus in de geopen-de ring manoeuvreren. In tegenstelling tot het rijgen van de paren 1 en 2, is voor het rijgen van paar 3, uitgaande van de op p. 10 (en 9) getekende positie, een rotatie nodig van ring of ketting rond een as loodrecht op het vlak van tekening.

Roteren van de ring zou tot gevolg hebben, dat, in geval van rijgen met ring èn ketting, de gewenste richting van zowel de rotatieas van de ring als van ketting verandert; ten opzichte van de, nu gedraaide ring dezelfde als voor-heen. Door in plaats van de ring de inrijgopening te roteren, kunnen we dit probleem vermijden. We moeten dan wel eisen, dat de rotatieassen niet mee-çtraaien (gewenteld worden).

Bovengenoemde oplossing is te realiseren door de ketting te draaien middels een kanteling van de pincetbekken over 90°. Ter verduidelijking zijn in on-derstaande figuur de twee uiterste standen van de pincetbekken weergegeven:

uit@rg9-a1 einjp:sitie van de ~ bij kantela1 ter vcata'eidirg

Ten gevolge van de kanteling treedt een verplaatsing van de rijgopening op welke gecompenseerd dient te worden door de opzetbeweging van het pincet en de verticale translatie. Het idee is om deze opzetbeweging tevens te benut-ten als 'actuator' voor het kantelen. De consequentie hiervan is, dat dat deel van het opzetbereik van het pincet gereserveerd is voor dit doel. Een schets die het bedoelde principe toelicht is opgenomen in paragraaf IV-4.

*

f) het overpakken van de ketting.

Als een paar aan de ketting is toegevoegd, dient het pincet de volgende rijgopening te presenteren en moet daartoe de ketting op een andere plek vastpakken. Het betreft hier dus de overgangen tussen de houdingen geschetst op p. 9 en 10.

Voor het realiseren van zo'n overgang zal het pincet de ketting los moeten laten. Introductie van een tweede pincet dat de volgende cyclus afWerkt is te ingrijpend. Een eenvoudiger oplossing biedt de mogelijkheid de ketting te parkeren en met hetzelfde pincet weer op te pakken. W~ lichten de drie te onderscheiden situaties achtereenvolgens toe.

- Na het rijgen van Paar 1 •

M.b.v. de opzetbeweging van het pincet is er voor te zorgen, dat beide rin-gen van paar 1 na rijrin-gen aan dezelfde zijde van de inrijgopening hanrin-gen; aan de zijde van het uiteinde van de pincetbek.

Vervolgens is het mogelijk dit losse paar in een combinatie van opzetten en dalen aan een pen te rijgen •. Deze draagt de ketting, terwijl het pincet 90° draait en de ketting in de nieuwe houding vastpakt.

Opdat de ketting na de rotatie van het pincet nog bereikbaar is voor dit instrument dient ze in de rotatieas hiervan te hangen. De pen moet dus tot daar kunnen reiken: de pen krijgt een opzetbeweging.

Deze is ook nodig om de ketting van de pen te nemen, immers daar is een be-weging van de ketting ten opzichte van de pen voor nodig, evenwijdig aan de lengteas van de pen, terwijl het pincet, dat de ketting vasthoudt, hier lood-recht opstaat.

- Na het rijgen van Paar 2.

Bij het rijgen met de hand worden op dit punt in het wordingsproces resp. één paar (Paar 2) teruggeklapt en één paar (Paar 1) gespreid. M.b.v. de tot nu toe ge!ntroduceerde instrumenten is deze manipulatie als volgt uit te

voe-ren:

Door vlak voor het loslaten van de net dichtgebogen ring door de tweede buigtang, het pincet iets op- resp. af te zetten, wordt ervoor gezorgd dat aan weerskanten van de inrijgopening één ring van Paar 2 hangt. De al genoem-de pen wordt door genoem-de zoëven gebruikte inrijgopening gestoken. Het pincet draait 90° en neemt de ketting op volgens de als eerste genoemde mogelijk-heid voor Paar 2 (op p. 10): de ringen van paar 1, die in de pincetbekken zaten komen zo vrij om te spreiden. (N.B. de afgevallen ringen van Paar 2, hangen tegen het laatst gespreide paar: in de daardoor ontstane openingen dienen de pincetbekken in te steken: een nauwkeurig bepaalde openingswijdte is nodig. Zie schets.).

Paar 1 Paar 2

{XSitie van p:n En ~ ra eerste fase van ~

ra l"i.jJ':rl.· van Paar 2.

Na het van de pen nemen van de ketting, draait het pincet weer 90° en daar-mee ook de ketting. Het pincet, dat nu weer loodrecht staat op de lengteas van de pen, brengt de ring in centrale positie op de juiste hoogte ten op-zichte van de pen zodat deze door op te zetten de ringen van Paar 1 spreidt, en door de ringen van Paar 2 steekt. Als nu het pincet opent en zich terug-trekt, tilt de pen Paar 2 op en spreiden de ringen van Paar 1 volledig.

- Na het rijgen van Paar

3.

De ringen van Paar 3 staan na het inrijgen voldoende rechtop, tussen de rin-gen van Paar 1, zodat de pen hierin eenvoudig kan insteken. Na draaien over 90° neemt het pincet Paar 1 beet volgens p. 9, Paar 3 zit dan geklemd tussen de ringen van Paar 1.

*

g) het ophalen van de ringen.

De geknipte ringen dienen van het knippunt naar het motagepunt te worden gevoerd. Aangezien een kniptang niet geschikt is als buigtang, ligt het voor de hand, dat één van de buigtangen de geknipte ring uit de kniptang neemt, en naar het montagepunt brengt. Aangeven van de ring door de kniptang ver-oorzaakt onnodige drukte rond het toch al drukbezette montagepunt.

De betreffende buigtang krijgt een rotatieas rond welke ze beide punten be-reiken kan.

*

h) het knippen van de ringen.

Aan dit aspect van de machine wordt in het kader van deze opdracht ·geen aandacht besteed, althans niet wat de cohstructieve uitvoering betreft. In deze fase kunnen we zeggen, dat we ons voorstellen: een draadspiraal schroeft zich in de kniptang, deze sluit, de spiraal zet iets af en de windingen wor-daardoor iets van elkaar getrokken, waardoor de kniptang kan knippen zonder de volgende winding te beschadigen. Als de buigtang de ring vast heeft ge-pakt gaat de kniptang pas open, waarbij beide bekken kantelen, zodat de buig-tang eenvoudig weg kan zwenken en de ring niet uit de buig-tang getild hoeft te worden.

*

i) Resumé.

Onder de punten a) t/m i) zijn de op p. 8 genoemde functies van de machine, vertaald in graden van vrijheid van zo weinig mogelijk machinedelen.

De bewegingen zijn vaak relatieve en dus met combinaties van verschillen-de vrijheidsgraverschillen-den te realiseren. Keuzen van verschillen-deze aard zijn in het vooraf-gaande her en der gemaakt en toegelicht.

Een keüze die nog rest betreft de buigtang die uitgerust dient te worden met de extra rotatie ten behoeve van het ophalen van· de geknipte ring. Aan-gezien tang A al een verticale rotatieas heeft voor de rijgbeweging, is het verstandig tang B hiermee uit te rusten ... Dit betekent wel, dat de lagering van de polsbeweging die tang B kent (p. 12), meedraait. Echter, twee paral-lelle rotatieassen voor tang A zijn bezwaarlijker.

Concluderend komen we tot de volgende lijst van onderdelen met hun graden van vrijheid:

Tang A - Openen-Sluiten.

-Op- en Afzetten (horizontaal).

- Rotatie rond verticale as door het montagepunt. (over 90°).

Tang B : - Openen-3lui ten.

Pincet

- Op- en Afzetten (horizontaal).

- Rotatie rond horizontale as door het montàgepunt. (over 90°).

- Rotatie rond verticale as buiten het montagepunt. - Openen-Sluiten.

-Op- en Afzetten (horizontaal).

- Rotatie rond verticale as door het montagepunt. (over 360°).

- Translatie langs een verticale as door het monta-gepunt. (p •. 15)

- Rotatie (van de bekken) rond een horizontale as loodrecht op de Opzetrichting.

(over 90°),(p. 16).

vrijheid en hun ruimtelijke positie schematisch weergegeven:

Boven-aanzicht

zrr:P

3) Een bewegingenschema.

Met behulp van de in de vorige paragraaf genoemde machinedelen moet het mogeli.jk zijn een koningsketting te vlechten. Hiertoe moeten de di-verse delen achtereenvolgens bepaalde bewegingen maken. Deze bewegingen zijn in het schema op de volgende pagina's chronologisch geordend; elke regel, gemarkeerd met een

*,

beschrijft de uit te voeren acties in één tijdsinterval. Acties die pas kunnen plaatsvinden als voorafgaande zijn voltooid, beginnen in een volgend interval. In de eerste kolom wordt kort het doel van de, in de volgende kolommen omschreven acties per on-derdeel aangeduid.

Corresponderend met de op p. 20 genoemde graden van vrijheid, geven we de diverse bewegingen als volgt aan:

Tang A : - Open-Dicht.

Tang B

Pincet

- Op- en Afzetten over

. .

.

- :!: 90° zwenken. - Open-Dicht.

- Op- en Afzetten over

- :!: 90° draaien.

- :!: 90° zwenken. - Open-Dicht.

- Op- en Afzetten over

- (Rotatie) Naar 0°, 90°, 180°, 270°. - Stijgen-Dalen over •••

- (De rotatie van de bekken uit zich in een gecombineerde beweging van opzetten en dalen cq van afzetten en stijgen p.

17).

Pen - Op- en Afzetten

draad-dikte d. Deze afstanden zijn slechts indicaties; in de praktijk zal men in een trial and error proces de werkelijke waarden moeten zoeken.

Na het schema zijn een aantal punten van toelichting opgenomen. De be-ginsituatie voor het schema is de volgende:

.... Tang A is in 'centrale positie' dwz het hart van een opengebogen

ring in de bek van deze tang, bevindt zich op de verticale rotatie-as(p. 12).

- Tang B is 4xd afgezet uit de 'centr.àle-;pes:tt.tè t.

- Het pincet is in een analoge positie ten opzichte van de verticale rotatieas als tang A.

- De ketting wordt vastgehouden door het pincet gereed voor rijgen van Paar

3,

(p. 10), Paar

3

is al ingeregen.

I

doel R:ir.g 1: 1

*

Cçhalen En *~.

*

*

*

*

!Tang A

*

dicht.

*

R:irg cp:n:n.

*

!Tang B + CjJO 2W':ri<a:l. cpzetten over !Jd .. dicht. !Pincet

- g::p 2W:ri<e1 En af- raar 100° En

stij-zetten over !Jd.. e;n over 3,33d. cpzetten over !Jd. cpzetten over 6d.

dicht.

I

Pen + g::p draaien ( +). cp:n. afZetten. cpzetten over 2, 17d. 10

*

Ri:rg pcsiti- - 9JO ~ En cp- afZetten over lid.

a:eren. zetta1. over

1id.

*

*

InsteJ..«::n. afZetten over

1id.

*

~- +9JO~

*

*

*

Ri:rg sluiten.

*

*

R:irg 2:

*

Q:tal€!1. 2)

*

*

*

*

*

*

dicht.

*

Rirg cpam.

*

cpzetten over lid.

dicht.

- 9JO draaien (-).

q;;el.

af!retta1 over lid.

- 9JO 2W:ri<e1 En

af-zetten over lid.

q:,zetten over lid. + g::p draaiEn ( +).

cp:n.

*

Rirg pcsiti- - 9JO zw:tlka1 En cp-af!retta1 over lid. çnre:1. zetta1. over

1id.

*

3J

*

Jnst.ekal. afzetten over 1~.

*

R:i..jge:l. + g::p m:ri<al.

*

*

*

Rirg sluiten.

q:,zetten over lid.

dicht.

- 9JO drmim (-).

stijg:n.

*

*

jdoel Rills 3:

*

q.tsl.en en overp:lkkal.

*

*

1: .1 :. li()*

*

*

*

*

-~cp:rm.

*

_*

~

çcs.iti-. *

*

Instà<En .. ·,:l-1

*

Rijgen.

:O*

*

*

~ slui.tal.

*

*

Rir:g 4:

*

Q;:mlen.

*

*

*

·- *

00*

*

*

~q:;men..

*

_*

Rir:g çcs.iti-

~-jTang A jTang B

I

Pincet

+ g:y· zw:rl<en dalen en afZettal

o-ver4,331.

!Pen

cpz.etten over 4d. dala1 over 6d. cpz.etten over 2,66:i.

dient. cpz.etten over 2,66 d en dala1 over

~-- gJO ~ en af- q::en.

zettal over 4d.

cpz.ett.En over 4d. a.f2stten over 6d.

didlt. rmr 100° en

stij-gr:n over 3,33:i.

+ g:;o draaien ( +). cpzet:ten over 6d. q::en. dicht.

- gJO ~ en cp- afZetten over 4d.. afZetten.

zetten over

1l-d •

dicht. cpzetten over 4d. dient. - g::)O draaien (-) • epen. afZettEn over 4d.

- gJO ~en

af-zet.te:l over lid.

cpzetten over 4d ..

+ gJO draaien ( +) •

epen.

- gJO zw:ri<en en cp- afZetten over lid.

zet.tsl over

1l-d.

stijga1 en q:1Zet-tsl over 2, 17d. rmr

zroo.

dalen. cpzetten over ~­ rmr 1000.

jdoe1 !Tang A !Tang B

I

Pincet

I

Pen

* st.:i..i!,en.

* J.nstè<a1. afZetten over' 1~.

* ~ + g:)O ZW!:i<a1,. _raar

zroo.

* opzetten over' lid.

't() * dimt.

70* R:ir:g sluital .. - gJO draa:ial (-),. _{opzetten over'}

~-* cp:n ..

*

q:al afZett.al over 4d. dalEn.

R:ir:g 5:

*

q:ta.la1 al + gJO zw:ri<en. raar 1&Jo al

afZet-overp3kken. tal over' (2, 17+0,5)d.

*

opzetten over 4cL. opzetten.

*

dicht .. q:al.O

*

*

- gJO 2W!:i<a1 al af- afZettal over 6d.

zettal over lid.

* cpz.etten over lid. raar

zroo.

'*

dicht. opzetten over 6d.

80* R:ir:g cpera1. + gJO draaien ( +). sluiten.

* ~ afZett.al over

6d.

* R:ir:g ~ti- - gJO 2W!:i<a1 al cp- raar 1&Jo al~

~- zetten over 1id. over 2,33::1.

* opzetten over

6d •.

*

q:en.

* atZette:l over

oo.

* opzetten over

oo.

* dicht.

* afZ.ettal.

' *

opzetten over 2, 17d

+1 al st.:i..i!,en .-1 f •

gJ* .Tnstà<l:n •. afZett.al over' 1id •

* ~. + gJO ZW!:i<a1. raar

zroo

al afZett.al

over 1 al .sti:,Be1

o-ver1'.

* opzetten over Lid ..

* dicht.

* R:ir:g sluital. - g:)O draaien (-) •

*

*

1CO

*

*

*

*

*

Rir:g cp:nen.

*

*

Rir:g

p::s:iti-*

110

*

*

*

Rir.g sluiten. cpzetten over' ·l.!d. cpz.etten ove:r 1 en d9len over' 1' • dicht. mar 1000. d.idlt. + gJO draaien ( +) •. q;:a1.. - CJ]J ~ en cp-afZettal over l.!d.

zetten over

1i<J..

atlzetten over

1i<J..

+'JJO

~-cpz.etten over l.!d. d.idlt.

- 'JJO drna:ien (-) .•

mar

zroo

en afZettal

CNe." 1 en ~

o-ver 1'.

*

~. _~·

*

afZett:en over l.!d. chlen en afZetten over

Toelichting bij het schema van p. 24-27.

-Interval 4, 22, 40, 58, 76,100 wordt omschreven met een blanco re-gel; hiermee wordt aangeduid het tijdsinterval dat men gereserveerd dient te denken voor het openen van de kniptang waaruit tang B de ge-knipte ring neemt.

- In interval 8 resp. 16 e.a., treffen we de aanduiding (+) resp. (-) aan. Hiermee wordt aangegeven" dat de tangen bij het openbuigen cq dichtbuigen van de ringen iets naar elkaar toe resp. iets van elkaar vandaan bewegen (p. 6).

- Voor het sluiten in interval 80, moet het pincet iets omhoog bewe-gen zodat de spankracht van de ketting op de bekken drukt: de rinbewe-gen blijven dan op de bekken staan ( p. 10) •

- De afstanden waarover het pincet in interval 89 en 91 (en 97 en 109) op- cq afzet en stijgt cq daalt, vloeien voort uit het kantelmecha-nisme waarmee we het pincet uitrusten ( p. 16) •

-Ter verduidelijking van het rijgen zijn de intervallen·10, 11, 12 en 13 geillustreerd met de schetsen op de volgende pagina.

- Bij wijze van voorbeeld zullen we de bepaling van de in interval 38 en 39 genoemde afstanden schetsen:

De onderzijde van de ringen van Paar 1 bevindt zich vrijwel op gelij-ke hoogte met de onderzijde van het Paar 3 van de vorige cyclus. Stij-gen van de pen over 6d, rakend aan dat Paar 3, brengt de rinStij-gen

am-hoog en de pen boven de bovenzijde van Paar 3. Tegelijkertijd opzet-ten over 2,66d brengt de penpunt door Paar 1 boven het hart van Paar 3. Opzetten van het pincet over 2,66d gecombineerd met dal~n hangt de ket-ting aan de pen, met de rotatieas van het pincet samenvallend met de hartlijn van de. ketting. Deze positie van de ketting is nodig, opdat het pincet, na rotatie over 90°, de ketting tussen de bekken treft.

In de figuur op p. 30 zijn de posities van de ketting na het opzet-ten van interval 9, het afzetopzet-ten van interval 34 zowel v66r als ná het afzetten van interval 37 (over resp. 2,17d, !d, 4,33d), weergegeven.

i

I

Het ri.jp1:ces :

I<'etti.Q5 ~tialsel1:l :

P.in:::et op 1000' q:gezet eNer' 2, 17d

en J:x:JvEn.

Gerega1 :

'Iarg A -ti;1JO gezirSJkt en pimet op

zroo.

p

-

p 2, 17d-O,!:X:i = 1,600 - ~r-1 2x5,331

=

2,600

-+ 4,33:1

- In diverse intervallen is er sprake van op- en afzetten van het pin-cet over ~d •. Deze bewegingen zijn bedoeld om de valzijde van de pas ingeregen ring te bepalen.

Om een beter beeld te krijgen van de bewegingspatronen in de tijd, heb-ben we de bewegingen laangs een tijdas uitgezet. Uiteraard zijn zowel deze as al~ ook de assen waarlangs afstanden zijn uitgezet uitslui-tend kwalitatief te interpreteren. Het bedoelde schema vindt U in bij-lage.

*

Evaluatie

Het blijkt, dat het kritieke pad door het bewegingenschema vrijwel geheel bepaald wordt door het eigenlijke vlechtwerk uitgevoerd door de tangen samen met het pincet. Eén cyclus hiervan omvat 18 interval-. leninterval-. Zo'n cyclus is slechts te bekorten door de ringen anders aan de

machine aan te bieden en/of de machine uit te rusten met meer onder-delen. Aan met name deze tweede mogelijkheid wordt binnen het kader van deze opdracht geen aandacht besteed.

Uit het bovenstaande volgt, dat het rijgen van 6 ringen 6 x 18 :108 intervallen minimaal omvat. Uit het schema blijkt, dat met het over-pakken van de ketting inbegrepen er 114 intervallen nodig zijn. In ons model van intervallen van gelijke duur, kunnen we stellen, dat

dit overpakken voldoende efficiënt gebeurt .• Een nadeel van deze uit-loop, die overigens optreedt bij het overpakken na het rijgen van Paar 2, is, dat de periodiciteit van de bewegingen van de tangen in de tijd ver-stoord wordt. Hierop komen we in het volgende hoofdstuk terug.

4) Het uitgangsmateriaal.

Stilzwijgend zijn we er op p. 19, onder punt g, vanuit gegaan, dat de mate-riaaltoevoer plaatsvindt als bij vlechten met de hand: in de vorm van een tot spiraal gewikkelde draad waaruit de ringen worden geknipt. Andere mogelijkhe-den zijn: toevoeren als draad of als losse ringen.

Toevoer van draad aan de machine is niet wezenlijk anders, mits men aanneemt dat er toch met ringen gevlochten wordt. In dat geval immers, zal men voor het verkrijgen van een zo kleine, ronde ring, v66r het knippen toch eerst een spiraal wikkelen. Dit gebeurt dan op de vlechtmachine.

Een principieel andere aanpak is denkbaar door te vlechten met de draad, wat het vlechten aanzienlijk vereenvoudigt, vervolgens een stukje draad te knippen en rond te buigen. Echter hoe buigt men zo'n kort eindje draad in zo'n kleine ruimte rond?

Bij overweging van de derde mogelijkheid; losse ringen, blijkt een groot voordeel van de gekozen oplossing. Een bak met losse ringen wordt een klu-wen, terwijl in de kniptang zelfs de oriëntatie van de ring bepaald en be-kend is.

HOOFDSTUK III:

' {'.Ooorl!e:ll:.isering van het concept ..

1) Inleiding.

Met ·--concretisering van het concept wordt de bedoeld de keuze van principes, aangaande de constructie en aandrijving. ·ter realisering van de benodigde graden van vrijheid.

Hierbij zijn diverse aspecten van het functioneren van de machine van belang; we zullen deze aspecten noemen en verzamelen tot een ei-senpakket.

Mede op grond van dit pakket van eisen zullen we genoemde keuzen ma-ken per beweging.

Nauw verband met deze zaken, houdt de plaats van de diverse bewegin-gen binnen de constructie ten opzichte van elkaar; ook dit komt aan de orde.

2) Een eisenpakket.

Bij het opstellen van een eisenpakket beschouwen we de volgende pun-ten: a) snelheid b) nauwkeurigheid c) gewicht en volume, d) flexibiliteit e) kosten f) energie-aard

Zoals in het Voorwoord bij dit verslag al werd opgemerkt, zijn te stel-len eisen bij voorbaat arbitrair zodra het om kwantitatieve formulerin-gen gaat. In de onderstaande conclusies ten aanzien van dergelijke

kwan-titatieve eisen is dan ook al een terugkoppeling uit het, later te be-schrijven constructieve werk, verdisconteerd.

*

a) Snelheid.

De snelheid van de machine dient gerelateerd te worden aan de snel-heid van het vlechten met de hand. Een geoefend vlechter vlecht van de fijnere uitvoeringen 60 ringen per uur, inclusief knippen.

De tijd die onze machine nodig heeft voorhet vlechten van 6 ringen, hebben we in het vorige hoofdstuk uitgedrukt in 114 intervallen van nog nader te bepalen tijdspanne. De bewegingen die in zo'n interval moeten worden gerealiseerd varieren. Het is reëel om voor de meest tijdroven-de van tijdroven-deze bewegingen 0,10 à 0,15 sec. te begroten •. Als we op grond hiervan rekenen op een gemiddelde duur van de intervallen op het kri-tieke pad van 0,12 sec., betekent dit per ring een rijgduur van: (114 x 0,12)/6

=

2,28 sec ••

Ten opzichte van de snelheid van het handwerk is dit een verbetering met een factor 26.

Een bepaling van de duur van elk interval uit het schema op p. 24-27, kan pas plaatsvinden na volledige constructie van de betreffende de-len en hun aandrijving., Exacte waarden zijn, gezien het vrijblijvende karakter van dit soort eisen in dit geval, het best te bepalen. door metingen in de praktijk, eventueel aan proefstanden.

Ter vergelijking van de absolute snelheid die de machine met deze streefwaarde haalt, met die van andere, soortgelijke machines, kan men in de bijlagen een catalogus vinden van fabrikant FICO. Op p.14 hier-van staat een machine met een productiesnelheid hier-van 0,5 à 1 m/h. On-ze machine maakt van de fijnste uitvoering per uur:

(3600/2,28) x 0,3

=

473,7 mm •• Deze snelheid lijkt dus acceptabel.

*

b) Nauwkeurigheid.

Met betrekking tot deze eis kunnen we dwingende waarden aanvoeren. De absolute nauwkeurigheid moet vooral bij het positioneren van ring t.o.v. rijgopening groot zijn.

·De onderstaande schets licht de te verlangen precisie toe. Hierbij is er vanuit gegaan, dat:

- de bek van de tang de rijgopening niet. verkleint,

- de al ingeregen ring van het paar, in het gearceerde gebied hangt,

(iets wat bij het rijgen van Paar 3 twijfelachtig is) - de bekken van het pincet maximaal d dik zijn.

0,331

d 1,331

De~.

De schets benadert de werkelijkheid het best voor de Paren 1 en 2; de grootste nauwkeurigheid is hier vereist in de hoogte-instelling. Voor het rijgen van Paar 3 moeten we een vergelijkbaar kleine fout eisen voor de horizontale instelling. Deze fout bedraagt~ 1/6 d. Daar waar de optredende fout het gevolg is van de gecombineerde afwijkingen van twee bewegingen, eisen we per beweging~ 1/12 d.Voor de fijnste uit-voering komt dit neer op ~(1/12 x 0,3)

=

~ 0,025 mm ••

Gezien het ongewisse karakter van de geometrie van de inrijgopening, met name bij het rijgen van de tweede ring van Paar

3,

eisen we van de

*

c) Gewicht en volume.

Het gewicht van de delen dient minimaal te zijn. Gezien de geringe (te verwaarlozen) arbeidskrachten en de snelle bewegingen, zullen de traagheidskrachten de benodigde vermogens bepalen.

Voor zover kleine massa's niet al kleine volumina impliceren, zijn de-ze wenselijk in verband met de na te streven compacte bouw: korte af te leggen afstanden, korte, stijve delen,geen grote verwijdering van bijbehorende rotatie-assen.

*

d) Flexibiliteit.

Flexibiliteit is een belangrijke eis. Hiervan zijn twee aspecten re-levant:

- Het instellen van praktijkwaarden voor de di verse af te ·leggen af-standen moet gemakkelijk en snel kunnen gebeuren (trial

&

error), - het wisselen naar produktie van een andere maat ketting moet geen lange steltijden tot gevolg hebben.

*

e) Kosten.

Deze eis is bij uitstek moeilijk te kwantificeren .. Dat er enige marge is moge duidelijk zijn:

- De machine vervangt 26 mankrachten en kan in tegenstelling tot deze continu werken.

- Het produkt is een luxe artikel bij uitstek- De prijs is derhalve te bepalen aan de hand van de fabricagekosten (en niet omgekeerd). Hier-bij gaan we er vanuit, dat concurrentie niet van belang is.

-Minpunt. is de waarschijnlijk niet geringe steltijd bij de eerste keer aanlopen van een nieuwe maat.

*

f) Energie-aard.

Gezien de geringe te verrichten arbeid, is de keuze hiervan als kos-tenaspect triviaal .• Snelheid, stuurbaarheid,. aard van de energiegelei-ders zijn belangrijker zaken.

3) (Aandrijf)principes per beweging.

Voordat we ons richten op de afzonderlijke bewegingen, zoals deze wer-den onderscheiwer-den op p. 22, eerst het volgende.

Bij de keuze van principes voor de aandrijvingen speelt een eventuele periodiciteit een rol .. Periodiciteit is natuurlijk te verwachten, ge-zien het karakter van het produkt. In het bewegingenschema uitgezet in de tijd, genoemd op p. 30, is dan ook een zekere mate hiervan te ont-dekken.

Periodiciteit suggereert voor allerlei bewegingen nokmechanismen als aandrijvingen cq goedkope informatiedragers. Echter, op de eerste plaats zijn er ten gevolge van de Uitloop van het overpakken van de ketting na het rijgen van Paar 2 (p. 26, interval 83 e.v.), geen zuiver periÓdieke bewegingen. Zelfs al zou dit verschijnsel na invulling van de werkelijke duur van de verschillende intervallen, zijn verdwenen, dan zien we ten tweede, dat een cyclus 18 intervallen lang is. Dit impliceert voor een-parig draaiende nokken, een maximale commandohoek van 20° : grote, zware nokschijven. Dit beperkt hun toepassing tot bewegingen die niet worden gesuperponeerd op andere.

Een groter bezwaar tegen het gebruik van nokschijven schuilt in de moei-lijkheid de vereiste bewegingen mathematisch te beschrijven en in de eis van flexibiliteit t.a.v. het fabriceren van diverse maten ketting. Hier-mee vallen af de bewegingen over afstanden die worden bepaald door de maat van de te maken ketting.

- Op- en Afzetten (Tang A, Tang B, Pincet,

Gezien de vereiste grote nauwkeurigheid van deze bewegingen dienen de geleidingen vrij te zijn van stick-slip.: wentellichamen.

In de handel zijn hiervan voorziene microsleden verkrijgbaar.. Deze zijn geschikt mede gezien het lage gewicht en het kleine, benodigde draagver-mogen.

Voor de aandrijving valt te denken aan a) pneumatiek (met aanslagen),

b) gelijkstroommotoren (met spindel en encoder), c) stappen motoren (met spindel).

ad a):

Een correctie van een theoretische waarde tot een praktijkwaarde, kan een minimale verschuiving van de aanslag vergen. Bovendien zijn de op-zetbewegingen zeker niet allemaal bewegingen.tussen twee, doch tussen meerdere discrete posities .• Ook dat maakt werken met aanslagen bezwaar-lijk. Bovendien wordt wisselen van kettingmaat bewerkelijk.

Tenslotte zijn luchtcilinders vrij traag en volumineus. ad b):

Gelijkstroommotoren zijn voldoende flexibel en snel. De sturing is echter een 'closed loop': ingewikkelder te bouwen en steringagevoe-liger dan een 'open loop'.

ad c):

Stappenmotoren zijn eveneens flexibel en snel. Bovendien is de stu-ring een 'open loop'; mits er gegarandeerd geen overbelasting van de motoren optreedt, is dat net zo veilig als een 'closed loop'.

-Stijgen-dalen (pincet).

Voor deze beweging gelde dezelfde overwegingen als bij de vorige, waarbij in dit geval er zeker vele discrete posities ingenomen moe-ten worden:

geleidingen met wentellichamen, aandrijving doormiddel van een stap- · penmotor met spindel.

- .!. 90° zwenken (Tang A,. Tang B).

In dit geval is duidelijk sprake van een beweging tussen twee dis-crete posities welke bovendien onafhankelijk zijn van de maat ketting. Hier is een nokmechanisme op zijn plaats:

nauwkeurig, snel.

In theorie kan men pneumatiek overwegen: met name rotatie-cilinders. Deze zijn echter langzamer en lopen tegen aanslagen waardoor tril-lingen worden geintroduceerd.

- .!. 90° draaien (Tang B).

De actuator varr deze-bewegingzal niet vast blijven aan de vaste we-reld; de energie-toevoer dient hieraan te zijn aangepast. Bovendien moet het gewicht .laag zijn.

Ondanks eerder genoemde nadelen van pneumatische elementen met bij-behorende aanslagen, is hier een luchtcilinder (dubbelwerkend), op zijn plaats. Behalve dat deze voldoet aan de genoemde eisen, is ook deze beweging tussen twee discrete posities en onafhankelijk van de maat ketting.

-Rotatie naar 0°, 90°, 180°, 270° (pincet).

Al de m.b.v. deze graad van vrijheid uit te voeren bewegingen zijn nog niet met zekerheid bekend. (zie tosie-compensatie onder 'Witte

vlekken). Afhankelijk van de oplossing die hiervoor gevonden wordt, is eventueel een nokmechanisme voor deze beweging geschikt,. immers volgens het schema op p .. 24-27 neemt het pincet slechts de posities

180° en 270° in.

Met het oog op de nog onzekere factoren en op de wenselijkheid van een flexibeler component dan een nokbeweging in de rijgbeweging, is voor deze beweging ook gekozen voor een stappenmotor (met tandriem). - Open-dicht (Tang A, Tang B, Pincet) ..

Met behulp van een knie-hefboomgewricht zijn de bekken te openen door middel van een korte translatie. Daarnaast is er een redelijke klem-kracht te verwezenlijken.

De actuator van deze translatie wordt met het grijpinstrument op een slede geplaatst en dient dus mee te roteren en te transleren. Het on-derdeel moet licht zijn, de energietoevoer flexibel: luchtcilinder.

De cilinder mag enkelwerkend zijn; de luchtdruk sluit de bekken en bepaald de klemkracht.

4) Relatieve ordening van de bewegingen.

In het voorafgaande zijn impliciet al enkele keuzen gemaakt voor wat betreft de relatieve ordening van de diverse graden van vrijheid ten opzichte van elkaar: welke is op welke gesuperponeerd?

In principe dient men superpenering te voorkomen, aangezien dat slechts ongewenst transport van massa betekent... In ieder geval moeten bewegin-gen welke te realiseren zijn met relatief lichte componenten, gesuper-poneerd worden op andere.

Deze gedachtengang leidt tot de keuze voor roteren van de geleiding en aandrijving van de opzet-beweging samen met het grijpinstrument, in-clusief het sluitmechanisme van de bekken.

Aandrijving en lagering van de rotaties blijven aan de vaste wereld. Impliciet werd dit al bepaald door de keuze van een nokmechanisme,

en vice versa. Ook in het geval van de rotatie van het pincet, blijkt dit te realiseren, ondanks de verticale translatie .• Ook de aandrijving hiervan blijft aan de vaste wereld: superpenering wordt vermeden.

Onderstaande schets verduidelijkt de gedane keuzen. De pen is hierin niet opgenomen en blijft ook in het vervolg van het verhaal buiten be-schouwing.

Principeschets van het machine-concept.

HOOFDSTUK IV:

Materialisering van het concept.

1) Inleiding.

Met materialisering van het concept wordt de nadere constructieve uitvoering bedoeld. Hierbij zullen de grijpinstrumenten buiten be-schouwing worden gelaten alsook de precieze constructie en positie van de benodigde pen. Uiteraard wordt waar nodig een zeker gewicht van de grijpinstrumenten in rekening gebracht en een bepaalde

ruim-te gereserveerd.

Wel aan bod komen geleidingen en aandrijvingen nodig voor de bewe-gingen van het pincet en de beide tangen. Er is waar mogelijk gebruik gemaakt van standaard-elementen, zonodig is de keuze hiervan gestaafd met berekeningen: deze komen als eerste aan bod.

Vervolgens worden de nokken voor de zwenkbewegingen van de tangen geconstrueerd, met bijbehorend volgmechanisme.

Aan het einde van dit hoofdstuk worden een aantal eisen, welke aan de grijpinstrumenten moeten worden gesteld, op een rijtje gezet. 2) Standaardelementen.

Allereerst een lijst van de gekozen elementen:

I~

IFatr.i1a1t

jTyçe

IEew::gi.rg

!Bijlage

Sle::len Cleve.larrl Spin:lel Steimeyer ])'àm:m:nt- _star ~. Thn:lri.em Syrx:hroflex: W:ht.ci.lin:ier 1 I.eibfried 2 11 ~ 1 Fhytrm 2 11 3 11 4 11 012 x 4 1331-12)...(() T 5/

31-10,

éO f!E, 03 (23) 010, (//5 (5:1) ZS3 32-a:l)..1 ,2 ZS3~7,5 ZS3 41-a:n-1 ,2 ZS3 25-2X)..(), 6 Cp-AfZetten. 1 .sti.jgen, Ihlen.. 2 Rotatie p:i.l'mt •. 3 Rotatiepincet. 4 ~ Di.cht. + CJJO draaien. Cp- AfZetten p:i.l'mt. 5 Rotatie p:i.l'mt .. St:ijgal, r:eJ.en. Cp- AfZetta1 targe:l.

In de bijlagen bevinden zich copiën van de betreffende pagina's uit de di verse catalogi., met daarop de relevante specificaties.

*

a) De sleden.

Het gekozen type is de kleinste uitvoering met spindel uit de reeks. De slede is geleid door middel van kogels; goedkoper en voor ons doel voldoende. ( ~ 0,01 op 25 mm.).

De maximale slag bedraagt 25 mm .. , de massa van het losse deel is 0, 20 kg., van het vaste deel 0,15 kg •• Het draagvermogen van de geleiding is ruim voldoende.

*

b) Luchtcilinder 1.

Ook hier zijn de kleine afmetingen een pluspunt. Bij een voedingsdruk van 6 bar, bedraagt de zuigerkracht 17 N.

De slag Van 25 mm. is ruim voldoende en voor zover niet nodig voor het openen en sluiten, biedt deze de mogelijkheid de plaatsing van de cilinder ten opzichte van de tang, en dus ten opzichte van de rotatie-as, te varieren naar wens: de cilinder zo dicht mogelijk bij de as.

We kennen de cilinder een massa toe van 0, 1 kg.

(NB de terugstelkracht van de veer is groter, naarmate we de benodig-de slaglengte putten uit het laatste benodig-deel van benodig-de totale slag: benodig-de ci-linder ver van de tang geplaatst.)

*

c) Stappenmotor 1 •

Omdat deze motor een deel van de last vormt voor de motoren 2 en

3,

moeten we hem als eerste dimensioneren.

De spindel waarmee de slede is uitgerust heeft een spoed van 1 mm. Om de vereiste nauwkeurigheid van.:!:.. 0,01 mm te realiseren, is een motor met 50 stappen per omwenteling in principe voldoende, mits

se-rie motoren met 200 stappen per omwenteling.

Om van deze motor de stapfrequentie bij de gewenste snelheid te be-perken tot redelijke waarden, is een overbrenging van motor naar spin-del opportuun: wat de nauwkeurigheid betreft is een overbrengverhou-ding van 2:1 zeker toelaatbaar.

Wielen voor snaren of tandriemen worden te breed en hebben daarmee een te grote traagheid. We passen tandwielen toe, die gezien de lage contactkrachten van nylon kunnen worden gefabriceerd (veilig zonder berekening.).( dichtheid: 1,1 kg/dm3 )

In de volgende berekening gaan we uit van deze constructie met de in de lijst op p. 41 genoemde motor.

Het te vergen koppel kunnen we als volgt schrijven:

T

=

< (

I roter + I rr.otcr;.del ) x i + 1 I i x Ispir.delwiel t 1/i x mtot x (p/6,28)2> x ~rr.ax spir.del

Met: I rotor : massatraagheidsmoment van de rotor van de motor. I m1:.cnli..el idem van het tandwiel aan de motoras.

I spir.delwiel

i

idem van het tandwiel aan de spindel. de overbrengverhouding; wl'IDta'/w spin:iel

massa van de met de spindel te transleren last. spindelspoed.

de vereiste hoekversnelling van de spindel.

**

Intermezzo:

**

Fax. = T/(D/2.) x 1/a = 2T/D x 3, 14D/p = Tx6,28/p => T

=

(p/6,28) F ax. = (p/6,28) mtot x

v

= (p/6,28) 2 mtot x ~ _{3, 14D} p

Achtereenvolgens :

-6

Irotcr

=

1, 1 x 10 kgm2 Irrotcrwiel

=

~ m r2

0:3 tmtafstarxi van sp.ir.del en ll01:on:ls ~ 33 nm;

'btcrwiel :

=

44 nm dspirl:iilidel :.

=

22 nm bre:rlte :

=

10 nm (arbitrair)

=

4 x 10-6 kgm2 Ispirl:iilidel = 0,25 x 10-6 kgm2 i

=

~

mtot = m slecE los + m rrota" + m wielal + mtang + m c.iJ..in::ier

=

0,20 + 0,25 + 0,02 + 0,1 + 0,1

=

0,67 kg.

p

=

0,001 m/omw.

Met deze waarden, en het maximale koppel van de motor bij zijn maxi-male stapfrequentie, volgt de maximaxi-male hoekversnelling van de spindel. Deze vermenigvuldigd met (6,28/p) geeft de maximale versnelling van de last. Hiermee isde tijd t te berekenen, benodigd om in een éénparig versneilide en vertraagde beweging, afstand x ~f t~ leggen volgens:

1

t

=

2

*

(x/a)ä'

Voor de motor gelldt een max .. stapfrequentie van 20 kHz, met T=0,04 Nm. Daarmee volgt na enkele iteraties van te bereiken snelheid naar stap-frequentie met bijbehorend max. koppel, uite~delijk:

Max stapfrequentie (optredend) 16 kHz.

Tll'BX

snelheid opzet

0,043 Nm.

0,134 sec. over 10 mm. 0,100 sec. over 5,6 mm.

Deze snelheid is aanvaardbaar. We eisten het volbrengen van één op-zetbeweging in= 0,1 à 0,15 sec •• De precieze lengte van zo'n beweging is nog onbekend, maar 10 mm is royaal(maar wel reëel),. Bovendien moe-ten we bedenken, dat er geen rekening is gehouden met het Start/Stop gedrag van een stappenmotor; we zijn uitgegaan van aanlopen en stoppen volgens een eenparige versnelling .• Een stappenmotor is echter altijd, in meer of mindere mate in staat, vanuit stilstand aan te lopen met een stapfrequentie die volgens een sprong toeneemt. Onze benadering geeft dus een onderschatting van de werkelijke prestatie.

*

d) Drehmoment KugelbÜchse.

Op p. 40 werd gesteld, dat superponeri'ng van rotatie en verticale translatie van het pincet, vermeden zou worden. Dit lukt inderdaad door toepassing van deze bus.

De bus bevat kogels die in een axiale groef in de bijbehorende as lopen, en tevens via deze groef in staat zijn een koppel over te bren-gen. De bus is dus geleiding voor de verticale translatie, en kracht-doorleidend element voor de rotatie van het pincet.

De grootte van het door te leiden koppel wordt bepaald door de ver-eiste hoekversnelling en de traagheden van de onderdelen op de pin-cetslede, alameèe èe era~eiè ~~ àe reeer efi van àe tafièPieH5fielefi.

De ordening van de onderdelen op de pincetslede kan, dankzij de toe-passing van een stel tandwielen tussen motor en spindel aldaar, rede-lijk gunstig ten opzichte van de rotatieas worden uitgevoerd •.

We bepalen vervolgens, naar in bijlage opgenomen standaard formules, de waarden van de relevante traagheden:

(tussen haken vermeld is het model, dat van toepassing is.) - Luchtcilinder (model 3)

I= 1/12 x 0,1 x 0,082 _{+ 1/16 x 0,1 x 0,01}2 ₊

0,1x0,132

- Pincet (model 3)

I

=

1/12 x O, 1 x 0,072 _{+ 1/16 x 0,1 x 0,.0052 +}

0,1 x 0,052

=

0,29 x 10-3 kgm2 •

- Slede {mddèL:2), los en vast deel :

- Motor (model 3) I

=

1/12 x 0,2 x (0,052 _{+ 0,092 ) + 0,2 x 0,07}2 ₊ 1/12 x 0,15x (0,0272_{+ 0.,055}2_{)+ 0,15x0,065}2

=

1,84 x 10-3 kgm2 _• I

=

1/12 x 0,25 x 0,052 _{+ 1/16 x. 0,25 x 0,032}2 ₊ 0,25 x

o,

12

=

2,57 x 10-3 kgm2 •

- Arm met daarop het vaste slededeel (model 2) afmetingen 32x 100x 10 (Al).

massa 0,08 kg (massief).

I= 1/12 x 0,08 x (0,12 _{+ 0,0322 ) + 0,08 x 0,05}2

=

0,27 x 10-3 kgm2 _•

=Totaal : 6,7 x 10-3 kgma •

De maximale verdraaiing in één interval is 90° de te eisen versnel-ling bedraagt maximaal:

Met tmin

=

0,1 sec.

Dan wordt T rnex

wrnex

=

4 x

l

x 3,14/t~

=

629 rad/s2 •

=

629 x 6,7 x 10-3 = 4,2 Nm Concluderend STAR 1331-120-00 7,5 Nm toelaatbaar moer 032 x 45 mm as : 020 mm •

*

e) Stappenmotor 2.

Ook hier is een overbrenging tussen motor en last gewenst

TIIDtor : 1 I i x I last x ~ nax last + 1 I i x I wiel x ~ IIBX last +

i x Imtcrwiel x ~nax last + i x I rotor x ~ nax last •

Een kleine waarde van i geeft een lage bijdrage aan het totaal te ver-gen koppel van de rotortra.a.gheid., echter een hoge bijdrage van de last. Een grote waarde van i heeft een omgekeerd effect en vergroot boven-dien ~- Daarnaast moeten we rekening houden met de eigenschap van een stappenmotor, dat namelijk bij toenemende stapfrequentie, dus toe-nemend toerental, het beschikbare koppel daalt.

Optimaal bleek : i

=

2 (overigens i

=

w mtolwlast )

Met een rotortraagheid van 2,83 x 10-4 kgrn2 en tandriemwielen met de

afmetingen : 066 x 16 rrm en 034 x 16 rrm

en het soortelijk gewicht van staal, met Ilast

=

6, 7 x 10-3 kgrn2 vinden we : Concluderend : ZSS99-200-7,5 met max. stapfreq. TIIBX snelheid 1,9 kHz. 2,4 Nm. : 90° in 0,103 sec. (NB wederom tijdwinst uit Start/Stop gedrag niet verdisconteerd;

de motor ZSS81-200-7,5 zou beter voldoen dan de nu gekozen ZSS99; een lagere rotortraagheid en een zelfde karakteris-tiek in het relevante frequentie-gebied.

Echter de lagers van dit type bleken niet berekend op de ver-eiste voorspankracht van de tandriem.

Hiervoor schrijft de fabrikant voor : 1,6 x de omtrekskracht. Dat is : 1 , 6 x 2400 I~ d steà<:cirt<el =