Van de Rijdt en Vermeulen lanceren cursus lagertechnologie

De keuze is reuze in de machinebouw als het om lagering gaat, van glij-, rollen- en luchtlagers tot hydraulische, elastische en magnetische lagers. Keuzestress ligt dus op de loer. Dat heeft echter niet voorkomen dat in de afgelopen decennia lagertechnologie in de hightech wereld wat ondergeschoven is geraakt.

Marc Vermeulen, werkzaam als systeemarchitect bij ASML, heeft daar wel een verklaring voor: ‘We hebben het in de mechatronica heel vaak over de aangedreven richting, waarin je met een aandrijving en een meetsysteem een specifieke nauwkeurigheid moet halen.’

De richting loodrecht op de aangedreven richting is echter evenzeer belangrijk. ‘Dan heb je het over de vrijheidsgraden die je niet aandrijft. Die moet je dus vastleggen en hoe doe je dat nou? Want dat bepaalt uiteindelijk in hoge mate de nauwkeurigheid en het hele systeemgedrag. Daar is de lagering wel degelijk belangrijk voor.’

Minimaal drie fouten

Dat men in de ontwikkelpraktijk soms lagerprincipes over het hoofd ziet of valkuilen niet weet te vermijden, komt Hans van de Rijdt in zijn werk als zelfstandige consultant in de hightech vaak tegen. Hij ontwikkelde samen met Vermeulen de training Bearing principles for precision motion (BPPM) waarvan de eerste (pilot)editie van 26 tot 28 maart 2024 bij High Tech Institute van start gaat. Onlangs merkte hij het nog bij een review van een groot project, waarin hij samen met 140 mensen werkte. Van de Rijdt: ‘Dan zou je toch verwachten dat er genoeg technici bij zitten die iets van lagering weten. Toch zag ik minimaal drie fouten in de toepassing van lagers.’

Het ging om een constructie waarin het lager een heel kleine hoekbeweging maakt. ‘Dat lager kan vastlopen omdat het smeermiddel niet goed wordt verdeeld. Daar was geen rekening mee gehouden. Ook was er een verkeerde kogelkooi toegepast, waardoor het vereiste aantal slagen niet zou worden gehaald. Lagerleveranciers vertellen je dat soort dingen vaak niet. Als je belt, krijg je de verkoper, die het ook niet weet en is het heel lastig om met de techneut in contact te komen.’

Van performance en levensduur tot geluidsoverlast en levertijd

Bij de keuze voor een lagertype spelen veel factoren een rol. Op de eerste plaats de performance – denk aan nauwkeurigheid, snelheid en acceleratievermogen – en de levensduur, die negatief kan worden beïnvloed door wrijving en slijtage. Een luchtlager scoort op beide hoog, maar juist minder op kosten. Want er moet bijvoorbeeld een luchtvoorziening in het systeemontwerp worden geïntegreerd.

Afhankelijk van de toepassing kunnen andere factoren een rol spelen. Een mooi voorbeeld is patiëntenwelzijn. Dat speelt onder meer bij ct-scanners, waar een gelagerde röntgenbuis in een boog om de patiënt draait. Bij Philips was zo’n scanner altijd voorzien van een rollenlager, weet Van de Rijdt, maar op een gegeven moment ging men over op een groot luchtlager. ‘Dat was omwille van de performance maar vooral ook om geluidsoverlast door het lager te verminderen.’

Bij grofstoffelijke toepassingen kan de lagerkeuze eveneens cruciaal zijn. Van de Rijdt vertelt over een grote offshorekraan waarin een kranslager van acht meter diameter zat. ‘De doorlooptijd voor het maken van dat grote kranslager was anderhalf jaar, want dat lag natuurlijk niet bij de fabriek op voorraad. Daarom keken ze naar een glijlager als alternatief, dat qua doorlooptijd veel gunstiger zou zijn. Ik heb daar toen een hele studie van gemaakt. Uiteindelijk is dat alternatief afgevallen omdat het stick-slipgedrag van het glijlager bij die grote diameter te veel impact had op de bediening door de kraanmachinist.’

Ingesleten patronen en nieuwe competenties

Naast rationele onderbouwing is er bij de lagerkeuze vaak ook sprake van ingesleten patronen, vertelt Vermeulen. In plaatsingsmachines bijvoorbeeld zitten uit kostenoverwegingen rollenlagers en geen luchtlagers. Rollenlagers komen dan weer niet voor in lithografiemachines, omdat smering en slijtage voor contaminatie zouden kunnen zorgen. ‘In een semiconfabriek hoort dat niet, is voor veel constructeurs een soort dogma.’ De vraag of luchtlagers om kostenredenen toch door rollenlagers kunnen worden vervangen, komt echter regelmatig terug.

Van de Rijdt had het onlangs weer bij de hand. ‘Ik kon gewoon mijn rapportje van twaalf jaar geleden erbij pakken. Voor sommige toepassingen is de performance van kogellagers voldoende en dan is hun toepassing kosteneffectiever. Waar men angstig voor was, dat heb ik toen gewoon getest. De contaminatie kun je netjes beheersen door te zorgen dat de lagers in een downflow onder de wafer zitten.’

Er beweegt intussen wel wat, ziet Vermeulen bij ASML. ‘Er lopen nu bijvoorbeeld voor rollenlagers allerlei testen met smeermiddelen en metingen aan stijfheden en wrijving. We hadden natuurlijk al de competenties voor luchtlagers, magnetische lagers en ook elastische lagers (bladveergeleidingen zijn voor sledes met korte slagen een populaire lagering, want nauwkeurig, spelingsvrij en wrijvingsloos, red.). Nu wordt er dus ook voor rollenlagers competentie opgebouwd.’

Overdimensionering voorkomen

Dat brede scala aan competenties is belangrijk, stelt Vermeulen. ‘Bladveergeleidingen zijn bij ons een beetje vanzelfsprekend geworden. Die kun je uit één stuk, monolithisch, maken met draadvonken. Op een gegeven moment kun je dan doordraven in de complexiteit en de kosten. ‘Better safe than sorry’ wordt dan het motto, ‘laten we het maar zo doen, dan weten we zeker dat het goed is.’ Maar je moet ook de kostenaspecten meewegen; die beginnen steeds belangrijker te worden.’

Van de Rijdt beaamt dat: ‘Als iets nanometernauwkeurig moet zijn, dan is monolithisch en draadvonken heel goed. Zo gauw je daarbuiten komt en gewoon over micrometers praat, hoeft het niet monolithisch. Ik heb bijvoorbeeld focusmodules voor verschillende toepassingen ontworpen, met precies dezelfde specificatie. Er zat een factor tien prijsverschil in, puur door de gekozen uitvoering voor de geleiding.’ Vermeulen: ‘Het begint dus met de aannames op basis waarvan je een apparaat ontwerpt. Dat geldt ook voor de lagering. Overdimensionering en het voorkomen ervan moet hierin een rode draad zijn.’ Zo kan meer aandacht voor lagering leiden tot minder complexiteit en kosten.