maxon motoren in vacuüm omgeving deeltjesversneller.

maxon werkte enkele maanden samen met Instrument Design Technology (IDT) aan de ontwikkeling van een gemodificeerde borstelloze mini-motor voor gebruik onder de extreme vacuüm omstandigheden van de deeltjesversneller (synchrotron) in Groot-Brittannië.

In de deeltjesversneller Diamond Light Source (DLS) in het Britse Oxfordshire worden verschillende researchprojecten uitgevoerd. Zo wordt de belasting van vliegtuigvleugels hier onderzocht, evenals de eigenschappen van het HI-virus en zelfs historische perkamentrollen worden onder de loep genomen zonder deze te beschadigen. Het synchrotron beslaat 45.000 vierkante meter. Hier worden voor het onderzoek naar moleculaire structuren elektronen tot 3 giga-elektronvolt (GeV) versnelt en lichtstralen gegenereerd die tot tien miljard keer helderder stralen dan de zon. Om verlies van elektronen door botsing met luchtmoleculen te voorkomen, wordt het gehele proces uitgevoerd in een vacuüm, waarin slechts een miljardste van de atmosferische druk heerst. Instrument Design Technology (IDT) uit Widnes in Noord-West-Engeland levert de toonaangevende synchrotroninstallaties wereldwijd.

Diamond specificeerde dat de Double Crystal Monochromator (DCM) voor de nieuwe X-Ray Spectroscopy Beamline B18, de belangrijke Bragg-rotatieas zou aandrijvingen met een DC motor in plaats van de gebruikelijke stappenmotor. Paul Murray, bedrijfsleider van IDT, licht toe: ”Wij wilden hogere toerentallen bereiken bij geringere temperatuur en een rustigere loop dan met de voorheen gebruikte stappenmotor. Stappenmotoren zijn minder stil en veroorzaken vaak ook trillingen. Het oplossen van deze problemen verbeterde de resultaten van de DCM onmiddellijk. De nieuwe motor moet in een vacuüm met 10-8 torr foutloos functioneren.” IDT nodigde senior sales engineer van maxon motor UK, Paul Williams, uit om te helpen bij het oplossen van dit probleem.

Ontwikkeling van een krachtige, borstelloze en hittebestendige motor
De op maat gemaakte oplossing vormde voor maxon een mooie uitdaging. maxon heeft immers veel ervaring in klantspecifieke aanpassingen. Elke projectfase werd begeleid door ervaren ingenieurs. Williams licht toe: “Omdat het vacuüm in het synchrotron niet mag worden beïnvloed, moesten we elk afzonderlijke component van de motor en de constructie op eventuele ontgassing analyseren. De uitdaging voor ons was de ontwikkeling van een borstelloze, hittebestendige motor zonder gebruik van lijm of kunststof.”

Het uitgangspunt voor deze klantspecifieke oplossing was de EC 22 HD (Heavy Duty) van maxon: een borstelloze 22mm motor met laser gelaste behuizing van roestvaststaal en grote temperatuurbereik. Met deze basiskwalificaties voldeed de motor al aan veel eisen voor het gebruik in een vacuümomgeving. Als borstelloze DC motor is hij van huis uit efficiënter, geluidsarmer en reageert hij beter dan de eerder gebruikte stappenmotor.

Voor gebruik in het synchroton moest de EC 22 HD op verschillende punten worden aangepast. In een vacuüm kunnen motoren de warmte niet zoals gebruikelijk door convectie afvoeren, waardoor de kans op oververhitting toeneemt. Daarom moet de motor hittebestending zijn en moeten componenten zo worden gepositioneerd dat de temperatuur via warmtegeleiding kan worden gereduceerd. In een ultrahoog vacuüm van 10-7 torr en meer, ontgassen verbindingen van materialen als kunststof en lijm. Dit beïnvloedt het vacuüm en het vermogen. Elke component werd afzonderlijk getest en waar nodig verbetert. Vanwege eventuele ontgassing kon de gebruikelijke lijm niet worden gebruikt en werd gebruik gemaakt van micro-laserlasverbindingen.

Door hun ervaring in lucht- en ruimtevaart wisten de maxon ingenieurs al hoe de lichte vetten in de motorlagers reageren onder lage druk. Daarom moest een extreem inert smeermiddel worden gebruikt, dik genoeg om onder extreme vacuüm omstandigheden geen emissies te laten ontstaan – rekening houdend met de hierbij optredende veranderingen van de functionele eigenschappen en de beoogde levensduur van de motor. Om de overgebleven gasemissies te elimineren, worden motoren voor gecontroleerde vacuüm condities gedurende 24 uur gebakken op 120°C. De EC22 HD werd ontworpen om temperaturen hoger dan 200 °C te weerstaan en bleek daarmee een optimaal uitgangspunt.

Stof in sneeuwvlokken
De Double Crystal Monochromator, met zijn op maat gemaakte maxon DC motor, wordt nu actief gebruikt in de Beamline B18 van de Diamond Light Source als dagelijkse ondersteuning van belangrijke experimenten. Zo gebruikte een groep Italiaanse wetenschappers de Beamline B18 om stof in sneeuwvlokken te onderzoeken die ca. 800.000 jaar geleden gevallen zijn – ongeveer de tijd van de eerste menselijke wezens op aarde. Uit het antarctische ijs zijn monsters geboord die bestaan uit lagen van bevroren sneeuw die honderdduizenden jaren oud zijn. De minuscule stofdeeltjes die werden ingesloten toen de sneeuw viel, bevatten belangrijke informatie over het klimaat, de atmosfeer en vulkanische activiteiten op aarde gedurende deze periode. Met behulp van X-Ray Absorption Spectroscopy, konden de onderzoekers de minerale samenstelling van het stof onderzoeken, de oorsprong ervan vaststellen en conclusies trekken over klimaatveranderingen over een periode van honderdduizend jaren.

 © maxon motor ag

Productnavigator

Contact

maxon motor benelux bv

Josink Kolkweg 387545 PR EnschedeNederland
+31 53 744 0 744
Contact