Reductoren en tandwielkasten

Techniekgids // Aandrijftechniek mechanisch // Reductoren en tandwielkasten

Wat is een reductor en welke verschillende tandwiel- en wormwielkasten zijn er verkrijgbaar?

Een tandwielkast is een mechanisch apparaat voor het aanpassen van het toerental. Met een set tandwielen of wormwielsets wordt het toerental en de draairichting beïnvloed. Veelal wordt het aantal omwentelingen gereduceerd en stijgt het koppel. Motorreductoren zijn tandwielkasten met een opgebouwde elektromotor. In de aandrijftechniek worden haakse tandwielkasten vaak gebruikt om een roterende beweging haaks verder te leiden. Reductoren en tandwielkasten zijn in vele varianten te verkrijgen.

Hoe wordt een reductiekast toegepast?

Elke toepassing vraagt om specifieke eigenschappen. In de voedselindustrie of farmaceutische industrie worden bij voorkeur motorreductoren gebruikt die makkelijk te reinigen zijn. RVS is in deze industrie een veel gebruikt materiaal. Door de hygiënische normen worden reductoren vaak onder hoge druk gereinigd of met agressieve middelen ontsmet. De afdichtingen hebben hier flink onder te lijden. Dit geldt ook voor de connectoren.

De aandrijving in een steenbreker moet functioneren onder zware omstandigheden. Abrasieve deeltjes van het puin verdwijnen in alle hoekjes en gaten. De reductor is onderhevig aan extreem hoge en stotende belastingen en staat in weer en wind.

Wat zijn de radiale en axiale krachten?

Komen er grote radiale en/of axiale krachten op de tandwielkast? Bij een v-snaar aandrijving ligt de radiale belasting een stuk hoger dan bij een kettingaandrijving. Dit heeft te maken met de voorspanning van het type aandrijving. Deze belasting is mede bepalend in de keuze van een reductor. Er zijn reductoren met een verlengde lagerpot aan de uitgaande aszijde. Hierdoor is er de mogelijkheid om zwaardere type lagers te monteren. Stotende belastingen of trillingen kunnen ook een negatieve invloed hebben op de lagers.

Fx = Radiale belasting: Krachten dwars op de as
X = Positie van de kracht
Fa = Axiale belasting: Krachten in de lengte richting van de as

Wat zijn de bedrijfsomstandigheden?

De bedrijfsomstandigheden bepalen grotendeels de keuze van een tandwielkast. De omstandigheden kunnen namelijk een grote invloed hebben op de prestaties en levensduur. Denk bijvoorbeeld aan:

Chemische bestendigheid of stof (Denk aan speciale afdichtingen)

Corrosieve omstandigheden

Explosie gevaar (ATEX)

Extreme temperaturen of schommelingen

De inschakelduur > aantal starts / stops per uur, trillingen en/of stotende belastingen. Deze bepalen de service factor die meegenomen wordt in de berekening van een aandrijving.

Koppel berekenen

Om de juiste aandrijving te selecteren is het van belang om te weten wat het over te dragen koppel is. Het Koppel is een maat voor het rotatie-effect van een kracht. Eenheid voor koppel is de newtonmeter (Nm). Het koppel bepaald deels de grootte en type van de askoppeling. Is de aandrijving onderhevig aan trillingen of stotende belastingen? Dan heeft dit invloed op de service factor van de koppeling.

Nominaal koppel Tn [Nm] Het koppel dat overgebracht kan worden bij constante belasting op de aandrijfas en servicefactor fs = 1. De waarde is afhankelijk van het toerental.

Het nominale koppel wordt berekend aan de hand van de volgende formule. Tn [Nm] = 9550 * P [KW] / n [1/min]. Vermenigvuldig de uitkomst met de servicefactor om tot het werkelijke koppel te komen.

Tn [Nm] Nominaal koppel
P [KW] Vermogen
n [1/min] Toerental per minuut
fs Service factor

Wat is de servicefactor?

De service factor (ook wel bedrijfs factor genoemd) (fs) is de factor die mede bepalend is in de keuze voor de juiste aandrijving. Het staat voor de lastwisselingen en overbelastingen waaraan een reductiekast in het dagelijks gebruik kan worden blootgesteld. Selecteer in onderstaande tabel het juiste aantal bedrijfsuren per dag. Aan de hand van één van de drie belastingskrommen en het aantal starts per uur kan de servicefactor afgelezen worden. De aanduidingen K1 – K3 geven de waarden aan van de bedrijfsklassen; gelijkmatige belasting, licht stotende belasting, en zwaar stotende belasting.

Welke bevestigingen zijn verkrijgbaar voor een tandwielkast?

Vaak bieden fabrikanten verschillende montagemogelijkheden. Bijvoorbeeld: Een wormwielreductor kan besteld worden met voeten of met een reactiearm. Ook kan er een gekozen worden voor een uitgaande flens. Hierbij wordt de reductor rechtstreeks op de machine gemonteerd. Wordt de reductor op een bestaande motor gebouwd, controleer dan ook de ingaande flensdiameter.

Wat is massatraagheid en welke invloed heeft dit op de keuze van een motorreductor?

Het (massa)traagheidsmoment geeft de mate van verzet tegen verandering van draaisnelheid. Om de snelheid van draaien te veranderen moet een krachtmoment worden uitgeoefend (soms draaimoment genoemd). De verhouding tussen dit krachtmoment en de resulterende hoekversnelling is het massatraagheidsmoment ten opzichte van de rotatie-as. Bij een vliegwiel wordt handig gebruikt gemaakt van deze kracht. Echter, bij een tandwielkast kunnen deze krachten negatieve gevolgen hebben voor de werking. Het traagheidsmoment speelt overigens niet alleen bij de reductor. Houdt met de berekening ook rekening met de motor, koppeling en de last.

Speling in een tandwielkast

Hoeveel speling (backlash of verdraaispeling) mag de aandrijving hebben? In de regel mag een lopende band mag meer speling hebben dan bijvoorbeeld een pick-and-place robot. Deze speling wordt in boogminuten aangeduid. Een boogminuut is een eenheid om de grootte van een hoek aan te duiden. Een boogminuut bedraagt zestig boogseconden en is een 60e van een booggraad. Een speling van 1 boogminuut staat gelijk aan een afwijking van ca 29 mm op een straal van 100 meter. Hoe minder speling er in de tandwielkast zit hoe preciezer de werking ervan. Een kleine speling is noodzakelijk voor het smeren van de interne vertanding. Uiteraard heeft de nauwkeurigheid van een reductor ook invloed op de prijs.

Wat bepaald het rendement van een reductor?

Het rendement van een reductor wordt hoofdzakelijk bepaald door wrijving in de vertanding en de lagers. Bij het opstarten van een aandrijving is het rendement altijd lager dan bij het bedrijfstoerental. Dit geldt vooral voor wormwielreductoren.

Bij rechte, vlakke, en kegelwielreductoren ligt het rendement, afhankelijk van het aantal tandwieltrappen, tussen de 92% en 98%

Bij wormwielreductoren ligt dit veel lager. De vertandingen van wormwielreductoren veroorzaken namelijk een hoge wrijving. Het rendement van een wormwielreductor is sterk afhankelijk van de volgende factoren:

overbrengingsverhouding van de wormwieltrap
ingaand toerental
temperatuur van de reductor

Bij zeer grote overbrengingsverhoudingen van de wormwieltrap kan het rendement soms zelfs halveren.

Rechte of schuine vertanding bij een tandwielkast?

Een tandwielkast bestaat uit een samenstelling van tandwielen. De tandwielaandrijving wordt met schuine of rechte vertanding. Schuine vertanding heeft ten opzichte van een reductor met rechte vertanding een aantal voordelen. Hij produceert minder trillingen, geeft een lager geluidsniveau, heeft geen last van gelijkloop fouten en kan hogere koppels overbrengen. Rechte vertanding is daarentegen goedkoper. In veel gevallen zal een reductor met rechte vertanding prima voldoen. Kies voor een reductor met schuine vertanding waar hogere eisen gesteld worden aan bijvoorbeeld koppel, speling en stijfheid.

Rechte of haakse tandwielkast?

Een haakse tandwielkasten wordt gebruikt om een roterende beweging haaks verder te leiden. Met een haakse tandwielkast kan je ruimte besparen tov een rechte tandwielkast. Bij een haakse reductor heb je bij de uitgaande as de keuze voor een holle as. Hier kan je bijvoorbeeld een as of kabels door voeren. Of je kan deze gebruiken als aftak-as.

Wat is de ruimtelijke positie van de reductor?

De meeste reductoren zijn voorzien van olie. De inbouw positie van de reductor is voor een groot deel bepalend voor de benodigde hoeveelheid olie. Dit om drooglopen van aandrijfcomponenten te voorkomen. Hier vind je een overzicht van de verschillende posities. Zo worden ze vaak weergegeven in de documentatie van de fabrikant. De cijfers maken dan onderdeel uit van de bestelsleutel. In het geval dat er een motorreductor wordt besteld kan ook vaak de positie van de klemmenkast bepaald worden.