Hoe werkt een reductor of tandwielkast en wat zijn de verschillende uitvoeringen?

Een tandwielkast is een mechanisch apparaat voor het aanpassen van het toerental. Met een set tandwielen of wormwielsets wordt het toerental en draairichting beinvloed. Veelal wordt het aantal omwentelingen gereduceerd en stijgt het koppel. In de meeste 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.

Wat is de toepassing van de aandrijving?

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 hoge 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 waarschijnlijk onderhevig aan extreem hoge en stotende belastingen en staat in weer en wind.

toepassingen van een reductor

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
krachten axiaal en radiaal

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.

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.

aansluiting wormwielreductor

Koppel

Het Koppel is een maat voor het rotatie-effect van een kracht. Eenheid voor koppel is de newtonmeter (Nm).

Bij gelijk blijvend vermogen stijgt het koppel als het toerental daalt. Elke toepassing vraagt om een specifiek (nominaal en maximaal) koppel en een bepaalde snelheid. Met dit koppel kun je de bouwgrootte van de tandwielkast bepalen.

Nominaal koppel Tn [Nm] Het koppel dat overgebracht kan worden bij constante belasting op de uitgaande as en servicefactor fs = 1.

Het nominale koppel wordt berekend aan de hand van de volgende formule. Tn [Nm] = 9550 * P [KW] / n [1/min]

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

Houdt voor een volledige berekening van een aandrijving rekening met:

Service factor

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.

reken met de juiste servicefactor. Een langere levensduur voor de aandrijving.

Massatraagheid

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.

massatraagheid tandwielkast

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.

inbouwpositie tandwielkast en reductor

Draairichting en vorm van de as

Klinkt logisch. Maar vooral niet onbelangrijk. In veel gevallen moet er bij bestelling een draairichting worden aangegeven. Ook is de uitgaande as vaak in verschillende diameters te verkrijgen. Is de as vol of hol uitgevoerd? Wordt de reductor op een bestaande motor gebouwd, controleer dan ook de ingaande asdiameter.

Draairichting-as en vorm van de as

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.

speling tandwielkast. precisie

Rechte of schuine vertanding bij een tandwielkast

Een tandwielkast met 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.

tandwielen-recht-en-schuin

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 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.

tandwielkast-recht-en-haaks

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 halveren.

Type plaatje en bestelsleutel

Hier zie je een SEW motorreductor. De bestelsleutel/type aanduiding wordt hier uitgelegd. Ook is er een verklaring van een typeplaatje gegeven.

typeplaatje-SEW-reductor
bestelsleutel SEW reductor

Vragen of sugesties?