Terug naar overzicht

Geschiedenis haakse overbrenging en haakse tandwielkasten

Soms gaan wij als experts er gemakshalve vanuit dat iedereen ons begrijpt als we het hebben over bepaalde terminologie. Maar wij komen er soms achter dat niet iedereen weet wat een planetaire reductor, kegelwiel of haakse overbrenging is. Daarom gaan wij in dit artikel dieper in op een ‘haakse overbrenging’. We informeren jullie over de geschiedenis, techniek en vertellen over hoe reductoren bewegingsrichtingen veranderen.

Toepassen van tandwielen

Het gebruik maken van tandwielen is een van de oudste middelen om beweging over te brengen of van snelheid of richting te veranderen. Er zijn constructies gevonden uit de tijd van de oude Grieken (150 v. Chr.) die de loop van de maan en planeten simuleerden.

Veel bekender zijn de antieke haakse overbrenging die veel in bijvoorbeeld molens gebruikt werden. Een tandwiel grijpt in in een tandrad welke voorzien is van houten pennen. De houten pennen kunnen bij slijtage vervangen worden door nieuwe pennen, waardoor de levensduur van de aandrijving verlengd wordt. Dit type houten haakse aandrijving wordt nagenoeg niet meer gebruikt, het is door de technische ontwikkeling ingehaald. Dit lag wel aan de basis van de haakse overbrenging zoals we die nu kennen. Tegenwoordig kennen we tandwielen natuurlijk in alle soorten, maten en materialen.

Wanneer welke haakse overbrenging te kiezen?

In de aandrijftechniek worden haakse tandwielkasten vaak gebruikt om een roterende beweging haaks verder te leiden. Maar wat is voor een specifieke toepassing de beste haakse tandwielkast? Wat zijn de individuele eigenschappen en wat zijn de valkuilen? Wat zijn de rendementen van een haakse overbrenging en welke haakse tandwielkast is optimaal voor/in servo-techniek?

De redenen om een haakse tandwielkast in te zetten zijn o.a.:

• Plaats besparing; als een motor met tandwielkast te lang bouwt.
• Indien je een tandwielkast met holle as wilt , om bijvoorbeeld een as of kabels door te voeren.
• Ingeval een opsteekreductor voordelen biedt.
• Als aftak-as of verdeelreductor.
• Etc.

Hier volgt een beknopte samenvatting van de verschillende soorten haakse overbrenging met hun specifieke kenmerken:

Kegelvormige tandwielen (Engels: Bevel Gears, Duits: Kegelrad)

Deze kegelvormige tandwielen worden gebruikt om roterende beweging haaks over te brengen, waarbij de 2 hartlijnen van de tandwielen elkaar snijden. Dit type reductor is daardoor vaak symmetrisch opgebouwd. De beweging bestaat in het rollen zonder glijden van twee kegels, vandaar de naam. De tandwielen kunnen met rechte (Engels: spur gear, Duits: gerade Verzahnung) of spiraal (Engel: spiral, Duits: Spiralverzahnt) vertanding uitgevoerd worden. Voor een overzicht van onze haakse kegelwiel reductoren klikt u hier.

Hypoïde tandwielen (Engels: Hypoïd Gears, Duits: Hypoïd)

Hypoïde tandwielen zijn speciale conische tandwielen waarbij de hartlijnen van de tandwielen elkaar kruisen. Ze worden bijvoorbeeld in auto’s en vorkheftrucks gebruikt om de rotatie van de aandrijfas op de achteras over te brengen en zo de wielen aan te drijven. Door dit principe is de vertanding altijd spiraalvormig.

Worm en wormwiel (Engels: Worm gears, Duits: Schneckenrad)

Een worm en wormwiel worden beschouwd als tandwielen. Wordt de “worm” (een spiraalvormig tandwiel) aangedreven, dan zal het wormwiel traag draaien (bijvoorbeeld één tand per omwenteling van de worm), maar met een hoog koppel. Probeert men omgekeerd het wormwiel als aandrijving te gebruiken, dan kan het systeem echter niet in beweging gekregen worden: de combinatie blokkeert zichzelf. Aandrijving van wormwiel zou slechts kunnen wanneer de tanden op worm en wormwiel heel schuin worden uitgevoerd, hetgeen niet gebruikelijk is. Wordt een dergelijk systeem bijvoorbeeld gebruikt bij garagepoorten, waarbij de motor verbonden is met de worm en de poort met het wormwiel, dan gaat de poort niet naar beneden wanneer de motor uitvalt. Het nadeel hiervan is dus ook perfect inzetbaar als voordeel in bepaalde opstellingen die bijvoorbeeld zelfveiligheid garanderen.

Diversen

Er zijn naast deze meer ‘standaard’ haakse overbrengingen nog talloze meer “exotische” haakse reductoren. In dit artikel behandelen wij die niet.

Technische kenmerken en verschillen per type

	Tandrad	Kegelwiel	Hypoïde	Wormwiel
Ratio van	1 : 10	1 : 1	1 : 3	1 : 5
tot (ca.)	1 : 200	1 : 5	1 : 10	1 : 100
Speling (ca.)	2 ~ 5°	< 6″	< 4″	< 6″
Krachtdichtheid	—	++	+	++
Rendement	~60%	~95%	~95%	~70%
Geluid	—	++	+	++
S1 gebruik	ja	+	++	++
S5 gebruik	nee	++	++	nee
Dynamiek	nee	++	++	–
Als reductor leverbaar	Nee	ja	ja	ja
Massatraagheid	–	++	++	–
Levensduur	–	++	++	+

Servomotoren en haakse tandwielkasten

Natuurlijk hebben producenten van servo-reductoren het “antieke” tandrad niet in hun programma. De wormwiel haakse overbrenging heeft als voordeel dat deze gemakkelijk spelingsarm gemaakt kan worden en goedkoop is bij een hoge ratio. Belangrijkste nadeel is het slechte rendement van ongeveer 70%. Door dit slechte rendement moet de motor zwaarder uitgevoerd worden om het verlies te compenseren. In aanvulling daarop is vaak ook een servoversterker of frequentieregelaar noodzakelijk en dient soms de koeling aangepast te worden. Uiteindelijk kan de aandrijving hierdoor veel duurder uitvallen dan in eerste instantie begroot. Bovendien is bij S5 bedrijf de slijtage vaak te groot.

Het beoogde voordeel van zelfremmendheid vervalt in de ogen van CE : Daar mag een wormwielreductor niet beschouwd worden als zelfremmend ingeval hierdoor persoonlijk letsel of ander gevaar door kan ontstaan.

Apex Dynamics haakse tandwielkasten

Apex Dynamics is een compleet leverancier van servo-reductoren en heeft in haar programma een groot aantal haakse tandwielkasten. U kiest voor series kegelwiel en hypoïde tandwielkasten, al dan niet voorzien van een planetaire voor- of eind trap. Uiteraard met een lage speling en een lage massatraagheid voor dynamische aansturing!

Hier vindt u een aantal applicaties waarin de haakse overbrenging door middel van Apex Dynamics tandwielkasten wordt toegepast: Zonne-energie aangedreven boot, Elektrische fiets, Voedings- en Genotmiddelen industrie, Flowpacker.