Voordelen van lineaire aandrijving

Hoe maak je een spelingsarme beweging in het horizontale of verticale vlak, oftewel: van roterend naar lineair?

De echte kenner weet dat zonder twijfel, maar alleen dé specialist in mechanische aandrijftechniek weet alle mogelijkheden met de daarbij behorende voor- en nadelen te benoemen.
In dit artikel geven we een aantal mogelijkheden om zodoende een juiste keuze voor een lineaire aandrijving te kunnen maken.

Meestgebruikte lineaire aandrijvingen

Grofweg zijn er de volgende (meestgebruikte) mogelijkheden om een lineaire aandrijvingen te realiseren:

Spindel
Tandriem
Tandheugel en rondsel
Lineaire motor
Duwketting

Onderstaand een kleine toelichting op elke aandrijving met de voor- en nadelen.

Spindel lineaire aandrijving

Een spindel is een as waarop een soort schroefdraad zit, waarover een moer heen en weer kan bewegen als de as wordt gedraaid en zodoende een lineaire beweging gecreëerd kan worden. De moer is vaak met kogels uitgerust voor minder wrijving en hogere belasting. Daarom heet de combinatie een kogel-omloopspindel. Is dit niet het geval dan is de draad vaak “hoekig” en heet de schroefdraad “trapezium”.

Een spindel is een snelle, mechanische manier voor een beperkte lineaire verstelling. Het grootste nadeel is dat de lengte beperkt is en het toerental niet hoog kan zijn in verband met slingering. Een typische spindelaandrijving is bv een schaarkrik van een auto. Een spindel is ook vaak het hart van een “actuator”.

Lineaire aandrijving met Tandriem

Een tandriem wordt gespannen over poelies en is getand om slip te voorkomen. Een tandriem is vaak het hart van de zogenaamde Lineaire module, waar in het bewegende deel de einden van de tandriem samen komen. Een voordeel van deze aandrijving is dat hij goedkoop en snel bouwt, het nadeel is de benodigde voorspanning en optredende onnauwkeurigheid in verband met de (overigens zeer beperkte) rek van de tandriem. Een tandriemaandrijving kan ook gebruikt worden om een rotatie te verdelen, al dan niet met andere toerentallen. De tandriem wordt aangedreven door een as met pulley en hierdoor kan het koppel –beperkt- toenemen. Daarom wordt voor deze aandrijvingen vaan een tandwielkast gemonteerd om het toerental te reduceren en het koppel te verhogen. Speciaal voor tandriemaandrijvingen heeft Apex Dynamics de PL (recht) en PLR (haaks) geïntroduceerd, met zwaardere lagers en zeer compacte bouwvorm. Een typische lineaire tandriemaandrijving is de printkop van een printer of een electrische garagedeur, een typische rotatieve tandriemaandrijving een distributieriem van een verbrandingsmotor.

Tandheugel en rondsel lineaire aandrijving

Een tandheugel (tandlat, tandstang) heeft als eigenschap dat hij oneindig lang kan zijn en de nauwkeurigheid, bij correcte montage, niet afneemt. Over de tandheugel (in feite een tandwiel met oneindige radius) loopt het rondsel heen en weer. Tandheugels zijn aan elkaar te koppelen en zijn normaal verkrijgbaar in lengtes vanaf 500 mm tot en met 2000 mm. Over een tandheugel kunnen meerdere rondsels lopen om zo verschillende bewegingen gelijktijdig uit te voeren óf om de beweging gelijktijdig uit te voeren met dubbele kracht. Het rondsel wordt vaak aan een tandwielkast gemonteerd, welke het koppel verhoogt en de snelheid reduceert. Een typische tandheugel-toepassing is een poort-aandrijving of een brugaandrijving.

Indien er 2 motoren met rondsels als een master-slave opgesteld worden, is de aandrijving spelingsvrij.

Lineaire motor

Een lineaire motor is een aandrijving die net als bij een elektromotor gebaseerd is op een wisselend magnetisch veld. In essentie is het een elektromotor met een “uitgerolde” stator. In plaats van een roterende beweging produceert dit type motor een lineaire beweging, en kan in principe zo lang zijn als maar nodig is. Een Lineaire motor bestaat uit een (theoretisch) oneindig lange rij elektromagneten. Het aan te drijven voorwerp bevat een vin van een geleidend materiaal, meestal aluminium of koper. De elektromagneten creëren een continue lineaire “golf” waarbij er in de vin wervelstromen ontstaan welke een tegengesteld veld veroorzaken. Zo begint de vin mee te gaan, met enige slip, in de golf van magnetisme.

Een typisch voorbeeld van een lineaire motor is bijvoorbeeld een magneetzweeftrein. Door de erg hoge kosten van materiaal en technologie en de lage koppels wordt deze aandrijving weinig toegepast.

Lineaire aandrijving d.m.v. Duwketting

De duwketting bestaat uit speciaal gevormde schakels, welke door de geometrie ervoor zorgt dat de ketting onder drukbelasting niet kan knikken. Hij wordt aangedreven door een soort tandwiel waarover de duwketting kan rollen. Er dient wel rekening gehouden te worden met het einde van de duwketting welke niet gebruikt wordt, er is vaak een constructie voor nodig om deze op te rollen. De eerste variant voor een duwketting is door Leonardo daVinci beschreven, maar pas sinds WOII industrieel toegepast.

Een bekend voorbeeld van een duwketting is de Continu Variabele Transmissie van Bosch / van Doorne.

Overzicht van de verschillende lineaire aandrijvingen

Onderstaand in tabelvorm de sterke en zwakke punten van elke aandrijving : (“-“ = slechter; “0” = neutraal en “+” is beter)

	Spindel	Tandriem	Tandheugel en rondsel	Lineaire motor	Duwketting
Snelheid	+	+	++	++	+
Kracht	+	+	++	–	++
Versnelling	0	+	+	+	0
Nauwkeurigheid	++	0	++	+	0
Slaglengte	–	–	++	++	–
Geschikt voor verticaal	++	0	++	–	++
Levensduur	0	+	+	++	0
Investeringskosten	+	++	0	—	0
Rendement	+	–	+	–	0
Reparatiekosten	–	0	+	–	–
Eenvoudige montage	+	++	+	–	+

Wat is nu voor uw toepassing de beste lineaire aandrijving?

Dit hangt af van vele factoren waarvan u de belangrijkste hierboven ziet. Bent u bezig met een lineaire aandrijving en kunt u wel een sparringspartner gebruiken? Neem dan contact op met Apex Dynamics.