In veel aandrijvingen bestaat de noodzaak de asrichting van roterende bewegingen te veranderen. Vaak wordt gebruik gemaakt van een haakse tandwielkast (met kegelwielen) of een worm-wielkast. Maar anno 2011 zijn er meer mogelijkheden. Wat zijn de voor- en nadelen van de verschillende mogelijkheden?
Eén van de oudste methoden om roterende bewegingen haaks om te zetten, is te vinden in de oude windmolens waar twee cirkelvormige houten platen met tanden haaks op elkaar zijn geplaatst. Hoewel effectief is deze methode te grof voor de machinebouw, wat leidde tot de ontwikkeling van haakse reductoren.
Haakse tandwielkast
Om met tandwielen een haakse overbrenging te realiseren, is het noodzakelijk de vorm van de tandwielen conisch te maken waardoor het veel gebruikte kegelwiel ontstaat. Het onderbrengen van kegelwielen onder een hoek van 90° in een kast resulteert in een haakse tandwielkast. In de praktijk is het aantal trappen meestal niet groter dan vier en zijn overbrengingsverhoudingen tot 1:1700 te realiseren.
De kegelwielen kunnen zijn voorzien van rechte, schuine of spiraalvormige vertandingen. Tegenwoordig wordt meestal gebruik gemaakt van een ver-tanding waarbij zowel de dikte als de hoogte van boogvormige tanden zich verjongt in de richting van de top van de kegel. Het rendement van kegelwiel-kasten kan dan ook oplopen tot zo’n 98 %, wat een belangrijke factor kan zijn in de keuze van het type overbrenging.
De bovenste afbeelding toont tandkegelwielreductoren waarbij het kegelwiel als eerste tandwiel (ronsel) te zien is (foto: Lenze Aandrijftechniek)
Haakse tandwielkast (links) en wormwieloverbrenging (foto’s: Elsto Aandrijftechniek)
Schuine vertanding
STM heeft een variant ontwikkeld waarbij wordt gewerkt met twee tandwielen met een 45° schuine spiraalvertanding. Met deze tweetrapsoverbrenging is een overbrengingsverhouding van 148,8:1 te realiseren bij een hoog rendement. Doordat slechts twee trappen worden gebruikt en dure kegelwielen ontbreken, is deze oplossing prijstechnisch interessant.
De grenzen liggen bij een koppel tot 250 Nm, het rendement is minimaal 90%. Omdat de schuine vertanding spiraalvormig is aangebracht en de tandwielen zijn gehard en geslepen, is het ingrijpgedrag van de tanden goed en het geluidsniveau relatief laag.
Wormwielkast
De wormwielkast wordt vaak ingezet voor eenvoudiger en kleinere applicaties. Deze overbrenging bestaat uit het wormwiel van een bronslegering, aange-dreven door een stalen worm. Een wormwielkast heeft een lage kostprijs dankzij de eenvoudige productie van de verschillende componenten.
Een nadeel is het lage rendement. Hoe groter de overbrengingsverhouding, des te lager het rendement (tot onder 50 % en zelfs 40 %). Een overbrengings-verhouding boven 1: 100 komt eigenlijk niet voor. De nauwkeurigheid is minder goed in vergelijking met tandwielkasten.
Wanneer de spoedhoek van de worm klein genoeg of de overbrengverhouding groot genoeg is, heeft een wormwielkast een zelfremmend vermogen bij het omkeren van de krachtrichting.
Tandwielkast met 2 x 45° overbrenging (links, foto: STM) en kroonwiel (foto: Assag).
Kroonwiel
Het kroonwiel is een tandwiel dat samenwerkt met een cilindrisch rondsel waarbij de assen niet parallel maar onder een ashoek van 0,1° tot 135° staan. In de meeste gevallen is de ashoek 90°, waarbij de vertanding in het platte vlak ligt; vergelijkbaar met een kegelwiel.
Het cilindrische rondsel kan zich vrij bewegen in axiale richting, wat de montage vereenvoudigt. Door de axiale vrijheid werken geen axiale krachten op het rondsel waardoor minder sterke – en goedkopere – lagers zijn toe te passen. Het is eenvoudig om meerdere rondsels te combineren met één kroonwiel.
Ten opzichte van de eerder genoemde oplossingen bouwt het kroonwiel met rondsel compacter in dan een kegelwielset. Ook zijn goedkopere lagers te gebruiken en is het rondsel relatief eenvoudig zelf te produceren. Een kroonwielset heeft een hoger rendement dan spiraalvertande kegelwielsets en wormwieloverbrengingen.
Met deze oplossing is een overbrengverhouding mogelijk van 1:0,5 tot 1:24. Het toepassingsgebied is breed. De kroonwieltechnologie van Assag wordt onder meer toegepast in het middendifferentieel van de Audi Quattro.
Het volledig artikel vindt u in het mei-nummer van Aandrijftechniek.
