Pagina 44 van: Aandrijftechniek – nummer 8 – 2018
AANDRIJFTECHNIEK | november 201844
D
e uitvinding en doorontwikkeling van de
Archimedes Drive begon met onder zoeks-
werkzaamheden van Jack Schorsch voor het
ministerie van Defensie in de Verenigde Staten.
Hij richtte zich daarbij op de ontwikkeling van
een nieuwe generatie tandwielkasten die vooral compacter
moest worden met behoud van koppel. Wat hij ook probeerde:
het lukte niet. “In feite lopen we al vijftig jaar tegen dit probleem
aan,” geeft hij aan. “In de jaren ’90 werd al geroepen dat we
tien jaar later veelvuldig gebruik zouden maken van robots –
iedereen zou er zelfs eentje hebben – maar niets is minder waar.
En dat komt onder andere omdat we niet in staat zijn om met
compacte oplossingen de benodigde koppels over te brengen.
De ontwikkelingen in de software gaan goed; het is de hardware
die achterblijft.”
Lichtgewicht, compact en nauwkeurig
Tijdens zijn promotiewerkzaamheden aan de TU Delft liep
hij wéér tegen dezelfde beperkingen van de huidige generatie
tandwielkasten op. Ditmaal in het kader van onderzoek dat
hij verrichtte aan exoskeletten die uitsluitend hun functie
kunnen vervullen wanneer het gewicht laag genoeg blijft voor
de gebruiker. Dit was het moment dat het befaamde ‘Eureka’-
moment optrad en Schorsch in zijn hoofd twee verschillende
principes combineerde tot een lichtgewicht, compacte en
nauwkeurige transmissie die in staat zou zijn grotere krachten
over te brengen. De tijd was rijp om al het vooronderzoek dat
hij jaren daarvoor had gedaan naar de meest exotische vormen
van tandwielkasten, in te zetten.
Met in het achterhoofd dat er in de Verenigde Staten
al meer dan 30 miljoen dollar was besteed aan onderzoek
naar de nieuwe generatie tandwielkasten en dat daar niets
uitgekomen was, besloot hij tóch zijn idee te bouwen en te
testen. De basis is een planetaire overbrenging. Centraal hierin
staat een zonnewiel waaromheen de planeetwielen draaien.
Voor het overbrengen van krachten wordt gebruik gemaakt
van tanden en de applicatie is verbonden met het stelsel van
planeetwielen. Het verschil in snelheid van de planeten die
rondom de aandrijving draaien ten opzichte van de ingaande
rotatiesnelheid, leidt tot de gewenste overbrengingsverhou-
ding en een verhoging van het koppel. Een robuuste oplossing
die voor vele toepassingen wordt ingezet maar waarbij het
koppel beperkt wordt door het aantal planeetwielen dat je
praktisch kunt toepassen. Met andere woorden: het koppel is
uitsluitend verder te verhogen door meer reductoren in serie
te zetten. Een oplossing die in elk geval niet bijdraagt aan een
compacte constructie en een laag gewicht.
Geen tanden maar cilinders
Om deze beperking op te lossen bedacht Schorch dat de
tandwielen zijn te vervangen door cilinders waarbij de krach-
ten door wrijving worden overgebracht. In dat geval zou het
aantal toe te passen cilinders vele malen hoger kunnen zijn.
In eerste instantie was het idee om hiervoor massieve cilin-
ders te gebruiken maar in dat geval zouden er hoge krachten
nodig zijn om de krachtenoverbrenging te realiseren. Dit leidt
weer tot metaalmoeheid in de cilinders en hiermee een korte
levensduur. Daarom zijn geen vaste cilinders toegepast maar
is gekozen voor holle cilinders. Deze worden tijdens gebruik
licht ingedrukt waardoor de spanning over een groter opper-
vlak wordt verdeeld en het probleem van metaalmoeheid is
opgelost. Eigenlijk een verend systeem. Hiermee dook echter
een ander probleem op: doordat de cilinders hol zijn, is het
niet mogelijk de applicatie hieraan te koppelen.
Compound principe
Schorsch implementeerde daarom een theorie die eerder
geprobeerd is toe te passen op planetaire transmissiesyste-
men: het monteren van tandwielen met verschillende diame-
ters achter elkaar geplaatst op dezelfde as. Door het verschil
in diameters roteren de tandwielen op dezelfde as met een
iets andere snelheid. Hierdoor kan er een hoge vertraging
worden gerealiseerd. Met tandwielen bleek dit principe te
complex te zijn om te fabriceren en is daarom nooit op grote
schaal toegepast. Omdat de Archimedes Drive gebruik maakt
van gladde oppervlakken in plaats van tanden, is het toepas-
sen van het compound principe in de Archimedes Drive wel
mogelijk.
De tandwielen zijn vervangen door holle cilinders waarbij de
krachten door wrijving worden overgebracht
Werking en voordelen
van de Archimedes Drive
in vergelijking met een
klassieke planetaire
overbrenging
43-44-45-46-47_ims.indd 44 19-11-18 17:15