Waarom een spindel de meest veelzijdige aandrijving is
Geschreven door: Daniël Jonker
Zoals de meeste mensen wel weten vormt een spindel voor veel lineaire aandrijvingen de basis. Denk hierbij aan lineaire modules, buisverstellingen, hefkasten en elektrocilinders. Hierdoor is de spindel één van de meest veelzijdige aandrijvingen en eenvoudig toe te passen in o.a. de machinebouw. Welke types zijn er en wanneer gebruikt u welk type spindel?
Welke spindels zijn er?
Trapeziumspindel: o.a. geschikt voor hoogte- en breedte verstellingen
Een trapeziumspindelaandrijving bestaat uit een moer die over een spindel draait.
Kenmerkend voor dit type is dat het weinig speling kent en hoge belasting aankan.
Een trapeziumspindel is uitermate geschikt om te gebruiken bij o.a. hoogteverstelling van hefframes en machines, voor in de machinebouw en transport.
Kogelomloopspindel: aandrijving met hoog rendement
Een zeer populaire spindel vanwege het hoge rendement en efficiëntie. Door de rollende elementen van de kogels wordt een veel hoger rendement bereikt dan de trapeziumspindel, omdat daar glijwrijving optreedt. Daarnaast heeft de kogelomloopspindel een koppeloverbrenging van 1/3 of zelfs minder, wat zorgt voor een efficiëntere aandrijving. Omdat het bij deze spindels draait om kracht, snelheid en nauwkeurigheid, zijn er veel soorten.
Deze spindels zijn ideaal voor toepassingen waarbij het gaat om dynamisch positioneren of transporteren in continubedrijf. Wordt gebruikt in industriële sectoren: voor diverse machines, verplaatsingssystemen en robottoepassingen.
Planetaire spindels: voor hoge snelheden bij extreem hoge belastingen
Staat ook wel bekend als planeetrolspindel. Is uniek door de combinatie van een spindel met geprofileerde rollen. Ontwikkeld voor het omzetten van lineaire bewegingen naar roterende bewegingen (en andersom), zijn ze in staat om grote massa’s nauwkeurig en snel te bewegen.
Deze spindel kent vele voordelen, zoals een hoge nauwkeurigheid, een lange levensduur, hoge vermogensdichtheid, laag smeermiddel verbruik en ze bereiken hoge snelheden (ook bij extreem hoge belasting). Wordt vaak ingezet als alternatief voor hydraulische aandrijvingen bij elektromechanische persen, spuitgietmachines en in de olie- en gasindustrie. Heeft u nog vragen over een planetaire spindel? Neem dan hier contact met ons op.
Overige spindels
Naast de top 3 bovengenoemde spindels, zijn er nog helix spindels en varianten van trapeziumspindels waarbij de vorm van de groef niet trapeziumvormig is maar rond, driehoekig of zelfs klant specifiek.
Nauwkeurigheid wordt voor een deel bepaald door de stijfheid en de gangen in de spindel. Zeker bij een wisselende belasting ben je afhankelijk van de vering van het materiaal omdat dit gevolgen heeft voor de herhaalnauwkeurigheid.
Daniël Jonker
Hoe kiest u de juiste spindel voor uw toepassing?
Een spindel wordt toegepast daar waar kracht nodig is en geen hoge snelheden. Echter is het toepassingsgebied veel ruimer, waardoor de functie en bijbehorende eisen bepalen of een spindel geschikt is en welk type het beste gebruikt kan worden. Door onderstaande technische aspecten te bekijken, kunt u de juiste keuze maken voor uw toepassing.
Snelheid
De spoed van de spindel bepaalt de verplaatsing per omwenteling en het toerental de maximum snelheid. De lengte en de kerndiameter zijn leidend hiervoor en bepalen het kritische toerental. Als het optredend toerental ruim onder deze waarde blijft, wordt mechanische schade voorkomen. Is de snelheid te laag? Dan kunt u een grotere spoed kiezen, een spindel met meer gangen (starts) of helix spindels.
Positioneer- en herhaalnauwkeurigheid
Nauwkeurigheid wordt voor een deel bepaald door de stijfheid en de gangen in de spindel. Zeker bij een wisselende belasting bent u afhankelijk van de vering van het materiaal, omdat dit gevolgen heeft voor de herhaalnauwkeurigheid. Dit is op te lossen met voorspanning in een moer, die voor meer stijfheid zorgt. Tegenwoordig worden er ook hogere eisen gesteld aan de nauwkeurigheid en stijfheid van handverstellingen, waardoor deze niet alleen met trapezium- maar ook met kogelomloopspindels uitgevoerd kunnen worden.
Inschakelduur van trapeziumspindels
De inschakelduur is met name belangrijk voor trapeziumspindels, omdat bij kogelomloopspindels en planetaire spindels de moer de kracht overbrengt met een wentellichaam. Bij een trapeziumspindel glijden twee vlakken over elkaar, de ontstane wrijvingswarmte moet dan door de moer en spindel worden afgevoerd.
Dit wordt ook wel ‘PV-waarde’ genoemd: de omtreksnelheid van de flankdiameter in de moer vermenigvuldigt met de druk in de moer. De hoogte van de PV-waarde bepaalt de mate waarin de warmte in de glijvlakken wordt ontwikkeld. Is de temperatuur te hoog? Dan veranderen de fysische eigenschappen van het smeermiddel en/of het materiaal van de moer. Het gevolg hiervan is droogloop en overmatige slijtage. De inschakelduur wordt bepaald door bewegingen per 10 minuten. Waar voorheen werd uitgegaan van 10%, is momenteel zelfs 100% haalbaar. Bij een PV-waarde kleiner dan 21 N/mm²*m/min geldt een 100% inschakelduur (bronzen moer op stalen spindel).
Zelfremmendheid
Hoe lager het rendement van een spindel, hoe groter de zelfremmendheid. Of een aandrijving zelfremmend is, hangt af van een aantal aspecten: de weerstand tussen de moer en de spindel, de grootte van de hellingshoek, enkel- of meergangig en of er gekeken wordt vanuit een stilstaande of draaiende positie.
Kogelomloopspindels en planetaire spindels zijn niet zelfremmend, doordat ze door wentellichamen worden bewogen en een lage weerstand hebben. Een enkelgangige trapeziumspindel is dit wel, vanuit een stilstaande positie. Maar ze hoeven niet zelfremmend te zijn vanuit een draaiende situatie als de aandrijving stilvalt. Dit kan voorkomen worden door te combineren met een wormwiel reductor.
Knik
Het meest kritische aspect van een spindelaandrijving. Knikken van een spindel kan worden voorkomen door berekening van de vrije spindellengte, spindellagering, kwadratisch oppervlaktemoment en door het bewegende deel te voorzien van een lineairgeleiding. De geleiding voorkomt uitbuiging waardoor de spindel minder snel zal knikken.
Smering: voor een langere levensduur
Smeren van lineaire aandrijvingen heeft in mindere mate een bepalende factor voor de keuze van een spindel, maar is wel belangrijk voor het rendement en de levensduur van aandrijvingen. Een goede smering kan zelfs kosten besparen.
Bij een goede smering zijn de loopvlakken constant voorzien van een smeerfilm. Dit kan door periodiek smeren met bijvoorbeeld een opencel polyurethaanschuim. Hierbij brengt een zelf smerend kunststof olie aan op de banen. Een voordeel is dat het ook overtollig smeermiddel absorbeert. Het nadeel is dat het veel tijd en aandacht kost om beschadigingen aan de oppervlakten te voorkomen.
Er zijn ook automatische oplossingen, waarbij smeerintervallen worden verlengd of zelfs helemaal automatisch gaan met behulp van een smeerpomp. Zodra er te weinig smeermiddel aanwezig is, wordt er olie aangebracht op de kogelbanen. Welke manier van smeren u ook kiest, door de juiste smering van uw onderdelen wordt de levensduur verlengd.
Wat is het verschil tussen een 2-, 3- of 4-puntscontact?
Bij conventionele voorgespannen moeren wordt meestal gekozen voor twee keer een 2-puntscontact of voor moeren met een 4-puntscontact. Bij een 2-puntscontact staan de contacthoeken in tegengestelde richting, waardoor u een licht lopende moer heeft met een hoog rendement. Nadeel hieraan is dat de moer niet de stijfheid heeft zoals die van een 4-puntscontact.
Deze laatstgenoemde vraagt om een hoge nauwkeurigheid van de kogelbanen. Nadelig hieraan is dat de kogels met de kogelbanen een grote differentiële slip hebben. Dit ontstaat door het verschil in diameter in het contactpunt tijdens het rollen van de kogel door de banen. Gevolg: Warmteontwikkeling en meer slijtage.
De oplossing? Een 3-puntscontact. Deze heeft de stijfheid van een 4-puntscontact, zonder de differentiële slip. Bij het omkeren van de draaibeweging verplaatst zich één drukpunt van de moer, naar de andere zijde. Dit drukpunt ligt vervolgens in het hart van de kogel en creëert een ‘low friction zone’.
Het spindel stappenplan
Omdat spindels zo veelzijdig zijn, kunnen we ons voorstellen dat het soms lastig is de juiste te kiezen.
Door middel van ons spindel stappenplan kunt u heel eenvoudig een type selecteren.
Ga naar het spindel stappenplan
Toepassingen van deze spindels
Door de veelzijdigheid van de spindels, kunnen ze in diverse toepassingen gebruikt worden, denk hierbij aan:
- Spindelhefkasten: voor grote en/of zware bewegende delen.
- Elektrocilinders: Als alternatief voor hydraulisch aangedreven systemen. De inbouwwijze is hetzelfde en de spindels zijn tevens beschermd tegen omgevingsinvloeden.
- Verstelsystemen: Ideaal voor verstellingen in machines. Heeft een lage inschakelduur en de spindel biedt hoge stijfheid. De eisen voor nauwkeurigheid worden ook steeds hoger: voldeed de trapeziumspindel voorheen, worden steeds vaker kogelomloopspindels toegepast. Daarnaast wordt het handwiel tegenwoordig vervangen door een elektroaandrijving.
3-puntscontact: de oplossing voor voorgespannen moeren met de juiste stijfheid en zonder differentiële slip
Daniël Jonker
Kies zelf uw spindel
Welke spindel u ook wilt gebruiken, met bovengenoemde handvatten kiest u ongetwijfeld de juiste voor uw toepassing. Bekijk hier o.a. ons aanbod:
Aandrijven & besturen
Dit artikel staat ook in de editie van het vakblad ‘Aandrijven en besturen’ en is hier ook online te lezen.
Vrijblijvend advies voor de juiste spindel?
Voor vrijblijvend advies kunt u onze lineaire engineers raadplegen via +31 (0)571 27 20 10 of vul onderstaand contactformulier vrijblijvend in.
Samen om tafel
Robots op maat gemaakt
