Het juiste aandrijfsysteem selecteren

Bij het maken van een aandrijfconversie of het ontwerpen van een nieuw aandrijfsysteem hebben onderhoudsmanagers en ontwerpingenieurs drie brede opties:rollenkettingaandrijvingen, V-riemaandrijvingen en synchrone riemaandrijvingen.

Elk heeft zijn eigen voor- en nadelen, samen met kostenoverwegingen die misschien niet meteen duidelijk zijn.

ROLLER KETTINGAANDRIJVINGEN

De populariteit van kettingaandrijvingen komt voort uit hun vermogen om hoge koppelniveaus in een klein pakket over te brengen, tegen relatief lage kosten, terwijl ze gebruik maken van gemakkelijk verkrijgbare voorraadcomponenten. Hoewel de initiële kosten van standaard rollenkettingaandrijvingen vrij laag kunnen zijn, kunnen de onderhoudskosten aanzienlijk zijn. Goed onderhoud is essentieel voor optimale prestaties van de rollenkettingaandrijving en omvat de volgende kostenfactoren:

• Smering
• Uitlijning
• Spanning
• Vervanging van schijfonderdelen

Volgens schattingen van de kettingindustrie verslijten rollenkettingaandrijvingen die zonder smering werken ongeveer 300 keer sneller dan vergelijkbare aandrijvingen die goed gesmeerd zijn. En toch schatten fabrikanten van rollenkettingen dat 90 tot 95 procent van alle geïnstalleerde aandrijvingen ofwel niet goed of helemaal niet gesmeerd zijn. Het bepalen van het type smeermethode dat nodig is, is een belangrijke ontwerpoverweging met gevolgen voor de kosten. Een oliehoudende kettingbehuizing kan bijvoorbeeld tot 75 procent van de totale kosten van het kettingaandrijfsysteem vertegenwoordigen. Naast smering zijn een juiste uitlijning van het tandwiel en het spannen van de ketting van cruciaal belang om de levensduur van de rollenketting te verlengen.

Een andere onderhoudsfactor met kostenimplicaties is de vervanging van aandrijfcomponenten. Een belangrijke zwakte van een rollenkettingaandrijving is kettingslijtage, wat resulteert in rek of rek. Fabrikanten raden vervanging van de rollenketting aan wanneer een rek van ongeveer 3 procent optreedt. De meeste fabrikanten van rollenkettingen raden ook aan de tandwielen te vervangen bij elke nieuwe rollenketting, omdat het metaal-op-metaal contact ernstige tandwielslijtage veroorzaakt.

Tabellen met nominale vermogens die in de rollenkettingindustrie zijn gepubliceerd, zijn gebaseerd op een theoretische ontwerplevensduur van 15.000 uur, uitgaande van het juiste ontwerp van de aandrijving, uitlijning, smering, onderhoud, enz. Maar in een typische werkomgeving benadert de werkelijke levensduur van de aandrijving zelden het ideaal. Niet-gesmeerde rollenkettingaandrijvingen die onder zware omstandigheden werken, kunnen slechts 100 uur meegaan.

De kosten van de hierboven vermelde onderhoudsvereisten, opgeteld bij de initiële kosten, benaderen de werkelijke kosten van een standaard rollenkettingaandrijving. Naast de kosten van het vervangen van smeermiddelen en aandrijfcomponenten zijn er echter ook arbeidskosten van frequent naspannen, waardoor de aandrijving moet worden uitgeschakeld, wat resulteert in productieonderbrekingen. Bovendien werken standaard rollenkettingaandrijvingen met een efficiëntie van 91 tot 94 procent, afhankelijk van de toepassing, dus er moet rekening worden gehouden met energiekosten.

Ondanks de onderhouds- en energiekosten bieden kettingaandrijvingen met rollen ontwerpers en gebruikers enkele voordelen ten opzichte van V-riem- of synchrone riemaandrijfsystemen:

1. Veelzijdigheid (functionele hulpstukken kunnen worden toegevoegd om producten te transporteren, schakelaars, bedieningshendels, enz.)

2. De mogelijkheid om elke lengte ketting te maken met verbindingsschakels

3. De beschikbaarheid van een grote selectie kettingen en tandwielen

V-RIEM AANDRIJVINGEN

V-riemaandrijvingen brengen kracht over door wrijving tussen de riem en de poelie. Met een efficiëntie die varieert van 95 tot 98 procent bij installatie, gebruiken deze aandrijvingen energie efficiënter dan rollenkettingaandrijvingen en iets minder efficiënt dan synchrone riemaandrijvingen. V-riemaandrijvingen zijn een industriestandaard en bieden een breed scala aan maten tegen relatief lage kosten, samen met installatiegemak en stille werking.

V-riemaandrijving vervangende onderdelen kunnen minder zijn
duurder dan rollenketting of synchrone aandrijving
componenten, maar regelmatig naspannen van
V-riemen kunnen de onderhoudskosten verhogen.

V-riemen worden vervaardigd in een verscheidenheid aan materialen, doorsneden en versterkingsmaterialen en worden vaak afzonderlijk, in op elkaar afgestemde sets of in samengevoegde configuraties gebruikt. Ze zijn zeer geschikt voor zware toepassingen, zoals die met schokbelastingen en hoge startbelastingen. Standaard V-riemaandrijvingen werken het beste in toepassingen van 500 tpm of meer, snelheidsverhoudingen tot 6:1 en binnen een bedrijfstemperatuurbereik van min-40 tot 130 graden Fahrenheit. Omdat V-snaren bij overbelasting slippen, helpen ze duurdere apparatuur te beschermen tegen spanningspieken. Ze bieden ook flexibiliteit in de positionering van de motor en de belasting.

Bij een geschikte toepassing varieert de levensduur van een goed geïnstalleerde en onderhouden V-riemaandrijving van 20.000 tot 25.000 uur. De componenten van een eenvoudige V-riemaandrijving zijn relatief goedkoop in aanschaf, installatie, vervanging en onderhoud. Nadat ze correct zijn geïnstalleerd en zijn gespannen tot de aanbevolen waarden van de riemfabrikant, hebben deze aandrijvingen weinig onderhoud nodig, behalve naspannen tijdens het normale onderhoudsschema. Door het slippen van de riem verliezen ze tot 5 procent van hun efficiëntie na installatie. V-riemen rekken uit als ze slijten, waardoor slippen erger wordt, wat de efficiëntie met wel 10 procent kan verminderen, tenzij gecorrigeerd door periodieke naspanning. Getande of getande V-riemen kunnen de efficiëntie met 2 procent verhogen ten opzichte van standaardontwerpen.

SYNCHRONE RIEMAANDRIJVINGEN

Synchrone riemen werken volgens het tandgripprincipe. Ronde, vierkante of gemodificeerde kromlijnige riemtanden grijpen in met groeven op tandwielen voor een positieve krachtoverbrenging bij toepassingen met hoog koppel met hoge en lage snelheden.

Als schijfgrootte een probleem is, veel synchroon
riemaandrijfsystemen hebben nu een equivalent
capaciteit voor rollenkettingaandrijvingen in dezelfde breedte.

De componenten van een synchroon riemaandrijfsysteem kosten in eerste instantie doorgaans meer dan die van een vergelijkbare standaard rollenketting of V-riemaandrijving. Daarentegen hebben synchrone riemaandrijvingen niet de onderhoudskosten die horen bij rollenkettingaandrijvingen. Ze vereisen geen smering en geen smeersysteem, alleen elementaire veiligheidsafscherming. Terwijl de rollenketting regelmatig moet worden nagespannen en V-riemen periodiek moeten worden nagespannen, vereist een synchrone riem doorgaans geen naspanning gedurende de levensduur van de riem.

Om de hoeveelheid rek te illustreren die kan optreden in een rollenketting, kunnen de aanbevolen hartafstanden voor riemaandrijvingen worden vergeleken met de hartafstand die nodig zijn voor een rollenketting van dezelfde lengte. Uitgaande van een lengte van 100 inch kunnen een rollenketting, V-riem en synchrone riem als volgt worden vergeleken:

Rolketting: Een rollenketting zal gedurende zijn levensduur ongeveer 3 inch (of 3 procent) verlengen, waarbij ongeveer 1,5 inch hartafstand nodig is.

V-riem: Een V-riem heeft gedurende zijn levensduur 1,5 tot 2,5 inch hartafstand nodig, afhankelijk van de dwarsdoorsnede en de riemfabrikant.

Synchrone riem: Een synchrone riem vereist doorgaans slechts 0,04 inch hartafstand gedurende zijn levensduur, afhankelijk van het riemtype en de fabrikant.

Ketting- en tandwielslijtage zijn belangrijke kostenfactoren bij een rollenkettingaandrijving. Synchrone riemen en tandwielen ervaren aanzienlijk minder slijtage. In een synchroon aandrijfsysteem gaat de riem bijvoorbeeld langer mee dan een vergelijkbare rollenketting in de orde van 3 tot 1 en gaan de tandwielen langer mee dan de rollenkettingtandwielen 10 tot 1.

Figuur 1. Vereiste opname van de hartafstand als gevolg van levensduurverlenging (in inches).

Net als rollenkettingaandrijvingen zijn synchrone riemaandrijvingen gevoelig voor verkeerde uitlijning en mogen ze niet worden gebruikt op systemen waar dit inherent is aan de aandrijfwerking. Een verkeerde uitlijning leidt tot inconsistente riemslijtage en voortijdige trekbreuk als gevolg van ongelijke belasting van trekelementen. En hoewel een synchrone riem bestand is tegen slijtage, corrosie en de bijtende spoeloplossingen die worden gebruikt in de voedselverwerkings-/verwerkingsindustrie, is deze mogelijk niet geschikt voor bepaalde zeer corrosieve omgevingen waar een corrosiebestendige ketting een betere keuze is.

Een misvatting over synchrone riemen is dat ze ongeschikt zijn voor serpentine-aandrijvingen. Ontwerpingenieurs denken misschien dat een rollenketting de enige optie is wanneer een last van beide kanten moet worden gereden; dubbelzijdige synchrone rubberen riemen bieden echter veel van dezelfde kostenbesparende voordelen ten opzichte van rollenkettingen als hun enkelzijdige neven.

Door hun hoge efficiëntie (tot wel 99 procent op continue basis voor sommige aandrijfsystemen), kunnen synchrone riemaandrijvingen ook de energiekosten verlagen in vergelijking met rollenketting- of V-riemaandrijvingen.

CONCLUSIE

Op basis van kosten van eigendom kan een synchroon riemaandrijfsysteem kosteneffectiever zijn dan een vergelijkbare rollenkettingaandrijving of V-riemaandrijfsysteem. Hoewel een synchroon aandrijfsysteem in eerste instantie gemiddeld 30 procent meer kost dan een vergelijkbare standaard rollenkettingaandrijving, biedt het veel kostenbesparende voordelen voor onderhoudsmanagers en ontwerpingenieurs.

Op de MRO-markt kunnen synchrone aandrijvingen de dagelijkse operationele kosten aanzienlijk verlagen en de productie-output verhogen in vergelijking met de uitvaltijd en productiviteitsverlies als gevolg van frequent onderhoud en vervanging van rollenketting- en V-riemaandrijvingen. Ontwerpingenieurs van aandrijfsystemen die een synchrone aandrijving kiezen, kunnen hun producten een concurrentievoordeel geven door beter presterende, duurzamere, schonere, stillere en onderhoudsvrije producten te leveren die tegen lagere totale kosten werken.

Dit artikel is geschreven door de afdeling voor de toepassing van producten voor krachtoverbrenging bij Gates Corporation. Ga voor meer informatie over dit onderwerp naar www.gates.com.