Complete gids katrollen en riemen: efficiënte krachtoverdracht in machines

Op de een of andere manier moet kracht van de ene energiebron naar de andere in een mechanisch apparaat worden overgebracht. De meest voorkomende en goedkoopste vorm is het gebruik van een riem en katrol. Deze kracht komt van een elektrische of mechanische generator om een draaiende beweging over te brengen naar de toepassing.

Een katrol wordt altijd gemonteerd op een draaiend deel van de energiebron, zodat kracht via een riem naar het apparaat kan worden overgebracht – dienend als energiebron voor dat apparaat.

Naast het bovenstaande zijn er specifieke katroltypen die lijken op hefbomen om lasten te tillen. Deze katrolen zijn wielvormig met een goot waarin een koord past. Dit wordt nader uitgelegd.

Wat krachtoverdracht betreft: een riem is de goedkoopste vorm. Het is een lus van flexibel materiaal die twee of meer draaiendeassen mechanisch koppelt, vaak parallel. Riemen kunnen ook als bewegingsbron dienen door kracht efficiënter over te dragen.

Definitie van katrol en riem

Katrolen komen in meer dan één vorm voor, omdat ze diverse doeleinden dienen in de industrie. Ten eerste is een katrol een wiel op een as ontworpen om beweging te ondersteunen en de richting van een riem of gespannen kabel te veranderen. Het apparaat helpt bij krachtoverdracht met een kabel of riem.

In een riem-en-katrolsysteem loopt een riem langs de goot van de katrol, zodat kracht kan worden overgebracht van de ene katrol naar de andere of direct naar de toepassing die kracht nodig heeft.

Een katrol kan ook een kabel leiden of een kracht uitoefenen en de krachtrichting veranderen, waardoor naar beneden trekken makkelijker is dan omhoog tillen. Deze katrolen heten vaak scheefkatrol (sheave). Een aandrijfelement van een katrolsysteem kan touw, kabel, riem of ketting zijn.

Een riemaandrijving is een lus van flexibel materiaal die beweging overbrengt van de ene draaiende katrol naar de andere. Elke katrol zit op een as.

Functies van riem en katrol

Hieronder de functies in hun toepassingen:

• De primaire functie van een riem is kracht (draaienergie) van de ene bron naar de andere over te brengen.
• Een katrol met een goot rondom de omtrek laat een riem glad doorlopen bij het overbrengen van draaiende beweging.
• Een katrol met verschillende diameters verhoogt of verlaagt de snelheid van de toepassing.
• Een specifiek katroltype verandert de krachtrichting – vaak bij zwaardere toepassingen, niet voor draaiende beweging.
• Een riem oefent kracht uit van de ene richting naar verticaal of horizontaal, afhankelijk van de positie van bron en toepassing.
• Katrolen die geen draaiende beweging overdragen, dienen om zware lasten te tillen en verminderen de benodigde kracht.

Toepassingen van riem en katrol

Riemaandrijvingen op katrolen worden gebruikt in: auto-motoren (auto's, vrachtwagens, bussen), stationaire stroomaggregaten, scheepsmotoren, vliegtuigmotoren, enz.

Ook in: compressor-motoren, landbouwapparatuur, transportbanden, enz.

Feitelijk zijn riem en katrol ontworpen voor elke toepassing die draaiende beweging van een andere bron vereist – van grote machines tot kleine apparaten als lieren, loopbanden, wasmachines.

Enkele katrolen die krachtrichting veranderen: kraan om emmer op te tillen, vlag opphijsen, vensterjaluzie bedienen, enz.

Voorbeelden van toepassingen

• Bulldozer: tillen
• Uitklapbare ladder
• Kraan op bouwterrein
• Roltrep omhoog/omlaag
• Garagedeur openen/sluiten
• Riemen en katrolen in voertuig
• Hissen gebruiken meerdere katrolen
• Fitnessapparatuur met katrol
• Theatergordijn met katrol
• Vlaggenstok op/neer halen

Selectieoverwegingen

Belangrijke factoren bij selectie van riem en katrol:

• Energiebron voor krachtoverdracht
• Centrumafstand tussen as en katrol
• Snelheid van drijvende en gedreven katrol
• Over te dragen vermogen
• Asindeling
• Riemflexibiliteit
• Betrouwbaarheid en duurzaamheid
• Maximale trekspanning
• Laag gewicht per lengte-eenheid
• Weerstand tegen slijtage en vermoeidheid
• Hoge wrijvingscoëfficiënt tussen riem en katrol
• Temperatuurbestendigheid

Materialen

Riemmaterialen

• Leer
• Katoen/stof
• Balata
• Kunststof
• Rubber

Een katrol is van metaal, vaak gietijzer, aluminiumlegering, etc. – afhankelijk van toepassing.

Typen katrolen

Open riemaandrijving (Open belt drive)

Assen draaien in dezelfde richting; parallel ingedeeld. De afstand tussen katrol en drijvende katrol bepaalt of de boven- of onderzijde de slappe of strakke zijde is.

Kruisriemaandrijving (Crossed belt drive)

Meer krachtoverdracht, maar niet sneller draaien – veroorzaakt meer slijtage. Assen draaien in tegengestelde richting. Om slijtage te verminderen: meer afstand en lagere snelheid.

Snelle en losse kegelkatrol (Fast and loose cone pulley)

Twee katrolen: één sneller dan de ander. Snelle katrol op as met sleutelverbinding; losse katrol draait vrij op de as en overdraagt geen vermogen. Geschikt voor meerdere machines die vermogen van één bron afnemen.

Trapkegelkatrol (Stepped cone pulley / speed cone)

Meerdere katrolen met verschillende diameters naast elkaar. Gebruikt waar versnellingen veranderen of gedreven as snelheid vaak wijzigt (machines). Dezelfde riem voor verschillende snelheden.

Spankatrol (Jockey pulley)

In stuursectie; vergelijkbaar met loze katrol om winkel van contact te vergroten bij één riemaandrijving. Verhoogt riemspanning en biedt hogere snelheidsverhouding.

Complex katrolsysteem (Complex pulley system / block and tackle)

Bevat twee of meer trommels, elk met twee of meer wielen op dezelfde as. Touw loopt heen en weer tussen trommels en katrols om kracht te vermenigvuldigen voor extrem zware lasten.

Samengestelde katrol (Compound pulley)

Heeft vaste en bewegende katrols – last voelt lichter. Krachtrichting eenvoudig te veranderen, geschikt voor zware lasten. Soms meer beweging nodig. Ook combinatiekatrolsysteem genoemd. Gebruikt op bouwterreinen voor beton en staal.

Bewegende katrol (Moveable pulley)

Trommel beweegt mee met het object. Geen richtingsverandering van kracht, maar object voelt lichter. Beweegt vrijer. Vaak in liften.

Typen riemen

Platte riem (Flat belt)

Voor lage kracht, hoge snelheid. Rechthoekige dwarsdoorsnede. Asafstand 5–10 m. Krachtoverdracht via wrijving. Rotatie in dezelfde richting. Rendement ~98%. Weinig geluid.

V-riem (V-belt)

Asafstand < 2 m. Matige snelheid, hoge kracht. Trapeziumvormige dwarsdoorsnede. Meerdere aandrijvingen mogelijk.

Ronde riem (Circular belt)

Asafstand > 5 m. Ronde dwarsdoorsnede. Hoge krachtoverdracht. Kleine beginspanning, geen trillingen/geluid.

Tandriem (Timing belt)

Populair in verbrandingsmotoren voor krachtoverdracht. Positieve aandrijving – betrouwbaarder en preciezer.

Overige riemtypes

• Veerriem
• Multigroef riem
• Geribbelde riem
• Filmriem
• Specialiteit riem (spanningszijde)
• Wegband (windtunnels)

Werkingsprincipe

De werking is minder complex en goed begrijpelijk. De video's geven praktische kennis van riemaangedreven katrolen en katrolen voor zware lasten.

Video's

(Video-inhoud ontbreekt in bron)

Voordelen en nadelen

Voordelen

• Laag energieverbruik
• Laag onderhoud
• Eenvoudig te monteren en demonteren
• Eenvoudige constructie
• Geen smering nodig
• Goedkoop te vervangen
• Kracht overdraagbaar verticaal, horizontaal of schuin

Nadelen

• Krachtverlies door glijden en kruipen
• Niet voor zeer korte afstanden
• Snelheid beperkt
• Heel stil (kan ook voordeel zijn)
• Beperkt temperatuurbereik (35–85 °C)
• Beperkte levensduur
• Breukgevaar
• Hoeksnelheidsverhouding niet constant door glijden

Conclusie

Riemen en katrolen zijn essentiële componenten in bijna alle toepassingen. Ze overdragen draaiende beweging en katrolen alleen tillen zware lasten. In dit artikel: definitie, functies, diagram, typen, werking, voor- en nadelen.