Wat is een tuimelaar in de verbrandingsmotortechniek?

Als men het in de verbrandingsmotortechniek heeft over een tuimelaar dan doelt men op een hefboom die geplaatst is tussen de nokkenas en de kleppen. Een tuimelaar is ontwikkeld toen men de kleppen aan de bovenkant van de verbrandingsmotor ging plaatsen en de nokkenas aan de onderkant van de motor. Onderliggende nokkenassen kunnen de kleppen aan de bovenkant niet rechtstreeks bedienen. Daarom werden tuimelaars ontwikkeld. De tuimelaars worden bediend door stoterstangen.

Hoe werkt een tuimelaar?
Een tuimelaar zet de draaiende beweging van de nok van de nokkenas om in een open en dichtgaande beweging van de klep. Hierbij maakt men gebruik van een hefboomeffect. Door dit hefboomeffect kan een grote kracht worden uitgeoefend op de klep. Zoals aangegeven bestaat de tuimelaar uit een bewegend deel dat werkt op basis van een hefboomeffect. De ene kant van de tuimelaar wordt in beweging gebracht door de stoterstang. De stoterstang komt in beweging door het draaien van de nokkenas.

Tussen de nokkenas en de stoterstang is bus geplaatst die meebeweegt als de nokkenas er tegenaan komt. De stoterstang duwt de ene kant van de tuimelaar omhoog waardoor de ander zijde van de tuimelaar naar beneden gaat. Aan die kant drukt de tuimelaar de klepsteel aan zodat de klep dicht gaat. Aan de onderzijde van de klepsteel bevindt zich de klep voor het in- en uitlaten van de brandstof van motor. Rondom de klepsteel bevind zich de klepveer die er voor zorgt dat de klep gesloten wordt wanneer de stoterstang naar beneden gaat en de tuimelaar wordt ontspannen. De klep wordt dus door de veer automatisch gesloten.

Waar treft men tuimelaars aan?
Tuimelaars worden voornamelijk geplaatst in motoren met een onderliggende nokkenas. Men plaatst echter ook wel tuimelaars in motoren met bovenliggende nokkenassen. Door de toepassing van tuimelaars kan men het aantal nokkenassen in een motor beperken. Ook kunnen de kosten worden beperkt door het gebruik van tuimelaars. Het gebruik van tuimelaars zorgt er voor dat men de kleppen zelf kan stellen. Dit is bij een directe aandrijving van de kleppen door de nokkenas minder goed mogelijk. Hierbij maakt men dan namelijk gebruik van een hydraulische klepstoter die zichzelf stelt.

Zwevende kleppen
Er kan ook sprake zijn van zogenaamde zwevende kleppen. In dit geval is het motortoerental hoger dan de trilfrequentie van de klepveer van de motor. Daardoor het mechanisme niet meer in staat is om het tempo bij te houden. Men kan dan beter sterkere klepveren gebruiken of dubbele klepveren zodat de klep met meer kracht dochtgedrukt wordt. Hierdoor kan de kans op zwevende kleppen worden verkleind.

Voordelen van de toepassing van tuimelaars
De toepassing van tuimelaars in de verbrandingsmotortechniek zorgt er voor dat men zelf de kleppen afstellen als men daarvoor de kennis in huis heeft. Men kan de klepspeling beïnvloeden door een met moeren geborgde stelbout aan te draaien.

Een lijnmotor wordt door de toepassing van een tuimelaar compacter. Daarnaast zorgt de toepassing van tuimelaars er voor dat er motorconstructies mogelijk zijn waarbij men de cilinders van de motor niet in één lijn heeft aangebracht. Hierbij kan men denken aan V-motoren zoals de V-8 en de V-12.

Wat is een tandriemaandrijving?

Een tandriemaandrijving is een aandrijfsysteem die op verschillende manieren in de techniek wordt gebruikt. Er wordt hierbij gebruik gemaakt van een aandrijfriem die is voorzien van speciale riemtanden. De getande riem loopt over in ieder geval twee riemschijven of poelies met buitenvertanding. Over deze riemschijven loopt een getande riem die is voorzien van binnenvertanding. Door deze vertanding slipt de riem niet meer over de riemschijven. Het slippen van aandrijfriemen komt bijvoorbeeld wel vaak voor bij gladde aandrijfriemen. Getande aandrijfriemen worden zowel in motoren gebruikt als voor de eindaandrijving.

Distributieriemen voor auto’s
In verbrandingsmotoren wordt een getande aandrijfriem gebruikt voor een zogenaamde synchrone aandrijving. Een synchrone aandrijving is een aandrijving met een vaste verhouding. Deze vaste verhouding mag nooit worden gewijzigd omdat anders de tanden van de aandrijfriem niet meer goed vallen binnen de tanden van de riemschijven. Een goed voorbeeld hiervan is de aandrijving van de nokkenas. Als de riem van een nokkenasaandrijving niet meer goed zou lopen over de riemschrijven of zou slippen dan gaan de kleppen van de motor niet meer op het gewenste moment open en dicht.

Daardoor wijzigt ook het tijdstip van de ontsteking. Een tandriemaandrijving wordt hierbij gebruikt als een effectieve overbrenging in plaats van een tandwielaandrijving of een kettingaandrijving. Deze laatste twee systemen hebben smering nodig om een vastloper te voorkomen. Als men gebruik maakt van een kettingaandrijving of een tandwielaandrijving zal men deze in een afgesloten deel van de motor moeten plaatsen, namelijk het distributiecarter. Dit hoeft bij een distributieriem niet.  Men dient echter distributieriemen tijdig vervangen. Als men dit niet doet kan de riem breken en zorgt dit er voor dat de inlaatkleppen of uitlaatkleppen stil komen te staan. De krukas blijft dan echter nog draaien. Daardoor blijven de zuigers, die doormiddel van de zuigerstangen aan de krukas verbonden zijn, ook op en neer gaan. Deze zuigers kunnen in die beweging de kleppen raken waardoor er zeer veel schade aan de motor kan worden veroorzaakt. Distributieriemen zijn echter maar een voorbeeld van een tandriemaandrijving.

Aandrijfriem voor motoren
Men kan ook een tandriemaandrijving gebruiken in de vorm van een eindaandrijving. In dit geval vind de tandriemaandrijving plaats van versnellingsbak naar achterwiel. Zo wordt bijvoorbeeld bij motorfietsen bijvoorbeeld soms een tandriem toegepast. Bij motorfietsen wordt echter vaker een metalen ketting toegepast of een zogenaamde cardanaandrijving. Ondanks dat wordt het gebruikt van een aandrijfriem populairder bij motoren omdat deze aandrijfriem veel minder onderhoud vereist dan bijvoorbeeld een aandrijfketting. Er worden bijvoorbeeld aandrijfriemen gebruikt bij een aantal modellen van Harley-Davidson, BMW, Kawasaki en Suzuki. Er zijn ook motormerken die gebruik maken van een getande riem om de nokkenas aan te drijven. Dit zijn bijvoorbeeld de motormerken Rotax en Ducata.

Wat is een turbomachine en wat is het doel van deze machine?

Turbomachines zijn machines waarin energie wordt gewisseld of omgezet. Er is hierbij sprake van een stroming of druk van een vloeistof of gas en een schoepensysteem. Dit schoepensysteem wordt in beweging gebracht door de druk van de vloeistof of gas. De kracht van de energieoverdracht is afhankelijk van de krachten die door de stroming op de het roterend schoepensysteem worden uitgeoefend. De energiewisseling kan in een turbomachine in twee richtingen verlopen.

Turbine
De eerste richting is het in beweging brengen van schoepen door druk vanuit een stroming van gas of vloeistof. In dit geval wordt bijvoorbeeld een as aangedreven en spreekt men van een aandrijvend mechanisme. Deze systemen worden ook wel turbines genoemd, een voorbeeld hiervan is stoomturbine die op stoomdruk (verdampt water= gas) werkt.

Een omgekeerde werking is ook mogelijk. Hierbij zorgt een schoepenrad in de vorm van een rotor juist energie a en zorgt deze voor een stroming. Ook hierbij is een machine aangedreven maar de benamingen zijn verschillend. De benaming die men voor dit type machine gebruikt is afhankelijk van het gebruikte fluïdum.

Turbopompen
Een turbopomp wordt bijvoorbeeld gebruikt voor het verplaatsen van vloeibare stoffen zoals water en olie. Hierbij wordt gebruik gemaakt van drukverhoging van deze vloeistoffen om ze in een bepaalde richting te transporteren.

Turbocompressoren
Een turbocompressor wordt gebruikt voor het realiseren van drukverhoging voor samendrukbarre gassen zoals dampen en lucht. Deze turbocompressors worden onder andere toegepast in auto’s en andere voertuigen.

Ventilatoren
Ventilatoren worden gebruikt voor het realiseren van een snelheidsverhoging van samendrukbare fluïda. Meestal worden ventilatoren gebruikt voor het verplaatsen van lucht om bijvoorbeeld een machine of ruimte te verkoelen.

Propeller
Als men een schroef met propeller in beweging brengt dan kan er een snelheidsverhoging optreden met betrekking tot propulsie.

Wat is hydrauliek en waarvoor wordt het gebruikt?

Hydrauliek is een aandrijftechniek en wordt veelvuldig gebruikt in de werktuigbouwkunde. Hydrauliek is een systeem waarmee doormiddel van vloeistoffen (oliedruk) bewegingen en krachten worden overgebracht. Bij hydrauliek wordt gebruik gemaakt van hydraulische vloeistoffen, dit is meestal hydrauliek olie. Er zijn verschillende systemen in de techniek die gebruik maken van hydrauliek. Zo wordt hydrauliek toegepast in kranen en remsystemen. Daarnaast zijn er hydraulische kleppen aanwezig in bijvoorbeeld brandstofmotoren. Ook kantbanken en zetbanken kunnen doormiddel van hydrauliek in beweging worden gebracht. Daarnaast zijn diverse gereedschappen die hydraulische worden aangedreven zoals hydraulische momentsleutels.

Onderdelen van een hydraulisch systeem
Een hydraulisch systeem bestaat uit een aantal onderdelen. De onderdelen van een hydraulisch systeem zijn noodzakelijk om het systeem effectief te laten werken. Wanneer één of meerdere onderdelen niet werken functioneert het hele hydraulische circuit niet. Deze onderdelen van een hydraulisch systeem zijn de volgende:

  • Een hydrauliek pomp/ verdringerpomp
  • Transportleidingen van metaal of rubber
  • Ventielen
  • Hydraulische cilinders. Worden onderverdeeld in enkelwerkende en dubbelwerkende. Enkel werkende hydraulische cilinders worden alleen uitgeschoven en zakken door het weg laten zakken van de oliedruk door een regelventiel terug door hun eigen gewicht. Dubbelwerkende hydraulische cilinders schuiven in en uit doormiddel van hydraulische druk. Een graafkraan werkt met dubbelwerkende hydrauliek en een garagekrik werkt met een enkelwerkende hydraulische cilinder
  • Hydraulische vloeistof
  • Reservoir voor de olie
  • Hydrauliekmotor

De onderdelen van een hydraulisch systeem zorgen er voor dat een hydraulisch circuit werkt. De werking van een hydraulisch circuit wordt hieronder uitgelegd.

Hoe werkt hydrauliek?
Een hydraulisch systeem bestaat uit leidingen door deze leidingen stroomt vloeistof. Dit is meestal olie. Deze olie wordt op druk gebracht doormiddel van een hydrauliekpomp of bijvoorbeeld met de hand in het geval van een garagekrik. Een pomp wordt bijvoorbeeld elektrisch of doormiddel van een verbrandingsmotor aangedreven. Wanneer de olie op druk is gebracht zorgt de oliedruk er voor dat hydraulische cilinder(s) in beweging worden gebracht. Hierdoor kunnen ze arbeid verrichten. Wanneer de arbeid is verricht wordt de hydraulische druk in dubbelwerkende cilinders doormiddel van hydrauliekventielen omgezet in een tegengestelde richting. Daardoor wordt de hydraulische cilinder weer ingeschoven tot de basispositie. Het teveel aan hydraulische olie dat uit de dubbelwerkende hydraulische cilinder komt wordt getransporteerd naar een reservoir. Wanneer er weer arbeid verricht moet worden begint het proces opnieuw en wordt weer olie in de hydraulische cilinder gepompt. Een belangrijk onderdeel wat noodzakelijk is voor het opbouwen van hydraulische druk is een hydrauliekpomp. Hieronder wordt uitgelegd welke verschillende pompen gebruikt kunnen worden voor het opbouwen van hydraulische druk.

Hydrauliekpompen
Er zijn verschillende pompen die voor het genereren van hydraulische druk kunnen worden gebruikt.  De pompen die voor hydrauliek worden gebruikt zijn verdringerpompen. Er zijn verschillende verdringerpompen die geschikt kunnen zijn voor een toepassing in een hydraulisch circuit. Zo zijn er bijvoorbeeld plunjerpompen (axiale en radiale), schroefpompen en tandwielpompen.

Voordelen en nadelen van hydrauliek
Hydraulische circuits worden binnen de werktuigbouwkunde veel toegepast. Een hydraulisch circuit heeft belangrijke voordelen. Zo hebben hydraulische installaties een veel hogere energiedichtheid van machines die elektrisch worden aangedreven. De machines die hydraulisch worden aangedreven hoeven niet heel groot te zijn om een behoorlijk vermogen te leveren. De motoren die aan een hydraulieksysteem verbonden zijn kunnen op verschillende afstanden en posities worden geplaatst ten opzichte van de pompen. Daarnaast kan de machine indien nodig ook onbelast aanlopen.

Er zijn ook nadelen verbonden aan het gebruik van een hydraulisch circuit ten opzichte van een elektrische aandrijving. Zo zijn hydraulische circuits vaak luidruchtiger dan een elektrische aandrijving. Daarnaast is het rendement van hydraulische circuits ten opzichte van elektrische aandrijvingen vaak lager. Ook de mogelijkheid dat hydraulische slangen en koppelingen lek raken is aanwezig. Hierdoor valt de druk geheel of gedeeltelijk weg. Door het wegvallen van de druk werkt he hydraulische circuit niet meer optimaal.