Wat is een aandrijfriem?

Aandrijfriemen worden gebruikt om kracht over te brengen, deze riemen worden dus gebruikt als vermogensoverbrenging. Het voordeel van aandrijfriemen is dat ze weinig geluid produceren. Daarnaast is er weinig smering nodig en kunnen deze riemen worden gebruikt om krachten over grotere afstanden tussen assen over te brengen.  Aandrijfriemen zijn niet geschikt voor synchrone aandrijvingen. Als men ze hiervoor wil gebruiken zal men getande riemen moeten toepassen omdat de riemen anders onvoldoende houvast hebben

Industriële revolutie
Aandrijfriemen worden sinds de industriële revolutie gebruikt. Ze werden gebruikt om krachten van stoommachines over te brengen. In de beginjaren werden vooral leren riemen gebruikt in de stoomaandrijving. Leer is een goede grondstof voor aandrijfriemen vanwege het hoge wrijvingscoëfficiënt. Hierbij werd gebruikt gemaakt van een lange reep leer van een bepaalde breedte. De reep werd echter O-vormig gemaakt door deze aan het uiteinde te voorzien van speciale kammen. Met een riemverbinder werden de uiteinden van deze riemen aan elkaar vast gemaakt. Hierbij werden de kammen van de uiteinden in elkaar geschoven. Vervolgens werd daar een pees doorheen geschoven. Hierdoor werden de uiteinden aan elkaar bevestigd en ontstond een O-vormige rondgaande riem. De riem moest echter wel voldoende grip hebben op de assen waar de riem de krachten van moest overbrengen.

Risico’s van aandrijfriemen
Als de riem doorslipte werd deze behandeld met een blok speciale hars. Deze hars werd al draaiende aan de binnenkant van de riem aangebracht zodat de riem weer stroef genoeg werd om de overbrenging zo goed mogelijk uit te voeren. In het tijdperk van de stoommachine werden meerdere machines aangesloten op één enkele stoommachine met meerdere aandrijfriemen. Er werd door de machine vaak veel kracht uitgeoefend op de aandrijfriem. Deze riemen werden in het beginstadium van industriële revolutie niet afgeschermd. Als er dan te veel kracht op de aandrijfriem werd uitgeoefend of als de riem erg versleten was kon de riem losscheuren of kleine delen verliezen. Deze delen werden dan met grote kracht rondgeslingerd in de fabriekshal waar de machine stond opgesteld. Hierdoor konden mensen gewond raken of kon er schade ontstaan aan andere machines.

Toepassing aandrijfriemen tegenwoordig
Aandrijfriemen kregen door de jaren heen verschillende toepassingen. In eerste instantie dienden ze voor het overbrengen van vermogens in machines en apparaten. ze werden ook gebruik in decentraal opgestelde krachtbronnen zoals elektromotoren. Ook in auto’s werden aandrijfriemen toegepast zoals de getande aandrijfriem die ook wel distributieriem wordt genoemd. Deze riem is echter niet van leer gemaakt maar van speciaal verstevigd rubber. Er worden tegenwoordig eigenlijk geen leren aandrijfriemen meer toegepast. Meestal wordt er gebruik gemaakt van een rubber of kunststof die verstevigd is met een bepaalde vezel.

Kunststofriemen van nylon of perlon worden ook wel gebruikt. Omdat er steeds meer materialen zijn ontwikkeld kan men de kwaliteiten van materialen ook beter combineren. Zo maakt men ook gebruik van samengestelde riemen. Hierbij is de buitenste laag bijvoorbeeld gemaakt van leer vanwege de goede wrijvingseigenschappen en wordt er bijvoorbeeld ook een laag kunststof toegepast vanwege de hoge treksterkte of wordt er gebruik gemaakt van textiel zoals canvas als afdekking. Aandrijfriemen worden tegenwoordig nog steeds gebruikt in zowel een getande variant als in een gladde variant voor uiteenlopende machines en motoren.

Uit welke onderdelen bestaat een werktuigmachine?

Werktuigmachine is een algemeen wordt dat kan worden gebruikt voor een grote groep machines. Kenmerkend voor deze machines is dat deze bedoelt zijn om mechanische bewerkingen uit te voeren op een basismateriaal of werkstuk. De bewerkingen die werktuigmachines uitvoeren zijn divers. Over het algemeen worden met name machines die een verspanende bewerking uitvoeren een werktuigmachine genoemd. Hierbij kan gedacht worden aan machines voor het draaien, frezen, boren, zagen, schaven en slijpen van materiaal. Een verspanende bewerking is een bewerking waarbij kleine deeltjes, zoals spaantjes, van het basismateriaal weggenomen worden door een machine. Doormiddel van een verspanende bewerking krijgt het basismateriaal of het werkstuk de gewenste vorm.

Waaruit bestaat een werktuigmachine?
Een werktuigmachine bestaat uit een aantal onderdelen. Deze onderdelen zijn voor elke werktuigmachine nodig om de machine goed te kunnen laten functioneren.  De belangrijkste onderdelen zijn het frame, de aandrijving en de overbrenging van de machine. Deze onderdelen kunnen per machine anders worden vormgegeven en van verschillende materialen worden gemaakt. Over het algemeen worden werktuigmachines van metalen gemaakt. Hierbij kan gedacht worden aan gietijzer, koolstofstaal, gereedschapstaal en roestvast staal. Daarnaast kunnen ook delen van het frame van aluminium worden gemaakt. De behuizing van de machine kan ook van kunststof worden gemaakt evenals delen van het frame. Hieronder is per hoofdonderdeel van de machine beschreven welke aspecten er aan de orde komen.

Frame van werktuigmachines
Het frame van werktuigmachines is een belangrijk onderdeel omdat dat dit onderdeel de werktuigmachine zijn stevigheid en stabiliteit biedt. De machine staat op het frame en de gereedschappen zijn aan het frame verbonden. Hierdoor worden verschillende krachten uitgeoefend op het frame. Het is belangrijk dat het frame van de machine niet verplaatst en niet bezwijkt onder zijn eigen gewicht en de bewegingen die worden uitgevoerd tijdens de bewerking. Het frame van werktuigmachines is meestal van gietijzer gemaakt. Dit ijzer kan in de juiste vorm worden gegoten. Gietijzer is nauwelijks elastisch maar het beschikt over een goede hardheid en stabiliteit. Door de zware massa van het gietijzeren frame is een werktuigmachine stabiel. Deze stabiliteit blijft vaak in stand ook wanneer een verhoudingsgewijs licht onderdeel van het werktuig een ongebalanceerde beweging maakt.

Aandrijving van werktuigmachines
In verleden werden werktuigmachines in beweging gebracht door de spierkracht van mensen of dieren. Daarnaast werd ook gebruik gemaakt van windmolens en watermolens. Een molen maakte bijvoorbeeld gebruik van windkracht om een zaag in beweging te brengen. Een zaagmolen voerde hierdoor een verspanende techniek uit op hout. De spierkracht van mensen en dieren is maar beperkt. Daarnaast kunnen mensen en dieren geblesseerd raken wanneer teveel kracht gevergd wordt. Windkracht en waterkracht hebben als nadeel dat het niet altijd in dezelfde mate aanwezig is waardoor de productie kan verschillen.

Met de komst van de stoommachine konden werktuigmachines doormiddel van stoomdruk worden aangedreven. Dit had de industriële revolutie tot gevolg. Verschillende werkprocessen van mensen werden overgenomen door machines. Stoommachines zijn meestal erg omvangrijk en men heeft voortdurend brandstof nodig om water in stoom om te zetten. Daardoor is de stoommachine voor veel bedrijven niet interessant.

Tegenwoordig wordt daarom bijna overal een elektromotor in werktuigmachines ingebouwd. Deze motoren zijn verhoudingsgewijs klein en in verschillende groten en capaciteiten verkrijgbaar. Elektromotoren verbruiken elektrische stroom. De elektrische stroom is vaak afkomstig uit energiecentrales of kolencentrales waarbij alsnog gebruik wordt gemaakt van stoomdruk om energie op te wekken.

Overbrenging van werktuigmachines
De overbrenging van werktuigmachines is nodig om de beweging van de aandrijving om te zetten in de hoofdbeweging van de machine. Daarnaast kan de overbrenging in sommige gevallen ook worden gebruikt om de aandrijving om te zetten in een voedingsbeweging.  Voor de overbrenging worden tandwielen en V-riemen of tandwielriemen gebruikt.

Wat is een distributieriem en wanneer moet deze worden vervangen?

Bovenstaande vraag wordt regelmatig gesteld door autogebruikers aan automonteurs. De distributieriem is een belangrijk onderdeel van de auto hoewel deze riem niet direct zichtbaar is. De explosieve kracht van de verbranding van brandstof zorgt er voor dat de cilinders van de motor met kracht naar benden worden gedrukt. De cilinders zijn met een stang bevestiging aan een krukas. Door de op een neergaande beweging van de cilinders wordt de krukas in beweging gebracht. De krukas drijft de bovenliggende nokkenas aan doormiddel van de distributieriem. Door de distributieriem gaat de nokkenas draaien. Deze nokkenas opent de in- en uitlaatkleppen. Deze kleppen zorgen er voor dat er lucht, of een combinatie van lucht en een brandstofmengsel, wordt aangevoerd en dat uitlaatgas wordt afgevoerd.

Hoe ziet de distributieriem er uit?
Een distributieriem is gemaakt van rubber en heeft een zwarte kleur. Dit komt doordat bij de vervaardiging van rubber roet wordt toegevoegd. Om te voorkomen dat de distributieriem doorslipt heeft men de riem voorzien van ‘tanden’. De tanden van de distributieriem vallen in de tandwielen van de nokkenas en de krukas. Hierdoor kan de overbrenging tussen de krukas en de nokkenas in principe zonder doorslippen plaatsvinden. Dit is van groot belang omdat de nokkenas de kleppen exact op het juiste moment moet openen anders functioneert de motor niet goed.

Wanneer moet de distributieriem worden vervangen?
Over het algemeen hoeft een distributieriem niet vaak vervangen te worden. Dit gebeurd meestal bij een bepaalde kilometerstand. Dit is ongeveer 120.000 kilometer of 150.000 kilometer. Het vervangen van een distributieriem gebeurd in de meeste gevallen preventief. Dit houdt in dat de distributieriem wordt vervangen om te voorkomen dat de riem zo ver is versleten dat deze kan breken. Meestal is in het instructieboekje of het onderhoudsschema van de auto beschreven wanneer de distributieriem moet worden vervangen.

Soms acht een garage het noodzakelijk om de distributieriem eerder te vervangen. Dit kan bijvoorbeeld het geval zijn wanneer een auto lange tijd niet wordt gebruikt. Dit zorgt er voor dat de distributieriem uitdroogt. Een uitgedroogde distributieriem zal sneller slijten en doorslippen. Auto’s die veel korte afstanden rijden zoals bijvoorbeeld in de stad hebben ook te maken met meer slijtage van de distributieriem. In deze gevallen kan de distributieriem eerder aan vervanging toe zijn dan het aantal kilometers op de kilometerteller zou doen vermoeden.

Wat kost vervangen van een distributieriem?
Een distributieriem is een precisieonderdeel van een auto. Het is belangrijk dat dit onderdeel goed gemonteerd is in de auto en dat het onderdeel lang mee gaat. Daarom moet gebruik worden gemaakt van een goede riem en dient men geen goedkope riem in een auto te monteren. De prijs van een distributieriem begint bij vijftig euro. De prijs van de distributieriem zijn echter niet de enige kosten. Het gaat met name om de montagekosten. Een automonteur is ongeveer twee tot drie uur bezig met het vervangen van de distributieriem. Deze uren dienen uiteraard betaald te worden. Hierdoor is het vervangen van de distributieriem kostbaar. De gevolgen van het doorslippen van een riem zijn echter nog veel kostbaarder. Daarom is het altijd verstandig om een distributieriem tijdig te vervangen.

Sommige auto’s hebben echter geen distributieriem maar een distributieketting. Deze ketting is veel beter bestand tegen slijtage dan een distributieriem die van rubber is gemaakt. De distributieketting is daardoor onderhoudsarmer. Een distributieketting is echter van staal gemaakt en staal zal op den duur ook slijten. Ook een distributieketting zal daarom gecontroleerd moeten worden op slijtage.

Wat is worm en een wormwiel en waarvoor worden deze gebruikt in de techniek?

Een worm is een tandwiel in een cilindrische vorm. In tegenstelling tot een gewoon tandwiel is een worm langer en bevat een wormwiel één of meerdere spiraalvormige tanden die over de gehele lengte doorlopen. Een worm zou vergeleken kunnen worden met wokkelchips of wokkelpasta. Deze markant gevormde voedselproducten hebben ook een spiraalvorm over de gehele lengte. Een wormwiel lijkt echter wel sterk op een tandwiel. De tanden van een wormwiel hebben wel een iets andere vorm zodat de worm het wormwiel goed kan aandrijven.

Worm en wormwiel in een overbrenging
Overbrengingen waarin wormen zijn toegepast bevatten meestal een worm en een wormwiel waarbij de richting van de as van het wormwiel loodrecht staat op de richting van de as van de worm. Wanneer een worm het wormwiel aandrijft zal deze langzaam gaan draaien. Overbrenging van een worm op een wormwiel heeft een zelf remmend vermogen. Dit gebeurt echter met een hoog koppel. Een worm drijft een wormwiel aan, andersom is meestal moeilijker of niet mogelijk. Een overbrenging waarbij gebruik wordt gemaakt van een worm en een wormwiel worden ook wel een wormwieloverbrenging genoemd.

Wat is transmissie en welke verschillende soorten overbrenging zijn er in de techniek?

In veel technieken wordt gebruik gemaakt van vermogens om een bepaalde arbeid te verrichten. Niet alleen in de voertuigentechniek wordt gebruik gemaakt van vermogens ook in de machinebouw en werktuigbouwkunde. Er zijn verschillende technieken die in de praktijk worden toegepast voor het omvormen en overbrengen van vermogens. Het overbrengen van vermogens wordt ook wel transmissie genoemd. Het doel van transmissie is op het juiste moment kracht omzetten in snelheid en snelheid omzetten in kracht.

Binnen de werktuigbouwkunde wordt gebruik gemaakt van aandrijfmotoren. Deze aandrijfmotoren hebben een bepaalde snelheid en een bepaald koppel. De snelheid waarmee werktuigen arbeid verrichten is verschillend. Daarom worden in werktuigen overbrengingssystemen toegepast waarmee de juiste snelheid, de juiste kracht of het juiste koppel kan worden geregeld. Deze overbrengingen worden ook wel transmissies genoemd.

Er zijn verschillende soorten overbrengingen. Deze worden in vier hoofdgroepen gecategoriseerd. Deze vier hoofdgroepen zijn als volgt:

  • mechanische overbrengingen
  • hydraulische overbrengingen
  • pneumatische overbrengingen
  • elektrische overbrengingen

Hieronder is een beschrijving weergegeven van de eigenschappen van deze verschillende overbrengingen.

Mechanische overbrengingen
Mechanische overbrengingen worden in de techniek zeer veel toegepast. Daarnaast zijn mechanische overbrengingen ook de oudste overbrengingen in de techniek. Door de jaren heen zijn verschillende mechanische systemen ontwikkelt waarmee krachten kunnen worden overgebracht. Onder de mechanische overbrengen vallen de volgende transmissies:

Tandwieloverbrenging: deze overbrengingen bestaan uit minimaal twee tandwielen die minimaal zes tanden bevatten die in elkaar draaien. Deze draaien in tegengestelde richting. Wanneer men wil dat het gedreven tandwiel draait in de zelfde richting als het drijvende wiel dan zal men tussen beide tandwielen een extra tandwiel moeten plaatsen. Bij tandwieloverbrenging wordt meestal gebruik gemaakt van tandwielen met een verschillende diameter. Een klein tandwiel dat een groot tandwiel in beweging brengt zorgt voor een vertraging en voor een krachttoename. Een groot tandwiel dat een klein tandwieltje in beweging brengt zorgt voor een versnelling. In het laatste geval neemt de kracht echter wel af.

Wormwieloverbrenging: deze overbrenging bestaat wormwielen. Deze wielen zijn spiraalvormige tandwielen die doormiddel van aandrijving langzaam gaan draaien. Wormwielen hebben dan een hoog koppel. Als een wormwiel echter wordt aangedreven blokkeert het systeem en kan er geen overbrenging plaatsvinden.

Riemoverbrenging: bij deze overbrenging wordt gebruik gemaakt van een riem. Deze loopt over twee evenwijdige assen. Op deze assen zijn zogenoemde riemschijven gemonteerd. De riem loopt over deze schijven. De riem die voor riemoverbrengingen wordt gebruikt bevat geen einde. De diameter die wordt gebruikt voor de riemschijven van een riemoverbrengingen kan verschillen. Door verschillende diameters toe te passen kunnen versnellingen of vertragingen worden gerealiseerd. Wanneer de diameters gelijk zijn van de riemschijven draaien beide riemen met ongeveer met dezelfde snelheid, wanneer er nauwelijks slip optreed. Een voordeel van riemoverbrenging is dat men doormiddel van een riem een behoorlijke afstand kan overbruggen tussen de riemschijven. Een nadeel van een riemoverbrenging is dat de riem ook kan slippen over de riemschrijven. Daardoor gaat de gedreven riemschijf langzamer draaien dan de drijvende riemschijf. Door gebruikt te maken van vertande riemen en vertande riemschrijven  kan dit nadeel worden voorkomen.

Kettingoverbrenging: deze overbrenging combineert de eigenschappen van tandwieloverbrengingen en riemoverbrengingen. Een kettingoverbrenging kan net als een riemoverbrenging over een langere afstand beweging overbrengen. Dit is bij een tandwieloverbrenging bijvoorbeeld niet goed mogelijk omdat men daarbij gebonden is aan de diameters van de tandwielen. Een ketting kan over een langere afstand worden aangebracht om tandwielen met elkaar te verbinden. De vorm van de tandwielen zijn bij een kettingoverbrenging anders dan de vorm van de tandwielen die worden gebruikt bij een tandwieloverbrenging. De assen van de tandwielen moeten evenwijdig lopen omdat de ketting anders niet goed aangebracht kan worden en daarnaast zorgt een ketting die scheef is aangebracht voor meer wrijving en slijtage. Kettingen moeten goed onderhouden worden. Ze moeten regelmatig moet het juiste smeermiddel worden gesmeerd om metallisch contact zoveel mogelijk te beperken. In tegenstelling tot riemoverbrengingen zorgen kettingoverbrengingen voor meer lawaai.

Cardanoverbrenging: deze overbrenging wordt gebruikt om een beweging over een grote afstand te realiseren tussen twee assen die elkaar snijden in het verlengde. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een kruiskoppeling. Deze kruiskoppeling is verbonden aan een zogenoemde cardanas. Deze overbrenging is vernoemd naar de Italiaan Girolamo Cardano. Door de cardanoverbrenging kan niet een versnelling worden gerealiseerd. Beide assen draaien met dezelfde snelheid. Cardanassen worden onder andere in auto´s gebruikt. Het vormt de koppeling van de versnellingsbak met het differentieel.

Hydraulische overbrenging
Hydraulische overbrengingen worden gebruikt voor het overbrengen van grote vermogens en krachten. Hiervoor worden hydraulische circuits aangelegd in machines, voertuigen en werktuigen. Hydraulische systemen vallen onder hydrauliek. Deze techniek draait om vloeistofdruk. De meest gebruikte vloeistof in hydrauliek is hydrauliekolie. Deze olie wordt doormiddel van een pomp op druk gebracht. Door deze pomp wordt mechanische  energie omgezet in hydraulische energie. Deze hydraulische energie is in feite hydraulische druk en kan weer worden omgezet in mechanische energie. Hiervoor wordt gebruik gemaakt van een translerende of roterende motor. Hydraulische overbrenging wordt onder andere veel toegepast in kraanaandrijvingen en graafmachines.

Pneumatische overbrenging
Een pneumatische overbrenging lijkt veel op een hydraulische overbrengingen. Het belangrijkste verschil is dat hydrauliek gebruik maakt van oliedruk en pneumatiek gebruik maakt dan luchtdruk. Hiervoor wordt lucht gebruikt die een bepaalde druk heeft, dit wordt ook wel perslucht genoemd. Een compressor wordt gebruikt om lucht te comprimeren. Er zijn verschillende soorten compressors die in de techniek worden gebruikt, zo zijn er bijvoorbeeld schroefcompressors en zuigercompressors. Compressors zorgen voor luchtdruk. Om continuïteit in luchtdruk te garanderen wordt gebruik gemaakt van ketels waarin de lucht wordt opgeslagen. Doormiddel van pneumatische druk kunnen krachten worden overgebracht en kan machine arbeid verrichten.

Elektrische overbrenging
Een elektrische overbrenging kan worden gebruikt om grote vermogens over te brengen. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een elektrische kring. Hiervoor moet elektriciteit worden opgewekt. Een motor kan voor het opwekken van elektriciteit doormiddel van verbranding van een brandstof, zoals diesel of benzine, een generator aandrijven. Dit systeem wordt ook wel een aggregaat genoemd en dient er voor om doormiddel van een brandstofmotor elektrische energie op te wekken. Deze elektrische energie vormt een energiebron voor een elektromotor. De elektromotor hoeft echter niet naast de generator te staan. Doormiddel van elektriciteitskabels kan de elektrische energie over de gewenste afstand worden overgebracht. Hierbij moet rekening worden gehouden met de weerstand die de elektriciteitskabel bied en de weerstand van de elektromotor. Wanneer het geboden vermogen is afgestemd op het benodigde vermogen kan een elektromotor effectief arbeid verrichten.

Men spreekt van een dieselelektrische aandrijving wanneer een generator wordt aangedreven door een dieselmotor. De generator levert vervolgens stroom voor één over meerdere elektromotoren. Dit is een vorm van indirecte overbrenging. Dieselelektrische aandrijving wordt onder andere gebruikt in treinen en in bepaalde dieselauto´s. Wanneer men deze aandrijftechniek gebruikt in schepen en andere vaartuigen noemt men dit dieselelektrische voortstuwing.