Lineaire aandrijving tot 100N

Uit Technotheek
Ga naar: navigatie, zoeken
Lineaire aandrijving tot 100N
250px
Eigenschappen
Categorie: Technieken
Originele auteur: M. Sanders en Rik Taatgen
Jaar: 2009

Inhoud

Inleiding

Lineaire aandrijving is het bewegen van een object langs een rechte lijn. Dit wordt voornamelijk gedaan door middel van elektromotoren, maar er zijn ook andere methodes. Dergelijke aandrijvingen worden in een groot aantal toepassingen toegepast.

Beschrijving, eigenschappen, voordelen en nadelen

Er zijn verschillende methodes om een lineaire beweging te realiseren:

Roterende elektromotoren met een transmissie naar lineaire beweging

Deze methode maakt gebruik van een gewone elektromotor, aangedreven via batterijen of het stroomnet (AC vs DC), die vervolgens om wordt gezet naar een lineaire beweging. Er wordt gebruik gemaakt van de volgende soorten elektromotoren:

  • Gelijkstroommotor: Permanente stator met een elektromagnetische rotor. Goedkoop en efficiënt, maar er vindt slijtage plaats van de koolstofborstels.

160px160px160px

  • Steppermotor: Elektromagnetische stator, permanente rotor. Precies en betrouwbaar, maar heeft complexe aansturing nodig. Problemen met de aansturing kan leiden tot sterk trillen.

160px

  • Synchrone draaistroommotor: Werkt op wisselspanning. Het toerental is gelijk (synchroon) aan het frequentie van het net of de transformator. Deze wordt veel gebruikt in toepassingen waar het toerental gelijk moet blijven.
  • Asynchrone draaistroommotor of inductiemotor: Deze motor werkt op wisselspanning. Hij bezit een permanente rotor en een elektromagnetische stator. In deze motor wordt het koppel gegenereerd door het verschil tussen de draaisnelheid van de rotor en die van het magnetisch veld. Hierdoor is de draaisnelheid niet gelijk aan de frequentie van het net. Dit heeft als nadeel dat als er geen last op staat, dat de motor dan op hol kan slaan. Deze motor is de simpelste en goedkoopste van alle motoren.

Er zijn verschillende methodes om deze roterende bewegingen om te zetten naar lineaire bewegingen

1. Tandheugel: Een tandwiel, geplaatst aan de rotor, grijpt in op een getande balk. Het draaien van het wiel laat de balk heen en weer gaan. Simpel en snel, maar heeft ook meer ruimte nodig.

Tandheugel.jpg

2. Wormwiel: De rotor is aangesloten op een lange schroef. Een bout, wiens rotatie is vastgelegd, gaat langs de bout heen en weer als de rotor draait. Krachtig en precies maar ook langzaam.

Wormwiel.gif

3. Band/ketting: Door een band of ketting aan te drijven, en een object op die band te zetten, kan dat object heen en weer bewegen. Een simpele, goedkope en robuuste oplossing.

Bandketting.jpg

4. Kogelomloop spindel: Maakt gebruik van hetzelfde principe als het wormwiel, maar in plaats van een schroef wordt de overbrenging gedaan door middel van kogels. Hierdoor wordt de wrijving sterk vermindert, en kan er grotere precisie worden behaald.

Kogelomloopspindel.jpg

5. Nokkenas: Maakt gebruik van een roterende as met nokken. De nokken zijn excentrische vormen, die door hun rotatie een lineaire zet kunnen geven aan stangen die loodrecht op de nok staan.

Nokkenas.jpg

Lineaire elektromotoren

Een lineaire elektromotor volgt hetzelfde principe als een gewone gelijkstroommotor, maar met een uitgerolde stator langs het pad dat het object moet volgen. Hierdoor kan hoge snelheid met hoge precisie worden gerealiseerd. Omdat dit systeem zonder koolstofborstels werkt heeft het ook veel minder onderhoud nodig.'

300px

Pneumatica / Hydraulica

Dit systeem maakt gebruik van druk om een zuiger in een cilinder te laten bewegen. De druk wordt opgewekt door een compressor of ander systeem om het drukmedium (gas of lucht in het geval van pneumatica, vloeistof in het geval van hydraulica) te comprimeren. Doordat het medium gecomprimeerd is oefent het druk uit op de zuiger, die dan uitzet. Dit levert een krachtig en robuust systeem op. Pneumatica werkt met lagere drukken, en is weinig plaatsvast, aangezien lucht en gassen compressibel zijn onder druk. Door gebruik te maken van een incompressibel vloeistof kan dit worden opgelost, maar hydraulica werkt onder grotere druk en heeft zwaarder materieel nodig om die drukken te weerstaan. Hierbij komt nog dat er een methode nodig is om druk op te wekken, wat meestal groot is. Een compressor is ook nog lawaaiig.

Waxmotor

Dit systeem werkt met een blokje wax waar een plunjer aan verbonden is. Onder verwarming van een geïntegreerd verwarmingselementje zet de wax uit. Dit systeem is vrijwel geruisloos, en verloopt in een soepele beweging. Het nadeel van dit systeem is dat het langzaam werkt.

Piezo-elektrische aandrijving

Een piezo-elektrisch element zet uit als er stroom op gezet wordt. Deze beweging heeft een extreem korte slag, maar is ook erg precies.

Gesegmenteerde spindel aandrijving

Dit is een nieuw systeem dat gebruikt maakt van kleine elementjes die in de actuator geassembleerd worden tot een lange vaste staaf. Hierdoor kan de actuator erg plat zijn in vergelijking tot de verlenging die de staaf maakt. Verder is de staaf vast en dus erg plaatsvast.
Gesegmenteerde spindel aandrijving.jpg

Toepassingen

  • Lineaire aandrijving is zeer wijdverspreid, dus hier een aantal voorbeelden om aan te geven hoe de verschillende methodes toegepast kunnen worden.
  • Nokkenassen drijven de zuigers van verbrandingsmotoren aan.
  • Elektrische aandrijvingen van het gereedschap van een draaibank en freesmachines worden vaak aangedreven met een elektromotor gecombineerd met een wormwielaandrijving of omloopspindel.
  • Printers laten de printkop heen en weer bewegen via een band-aandrijving gekoppeld aan een elektromotor.
  • Piezo-elektrische motoren worden gebruikt bij de besturing van microscopen en bij het aandrijven van de injectoren van brandstofinjectoren bij commonrail dieselmotoren.
  • Industriële plotters maken vaak gebruik van lineaire elektromotoren.
  • De Mercedes-Benz 600 Grosser (1963–1981) had een hydraulisch systeem dat verscheidene systemen in de auto aandreef, zoals de stoelen, ramen, deuren kofferdeksel etc.
  • Veel auto’s hebben systemen zoals rembekrachtigers die worden aangedreven door een pneumatisch systeem waarbij de druk werd aangevoerd door het motorvacuüm. De Alfa Romeo Montreal had koplampdeksels die zo aangedreven werden.

Milieuaspecten

  • Elektromotoren zijn niet vervuilend op zich zelf en maken niet gebruik van giftige stoffen. De enige vervuiling komt van energiecentrales of batterijen die de stroom leveren.
  • Hydraulica werkt meestal met olie onder hoge druk. Een lek kan hier stevige vervuiling veroorzaken. Hetzelfde geld voor pneumatica dat niet met lucht werkt.
Persoonlijke instellingen
Naamruimten
Varianten
Handelingen
Navigatie
Hulpmiddelen