Een trapezium spindel vormt een robuust mechanisch aandrijfsysteem dat een lineaire beweging genereert door rotatie. Waar kogelomloopspindels vaak de voorkeur krijgen bij hoge dynamiek blinkt de trapeziumdraad uit in specifieke situaties zoals hoogteverstellingen en breedteverstellingen.
De werking van dit systeem berust op de schroefdraadvorm. De flankhoek zorgt voor een groot contactoppervlak tussen de spindel en de moer. Dit oppervlak maakt het mogelijk om aanzienlijke axiale krachten op te vangen zonder dat de constructie bezwijkt. Voor een engineer in de machinebouw is dit component vaak de eerste keuze wanneer de kosten laag moeten blijven en de snelheid van ondergeschikt belang is.
Kiezen voor een trapezium spindel
De keuze voor een trapeziumdraad in plaats van een kogelomloopspindel wordt bepaald door de gewenste snelheid en de aard van de belasting. Dit systeem leent zich uitstekend voor toepassingen met lage snelheden en zware lasten. In de machinebouw passen wij dit component vaak toe bij formaatwisselingen waarbij de spindel niet constant in beweging is. Denk hierbij aan het verstellen van een geleiderail langs een transportband of het positioneren van een zware werktafel die daarna urenlang op dezelfde plek moet blijven staan.
Het rendement van een trapezium spindel ligt lager dan bij systemen met rolelementen maar daar staat een belangrijk voordeel tegenover. Een trapezium spindel is kostengunstig en biedt in veel gevallen het voordeel van zelfremmendheid. Dit fenomeen zorgt ervoor dat een verticale as op positie blijft staan zonder dat de motor constant houdkoppel levert. Dit verlaagt de belasting op de motorregelaar en voorkomt ongewenste bewegingen bij stroomuitval. Houd er wel rekening mee dat deze wrijving ook zorgt voor koppelverlies tijdens de verplaatsing zelf.
20% regel
Een ontwerper moet rekening houden met de opbouw van wrijvingswarmte tussen de spindel en de moer. In tegenstelling tot kogelomloopspindels die rollen vindt bij trapeziumdraad puur glijcontact plaats. De energie die verloren gaat door wrijving wordt omgezet in warmte. Door deze warmteontwikkeling is de inschakelduur beperkt tot maximaal 20 procent per uur. Dit betekent dat bij een cyclus van tien minuten de spindel slechts twee minuten mag bewegen en daarna acht minuten moet afkoelen.
Wanneer de spindel intensiever wordt belast loopt de temperatuur te hoog op wat de levensduur van de moer direct negatief beïnvloedt. De materiaaleigenschappen van de moer veranderen bij extreme hitte waardoor de flankenspeling toeneemt en de precisie verdwijnt. Voor toepassingen die een hogere inschakelduur vereisen adviseren wij vaak een overstap naar kogelomlooptechniek of het gebruik van speciale koelingsmethoden en hoogwaardige smeermiddelen.
Impact op de levensduur
De prestaties van de aandrijving vallen of staan bij de juiste combinatie van materialen en smering. Wij leveren spindels in staal of RVS die gecombineerd worden met diverse moertypen afhankelijk van de omgevingsomstandigheden.
- Bronzen moeren voor hoge belastingen die regelmatig gesmeerd worden met Klüber Microlube GBU Y 131
- Kunststof moeren zoals POM of EX100 voor situaties waar droogloop gewenst is
- Iglidur J moeren voor specifieke onderhoudsarme toepassingen
- RVS spindels voor gebruik in corrosieve omgevingen of de voedingsmiddelenindustrie
Over het algemeen volstaat bij kunststof moeren een eenmalige vet- of oliesmering afhankelijk van de omgevingsomstandigheden. Bronzen moeren vragen daarentegen om een strikt onderhoudsschema om de metaal-op-metaal wrijving te beheersen. Bij LM Systems zien we vaak dat een verkeerde materiaalkeuze leidt tot vroegtijdige slijtage. Een bronzen moer op een stalen spindel heeft een uitstekende belastbaarheid maar zonder de juiste filmvormende smering zal de moer snel invreten.
Omgevingsfactoren van een trapezium spindel
Niet elke omgeving staat het toe dat een spindel constant in het vet staat. In de cleanroom of de voedingsmiddelenindustrie kan open smering een risico vormen voor de productveiligheid. In zulke gevallen adviseren wij kunststof moeren die over zelfsmerende eigenschappen beschikken. De levensduur van deze moeren is weliswaar lager dan die van een optimaal gesmeerde bronzen moer maar het elimineert het risico op contaminatie. Voor de zware industrie waar stof en vuil aanwezig zijn is het juist belangrijk om een vettype te kiezen dat vuil afstoot of de spindel af te schermen met een balg.
Vast-loslager opstelling
Om de rotatie betrouwbaar te realiseren moet een spindel correct worden gelagerd in de machineconstructie. Een vastlager borgt de axiale positie van de spindel en vangt de krachten op die ontstaan tijdens de positionering. Dit lager moet stevig genoeg zijn om de maximale axiale last van de toepassing te weerstaan zonder speling te vertonen.
Aan de andere zijde plaatsen wij een loslager dat de spindel radiaal ondersteunt maar ruimte biedt voor axiale uitzetting. Deze ruimte is nodig omdat de spindel door de eerder genoemde wrijvingswarmte fysiek langer kan worden tijdens gebruik. Staal zet immers uit bij temperatuurstijging. Zonder deze opstelling zou de spindel tussen de twee lagers worden opgesloten en kunnen buigen. Dit fenomeen veroorzaakt ongewenste trillingen en kan de precisie en levensduur van de gehele aandrijving direct schaden.
Maatwerk en modificaties van een trapezium spindel
Bij LM Systems gaat onze service verder dan het leveren van een standaard lengte spindel uit de catalogus. Wij begrijpen dat elke machinebouwer unieke eisen heeft aan de inbouwruimte en de verbinding met de motor. Daarom verzorgen wij in onze eigen werkplaats de complete eindbewerking van de spindels. Dit omvat het draaien van de passingen voor de lagers en het frezen van spiebanen of vlakke kanten voor de koppeling.
Daarnaast kunnen wij moeren modificeren of klantspecifieke flensmaten produceren. Ook het aanbrengen van speciale coatings voor extra corrosiebestendigheid of een lagere wrijvingscoëfficiënt behoort tot de mogelijkheden. Door deze diepgaande technische ondersteuning nemen wij het werk uit handen van de engineer en bieden wij de inkoper de zekerheid van een montageklaar component.
LM Systems levert elke trapezium spindel klantspecifiek afgestemd op de juiste toepassing. Wilt u weten welke configuratie het best past bij uw machine? Neem gerust contact op voor een technisch advies.
