Gearbox¶

Samenvatting¶

Een gearbox, of tandwielkast, is een mechanisch onderdeel dat het toerental en het koppel van een aandrijving aanpast. In een menginstallatie draait een elektromotor vaak veel sneller dan de impeller. De gearbox verlaagt daarom het toerental en verhoogt tegelijkertijd het beschikbare draaimoment (koppel), zodat de mixer efficiënt en betrouwbaar kan werken.

Binnen Jongia is de gearbox een essentieel onderdeel van veel top-entry, side-entry en bottom-entry mixers. De juiste tandwielkast bepaalt mede of een menginstallatie voldoende vermogen heeft om producten met een lage of juist hoge viscositeit te mengen.

Een goed gekozen gearbox draagt bij aan een lange levensduur, een laag energieverbruik en een stabiel mengproces.

Theorie¶

Wat is een gearbox?¶

Een gearbox is een gesloten mechanisch systeem dat bestaat uit één of meerdere tandwieloverbrengingen.

De tandwielen brengen het vermogen van de elektromotor over naar de uitgaande as.

Hierbij kunnen zij:

het toerental verlagen;
het koppel verhogen;
de draairichting veranderen;
de positie van de uitgaande as aanpassen.

In een menginstallatie wordt de gearbox meestal gebruikt om het hoge toerental van de elektromotor om te zetten naar een lager toerental dat geschikt is voor de impeller.

Waarom is een gearbox nodig?¶

Een standaard elektromotor draait vaak:

ongeveer 1500 rpm (4-polige motor bij 50 Hz); of
ongeveer 3000 rpm (2-polige motor bij 50 Hz).

Veel impellers werken echter optimaal bij toerentallen tussen ongeveer 20 en 500 rpm, afhankelijk van het mengproces.

Een gearbox zorgt ervoor dat:

het toerental wordt verlaagd;
het beschikbare draaimoment toeneemt.

Hierdoor kan de mixer ook producten met een hoge viscositeit in beweging brengen.

Wat is een overbrengingsverhouding?¶

De overbrengingsverhouding geeft aan hoeveel het toerental wordt veranderd.

Voorbeeld:

Een gearbox met een verhouding van 20:1 betekent:

motor: 1500 rpm;
uitgaande as: ongeveer 75 rpm.

Het vermogen blijft vrijwel gelijk (afgezien van verliezen), maar doordat het toerental afneemt, neemt het koppel toe.

Koppel (Torque)¶

Het koppel is de draaiende kracht die de as uitoefent.

Het wordt uitgedrukt in Newtonmeter (Nm).

Voor menginstallaties is voldoende koppel vaak belangrijker dan een hoog toerental.

Een hoogviskeus product, zoals een dikke pasta of lijm, vraagt veel meer koppel dan een dunne vloeistof zoals water.

Daarom wordt de gearbox afgestemd op de eigenschappen van het product.

Soorten tandwielkasten¶

Er bestaan verschillende typen gearboxes.

Tandwielkast met rechte tandwielen (Spur Gear)¶

Kenmerken:

eenvoudige constructie;
hoog rendement;
relatief compact.

Wordt gebruikt wanneer de assen parallel lopen.

Schuine tandwielen (Helical Gear)¶

Bij schuine tandwielen grijpen de tanden geleidelijk in elkaar.

Voordelen:

stillere werking;
hogere belastbaarheid;
soepelere krachtoverdracht.

Dit is één van de meest gebruikte uitvoeringen in de industrie.

Kegelwielkast (Bevel Gear)¶

Wordt toegepast wanneer de draairichting moet veranderen, bijvoorbeeld onder een hoek van 90°.

Veel gebruikt bij:

side-entry mixers;
haakse aandrijvingen.

Wormwielkast (Worm Gear)¶

Een wormwielkast bestaat uit een worm en een wormwiel.

Voordelen:

grote overbrengingsverhoudingen;
compacte bouw.

Nadelen:

lager rendement;
meer warmteontwikkeling.

Planetaire tandwielkast¶

Een planetaire gearbox bestaat uit meerdere tandwielen die om een centraal tandwiel draaien.

Voordelen:

zeer compact;
hoge koppels;
hoge belastbaarheid.

Wordt gebruikt bij zware industriële toepassingen.

Smering¶

Tandwielen draaien voortdurend langs elkaar.

Om slijtage te voorkomen wordt de gearbox gesmeerd.

Meestal gebeurt dit met:

tandwielolie;
speciale industriële smeermiddelen.

De smering:

vermindert wrijving;
voert warmte af;
voorkomt slijtage;
beschermt tegen corrosie.

Een tekort aan olie kan ernstige schade veroorzaken.

Koeling¶

Bij zware belasting ontstaat warmte.

Afhankelijk van de grootte van de gearbox wordt deze gekoeld door:

natuurlijke warmteafgifte;
ventilatoren;
oliecirculatie;
externe koelsystemen.

Een te hoge temperatuur verkort de levensduur van de olie en de tandwielen.

Gearbox en frequentieregelaar¶

Een frequentieregelaar en een gearbox hebben verschillende functies.

Gearbox	Frequentieregelaar
Mechanische overbrenging	Elektronische toerentalregeling
Verlaagt toerental	Verandert motorsnelheid
Verhoogt koppel	Stuurt de motor aan
Altijd aanwezig bij veel mixers	Optioneel, afhankelijk van de toepassing

In veel installaties worden beide systemen gecombineerd.

Onderhoud¶

Een gearbox vraagt relatief weinig onderhoud, maar regelmatige inspectie blijft belangrijk.

Belangrijke controlepunten zijn:

oliepeil;
oliekwaliteit;
lekkages;
lagers;
trillingen;
temperatuur;
geluid.

Vroege signalen van slijtage kunnen zo tijdig worden opgespoord.

Praktijk bij Jongia¶

Binnen Jongia wordt voor iedere menginstallatie een geschikte gearbox geselecteerd op basis van het benodigde toerental, het vereiste koppel en de procesomstandigheden. De keuze hangt onder andere af van:

de grootte van de tank;
de viscositeit van het product;
het type impeller;
het gewenste mengresultaat;
de bedrijfsduur.

Voor zware toepassingen met hoge koppels worden vaak robuuste tandwielkasten gebruikt, terwijl voor kleinere mengers compactere uitvoeringen volstaan.

In combinatie met een frequentieregelaar kan het toerental van de mixer flexibel worden aangepast zonder de gearbox te vervangen. Dit maakt één installatie geschikt voor meerdere producten of recepten.

Veelgemaakte fouten¶

Denken dat een gearbox vermogen toevoegt. Een tandwielkast verandert het toerental en het koppel, maar creëert geen extra vermogen.
Toerental en koppel door elkaar halen. Een lager toerental betekent meestal juist een hoger beschikbaar draaimoment.
Onvoldoende aandacht besteden aan smering. Vervuilde of te weinig olie is een veelvoorkomende oorzaak van tandwielslijtage.
Een gearbox kiezen op basis van toerental alleen. Ook belasting, bedrijfsduur, omgeving en onderhoud zijn belangrijke selectiecriteria.
Geluid of trillingen negeren. Veranderingen in geluid, temperatuur of trillingsniveau zijn vaak de eerste aanwijzingen voor slijtage of een technisch probleem.