Een uitgebreid gids over kettingoverbrengingen en kettingtypen: essentiële kennis voor ingenieurs

​

Kettingdrijven vallen op als een essentiële oplossing voor mechanische krachtoverbrenging en worden veel gebruikt om kracht over te brengen tussen componenten, of het nu gaat om lange afstanden (zoals in vijf verdiepingen hoge maritieme motoren) of korte (zoals in fietsen). Ze behoren tot de vijf meest gebruikte methoden voor mechanische krachtoverbrenging, samen met koppelingen, tandwiel-drijven, riemdrijven en spindeloverbrengingen. Elke methode heeft zijn unieke voordelen en nadelen, waardoor ingenieurs deze factoren zorgvuldig moeten afwegen om de optimale keuze te maken voor specifieke toepassingen. In dit artikel worden de basisprincipes van kettingdrijven, hun indeling, gangbare kettingtypes, selectiecriteria en belangrijkste voordelen en nadelen uitgebreid besproken.

Wat zijn kettingdrijven?

Een kettingdrijf is een systeem voor mechanische krachtoverbrenging dat een ketting gebruikt om kracht van de ene naar de andere locatie over te brengen. Een typische kettingdrijf bestaat uit twee of meer tandwielraderen (van tanden voorziene wielen) en een ketting zelf, waarbij de openingen in de kettinglinks over de tanden van de tandwielraderen passen.
Wanneer de aandrijving (bijvoorbeeld een elektromotor of verbrandingsmotor) draait, draait ook de tandwielas die aan de as is bevestigd. Deze rotatie drijft de ketting aan die om het tandwiel gewikkeld is, waardoor mechanische kracht wordt uitgeoefend op de aangedreven as, zodat kracht efficiënt wordt overgedragen.

Belangrijke vergelijkingen met andere transmissiemethoden

Tegenover riemaandrijvingen: In tegenstelling tot riemaandrijvingen bieden kettingaandrijvingen geen slip, waardoor een constant snelheidsverhouding wordt gegarandeerd. Hierdoor ontstaat geen vertraging bij de krachtoverdracht, wat ze ideaal maakt voor toepassingen zoals distributiekettingen in verbrandingsmotoren. Het enige krachtabval bij kettingaandrijvingen ontstaat door wrijving tussen de kettingelementen en tandwielen, wat resulteert in een hogere mechanische efficiëntie.
Tegenover tandwieloverbrengingen: Kettingaandrijvingen zijn flexibeler wat betreft de afstand waarop ze kunnen werken. Ze presteren beter wanneer assen verder uit elkaar liggen dan tandwielen kunnen overbruggen, terwijl ze toch een compacte opstelling behouden. Bovendien kan één ketting tegelijkertijd meerdere assen aandrijven, een functie die tandwielen zelden evenaren.

Soorten Kettingdrijven (Op Functie)

Kettingdrijven worden ingedeeld in drie hoofdcategorieën op basis van hun primaire functie, elk afgestemd op specifieke toepassingsbehoeften:

1. Krachtoverbrengingskettingdrijven

 Uitsluitend ontworpen om kracht over te brengen tussen twee assen, deze kettingdrijven lossen een veelvoorkomend probleem op: de meeste krachtgenererende machines (bijvoorbeeld motoren in pompen) kunnen de geproduceerde kracht ter plaatse niet gebruiken.
Algemene toepassingen: Fietsen, landbouwmachines, compressoren en motor nokkenassen - allen vertrouwen op krachtoverbrengingskettingen om de kracht van de bron naar het gebruikte punt te verplaatsen.

2. Transportbandkettingdrijven

Transportbandkettingdrijven zijn gespecialiseerd in materiaaltransport. Ze beschikken over honderden ontwerpen met aangepaste eigenschappen, zoals lage wrijving, hittebestendigheid, chemische bestendigheid, antistatische eigenschappen of magnetische kenmerken. Er kunnen ook accessoires aan de ketting worden toegevoegd om aan diverse behoeften te voldoen.
Industriële toepassingen: Wordt veel gebruikt in verpakkingen, automobielproductie, voedings- en drankenproductie, farmaceutica en textiel voor efficiënte transport van materialen.

3. Kettingdrijven voor heffen en trekken

Deze kettingdrijven worden gebruikt in machines om zware lasten op te tillen en neer te zetten, vaak in combinatie met katrollen om de inspanning te verminderen. Voorbeelden hiervan zijn kettingtakels (handmatig, elektrisch of pneumatisch), die veel worden gebruikt in garages, werkplaatsen, op bouwplaatsen, in scheepsmotorkamers en fabrieken, en in staat zijn lasten tot 20 ton op te tillen/neer te zetten.
Heftkettens worden verder onderverdeeld in twee subtypen:

Elliptische kettingen (spoelkettingen): Worden gebruikt voor middelzware tot lichte belasting en lage snelheid. Hun schakels zijn elliptisch en via laswerk met elkaar verbonden. Vierkante schakelkettingen worden af en toe als alternatief gebruikt, maar meestal vermeden vanwege ongunstige spanningverdeling en het risico op knopen.
Studkettingen: Voorkeur voor toepassingen met zware belasting. Elke schakel heeft een pen die in de binnenzijde is aangebracht, waardoor verstrengeling wordt voorkomen en de sterkte en duurzaamheid worden vergroot. Ze worden vaak gebruikt voor schipshamers en andere zware hijsapparatuur.

Algemene kettingtypen in kettingaandrijvingen

Vijf kettingtypen domineren industriële en commerciële toepassingen, elk met een eigen structuur en voordelen:

1. Rolkettingen (Busrolkettingen)

Het meest herkenbare kettingtype, rolkettingen (of busrolkettingen) worden breed gebruikt in de krachtoverbrenging voor fietsen, motorfietsen en transportapparatuur. Ze worden meestal gemaakt van koolstofstaal of staallegeringen.
Structuur: Samengesteld uit binnenplaten (rolplaten), buitenplaten (penplaten), lagers, pennen en rollen. Rollen zijn gelijkmatig verdeeld tussen de schakels en grijpen in de tanden van de tandwiel om kracht over te brengen.
Belangrijk voordeel: Rollers draaien naar behoefte wanneer ze in contact komen met de tanden van het tandwiel, waardoor vermogensverlies wordt geminimaliseerd. Bij transmissiekettingen is de hoogte van de rollerplaten (aan beide zijden van de rollers) groter dan de rolldiameter, wat voorkomt dat de zijplaten het tandwiel raken en fungeren als gids om kettingslip te voorkomen. Bij transportkettingen is de rolldiameter groter dan de hoogte van de zijstaven, waardoor contact tussen de zijstaven en de transportbanen wordt vermeden, wat de wrijving vermindert. Er zijn meervoudige rollerkettingen beschikbaar voor hoge vermogensbehoeften, waardoor bij dezelfde belasting lager toerental en kleinere steekafstanden mogelijk zijn.

2. Stille kettingen (Omgekeerde tandkettingen)

Traditionele kettingaandrijvingen zijn vaak luidruchtig, waardoor ze ongeschikt zijn voor geluidgevoelige omgevingen zoals gesloten ruimtes, mijnen of woonwijken. Stille kettingen (of tandkettingen met omgekeerde tanden) lossen dit probleem op door stil te werken terwijl ze toch hoge vermogens kunnen overbrengen bij hoge snelheden.
Structuur: Gemaakt van platte platen die in rijen zijn gestapeld en verbonden door één of meer pennen. De onderkant van elke schakel heeft een profiel dat overeenkomt met de tanden van het tandwiel voor een vloeiende meshing.
Prestatie: De belastbaarheid, treksterkte en de breedte van de keten nemen toe met het aantal platte platen per schakel.

3. Bladkettingen

Het eenvoudigste kettingtype, bladkettingen bestaan uitsluitend uit pennen en platen - waarbij de platen afwisselend als penverbindingen en scharnierverbindingen fungeren. Ze grijpen niet in tandwielen; in plaats daarvan lopen ze over rollen voor geleiding.
Toepassingen: Ideaal voor heffen en balanceren, zoals in liften, heftrucks, straddle carriers en liftmasten. Deze lage-snelheidsmachines onderwerpen de kettingen aan hoge statische belastingen en minimale werkbelastingen, en bladkettingen zijn uitstekend in staat om inslag- en traagheidskrachten te weerstaan.
Belangrijk vereiste: Moet bestand zijn tegen hoge trekspanningen zonder verlenging of breuk, en voldoende ductiliteit hebben om vermoeiing te weerstaan. Smering en omgevingsomstandigheden moeten tijdens het ontwerp worden meegenomen.

4. Platbandkettingen

Wordt uitsluitend gebruikt voor het transporteren, vervangen platte kettingen de transportbanden en riemaandrijvingen; materialen kunnen direct op hun schakels worden vervoerd.
Structuur: Individuele schakels zijn meestal gemaakt van stalen platen met tonvormige holle uitsteeksels aan de onderkant. Pinnen lopen door deze uitsteeksels om aangrenzende schakels te verbinden, waardoor beweging slechts in één richting mogelijk is. Gespecialiseerde platte kettingen kunnen lateraal buigen (via aangepaste pinnenstructuren), waardoor de transportband door bochten kan manoeuvreren.
Toepassingen: Wordt gebruikt in lage snelheid transportbanden voor materiaaltransport in assemblagelijnen.

5. Technische stalen kettingen

Ontwikkeld in de jaren 1880, zijn technische stalen kettingen ontworpen voor extreme omstandigheden en veeleisende toepassingen. Zij zijn vervaardigd uit warmgewalst staal (soms na-gehard voor extra sterkte) en hebben grotere openingen tussen de onderdelen om stof, vuil en slijtmiddelen tijdens bedrijf te kunnen verwerken.
Moderne toepassingen: Worden voornamelijk gebruikt als transportkettingen voor materiaaltransport, maar sommige dienen ook als aandrijving. Ze komen voor in transportbanden, stapelaars, emmertippers en olieboorinstallaties - met verbeterde sterkte, slijtvastheid, belastbaarheid en steek om aan moderne industriële eisen te voldoen.

Hoe de juiste kettingaandrijving te kiezen

Het kiezen van de juiste kettingaandrijving vereist het beoordelen van de toepassingsbehoeften om ongeschikte opties uit te sluiten. De belangrijkste factoren die u moet overwegen zijn:

1. Belasting

Bepaal het over te brengen vermogen - de ketting moet het door de aandrijving opgewekte vermogen kunnen verwerken. Nauwkeurige berekeningen zijn cruciaal voor de veiligheid, en het is aanbevolen een voldoende veiligheidsfactor aan te houden.

2. Ketsnelheid

Niet alle kettingaandrijvingen werken bij hoge snelheden; sommige zijn ontworpen voor lage snelheden. Bereken de vereiste snelheid en zorg ervoor dat deze binnen het aanbevolen bereik van de ketting valt om de opties te beperken.

3. Asindeling

De meeste kettingaandrijvingen werken alleen met parallelle assen. Als de assen niet goed uitgelijnd zijn, kan een tandwieloverbrenging een betere alternatief zijn.

4. Middenafstand Tussen Assen

De aanbevolen middenafstand tussen assen is 30–50 maal de kettingsteek. Daarnaast moet een minimum contactboog van 120° op het kleinste tandwiel worden gegarandeerd; indien het tandwiel weinig tanden heeft, moeten er op elk moment minstens vijf tanden in contact zijn met de ketting.

5. Bedrijfsomgeving

De omgeving bepaalt de vereisten voor de ketting wat betreft weerstand tegen vocht, vuil, slijtage, corrosie en hoge temperaturen. Ook heeft dit invloed op trillingen, geluidsniveaus en vermoeiingssterkte. Bijvoorbeeld: omgekeerde tandkettingen (stilkettingen) worden verkozen in geluidgevoelige omgevingen.

6. Smering

De meeste kettingaandrijvingen vereisen smering om de slijtagelevensduur te verlengen. Het type ketting, afmeting, belasting en snelheid bepalen de smeringsmethode (handmatig, druppelsmering, oliebad of forceringssmering). Zelfsmerende kettingen zijn verkrijgbaar – deze gebruiken busningen van olie-geïmpregneerd gesinterd plastic of metaal om continue smering te bieden zonder externe onderhoudsbeurten.

Voordelen van Kettingaandrijvingen

Kan koppel over lange afstanden overbrengen.
Geen slip (in tegenstelling tot riemoverbrengingen), wat zorgt voor een consistente prestatie.
Compacter dan riemoverbrengingen, passend in relatief kleine ruimtes.
Een enkele kettingoverbrenging kan meerdere assen aandrijven.
Veelzijdig, geschikt voor gebruik bij hoge temperaturen en in uiteenlopende omgevingen (droog, nat, slijtend, corrosief, enz.).
Systeem met weinig wrijving, wat een hoge mechanische efficiëntie garandeert.

Nadelen van kettingoverbrengingen

Kan niet worden gebruikt met niet-parallelle assen.
Gevoelig voor lawaai en trillingen tijdens bedrijf.
Onjuiste uitlijning kan kettingslip veroorzaken.
Sommige ontwerpen vereisen continue smering.
Meestal is een behuizing nodig voor bescherming.
Periodieke spanningsaanpassing (bijvoorbeeld via spanwielen) is noodzakelijk om de prestaties te behouden.

​