Aandrijftechnieken: 7 typen en hun voor- en nadelen

In de bulkindustrie worden diverse soorten aandrijftechnieken gebruikt. We zetten er hier 7 op een rij, met hun toepassingen en voor- en nadelen.

1. Directe aandrijving
2. Elektrische aandrijving (elektromotor)
3. Hydraulische aandrijving
4. ICE-aandrijving (verbrandingsmotor)
5. Mechanische aandrijving
6. Pneumatische aandrijving
7. Hybride aandrijving

1. Directe aandrijving

Bij directe aandrijvingen vindt krachttransmissie van de motor op de as plaats zonder tussenkomst van mechanische ‘omzetters’ als tandwielen, schroefdraad, riemen of kettingen. Dit vereist een krachtige motor. Ze worden onder meer toegepast in industriële robots, machinegereedschappen (CNC-machines) en windturbines.

Voordelen directe aandrijving

• Compact, dus ruimtebesparend.
• Robuust, dus betrouwbaar ook bij zware toepassingen.
• Geen mechanische overbrenging, dus minder slijtage, minder onderhoud, minder stilstand.

Nadelen directe aandrijving

• Duur in aanschaf door hoogwaardige materialen en geavanceerde technologie.
• Beperkte snelheidsreductie, dus minder flexibel inzetbaar dan bijvoorbeeld tandwieloverbrenging.

2. Elektrische aandrijving

Elektrische aandrijvingen gebruiken elektrische energie om beweging te genereren. Zo’n aandrijfsysteem bestaat uit een elektromotor, vermogenselektronica voor het regelen van de energieoverdracht, en een reguleringssysteem, bijvoorbeeld een frequentieregelaar of een controller. Elektromotoren worden toegepast in onder meer pompen, ventilatoren, transportbanden, roerwerken en compressoren.

Voordelen elektrische aandrijving

• precieze regeling, met nauwkeurige controle over snelheid, koppel en positie
• eenvoudig integreerbaar in geautomatiseerde systemen
• duurzaam, met minder milieu-impact dan bijvoorbeeld een verbrandingsmotor en ook geschikt voor hernieuwbare energiebronnen

Nadelen elektrische aandrijving

• gevoelig voor omgevingsomstandigheden (vocht, stof, hoge temperaturen en trillingen). Dit vergt extra bescherming in zware industriële toepassingen.
• niet geschikt voor zeer zware belasting. Elektromotoren leveren relatief minder koppel bij lage snelheden. niet berekend op (al te) zware belasting.

3.Hydraulische aandrijving

Bij hydraulische aandrijvingen vindt krachttransmissie plaats door middel van vloeistofdruk. Welke vloeistof dit is, hangt niet alleen af van of je met een statische of dynamische aandrijving werkt, maar ook van de omgevingstemperatuur, de druk, de snelheid en de milieu-impact. Dit type aandrijving is geschikt voor het aandrijven van onder meer hefsystemen, persen, kleppen en zware industriële machines.

Voordelen hydraulische aandrijving

• hoge kracht en betrouwbaarheid: op basis van de wet van Pascal (kracht = druk x oppervlakte) leveren vloeistoffen gemakkelijk de kracht die nodig is voor het betrouwbaar verplaatsen van zware lasten.
• traploze snelheidsregeling maakt nauwkeurige materiaaltoevoer mogelijk en voorkomt overbelasting. Dit zorgt ook voor een soepele start/stop zonder schokken en dus ook minder slijtage.

Nadelen hydraulische aandrijving

• Lekkage van de gebruikte vloeistof (doorgaans olie)kan leiden tot vervuiling en gevaarlijke werkomstandigheden. Lekdetectie is vaak ingewikkeld en kostbaar.
• Hydraulische systemen zijn onderhoudsintensief; slecht onderhoud kan leiden tot prestatieverlies of storingen.

4. ICE-aandrijving

Bij ICE-aandrijving vindt via een verbrandingsmotor (internal combustion engine – ICE) omzetting plaats van chemische energie (brandstof) naar mechanische energie. De motor maakt daarbij al naargelang gebruik van fossiele brandstoffen (benzine, diesel), hernieuwbare alternatieven (biodiesel en -gas), waterstof of e-fuels. In de bulkindustrie worden ICE’s voornamelijk ingezet als energiebron voor generatoren.

Voordelen ICE-aandrijving

• Door hun hoge vermogensdichtheid zijn verbrandingsmotoren geschikt voor krachtige, compacte toepassingen zoals machines.
• ICE-systemen functioneren onafhankelijk van netstroom en zijn daardoor geschikt voor mobiele toepassingen.

Nadelen ICE-aandrijving

• Verbrandingsmotoren stoten CO₂, stikstofoxiden (NOₓ) en fijnstof uit, wat een grote milieu-impact heeft (luchtvervuiling en klimaatverandering).
• Het energetisch rendement is relatief laag (meestal rond de 20 tot 30%), met als gevolg dat veel energie als warmte verloren gaat.

5. Mechanische aandrijving

Bij mechanische aandrijvingen vindt de overbrenging van de kracht plaats door roterende onderdelen. Dit gebeurt via tandwielen (veranderen snelheid, richting of koppel), riemen of kettingen (voor overbrenging over grotere afstanden), koppelingen (zorgen voor een soepele krachtsoverdracht) of assen (ondersteuning en positionering). Ze worden gebruikt in onder meer voertuigen, (landbouw)machines en transportbanden.

Voordelen mechanische aandrijving

• Hoog rendement en betrouwbaar: directe en constante krachtoverdracht waarmee bulkgoederen zonder veel energieverlies continu verplaatst kunnen worden.
• Robuust (bestand tegen stof, vuil en trillingen).

Nadelen mechanische aandrijving

• Niet zo flexibel: de verhouding tussen ingangs- en uitgangssnelheid is constant. Een variabele snelheid is daardoor moeilijk realiseerbaar.
• Lage mechanische belastbaarheid: de mechanische onderdelen kunnen door schokken en overbelasting beschadigd raken (vaak onderhoud nodig en kan tot stilstand leiden).

6. Pneumatische aandrijving

Bij pneumatische aandrijvingen genereert een compressor perslucht die onder hoge druk wordt opgeslagen. In de cilinder (actuator) drijft de lucht een zuiger aan die een lineaire of roterende beweging levert. Drukregelaars regelen de luchtdruk, uitlaatventielen voeren de lucht na gebruik weer af. Ze vinden toepassing in onder meer de chemische, de verpakkings- en de voedingsmiddelenindustrie.

Voordelen pneumatische aandrijving

• Snel en met korte reactietijd: ze reageren snel op stuurcommando’s, ideaal bij snelle cycli, bijvoorbeeld de bediening van kleppen of luchtschuiven.
• Explosieveilig: doordat pneumatische systemen perslucht gebruiken, is er geen risico op vonkvorming. Hierdoor zijn ze (mits ATEX-gecertificeerd) geschikt voor gebruik in explosiegevaarlijke omgevingen (ATEX-zones) met brandbare stoffen en/of stof.

Nadelen pneumatische aandrijving

Door de lage dichtheid en de comprimeerbaarheid van lucht is de geleverde kracht minder consistent dan die van hydraulische of mechanische systemen.
De comprimeerbaarheid is van invloed op de precisie van en de controle op de bewegingen. (Dit vormt een beperking bij bijvoorbeeld elevatoren en maalinstallaties.)

7. Hybride aandrijvingen

Bij hybride aandrijvingen is er sprake is van de combinatie van aandrijfsystemen; doorgaans zijn dit een verbrandingsmotor en een elektromotor. Hybride aandrijvingen kunnen soepel schakelen tussen of tegelijkertijd gebruik maken van de verschillende energiebronnen waardoor ze energiezuiniger zijn. Ze worden onder meer gebruikt in hybride voertuigen en hybride generatoren.