Gids voor de keuze van de spindelsteek voor spuitgieten | YOSO

Bij het specificeren van spindelschroeven voor volledig elektrische spuitgietmachines is een van de meest doorslaggevende beslissingen ook een van de meest over het hoofd gezien: schroeflead de steek — de afstand die de moer per enkele omwenteling van de spindelas aflegt — bepaalt direct de relatie tussen motortoerental, lineaire snelheid en duwkracht.

Kies een te fijne spoed, en de machine kan de vereiste spuit snelheden niet bereiken. Kies een te grove spoed, en u verliest stuwkracht en positioneringsresolutie. De juiste keuze betekent dat de machine alle prestatiedoelen haalt; een verkeerde keuze leidt tot gereduceerde snelheid, kracht of nauwkeurigheid.

Deze gids legt uit hoe de spoed van een kogelomloopspindel werkt, welke afwegingen daarbij een rol spelen en hoe u de optimale spoed voor elke as van een spuitgietmachine selecteert.

Wat is de spoed van een kogelomloopspindel?

De lood van een kogelomloopspindel is de lineaire afstand die de moer aflegt bij één volledige 360°-draaiing van de spindelas. Deze wordt uitgedrukt in millimeter per omwenteling (mm/rev).

Veelgebruikte spoedmaten voor spuitgiettoepassingen zijn:

• Fijne spoeden : 5 mm, 6 mm, 8 mm, 10 mm/rev
• Middelmatige spoeden : 16 mm, 20 mm, 25 mm/rev
• Hoge spoeden : 32 mm, 40 mm, 50 mm/omw
• Ultrahoog opvoer : 63 mm, 80 mm, 100 mm/omw

Belangrijk: opvoer ≠ steek Steek is de afstand tussen aaneensluitende draadtoppen. Bij enkelstartschroeven is de opvoer gelijk aan de steek. Bij meervoudig-startschroeven (twee-start, vier-start, enz.) geldt: opvoer = steek × aantal starts. Ball-screw-opvoeren met hoge waarden zijn bijna altijd meervoudig-startontwerpen om een geschikte kogeldiameter en belastingsvermogen te behouden.

De fundamentele afweging: snelheid versus stuwkracht

De opvoer van een ball-screw creëert een omgekeerde relatie tussen lineaire snelheid en stuwkracht, beheerst door basismechanische principes:

Lineaire snelheid = schroef-omwentelingen per minuut × opvoer

• Verdubbeling van de opvoer verdubbelt de lineaire snelheid bij dezelfde omwentelingen per minuut
• Voorbeeld: 1.500 omw/min × 10 mm opvoer = 15 m/min; 1.500 omw/min × 20 mm opvoer = 30 m/min

Stuwkracht = Koppel × 2π / Spoed × Rendement

• Verdubbeling van de spoed halveert de stuwkracht bij hetzelfde koppel
• Voorbeeld: 10 Nm koppel × 2π / 0,01 m × 90% rendement = ~5.650 N; bij 20 mm spoed → ~2.825 N

Dit is de kernafweging:

• Fijne spoed → hoge stuwkracht, lage snelheid, hoge positioneringsresolutie
• Hoge spoed → lage stuwkracht, hoge snelheid, lagere positioneringsresolutie

De taak van de ontwerpingenieur is om de spoed te vinden die zowel aan de snelheidseis als aan de stuwkrachteis voldoet, gegeven het beschikbare motorkoppel.

Spoedselectie voor spuitgietas

Elke as van een spuitgietmachine heeft andere snelheids- en krachteisen, dus elke as vereist een andere spoedstrategie.

1. Klemas

Aanbevolen: fijne tot middelmatige spoed (10–20 mm/omw)

De klemas vereist maximale duwkracht en matige snelheid. De malafsluitkracht kan variëren van 50 kN bij kleine machines tot meer dan 5.000 kN bij grote tonnage-machines.

Waarom fijne tot middelmatige spoed:

• Hogere mechanische voordeel levert enorme klemkracht op uit redelijke motorkoppel
• De snelheid is aanvaardbaar — klemstrokes zijn relatief trage bewerkingen
• Fijne resolutie maakt nauwkeurige malbescherming mogelijk (lage-druk afsluiten) met exacte positionering

Typische voorbeelden:

• Kleine machine (50–100T): 16 mm spoed, Ø40 mm schroef
• Middelgrote machine (200–350T): 20 mm spoed, Ø50–63 mm schroef
• Grote machine (500T+): 16–20 mm spoed, Ø80–100 mm schroef (vaak dubbele schroefopstelling)

Belangrijkste overweging: Klemassen gebruiken doorgaans de dikste schroeven met de fijnste spoed ten opzichte van de asdiameter, om de duwkrachtcapaciteit te maximaliseren.

2. Injectieas

Aanbevolen: middelhoge tot hoge spoed (20–40 mm/omw)

De injectieas vereist zowel hoge snelheid (voor snelle vulling van dunwandige onderdelen) als aanzienlijke kracht (voor het verdichten en vasthouden onder druk). Dit is de meest uitdagende as voor spoedkeuze, omdat beide uitersten van het snelheid/krachtspectrum moeten worden bereikt.

Waarom een middelhoge tot hoge spoed:

• Moet injectiesnelheden van 100–300 mm/s bereiken voor dunwandige en verpakkingsapplicaties
• Moet ook 50–200 kN injectiekracht genereren voor het verdichten
• Middelmatige spoeden bieden de beste balans tussen deze twee eisen

Typische voorbeelden:

• Algemene toepassing (100–200T): 20–25 mm spoed, Ø40–50 mm schroef
• Snelverpakking: 32–40 mm spoed, Ø50–63 mm schroef
• Precisie / optisch: 16–20 mm spoed, Ø32–40 mm schroef (prioriteert resolutie boven snelheid)

Belangrijkste overweging: Bij snelle injectie is de spoed vaak de beperkende factor voor de maximale injectiesnelheid. Indien de vereiste snelheid hoger is dan wat een standaardspoed kan leveren bij het maximale toerental van de motor, is een schroef met hogere spoed nodig — maar alleen indien de motor voldoende koppel heeft om de injectiekracht bij die spoed te behouden.

3. Uitwerkersas

Aanbevolen: middelmatige spoed (10–20 mm/omwenteling)

Uitwerping vereist matige snelheid en relatief lage kracht vergeleken met klemming of injectie.

Waarom middelmatige spoed:

• Uitwerpkrachten bedragen doorgaans 5–20% van de klemkracht
• Snelheid is belangrijk voor de cyclustijd, maar minder kritisch dan injectiesnelheid
• Voldoende fijne resolutie voor nauwkeurige positionering van de uitwerpstiften

Typische voorbeelden:

• Kleine machine: 10 mm spoed, Ø20–25 mm schroef
• Middelgrote machine: 16 mm spoed, schroef Ø32–40 mm
• Grote machine: 20 mm spoed, schroef Ø40–50 mm

4. Verplaatsing van de spuiteenheid / mondstukaanraking

Aanbevolen: middelhoge tot hoge spoed (20–32 mm/omwenteling)

De mondstukaanraking is een as met lage kracht en matige snelheid. Hogere spoeden werken hier goed, omdat de krachteisen minimaal zijn.

Waarom een hogere spoed:

• Lage krachteis betekent dat mechanisch voordeel niet kritisch is
• Snellere verplaatsing verkort de cyclustijd
• Grovere resolutie is aanvaardbaar voor mondstukcontact

Hoe de juiste spoed te berekenen

Het selectieproces voor de spoed omvat het controleren van zowel snelheids- als krachteisen ten opzichte van de beschikbare motor.

Stap 1: Bepaal de vereiste lineaire snelheid Bereken de maximale lineaire snelheid die de as moet bereiken:

• Injectieas: injectiesnelheid (mm/s) × 60 = mm/min
• Klemas: sluitsnelheid van de mal (mm/s) × 60 = mm/min

Stap 2: Bereken het vereiste schroefdraaigetal (RPM) RPM = Vereiste lineaire snelheid (mm/min) ÷ spoed (mm/omw)

Controleer of dit draaigetal binnen het nominale draaigetal van de motor LIGT EN ook binnen de kritische draaisnelheid en de DN-waarde van de schroef.

Stap 3: Bereken het vereiste motorkoppel Koppel (Nm) = Duwkracht (N) × spoed (m/omw) ÷ (2π × rendement)

Waarbij het rendement typisch 0,85–0,95 bedraagt voor kogelschroeven.

Controleer of dit koppel binnen de continue en piekkoppelwaarden van de motor valt.

Stap 4: Controleer de positioneringsresolutie Minimale incrementele beweging = Spoed ÷ (Motor-encoderresolutie × Overzetverhouding)

Zorg ervoor dat dit fijner is dan de vereiste positioneringsnauwkeurigheid voor de toepassing.

Meerstartschroeven: Hoge spoed zonder inbreuk op de draagkracht

Een veelvoorkomend misverstand is dat schroeven met een hoge spoed een lagere draagkracht hebben. Dit is niet noodzakelijkerwijs waar, dankzij meerstartschroefontwerp .

Enkelstart versus meerstart:

• Enkelstart : Één continue draad. Spoed = steek.
• 2-start : Twee parallelle draadgangen. Spoed = 2 × steek.
• 4-start : Vier parallelle draadgangen. Spoed = 4 × steek.

Multistart-schroeven bieden een hoge spoed terwijl de steek (afstand tussen aaneengrenzende draadgangen) redelijk blijft. Dit betekent:

• Kogeldiameter blijft hetzelfde → draagvermogen blijft hetzelfde
• Moerformaat blijft hetzelfde → uitwisselbaarheid wordt behouden
• Alleen de spoed verandert → snelheidsvermogen neemt toe

Bijvoorbeeld is een Ø40 mm-schroef verkrijgbaar in:

• 40-5 (éénstart, 5 mm spoed) — hoog trekkrachtvermogen, lage snelheid
• 40-10 (2-start, 10 mm spoed) — middelmatige kracht, middelmatige snelheid
• 40-20 (4-start, 20 mm spoed) — lagere kracht, hoge snelheid

Alle versies gebruiken dezelfde kogeldiameter en hebben vergelijkbare dynamische belastingswaarden, maar de versie met 20 mm spoed levert bij dezelfde toerental 4× de lineaire snelheid.

DN-waarde: De verborgen beperking

Bij het kiezen van de spoed voor toepassingen met hoge snelheid moet u ook de DN-waarde controleren — het product van de schroefdiameter (D, in mm) en het toerental (N, in RPM). De DN-waarde geeft aan hoe snel de kogels zich binnen de moer bewegen, en deze heeft een maximumgrens die wordt bepaald door het ontwerp en de smering van de schroef.

DN-waarde: De verborgen beperking

Bij het kiezen van de spoed voor toepassingen met hoge snelheid moet u ook de DN-waarde controleren — het product van de schroefdiameter (D, in mm) en het toerental (N, in RPM). De DN-waarde geeft aan hoe snel de kogels zich binnen de moer bewegen, en deze heeft een maximumgrens die wordt bepaald door het ontwerp en de smering van de schroef.

Typische DN-grenzen:

• Standaard precisiegeslepen schroeven: ca. 70.000–100.000 DN
• Optimaliseerde schroeven voor hoge snelheid: ca. 120.000–160.000 DN
• Ultra-hoogsnelheids speciale ontwerpen: tot 220.000 DN

Waarom dit belangrijk is voor de keuze van de spoed Als u een lineaire snelheid van 30 m/min nodig hebt met een spoed van 10 mm, dan is dat 3.000 tpm. Voor een schroef met een diameter van Ø40 mm geldt: DN = 40 × 3.000 = 120.000 — wat mogelijk boven de maximaal toegestane waarde voor de schroef ligt.

Met een spoed van 20 mm heeft u slechts 1.500 tpm nodig voor dezelfde lineaire snelheid van 30 m/min. DN = 40 × 1.500 = 60.000 — ruimschoots binnen de toegestane grenzen.

Belangrijk inzicht: Schroeven met een hogere spoed draaien bij dezelfde lineaire snelheid met een lagere tpm, waardoor de DN-waarde daalt en de levensduur toeneemt. Dit is een belangrijke reden waarom schroeven met een hoge spoed worden verkozen voor hoogwaardige spuitgiettoepassingen.

Veelvoorkomende fouten bij de keuze van de spoed

Fout 1: De spoed kiezen op basis van snelheid alleen Veel ingenieurs bepalen de spoed uitsluitend om de gewenste snelheid te bereiken, maar vergeten de trekkracht te controleren. Het resultaat is een machine die snel beweegt, maar onvoldoende spuitdruk of klemdruk kan genereren. Controleer altijd zowel de snelheid als de kracht.

Fout 2: De spoed ‘voor de zekerheid’ te groot kiezen Een grotere spoed dan strikt noodzakelijk betekent:

• Lagere mechanische voordeel → grotere, duurdere motor vereist
• Grovere positioneringsresolutie → voldoet mogelijk niet aan precisievereisten
• Hogere traagheid wordt naar de motor gereflecteerd → afstemmingsuitdagingen

Fout 3: Kritieke snelheid negeren Lange schroeven met hoge spoed kunnen boven de kritieke snelheid draaien bij maximale toerental, wat gevaarlijke trillingen veroorzaakt. Bereken altijd de kritieke snelheid op basis van de gekozen diameter, lengte en ondersteuningsconfiguratie.

Fout 4: Versnelling vergeten Injectiespuitassen versnellen en vertragen snel. Het koppel dat nodig is voor versnelling wordt opgeteld bij het koppel dat nodig is voor de stuwkracht. Als de spoed te fijn is, kan de motor onvoldoende koppel leveren voor snelle versnelling, zelfs als de stationaire kracht wel voldoende is.

Snelle naslagtabel voor spoedkeuze

tabel

As	Typisch spoedbereik	Schroefdiameterbereik	PRIORITY
Klemmen	10–20 mm/omw	ø40–100 mm	Duwkracht > snelheid
Injectie (algemeen)	20–25 mm/omw	ø32–50 mm	Gebalanceerde snelheid en kracht
Injectie (hoge snelheid)	32–40 mm/omw	ø40–63 mm	Snelheid > kracht
Injectie (precisie)	16–20 mm/omw	ø32–40 mm	Resolutie > snelheid
Ejector	10–20 mm/omw	ø20–50 mm	Gebalanceerd
Nozzle-touch	20–32 mm/omw	ø20–32 mm	Snelheid > kracht

Conclusie

De spoed van de kogelomloopspindel is een fundamentele parameter die het prestatieprofiel van elke as van een volledig elektrische spuitgietmachine bepaalt. Het is de hefboom waarmee snelheid wordt ingewisseld voor kracht — en het vinden van de juiste balans is essentieel.

Belangrijke punten:

• Klemassen : Fijne spoeden voor maximale stuwkracht
• Spuitassen : Middelmatige spoeden voor evenwicht tussen snelheid en kracht; hoge spoeden voor dunwandige en/of high-speed-machines
• Uitwerpassen : Middelzware leidingen voor matige snelheid en kracht
• Meervoudig-startontwerp bereikt een hoge leiding zonder de draagcapaciteit te verminderen
• DN-waarde geeft vaak de voorkeur aan hogere leidingen voor toepassingen met hoge snelheid (lagere RPM = lagere DN)

Door de leiding zorgvuldig af te stemmen op de specifieke snelheids-, krachts- en precisievereisten van elke as, kunnen machinebouwers en engineers voor retrofitting de prestaties optimaliseren, de motorafmetingen en -kosten minimaliseren en de levensduur van de kogelomloopspindeloptie maximaliseren.