BESCHERM DE LEVENSDUUR VAN UW MACHINE MET INDUSTRIËLE VEREN

Afmetingen, toepassing en materiaal cruciaal voor op maat gemaakte veren

Een veer is meer dan wat rond een as gedraaide veerstaaldraad. Er bestaan allerlei veersoorten en ze zijn zo goed als overal terug te vinden. Elke veer is uniek en afhankelijk van de toepassing gaat de fabrikant steeds op zoek naar de meest geschikte veer. Op maat gemaakte, industriële veren zijn dan ook cruciaal binnen de metaalsector. Ze hebben steeds verschillende parameters en afmetingen die bepalend zijn voor het ontwerp en de levensduur van de veer. Dankzij enkele DIN- en ISO-normen kan de kwaliteit van zulke veren gegarandeerd worden.

EEN VEER

De traditionele definitie van een veer zegt dat een veer een elastische verbinding is tussen twee delen waarvan de opgestapelde energie onmiddellijk of op een bepaald tijdstip wordt teruggegeven. Een veer kan met andere woorden bewegingsenergie opnemen, vasthouden en weer teruggeven. Die energie wordt echter steeds voor een deel omgezet in warmte (en dus niet terug­gegeven door de veer), wat belangrijk is voor de fabrikant die de afmetingen van de veer zal berekenen. Rekening houdend met de definitie van een veer, kan zo’n veer een van vier functies hebben:

• Meten of regelen van krachten en momenten;
• Opvangen van stotende belastingen en trillingen;
• Terugbrengen van bewegende onderdelen naar hun beginpositie;
• Uitoefenen van een constante kracht of moment.

Juiste veer

Er bestaan uiteraard heel wat soorten veren en elke soort heeft haar eigen werking en functie, maar bestaat er zoiets als een goede of slechte veer? Een goede veer kan aanschouwd worden als een veer die specifiek ontworpen en getest werd voor een bepaalde machine of toepassing en die dus op een correcte manier gebruikt wordt. Een slechte veer is een veer die qua afmetingen en kracht niet geschikt is voor de machine of toepassing waarin de veer gebruikt wordt. De veer op zich is daarom niet per se slecht, maar wel het gebruik van die veer. Het is dus van cruciaal belang te weten welke veer er precies nodig is voor welke machine of toepassing. Zeker in de metaalsector, en andere industriesectoren, is het belangrijk de juiste veer te gebruiken.

Standaard vs. industrie

Een industriële veer kan dan ook gezien worden als een veer die op maat gemaakt wordt voor een bepaalde machine of toepassing. Daarbij zal de fabrikant de exacte afmetingen van de veer berekenen, bekijken hoeveel en wat voor kracht erop uitgeoefend zal worden, wat voor machine het precies is en welke toepassing de veer zal kennen. Op die manier kan er beslist worden wat voor veer er nodig is, hoe sterk ze moet zijn en welke afmetingen ze moet hebben.

Daartegenover staat de standaardveer. Een veer die dus niet op maat gemaakt wordt, maar voor algemeen gebruik geproduceerd wordt. Op zich is het een goedkopere oplossing, maar de veer kan al snel afwijken van de vereiste afmetingen en nodige krachten. In principe kan een machine ook met een standaardveer blijven functioneren, maar indien er een te grote afwijking is, zal die veer, en de machine in het algemeen, sneller slijten. In de industriële sector is het dus van belang een indus­triële veer te gebruiken om de levensduur van de veer en de machine te beschermen.

VEERSOORTEN

Zoals reeds vermeld, bestaan er heel wat soorten veren. Te veel om in dit artikel te bespreken. In de metaalsector alleen, bijvoorbeeld, komen vooral druk-, trek-, vorm-, blad-, motor-, rol-, torsie-, torsiestaaf-, schotel- en bufferveren voor. We gaan dan ook dieper in op enkele van voorgenoemde veersoorten.

Drukveren

Een drukveer wordt rechtlijnig verplaatst en biedt weerstand aan een axiale samendrukkracht. Meestal hebben ze een cilindervorm met een vaste diameter, maar ze kunnen ook in conische of biconische vorm geproduceerd worden. De veerdraad zelf is meestal rond, maar er komen ook vierkante, rechthoekige, ovale of trapeziumvormige doorsnedes voor. Zo wordt, bijvoorbeeld, de stempelveer gemaakt uit een rechthoekige draad met afgeronde kanten. Hierdoor heeft de stempelveer een grotere veerweg. In combinatie met hoogwaardig verenstaal kunnen zulke stempelveren enorm hoge belastingen verdragen met een beperkte vermoeidheidsbreuk. Door de functie van sommige drukveren is het noodzakelijk dat de karakteristiek progressief is en dus afwijkt van de normale lineaire vorm. Sommige veren moeten namelijk stugger worden, naarmate de veer verder wordt ingedrukt. Dat wordt verkregen door veren te ontwikkelen met een veranderlijke spoed (de gemiddelde afstand tussen twee opeenvolgende werkzame windingen van een veer). Om tegen te gaan dat (belaste) drukveren zijdelings knikken, worden ze ontworpen om in een bus of om een as geleid te worden. De uiteinden van drukveren worden afgeknipt, aangelegd, vlakgeslepen of aangelegd en vlakgeslepen. Om de berekening van zo’n veer te maken, moet de fabrikant beschikken over onder andere de hoogte van de veer, de maximale buitendiameter en de krachten bij bepaalde hoogtes. De draaddiameter en het aantal windingen worden vervolgens aangepast om de nodige krachten te bepalen. Deze veren worden het meest gebruikt bij toepassingen waarbij de indrukking met een bepaalde kracht opgevangen moet worden (bv. schokdempers, balpen ...).

Trekveren

Bij een trekveer liggen de windingen, in onbelaste toestand, tegen elkaar en zal de veerlengte groter worden wanneer de veer uitgerekt wordt. De veer zal terug willen naar haar ruststand en dus met veerkracht weer in elkaar trekken. Vandaar de naam trekveer. Ze weerstaan een externe trekkracht met behulp van verschillende soorten ogen of haken (bijvoorbeeld: ogen in hetzelfde vlak met openingen aan dezelfde kant, ogen in hetzelfde vlak met tegengestelde openingen, ogen haaks t.o.v. elkaar, 90° gedraaid en ogen haaks ten opzichte van elkaar, 270° gedraaid). De vorm van de twee eindpunten van de trekveer moet met andere woorden meticuleus ontworpen worden in functie van hun relatieve positie in de machine. Om de trekveren op maat te kunnen maken, moeten de volgende gegevens bekend zijn: de ongespannen rustlengte, de maximale uitrekking, de krachten op een bepaalde lengte en het type van de haak of oog op de uiteinden. De draaddiameter en andere maten worden eveneens berekend. Qua toepassing kan er, bijvoorbeeld, gedacht worden aan de kracht van een opengaande deur die opgevangen moet worden of aan een nietjesmachine waarbij de trekveer de nietjes naar voren trekt en pas in rust is wanneer alle nietjes gebruikt zijn.

Vormveren (of draaddelen)

Vormveren, ook wel eens draaddelen genoemd, bestaan steeds uit een draad met een ronde doorsnede, maar kennen geen vaste vorm en zijn dus in allerlei vormen te verkrijgen. Over de gehele lengte kunnen haken, wikkelingen, ogen en armen worden aangebogen. De karakteristiek van de draadveer hangt volledig af van de vorm. Denk hierbij bijvoorbeeld aan de veiligheidspin, de lamphouders …

Bladveren

Bladveren worden in allerlei vormen geknipt, gestanst of met een laserstraal uitgesneden en kunnen van gaten en plooien voorzien worden. Bij een belasting zal de veer buigen. Elk type bladveer heeft zijn eigen karakteristiek, die lineair kan zijn (vergelijkbaar met die van bv. een duikplank), of progressief (bv. bij samengestelde bladveren). Zulke veren komen vaak voor, denk maar aan het veersysteem bij inbouwspots in een plafond, contactpunten voor een batterij etc.

Rolveren

De rolveer, ook wel oprolveer genoemd, heeft dankzij haar vorm de neiging zich op te rollen. Afhankelijk van de toepassing kan er een constante of momentkracht afgegeven worden. De manier waarop de gekromde band tot een rechte band wordt uitgerekt, zal uiteindelijk de toe­passing bepalen. Zo kan de rechte band op haar beurt weer opgerold worden, waarbij de twee opgerolde delen het rechte deel strakker zullen trekken. Het rechte deel kan, bv., een zekere klemkracht leve­ren. Indien het rechte eind op een grotere trommel gerold wordt, zal de rolveer na het opwinden weer naar haar oorspronkelijke toestand terug willen op de kleinere trommel. Vandaar dat de rolveer vaak gebruikt wordt als veermotor.

Torsieveren (draai- of wringveren)

Torsieveren, ook bekend als draai- of wringveren, worden het meest gebruikt wanneer er een momentkracht uitgevoerd moet worden. Ze hebben een schroefvormig veerlichaam met of zonder tussenruimte tussen de windingen. Het verschil met druk- of trekveren is terug te vinden in de uiteinden. Die kunnen recht zijn of van ogen voorzien worden. Een torsieveer wordt opdraaiend belast, waarbij de eventuele ruimte tussen de windingen kleiner wordt en de hoek tussen de twee uiteinden verandert. Denk aan de knipbeweging van een schaar. Bij torsieveren wordt er dan ook niet gesproken van kracht of veerweg, maar van moment en hoekverdraaiing. Voor de berekening moeten de verdraaiing en de kracht bekend zijn. Al kunnen ook de bevestigingspunten van groot belang zijn. Enkele voorbeelden van zulke veren zijn sectionale garagepoorten, brievenbussen, wasknijpers etc.

PRODUCTIE

Elk bedrijf heeft uiteraard zijn eigen machines, tradities en gewoontes wanneer het aankomt op de productie van industriële veren. Er kan echter wel gezegd worden dat veren meestal warm- of koudgedraaid worden. Een veer warmdraaien heeft het voordeel dat er met dikkere draden gewerkt kan worden. Bij de koude productie ligt de dikte van de draad op voorhand vast, aangezien die draad van een rol gedraaid en geknipt wordt. Tijdens de productie van een op maat gemaakte veer wordt verder rekening gehouden met de nodige afmetingen, de werkomstandigheden (temperatuur, corrosie etc.), de gebruiksfrequentie, de snelheid van belasting en de gewenste levensduur van de veer en de machine.

Materiaal

De materiaalkeuze is erg belangrijk in functie van de mechanische belasting, de elektrische eigenschappen en het toepassingsgebied van een veer. Ze worden meestal gemaakt uit natuurharde, oliegeharde, warmgewalste of rvs-verenstaaldraad, fosforbrons en in speciale legeringen zoals Inconel, brons of Hastelloy. Blad- en rolveren worden uit verenbandstaal geknipt, gestanst of met een laserstraal uitgesneden. Daarnaast kan een veer uit gegalvaniseerd materiaal gemaakt worden, zodat ze roestvrij is.

Koolstof

Het is belangrijk te kijken naar het koolstofgehalte van het materiaal. Hoe meer koolstof er aanwezig is, hoe steviger en krachtiger de veer zal zijn. Er bestaan dan ook vier klassen binnen het veerstaal: klassen SL (vroeger A), SM (vroeger B), SH (vroeger C) en DM (vroeger D). De veren in klasse DM zijn van de hoogste kwaliteit en bevatten dus de meeste koolstof. Veren in klasse SL en SM zijn van mindere kwaliteit omdat ze minder koolstof bevatten, waardoor ze minder veerhard zijn.

Nabehandeling

Er bestaan heel wat soorten nabehandeling voor een veer. Zo kan een veer gepoedercoat (in nagenoeg alle kleuren), gegalvaniseerd (roestvrij maken), geshotpeend (de veer kogelstralen om haarscheurtjes weg te werken) of getrommeld worden (braam verwijderen) en een KTL-behandeling krijgen (zwarte, dunnere en goedkopere optie van poedercoaten). Een nabehandeling die echter enorm belangrijk is en meestal voor alle veren wordt toegepast, is het thermisch ontladen van de veer. Door ze thermisch te stabiliseren, zal de structuur van de veer zich opnieuw correct verhouden en zal de veer dus sterker zijn.

BIJBEL VAN DE VEREN

Om de kwaliteit van de veren te garanderen, zijn er de DIN- en ISO-normen waaraan de fabrikanten zich het best houden. De ISO-normen worden door elke fabrikant zelf gekozen, maar er zijn ook bedrijven die enkel met een veer­fabrikant samen willen werken wanneer hij de nodige ISO-certificaten heeft. In die ISO-normen staan bepaalde instructies, voorwaarden en regels die een fabrikant het best volgt tijdens de productie, gaande van de administratie tot de verpakking. Een fabrikant die zulke ISO-normen hanteert, ondergaat jaarlijks een controle om het opvolgen van de normen en de kwaliteit van de productie te garanderen. Het Duitse Instituut voor Normering (DIN) publiceerde dan weer een boek waarin alles, maar dan ook alles over veren terug te vinden is. Eigenlijk een soort bijbel van de veren. Deze DIN-normen zijn ook belangrijk om de kwaliteit van de veer te garanderen en worden door de fabrikanten nauwgezet in de gaten gehouden en opgevolgd.