Aandrijfwielen zijn de wielen die via een motor aangedreven worden om een voertuig of machine in beweging te brengen. Ze vormen het hart van intern transportmiddelen, AGV’s, voertuigen en bouwmachines. In tegenstelling tot vrij meedraaiende zwenk- en bokwielen zorgen aandrijfwielen voor de tractie en voortstuwing op de ondergrond. De prestaties van een aandrijfwiel worden bepaald door diverse factoren: wrijving (rolweerstand, slip en grip), koppeloverdracht, warmteontwikkeling, de aard van de ondergrond en het type machine. In dit kennisartikel gaan we op al deze aspecten in. Ook de invloed van hellingshoeken en het loopoppervlak (profiel) van aandrijfwielen komt aan bod. Daarnaast bespreken we verschillende materialen en uitvoeringen – van massief rubberen aandrijfwielen tot polyurethaan aandrijfwielen (zoals Vulkollan wielen) – en speciale constructies zoals het flenswiel en het gebruik van geleiderollen.
Wrijving: rolweerstand, slip en grip
Rolweerstand is de weerstand die een wiel ondervindt tijdens het rollen. Hoe lager de rolweerstand, hoe minder energie er nodig is om het wiel te laten rollen. De rolweerstand van aandrijfwielen hangt af van het materiaal, de wielhardheid, het draagvermogen, de diameter en de ondergrond. Over het algemeen geldt dat hardere loopvlakken (bijvoorbeeld polyurethaan) een lagere rolweerstand bieden dan zachtere loopvlakken (bijvoorbeeld massief rubber), omdat een zachter wiel meer vervormt en energie verliest als warmte. Ook een groter wiel reduceert de rolweerstand, doordat het minder sterk in oneffenheden “valt”. Belangrijke factoren die de rolweerstand beïnvloeden zijn:
- Het gewicht (belasting) op het wiel – hogere belasting geeft hogere vervorming;
- De wieldiameter – grotere diameters rollen makkelijker over obstakels;
- Het loopvlakmateriaal en hardheid – zacht rubber vs. hard polyurethaan;
- De vloeromstandigheden – vlak, ruw, schoon of verontreinigd;
- Het lager en de naaf – kwaliteitslagers verminderen interne weerstand.
Slip en grip. Om aandrijfkrachten over te brengen, moet er voldoende wrijving (grip) zijn tussen aandrijfwiel en ondergrond. Te weinig grip leidt tot slip: het wiel draait door zonder de machine voldoende te verplaatsen. De maximale grip wordt bepaald door de wrijvingscoëfficiënt van het wielmateriaal op de betreffende ondergrond en de kracht waarmee het wiel op de grond drukt (normaalkracht). Massief rubberen aandrijfwielen hebben doorgaans een hogere wrijvingscoëfficiënt dan polyurethaan aandrijfwielen. Dit betekent dat rubber vaak meer grip biedt en minder snel zal slippen, vooral op gladde of natte oppervlakken. Rubberen wielen absorberen ook beter kleine oneffenheden en trillingen, wat de tractie ten goede komt. Polyurethaan wielen daarentegen zijn vaak harder; ze hebben iets minder grip in extreme omstandigheden, maar bieden wel voordelen zoals hogere slijtvastheid en lagere rolweerstand op gladde vloeren.
Omstandigheden. De grip van een aandrijfwiel kan sterk variëren met de omstandigheden. Een droog, schoon betonnen magazijnvloer biedt optimale omstandigheden voor zowel rubber als polyurethaan. Echter, bij vocht, olie of stof op de vloer neemt de kans op slip toe. In dergelijke gevallen kan een profiel in het loopvlak (zie verderop) of een zachter rubbercompound helpen om tractie te behouden. Bij zeer lage temperaturen kunnen sommige rubbermengsels verharden en grip verliezen, terwijl speciaal geformuleerde polyurethanen elastisch blijven. Het is belangrijk om voor elke toepassing een wielmateriaal te kiezen dat onder de heersende omstandigheden voldoende grip levert zonder onnodig veel rolweerstand te genereren.
Koppeloverdracht en aandrijfkracht
Koppel (draaimoment) is de rotatiekracht die de motor via de aandrijfwielen op de ondergrond overbrengt. Het wiel fungeert als laatste overbrenging: de motor levert een koppel aan de as van het aandrijfwiel, dat wordt omgezet in een voorwaartse (of achterwaartse) kracht op de vloer dankzij wrijving. De effectieve trekkracht op de ondergrond is afhankelijk van zowel het koppel als de straal van het wiel (kracht = koppel / radius) én de beschikbare grip. Een kleiner aandrijfwiel kan bij gelijk koppel meer duwkracht leveren dan een groot wiel, maar draait sneller voor dezelfde rijsnelheid. Ontwerpers balanceren wielgrootte en overbrenging om het gewenste koppel en de juiste snelheid te behalen.
Om slip te voorkomen moet het aangedreven wiel voldoende gewicht dragen; als het wiel ‘licht’ staat (bijvoorbeeld door ongunstige gewichtsverdeling van de machine) kan zelfs een matig koppel al doorslippen veroorzaken. Daarom hebben aangedreven voertuigen vaak hun zwaarste componenten (bv. batterijen of motoren) dicht bij de aandrijfwielen voor maximale druk. Moderne machines kunnen ook tractieregelsystemen gebruiken om wielspin te beperken door het motorkoppel te reduceren zodra slip wordt gedetecteerd.
Prestaties en duurzaamheid. Hoge koppels bij snel optrekken of zwaar duwen stellen hoge eisen aan het aandrijfwiel. De naafverbinding moet sterk genoeg zijn om het koppel over te brengen zonder te vervormen of te slippen binnen de band. Zwaarlast aandrijfwielen (ook wel zwaarlastwielen genoemd) hebben vaak versterkte stalen velgen en dikke persbanden om extreme koppels en belastingen aan te kunnen. Bij elektrische vorkheftrucks met zware accu’s ziet men bijvoorbeeld grote aandrijfwielen van polyurethaan of rubber die flinke koppels aankunnen zonder verlies van tractie. Het juiste wieltype draagt direct bij aan de prestaties: te zwakke wielen kunnen de acceleratie beperken of vroegtijdig falen, terwijl een passend gekozen aandrijfwiel zorgt voor soepele krachtsoverbrenging en een langere levensduur.
Warmteopbouw bij langdurig of zwaar gebruik
Tijdens gebruik vervormt het loopvlak van het aandrijfwiel telkens bij de aanraking met de vloer. Door deze voortdurende vervorming (hysterese) en door slip/frictie ontstaat warmte in het wielmateriaal. Bij kortstondig gebruik of lage snelheden kan deze warmte doorgaans makkelijk weg, maar bij langdurig of zwaar gebruik kan warmte zich ophopen in het wiel. Aandrijfwielen van polyurethaan of rubber zijn slechte warmtegeleiders, waardoor de kern van het loopvlak behoorlijk warm kan worden. Warmteopbouw is dan ook een belangrijke factor voor de levensduur: oververhitting kan leiden tot versnelde slijtage, zacht worden van het materiaal of zelfs het loslaten van de loopvlaklaag van de velg.
Hoeveel warmte een wiel ontwikkelt en kan verdragen hangt samen met het materiaal en de bedrijfsomstandigheden. Polyurethaan heeft vaak een lagere rolweerstand dan rubber, wat minder energieverlies (dus minder warmte) per omwenteling betekent. Echter, zodra het belast wordt tot nabij zijn limiet (hoge lasten of hoge snelheden), kan ook een polyurethaanwiel flink opwarmen. Premium polyurethaan compounds zoals Vulkollan aandrijfwielen zijn ontwikkeld om hoge dynamische belastingen beter te weerstaan: ze hebben circa 20-30% hogere draagcapaciteit dan standaard PU en kunnen hogere temperaturen aan voordat ze structureel beschadigen. Toch geldt ook voor Vulkollan dat bij langdurige overbelasting of continue hoge snelheid voorzichtigheid geboden is. Overmatige warmte leidt onvermijdelijk tot degradatie van het materiaal. Fabrikanten geven daarom vaak temperatuurlimieten op (bijvoorbeeld -30°C tot +80°C continu bedrijf voor veel Vulkollan wielen). Bij overschrijding van deze grenzen kunnen eigenschappen als scheurvastheid en hardheid teruglopen.
Beheersing van warmte. In de praktijk zijn er meerdere manieren om warmteproblemen te voorkomen. Ten eerste is de keuze van het juiste wielformaat van belang: een groter of breder aandrijfwiel verdeelt de belasting en draait minder toeren voor dezelfde snelheid, wat de warmteontwikkeling per contactpunt vermindert. Ten tweede kan men kiezen voor speciale hittebestendige materialen of wielen met ingebouwde koelvinnen of metalen velgen die warmte beter afvoeren. Ook de inzetduur speelt een rol – continue inzet (bijvoorbeeld in drie ploegendiensten met AGV’s) vereist mogelijk tussentijdse koelperiodes of het gebruik van meerdere wisselsets wielen. Regelmatige inspectie is tenslotte belangrijk: zichtbare haarscheurtjes, verkleuring of een geur van verbrand rubber/polyurethaan kunnen wijzen op oververhitting in het aandrijfwiel.
Ondergrond en vloertypen
De ondergrond waarop een aandrijfwiel rijdt, heeft grote invloed op welke wielkeuze optimaal is en hoe het wiel presteert. Voor een vlakke, harde vloer (zoals gepolijste beton in magazijnen) zal men vaak kiezen voor harde, slijtvaste polyurethaan aandrijfwielen met een glad loopvlak: deze combineren lage rolweerstand met voldoende grip op schoon, droog beton en veroorzaken weinig slijtage aan zowel wiel als vloer. In fabrieken en logistieke centra is dit een beproefde combinatie. Wanneer de vloer echter oneffen, nat of vervuild is, kunnen andere keuzes beter zijn. Op ruwe betonvloeren of asfalt bieden iets zachtere wielen (bijvoorbeeld elastisch rubber) meer trillingsdemping en houden ze beter contact, al gaat dit ten koste van iets hogere rolweerstand en slijtage.
Op outdoor-terreinen en bouwplaatsen komen aandrijfwielen voor zwaardere voertuigen in de vorm van luchtbanden of massief rubberen aandrijfwielen met een grof profiel. Luchtgevulde banden (pneumatisch) zorgen voor uitstekende schokabsorptie op zeer ongelijke ondergronden en hebben veel grip door diepe profielen. Massieve rubberbanden worden gebruikt bij voertuigen die kans lopen op lekke banden of die zeer hoge lasten bij lage snelheid dragen (zoals bepaalde industriële trekkers of zwaar transport materieel); ze elimineren het risico op een lek en zijn minder onderhoudsgevoelig, zij het met iets minder demping dan luchtbanden. In deze context spreekt men vaak van zwaarlastwielen wanneer het om extreme belasting gaat.
Speciale omgevingen vragen eveneens om aangepaste aandrijfwielen. In cleanrooms of voedingsmiddelenindustrie kiest men vaak voor non-marking (niet afgevend) polyurethaan wielen om vloercontaminatie te voorkomen. In omgevingen waar chemicaliën of olie op de vloer kunnen komen, zijn polyurethaan en Vulkollan geliefd vanwege hun bestendigheid tegen deze stoffen, terwijl standaard rubber sneller zou degraderen. Bij statische elektriciteit-gevoelige omgevingen (zoals elektronica-productie) zijn er geleidende wielvarianten om lading af te voeren.
Tot slot bestaan er aandrijfwielen voor rail- of geleidingssystemen. Voor railgebonden voertuigen (bijvoorbeeld bepaalde kraansystemen of geleide AGV’s) wordt het aandrijfwiel vaak uitgevoerd als een flenswiel – dit is een wiel met een opstaande flensrand die ervoor zorgt dat het wiel niet van de rail af loopt. Dergelijke flens-aandrijfwielen worden meestal van staal of gietijzer met een gehard loopvlak gemaakt, omdat ze een zeer hoge puntbelasting op de rail uitoefenen. Naast het flenswiel kunnen in deze systemen geleiderollen worden gemonteerd die zijdelingse krachten opvangen en het voertuig of de kar nauwkeurig langs de rail of geleiding houden. Zo werken aandrijfwielen en geleiderollen samen om een stabiele en voorspelbare loop te garanderen op gespecialiseerde ondergronden.
Type machine: vereisten per toepassing
Elk type voertuig of machine stelt specifieke eisen aan de aandrijfwielen. Enkele voorbeelden:
- AGV’s (Automated Guided Vehicles): Bij AGV’s ligt de nadruk op energie-efficiëntie en precisie. Ze gebruiken vaak harde, slijtvaste polyurethaan of Vulkollan aandrijfwielen voor lage rolweerstand, zodat de batterijen langer meegaan. Tegelijk moeten deze wielen voldoende grip bieden voor nauwkeurige navigatie en stoppen. AGV-wielen zijn meestal compact en vlak, en het voertuigontwerp zorgt voor constante bodemdruk op het wiel om slip te vermijden.
- Magazijntrucks en intern transport: Pallettrucks, stapelaars en orderpickers hebben doorgaans één of twee aangedreven wielen (bijvoorbeeld onder de dissel of machine) en vrij draaiende steunwielen. Hier worden vaak polyurethaan aandrijfwielen toegepast vanwege hun draagvermogen en omdat ze de vlakke magazijnvloer ontzien. Tegelijk moeten ze schokken door drempels of laadkleppen kunnen verdragen – soms wordt daarom een iets elastischer compound gekozen of een massief rubberen aandrijfwiel als de ondergrond minder egaal is.
- Heftrucks: Elektrische vorkheftrucks voor binnengebruik zijn veelal uitgerust met Vulkollan aandrijfwielen. Deze bieden een uitstekende combinatie van hoge draaglast, lage rolweerstand en lange levensduur, zelfs bij intensief gebruik en hoge koppels. Voor heftrucks die zowel binnen als buiten rijden, ziet men ook grote massief rubberen aandrijfwielen of volrubberen banden die beter bestand zijn tegen ruwe ondergrond en scherpe objecten. De achterwielen van heftrucks zijn vaak zwenkwielen (stuurwielen) en niet aangedreven, maar dragen wel aanzienlijk gewicht, dus de interactie tussen aandrijfwielen en deze steunwielen is belangrijk voor stabiliteit.
- Personenvoertuigen en trucks: Bij auto’s en vrachtwagens zijn aandrijfwielen in feite de band(en) die de motoriek op de weg overbrengen. Hier worden luchtbanden gebruikt omwille van de vereiste hoge snelheden, comfort en grip in diverse weersomstandigheden. Auto- en truckbanden hebben complexe profielpatronen voor optimale tractie (bij acceleratie én remmen) en waterafvoer. Warmteafvoer is bij snelweggebruik cruciaal – rubbercompounds en constructie zijn ontworpen om de warmte door wrijving en flexing te weerstaan. Hoewel deze banden duidelijk verschillen van industriële aandrijfwielen, delen ze dezelfde principes van wrijving, koppeloverdracht, warmtebeheer en slijtage.
- Bouwmachines: Zware bouw- en grondverzetmachines (zoals wielladers, graafmachines op wielen en grote dumpers) gebruiken zeer robuuste aandrijfwielen in de vorm van enorme banden of soms rupsplaten. Wielgedreven bouwmachines hebben dikke, met lucht gevulde banden met ruw profiel voor maximale tractie op modder, grind en zand. Deze “off-the-road” aandrijfwielen zijn bestand tegen insnijdingen en werken vaak op lage bandenspanning voor een groter contactoppervlak en schokabsorptie. Bij extreem zware toepassingen, zoals transportrollers of havenkranen, worden speciale zwaarlastwielen ingezet: stalen of composiet velgen met dikke rubberen of polyurethaan loopvlakken die ontworpen zijn om tonnengewicht te dragen zonder bezwijken.
Hellingshoek: gedrag op hellingen
Wanneer een voertuig of transportmiddel een helling op- of afrijdt, wordt er een extra dimensie toegevoegd aan de eisen voor de aandrijfwielen. Op een helling moet een aandrijfwiel voldoende grip en koppel leveren om tegen de zwaartekracht in te klimmen, of om gecontroleerd af te dalen zonder te gaan slippen. Dit vergt niet alleen kracht van de motor, maar ook optimale wrijving tussen wiel en ondergrond én een goede gewichtsverdeling.
Stijgingen beklimmen. Bij het oprijden van een helling neemt de normaaldruk op de achterliggende wielen vaak toe (afhankelijk van de configuratie van het voertuig) en op de voorste wielen af. Machines worden daarom zo ontworpen dat de aangedreven wiel(en) op een helling nog steeds voldoende druk hebben. Bijvoorbeeld: een AGV of magazijntruck zal zware componenten laag en dicht bij het aandrijfwiel plaatsen om ook op een oprit tractie te houden. Materiaalkeuze speelt ook mee: op steile hellingen of hellingen met een glad oppervlak kunnen zachtere, hoogfrictie-compounds of een profielband nodig zijn om slip te voorkomen. Rubberen aandrijfwielen kunnen hier voordeel bieden dankzij hun hogere wrijving, terwijl harde polyurethaan wielen eerder kunnen doordraaien als de limiet bereikt wordt. Daarnaast moet het motorkoppel vaak worden verhoogd op helling – voertuigspecificaties geven daarom een maximale hellingshoek (% of graden) aan die beklommen kan worden met volle lading.
Afdalen en remmen. Naar beneden rijden vormt een andere uitdaging: het aandrijfwiel fungeert dan vaak als rem (denk aan motorrem of elektrische remwerking bij elektrische voertuigen en AGV’s). De wielen moeten voldoende grip behouden om niet ongecontroleerd te gaan glijden. Een schuivend wiel bij afdaling kan leiden tot verlies van controle. Daarom gelden er vaak strikte snelheidslimieten op hellingen en worden voertuigen met zware lading aangeraden om achterwaarts af te dalen (zodat de aangedreven wielen bovenaan blijven en meer gewicht dragen voor grip). Goede tractie op een helling is een combinatie van materiaal, oppervlak en voertuigdesign. Regelmatig controleren op slijtage is cruciaal, want een versleten aandrijfwiel met verminderd profiel of verhard rubber zal sneller slippen op een schuine ondergrond.
Loopoppervlak en profiel
Het loopoppervlak van een aandrijfwiel – ofwel het profiel en de textuur van het gedeelte dat contact maakt met de grond – heeft veel invloed op zowel tractie als slijtage. We kunnen globaal twee uitersten onderscheiden: een glad loopvlak versus een sterk geprofileerd loopvlak. Daartussen bestaan allerlei varianten, zoals ribbels, dwarsgroeven of ingelegd profiel.
Glad loopvlak. Veel industriële aandrijfwielen (vooral polyurethaan wielen en Vulkollan persbanden op heftruckwielen) hebben een glad loopvlak zonder profiel. Dit heeft als voordeel dat het contactoppervlak met de vloer maximaal is, wat de wrijving bij normaal droge omstandigheden optimaliseert en de slijtage gelijkmatig verdeelt. Op effen magazijnvloeren is een glad wiel vaak het meest efficiënt: het loopt stil, gelijkmatig en met lage rolweerstand. Een potentieel nadeel is dat bij vervuiling (water, olie, stof) een glad wiel minder grip vindt omdat er geen kanalen zijn om deze stoffen af te voeren – vergelijkbaar met een autoband zonder profiel die kan gaan slippen bij regen.
Geprofileerd loopvlak. Een profiel in het aandrijfwiel kan uiteenlopen van ondiepe groeven tot agressieve noppen of blokken, afhankelijk van de toepassing. Een lichtere profielering (bijvoorbeeld enkele ringvormige groeven rondom een wiel) wordt wel toegepast op polyurethaan magazijnwielen om iets meer grip te bieden bij stof of vocht, zonder de rolweerstand drastisch te verhogen. Voor natte omgevingen of buitengebruik zijn er aandrijfwielen met diepere inkepingen of ruitprofielen die water en modder kunnen afvoeren en zich “ingrijpen” in zachte ondergrond. Zo’n massief rubberen aandrijfwiel met tractieprofiel ziet men bijvoorbeeld op veegmachines of kleinere terreinvoertuigen. Het profiel helpt slip te voorkomen, maar kan ook voor iets snellere slijtage zorgen op ruwe harde oppervlakken, omdat de profielranden mechanisch afschuren.
Invloed op slijtage. De keuze tussen glad of geprofileerd hangt dus af van een compromis tussen tractie en slijtage/efficiëntie. Een glad Vulkollan wiel gaat zeer lang mee op een schone vloer, maar verliest tractie zodra die vloer nat wordt. Een geprofileerd wiel heeft onder moeilijke omstandigheden de betere grip, maar op een schone betonvloer zal het profiel zelf sneller afslijten dan een glad oppervlak en iets meer rolgeluid produceren. In alle gevallen is het essentieel het loopvlak van aandrijfwielen goed te onderhouden: houd het vrij van ingebedde metaalsplinters of stenen die in het rubber of polyurethaan kunnen vastzetten en zo bij elke omwenteling verdere schade veroorzaken. Tijdig vervangen of her-vulkaniseren van versleten aandrijfwielen zorgt ervoor dat de machine veilig en efficiënt blijft opereren.
Conclusie. Aandrijfwielen zijn een cruciaal maar vaak onderschat onderdeel van mobiele machines. Door inzicht te hebben in aspecten als wrijving (rolweerstand en grip), koppeloverdracht, warmteopbouw, ondergrond-compatibiliteit, machine-specifieke eisen, hellinggedrag en loopvlakontwerp, kan men voor elke toepassing het optimale aandrijfwiel selecteren. Of het nu gaat om een AGV in een hoogbouwmagazijn met stille polyurethaan aandrijfwielen, een elektrische trekker met massief rubberen aandrijfwielen, of een heftruck met duurzame Vulkollan wielen – de juiste keuze verhoogt de prestaties, veiligheid en levensduur. Neem daarbij ook innovatieve oplossingen als flenswielen voor railsystemen en ondersteunende geleiderollen in overweging wanneer de situatie daarom vraagt. Door alle factoren in samenhang te bekijken, haalt men het maximale uit zowel de aandrijfwielen als de machine waarin ze zijn gemonteerd.