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Einsatz von Riementrieben

Mit Hilfe eines Riementriebes kann ein Drehmoment bei

relativ geringem Energieverlust
einfach
erschütterungsfrei
wartungsarm
auch bei großen Achsabständen zwischen zwei oder mehreren Wellen übertragen werden.

Diese Funktionen lassen sich durch kraftschlüssige oder formschlüssige Riementriebe realisieren.

Allgemeine Vor- und Nachteile gegenüber Kettentrieben

Vorteile:

Aufgrund der Einfachheit in Konstruktion und Herstellung sind Riementriebe kostengünstiger.
Durch die elastische Kraftübertragung wirken Riementriebe stoß- und schwingungsdämpfend.
Gekreuzter Wellenantrieb durch flexible Eigenschaften des Zugmittels möglich.
Schmierstoffeinsatz wird aufgrund der stofflichen Zusammensetzung der Wirkpartner nicht benötigt.
Geringeres Gewicht durch Leichtbauweise
Überlastungsschutz durch Reibungskraft bei kraftschlüssigen Riementrieben.
Ruhiger und geräuscharmer Lauf resultiert aus der stofflichen Zusammensetzung der Wirkpartner.

Nachteile:

Gleichlauf (Synchronisierung) betroffener Wellen aufgrund des Dehnschlupfes bei kraftschlüssigen Riementrieben nicht möglich
Um eine größtmögliche Reibungskraft zwischen Riemenscheibe und Zugmittel zu ermöglichen, wird eine hohe Vorspannkraft auf den Riemen ausgeübt, wodurch eine zusätzliche Lagerbelastung entsteht.
Riemenwerkstoff begrenzt durch seine Zusammensetzung den Einsatz in höheren Temperaturbereichen und ist reagiert empfindlich gegenüber Öl, Benzin, Wasser, Schmutz und Staub.
Großer Platzbedarf resultiert aus der Dimensionierung.
Durch die elastische Eigenschaft des Riemens ist dieser einer fortlaufenden Dehnung unterlegen, was ein Nachspannen bis zum Ende der Lebenslaufzeit erforderlich macht.
Für Montagezwecke lassen sich Riemen gegenüber der Kette überwiegend nicht durch ein Schloss öffnen.
Aufgrund der stofflichen Zusammensetzung geringere Lebensdauer

Kraftschlüssige Riementriebe

Kraftschlüssige Riementriebe übertragen das Drehmoment durch die in der Kontaktfläche zwischen Riemen und Riemenscheibe wirkenden Reibungskraft. Dies ist bei Flach-, Keil- oder Rundriemen der Fall. Die Größe der auftretenden Reibungskräfte hängt von der Riemenvorspannung ab, die von der richtigen Riemenlänge, der Möglichkeit zum Verstellen des Achsabstandes oder der Verwendung von Spannrollen abhängig ist. Die Spannrolle muss jeweils auf der unbelasteten Riemenseite (Leertrum), in der Nähe der kleineren Riemenscheibe vorgesehen werden, um einen größtmöglichen Umschlingungswinkel zu gewährleisten.

Zu beachten sind auch durch Riemenvorspannung auftretenden Spannkräfte, die bei den Lagerungen der Wellen zu berücksichtigen sind. Kraftschlüssige Riementriebe eignen sich nicht zur positionsgenauen Übertragung von Drehmomenten (Synchronisation), da hierbei zwangsläufig durch die Dehnung des Riemens und der Umfangskraft ein ca. 2%-er Schlupf zwischen Riemen und Riemenscheibe auftritt.

Flachriemen

Flachriemen werden meist aus Textilien hergestellt und an den Enden entweder verklebt, verschweißt oder vernäht. Die Flachriemen nutzen die Reibungskraft auf den Riemenscheiben aus. Zudem können Flachriemen auch bei gekreuzten oder halbgekreuzten Riemenführungen eingesetzt werden, wobei aber bei diesen beiden Varianten der Riemenverschleiß größer als bei offenen Riementrieben ist.

Flachriemen haben gegenüber anderen Riemenarten außerdem den Vorteil, dass sie auf flachen Riemenscheiben seitlich verschoben werden können. So können sie von einer auf der Welle befestigten Scheibe auf eine daneben befindliche durchdrehende Scheibe verschoben werden und stellen dadurch eine einfache Kupplung dar. Durch die kleine Materialstärke sind sie biegsamer und der Scheibendurchmesser kann kleiner als bei Keilriemen sein.

Um zu verhindern, dass der Riemen von den Scheiben läuft, sind diese ballig ausgeführt: der Riemen zentriert sich automatisch.

Aufbau von Flachriemen

Keilriemen

Fast alle Keilriemenarten sind meist endlos gefertigte Gummiriemen mit trapezförmigem Querschnitt, die einvulkanisierte Polyesterfäden zur Erhöhung der Zugfestigkeit enthalten. Im Gegensatz zum Flachriemen wird die Umfangskraft nicht durch Reibung auf der Innenseite des Riemens übertragen, sondern durch die Reibungskräfte als Folge der hohen Anpresskräfte an den schrägen Flanken des Keilriemens.

Sie können bei gleichem Platzbedarf wesentlich größere Drehmomente als Flachriemen übertragen. Durch die höhere Reibung sind die Kräfte auf die Lager wesentlich geringer.

Man kann auch mehrere Keilriemen nebeneinander anordnen. Bei Antrieben mit mehreren parallelen Keilriemen ist aufgrund der Ausdehnung jedoch wichtig, dass alle Riemen zugleich getauscht werden.

Trotz aller Vorteile gegenüber anderen Riemenarten bei der Kraftübertragung sind Keilriemen aufgrund ihrer Dimensionierung bei den Riemenführungen nur eingeschränkt einsetzbar. Während Flachriemen nicht genormt sind, sind die Keilriemen weitgehend standardisiert, sodass sie herstellerneutral verwendet und getauscht werden können. Da der Keilriemen relativ hoch ist, kommt es bei der Umlenkung innen zu einer Stauchung und somit zur Erwärmung.

Man kann den Keilriemen auch zahnen, um kleine Scheibendurchmesser zu erlauben oder die Verluste zu verringern. Jedoch ist auch ein gezahnter Keilriemen immer noch ein Keilriemen, da er kraftschlüssig durch die Keilwirkung an den Flanken arbeitet.

Der Keilrippenriemen ist eine Mischform aus Flachriemen und Keilriemen. Der Riemen besitzt Rippen, die in Längsrichtung verlaufen. Die Riemenscheibe weist entsprechende Rillen auf.

Rundriemen

Für kleine Kräfte werden häufig auch Rundriemen verwendet. Diese kommen heute als Vollkunststoffriemen oder aus geflochtenen Kunststofffaserriemen zur Anwendung. Sie haben den Vorteil, dass sie sehr flexibel anwendbar sind. Sie werden beispielsweise bei Textil- oder Büromaschinen verwendet. Sie vertragen hohe Geschwindigkeiten, haben eine ähnlich hohe Reibung wie Keilriemen, sind aber leichter zu kreuzen. Die Riemenscheiben müssen nicht unbedingt fluchten (Riemenführungen).

Formschlüssige Riementriebe

Bei formschlüssigen Riementrieben (Zahnriementriebe) wird das Drehmoment durch Ineinandergreifen der Zähne des Riemens und der Synchronriemenscheibe (z.B. Zahnrad mit seitlichen Bordscheiben, welche das Abspringen des Riemens verhindern) von der Antriebswelle auf das Zugmittel bzw. dem Zugmittel auf die Abtriebswelle übertragen.

Zahnriemen verbinden die Vorteile der Flach- und Keilriemen mit der Schlupffreiheit der Kettentriebe, wobei der Umschlingungswinkel des Riemens auf dem Zahnrad nicht so groß sein muss wie bei den Keil- oder Flachriemen.

Zahnriemen zeichnen sich aus durch Laufruhe, geringere Riemenvorspannung und der daraus geringeren Lagerbelastung, die durch profillosen Spannrollen auf der Riemenaussenseite eingestellt wird. Darüber hinaus ist eine Riementriebkonstruktion meist eine kostengünstigere Alternative zu Antriebsketten.

Da kein Durchrutschen zwischen den eingreifenden Partnern möglich ist, können formschlüssige Riementriebe auch für Steueraufgaben eingesetzt werden, z.B. in Verbrennungsmotoren zur Synchronisation der Kurbelwellen- mit der Nockenwellenbewegung (siehe: Zahnriemen).

Als Nachteile gegenüber Ketten sind die schlechtere Temperaturbeständigkeit und die geringere Lebensdauer zu nennen.

Zu den Auslegungskriterien zählen u.a. vom Hersteller ermittelte Tabellen, die die maximale zu übertragende Leistung in Abhängigkeit der Geschwindigkeit und der Zähnezahlen darstellen.

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Ein Anwendungsbeispiel für das Fach Entwicklung & Konstruktion zeigt die Projektarbeit Riementrieb.