Die Bedeutung des Zahnriemens im Fahrzeug- und Maschinenbau

von kfztech.de | LF 5 Motor |

Die Bedeutung des Zahnriemens im Fahrzeug- und Maschinenbau

Zahnriemen sind heutzutage eine der wichtigsten Komponenten im Fahrzeug- und Maschinenbau. Sie gehören zur Gattung der Treibriemen. Dabei zeichnet sie aus, dass sie durch ihre Form schlüssig mit gezahnten Riemenscheiben arbeiten können. Damit stehen sie im Gegensatz zu Keil- oder Flachriemen, denen dieses Feature fehlt.

Ein weiterer Vorteil von Zahnriemen besteht darein, dass kein Schlupf auftreten kann. Dank der Zahnung können die Zahnriemen deshalb auch beim Steuern von Komponenten eingesetzt werden.

Das Einsatzgebiet von Zahnriemen im Werkzeug- und Maschinenbau liegt überall dort, wo die Kraftübertragung rotierender Teile spielfrei und stabil stattfinden muss. So sind klassische Anwendungsbereiche zum Beispiel Linearantriebe von Druckern, Roboter oder Verpackungsmaschinen. Doch auch bei Positioniersystemen und Servomotoren wird in der Regel mit Zahnriemen gearbeitet. Dort kommt es nämlich auf eine synchrone Übertragung der Leistung an.

Normalerweise werden Zahnriemen aus Polyurethan, Nitril oder Neopren angefertigt. Letzteres wird im Fachjargon auch Chloropren genannt. Damit ist ein sehr beständiger Synthesekautschuk gemeint, der widerstandsfähig gegenüber Witterung und Versprödung ist. Als Polyurethane (PUR) bezeichnet man in der Regel Kunststoffe, die die Möglichkeit bieten, in ihren Eigenschaften flexibel modifiziert werden zu können. Die mechanischen Eigenschaften von Zahnriemen für den Maschinenbau und Automobil werden in der Regel auch noch optimiert. Dies geschieht durch das Ergänzen eines Zugstrangs aus Stahl, Glasfaser, Aramid oder Polyester.

Das bevorzugte Material beim Riemenhersteller Gates wird für Steuerriemen in den meisten neuen Motoren ein hoch gesättigtes Nitril (Highly saturated nitrile - HSN) verwendet. - Bild: Gates

Was macht die Zahnriemen so besonders?

Einer der wichtigsten Faktoren, warum Zahnriemen eine solche Bedeutung haben, ist das Vereinen der Eigenschaften einer Kette und eines Flachriemens. Durch die Zahnung ist nämlich ein formschlüssiges Laufen des Riemens in die ebenfalls gezahnten Riemenscheiben möglich. Der Vorteil daran ist, dass Zahnriemen für die Übertragung von großen Riemenkräften eingesetzt werden können. Bei diesen würden die Keil- oder Flachriemen nämlich einfach durchrutschen. Des Weiteren können Zahnriemen bei Stelltrieben zur Verwendung kommen. Hier verhindert die Zahnung nämlich, dass das Treibrad und das getriebene Rad sich zueinander verdrehen können.

Über zwei Zahnriemen werden jeweils Einlass- und Auslassnockenwelle angetrieben. - Bild: LUK

Zahnriemen werden heutzutage typischerweise als Alternative zu Steuerketten eingesetzt. Vor allem für den Antrieb von Nockenwellen von Viertaktmotoren bieten sie sich dabei an. Gegenüber Steuerketten haben Zahnriemen in diesem Kontext nämlich einige sehr entscheidende Vorteile:

• Sie sind geräuschärmer. Bei täglichen Arbeiten mit Maschinen, die mehrere Stunden dauern, kann ein stetig lautes Geräusch schnell zur physischen und psychischen Belastung für den Arbeiter werden.

• Bei einer geringen Belastung haben Zahnriemen eine hohe Lebenserwartung. Dies ist vor allem vor einem wirtschaftlichen Hintergrund essenziell, da so einige Kosten durch Austausch und Wartung gespart werden können.

• Durch das leichtere Material haben Zahnriemen eine geringere Masse, wodurch wiederum höhere Drehzahlen möglich werden.

• Da die Anbringung an der Außenseite eines Motorraums erfolgt, können sie relativ leicht ausgetauscht bzw. auf Beschädigungen kontrolliert werden.

• Die Zahnriemen sind selbstschmierend und benötigen daher keine Schmierungswartung.

• Durch die Beschaffenheit des Materials ist ein sehr viel engerer Umschlingungswinkel möglich. Damit ist gemeint, dass die Zahnräder deutlich kleiner ausfallen können als bei einer Steuerkette.

• Auch finanziell rentieren sich Zahnriemen deutlich, allein schon durch das günstigere Material gegenüber den metallischen Steuerketten. Und auch die meist öldruckbelasteten Kettenspanner, die teils kostenintensiv ausfallen können, werden beim Einsatz von Zahnriemen überflüssig.

• Während der Lebensdauer eines Zahnriemens erfolgt so gut wie keine Längung der Zahnriemen. Dadurch wird eine sehr präzise Steuerung und Handhabung der Riemen möglich.  

Verschiedene Spannerstellungen M: Riemenmontage, A1: Anfang des Arbeitsbereiches, N: Nennposition, A2: Ende des Arbeitsbereiches - Bild: LUK

Mögliche Ausfallursachen im Zahnriementrieb

Alledings arbeiten moderne hochentwickelte Motoren mit höheren Temperaturen und auch größeren Drehzahlen. Um Platz im Motorraum zu sparen, werden die Durchmesser der Scheiben kleiner gewählt. Alles dies schafft schwierigere Beriebsbedingungen, was die Belastung des Riemens und seiner Komponenten erhöht. Durch unsachgemäße Montage, billige Ersatzteilriemen, Eindringen von Wasser, Öl oder Fremdkörpern oder Wechselintervallüberschreitung kann die Lebenssdauer des Zahnriemens herabgesetzt werden, wie LUK weiß.

• Riemenspannung zu hoch oder zu gering

• Schmutzpartikel im Riementrieb

• Kantenverschleiß am Riemen

• Verschleiß der Zahnflanken am Riemen

• Dichtungsquietschen durch trockene Dichtlippe des Lagers (Lebensdauer überschritten!)

• unzulässige Lagerluftreduzierung durch Verformung des Innenrings am Lager (falsches Anziehdrehmoment!)

• Laufscheiben der Rollen beschädigt

• Fettgebrauchsdauer des Lagers überschritten

Verschlissene Kanten und Stege evtl. durch zu hohe Vorspannung - Bild: LUK

Ausgebrochene Zähne durch vermutlich zu niedrige Vorspannung - Bild: LUK

Zahnriemenwechsel Hinweise

Der Zahnriemenwechsel gehört in die Hände eines Fachmanns, der auch über dir richtigen technischen Unterlagen und Werkzeuge verfügt. Wer dennoch den Wechsel selber machen möchte, sollte auf jeden Fall die folgenden Hinweise von Gates befolgen:

• Nur den korrekten Riemen verwenden

• Steuerriemen niemals knicken, verdrehen oder über einen zu kleinen Radius biegen, da dies die Zugstränge schädigen könnte.

• Immer die Werkstatthinweise befolgen

• Richtige  Montagewerkzeuge verwenden. 

• keinen gebrauchten Zahnriemen einbauen

• Zum Riemen immer auch neue Umlenk- und Spannrollen mittauschen

• Vorbeugend auch gleich die Wasserpumpe mit wechseln (Hinweis: kfztech.de)

Zahnrimen dürfen nicht geknickt, zu stark gebogen oder verdreht werden - Bild: Gates

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