Richtige Auswahl von Getriebe-Synchronriemen

Ein präzise ausgelegter Synchronriemenantrieb ist der Schlüssel zu einer effizienten und langlebigen Kraftübertragung in industriellen Anwendungen. Doch worauf kommt es bei der Auswahl des richtigen Riemens an? Von der Berechnung der Bemessungsleistung über die Bestimmung der optimalen Riemenbreite bis hin zur Überprüfung des Zwischenwellenabstands – jeder Schritt beeinflusst die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer des Antriebssystems. Eine zu straffe Spannung kann Bauteile überlasten, eine zu geringe Spannung führt zu Schlupf oder Zahnausfall. Deshalb ist die richtige Riemenspannung entscheidend für eine zuverlässige Funktion. In diesem Blogbeitrag erfahren Sie, wie Sie Schritt für Schritt die ideale Riemenkonfiguration bestimmen, welche Berechnungsformeln dabei helfen und worauf Sie bei der Einstellung und Wartung besonders achten sollten.

Vorgehensweise zur Auswahl von Getriebe-Synchronriemen

Ein effizienter Synchronriemenantrieb erfordert eine präzise Dimensionierung, um eine optimale Kraftübertragung, hohe Lebensdauer und minimale Wartung zu gewährleisten. In diesem Blogbeitrag zeigen wir Ihnen Schritt für Schritt, wie Sie anhand bewährter Berechnungsformeln und Herstellerangaben den richtigen Riemen auswählen, die optimale Breite bestimmen und die Spannung korrekt einstellen, um typische Fehler zu vermeiden und die Leistung Ihres Antriebssystems zu maximieren.

Schritt 1: Ermitteln der Rahmenbedingungen

Bevor eine Synchronriemenlösung ausgewählt wird, müssen die grundlegenden technischen Anforderungen klar definiert werden. Die Dimensionierung des Antriebssystems hängt wesentlich von der zu übertragenden Kraft, den Betriebsbedingungen und den Lebensdaueranforderungen ab. Eine präzise Spezifikation dieser Parameter gewährleistet eine optimale Leistung, minimale Wartungskosten und eine lange Lebensdauer des Riemens.

Zu den erforderlichen Rahmenbedingungen gehören:

1. Maschinen- und Antriebstyp
   1. Was liegt für ein Maschinentyp vor? z.B. Förderer, Mischer usw.
2. Kraftübertragung der Antriebsseite
   1. Welche Nennleistung wird vom Motor bereitgestellt?
   2. Wie viele Umdrehungen werden vom Antrieb an der Antriebsscheibe bereitgestellt?
   3. Welche Übertragungskraft P_t wird auf die Antriebsscheibe gebracht?
   4. Liegen Lastschwankungen auf der An- oder Abtriebsseite vor?
3. Betriebsdauer pro Tag
   1. Dauerbetrieb oder Intervallbetrieb?
   2. Werden häufig Start-Stopp-Vorgänge ausgeführt?
4. Drehzahlen und Übersetzungsverhältnis
   1. Welche maximale Drehzahl erreicht die kleinen Riemenscheibe?
   2. Welches Rotationsverhältnis/Übersetzungsverhältnis wird benötigt?
   3. Welche tatsächliche Zähnezahl ergibt sich bei der großen und kleinen Riemenscheibe?
   4. Welche Mindestanzahl der Zähne haben die kleinen Scheiben?
   5. Dreht der Abtrieb schneller als der Antrieb?
5. Wellenmittenabstand
   1. gibt es für die Riemenscheiben eine Durchmesserbegrenzung?
   2. Gibt es einen Mindestdurchmesser?
   3. Welcher Wellenanstand liegt vor?
   4. Gibt es störende Anbauteile?
6. Sonstige Einsatzbedingungen
   1. Temperatur, Staub
   2. Feuchtigkeit, Chemikalien usw.

In vielen Fallen wird bereits bei der Ermittlung der Rahmenbedingungen eine Abschätzung des vorraussichtlich in Frage kommenden Riementyps vorgenommen. Meist erfolgt dies durch eine Vorauswahl anhand der Auswahl Führungstabellen (siehe Schritt 3). Durch einfaches Ablesen kann in diesen Übersichten anhand der erwarteten Drehzahl der kleinen Riemenscheibe und der abgeschätzten Nennleistung bereits die Serie des Riemens eingegrenzt werden. Mit der so ausgewählten Serie des Synchronriemens kann dann gezielt die Berechnung durchgeführt werden, um die Dimensionierung und Auswahl zu überprüfen.

Schritt 2: Berechnung der Bemessungsleistung

Die Bemessungsleistung eines Synchronriemens beschreibt die tatsächliche Leistung, die der Riemen unter realen Betriebsbedingungen zuverlässig übertragen muss. Sie berücksichtigt dabei nicht nur die an den Synchronriemen übergebene Leistung (P_t), welche in Form des Übertragungsdrehmoments (t_q) von der vom Motor angetriebenen Synchronriemenscheibe bereitgestellt wird. Sie berücksichtigt in Form eines Überlastfaktors (K_s) auch zusätzliche Einflussfaktoren wie Lastschwankungen, Betriebsdauer und weitere Einflussgrößen. Im Gegensatz dazu gibt die Nennleistung des Antriebs lediglich an, welche Leistung dieser unter idealen Standardbedingungen dauerhaft abgeben kann. Diese Nennleistung berücksichtigt jedoch keine äußeren Einflüsse wie Lastschwankungen oder Betriebsspannungen im Riemenantrieb.

MISUMI bietet eine breite Palette an hochwertigen Synchronriemen, die für unterschiedlichste industrielle Anwendungen optimiert sind. Diese reicht von Synchronriemen für präzise Antriebssysteme bis hin zu Ausführungen für Hochleistungsanwendungen mit hohen Lasten und Drehzahlen. Für die Auswahl des richtigen Riemens ist die korrekte Berechnung der Bemessungsleistung von großer Bedeutung. Im Folgenden wird die Berechnung der Bemessungsleistung zunächst allgemein und dann anhand verschiedener Kategorien näher erläutert.

Bei den nachfolgenden Berechnungen zur Bemessungsleistung ist zu beachten, dass die Berechnungen nur für die ausgewiesenen MISUMI Synchronriemen gilt und nicht zwingend übertragbar ist.

Allgemeine Formel

Die Bemessungsleistung P_d wird als Multiplikation der übertragenen Leistung P_t mit einem Überlastfaktor K_s berechnet:

Übertragungsleistung

Die Berechnung der Übertragungsleistung P_t kann mit unterschiedlichen Größen berechnet werden.

Überlastfaktor

Während die Grundformel für die Bemessungsleistung immer gleich bleibt, werden die einzelnen Korrekturfaktoren je nach Anwendungsfall angepasst. Die konkreten Werte für diese Faktoren sind von den Betriebsbedingungen sowie der Konstruktion des Antriebssystems abhängig. Sie werden in den technischen Unterlagen und Tabellen der Riemenhersteller bereitgestellt. Dort sind detaillierte Angaben enthalten, die sich auf Anwendungsfall, Betriebszeit und Konstruktionsmerkmale beziehen. Ist für die jeweilige Serie die Anwendung eines der in der Formel angegebenen Faktoren nicht notwendig, wird der jeweilige Faktor in der Berechnung auf Null gesetzt.

Der Überlastfaktor K_s berücksichtigt zusätzliche Belastungen, die durch dynamische Lastwechsel, unterschiedliche Rotationsverhältnisse und die Nutzung von Spannrädern entstehen. Der Überlastfaktor K_s setzt sich - abhängig von der Serie des Riemens - aus bis zu 5 Korrekturfaktoren zusammen:

Schritt 3: Vorübergehende Auswahl der Riemenausführung

Die vorläufige Auswahl der Riemenführung erfolgt mithilfe von Führungstabellen.

Diese Tabellen, die von Herstellern bereitgestellt werden, umfassen wesentliche Parameter wie die Nennleistung, also die maximal übertragbare Leistung des Riemens unter Standardbedingungen (in kW). Zudem berücksichtigen sie die Drehzahl der Riemenscheibe, die die Rotationsgeschwindigkeit der angetriebenen Scheibe (in U/min) angibt, oder die Drehzahl des Antriebsrades, welche die Geschwindigkeit des antreibenden Riemenscheibenrads (in U/min) beschreibt.

Der Artikel über die Auswahl von Keilriemen und Keilriemenrädern zeigt Parallelen bei der Auslegung von Riemenantrieben mit unterschiedlichen Riemenarten und liefert Vergleichswerte.

Schritt 4: Anzahl der Zähne, Riemenlänge und Zwischenwellenabstand berechnen

Die Berechnung der Anzahl der Zähne, der Riemenlänge und des Zwischenwellenabstands sind weitere wichtige Schritte für die korrekte Dimensionierung eines Synchronriemenantriebs. In dem folgenden Beitrag finden Sie praktische Tipps zum Zusammenspiel von Zahnriemen, Riemenscheiben und Spannrollen, was die optimale Auswahl und Einstellung wesentlich erleichtert.

Mindestanzahl der Zähne bei großen und kleinen Riemenscheiben auswählen

Das Übersetzungsverhältnis bei Synchronriemenantrieben beschreibt das Verhältnis zwischen der Drehzahl der Antriebswelle und der Drehzahl der Abtriebswelle. Es wird durch die Größen der verwendeten Riemenscheiben, also z.B. deren Zahnanzahl, bestimmt. Da Synchronriemen eine feste Zahnteilung haben, muss die Zahnanzahl so gewählt werden, dass sie ein praktikables und genaues Übersetzungsverhältnis ergibt.

Ungefähren Riemenumfang berechnen

Die Berechnung des ungefähren Riemenumfangs L’_p ermöglicht eine erste Abschätzung der erforderlichen Länge des Synchronriemens. Dabei werden der vorläufige Zwischenwellenabstand sowie die Außendurchmesser der großen und kleinen Synchronriemenscheiben berücksichtigt.

Der ungefähre Riemenumfang L’_p wird mit der Standardlänge der verfügbaren Synchronriemenlängen verglichen und es wird der nächstgelegene verfügbare Riemenumfang L_p ausgewählt. Da der tatsächliche gewählte Riemenumfang L_p oft geringfügig vom ungefähren Umfang abweicht, muss der exakte Zwischenwellenabstand C für diesen Riemenumfang neu berechnet werden.

Der Wirkdurchmesser D' ist größer als der Außendurchmesser der Riemenscheibe und ist vom gewählten Zahnprofil und der Zähnezahl abhängig. Die entsprechenden Werte finden Sie in den vom Hersteller bereitgestellten Produktdaten.

Erforderlichen Zwischenwellenabstand berechnen

Durch ihr Zahnprofil sin Synchronriemen nicht an beliebiger Stelle kürzbar. Bei der Berechnung muss die Riemenlänge daher immer auf ganze Zahlen (Zähne) aufgerundet werden.

Daraus ergibt sich eine rechnerische Abweichung des technisch umsetzbaren Wellenabstands vom ursprünglich geplanten Wellenabstand. Diese Abweichung muss entweder über einen einstellbaren Wellenabstand oder ein zusätzliches Spannelement korrigiert werden.

Schritt 5: Bestimmung der Riemenbreite

Die Riemenbreite beeinflusst maßgeblich die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer eines Synchronriemenantriebs. Eine korrekte Dimensionierung stellt sicher, dass die übertragene Leistung optimal verteilt wird, unnötige Belastungen vermieden werden und der Riemen zuverlässig arbeitet.

Die Riemenbreite muss so gewählt werden, dass der Riemen die erforderliche Leistung sicher übertragen kann, ohne übermäßigen Verschleiß oder Überlastungen ausgesetzt zu sein. Je nach Größe der Riemenscheiben befindet sich eine unterschiedliche Anzahl von Zähnen im Eingriff. Je weniger Zähne im Eingriff sind, desto weniger Kraft kann ohne Überlastung vom Synchronriemen übertragen werden. Die Anzahl der im Eingrif befindlichen Zähne wird in der Berechnung der erforderlichen Riemenbreite durch den Korrekturfaktor K_m berücksichtigt.

Die erforderliche Riemenbreite kann durch folgende Formel berechnet werden:

Die Anzahl der Zähne im Eingriff Z_m hat dabei eine direkte Auswirkung auf den Eingriff-Korrekturkoeffizienten K_m, welcher wiederum die erforderliche Riemenbreite B’_w beeinflusst.

Bemessungsleistung überprüfen

In einem weiteren Schritt muss geprüft werden, ob die Bemessungsleistung P_d folgende Formel erfüllt:

Ist die berechnete Bemessungsleistung P_d kleiner als das Produkt der anderen Faktoren, dann ist die gewählte Riemenbreite ausreichend. Ist die ermittelte Leistung gleich oder größer, reicht die aktuelle Riemenbreite nicht aus, um die geforderte Leistung sicher zu übertragen. In solch einem Fall muss die Riemenbreite eine Größe größer gewählt und die Prüfung erneut durchgeführt werden. Dieser Vorgang muss gegebenenfalls so oft wiederholt werden, bis die passende Breite gefunden wurde.

Eine Übersicht der Breitenkorrekturkoeffizienten (Kb) und Längenkorrekturkoeffizienten (KL) zu den jeweiligen Serien finden Sie hier im MISUMI Webindex.

Schritt 6: Überprüfen des Einstellbereichs des Zwischenwellenabstands

Nachdem die Riemenbreite festgelegt wurde, muss überprüft werden, ob der Einstellbereich des Zwischenwellenabstands die Anforderungen erfüllt. Der Einstellbereich des Zwischenwellenabstands gibt an, in welchem Bereich der Achsabstand zwischen Antriebs- und Abtriebswelle variabel eingestellt werden kann. Durch diese Überprüfung wird sichergestellt, dass der Riemen korrekt gespannt werden kann, wodurch Verschleiß reduziert und eine lange Lebensdauer des Antriebs gewährleistet werden.

Wenn der berechnete Zwischenwellenabstand im zulässigen Bereich liegt, ist die Konstruktion korrekt. Falls nicht, muss eine Anpassung durch Änderung der einzelnen Parameter erfolgen.

Vorsichtsmaßnahmen bei der Verwendung von Synchronriemen

Die korrekte Riemenspannung ist kritisch im Hinblick auf die Lebensdauer und Funktionsfähigkeit eines Synchronriemens. Eine zu hohe oder zu niedrige Spannung kann schwerwiegende Probleme verursachen, die die Effizienz und Haltbarkeit des Antriebssystems beeinträchtigen. Bei einem zu stark gespannten Riemen können die Lager, Wellen und Riemenscheiben durch die übermäßige Zugkraft belastet werden. Ist der Riemen nicht straff genug gespannt, kann der Riemen aufgrund eines plötzlichen Drehmoments oder einer Stoßbelastung aus der Nut der Riemenscheibe springen.

Um die optimale Straffheit des Riemens zu gewährleisten, muss die richtige Durchbiegungslast angewendet werden.