Zahnriemenscheiben, Synchronriemenscheiben und Spannrollen richtig auswählen und wechseln

Riemensysteme kommen dort zum Einsatz, wo mechanische Energie effizient übertragen werden soll. Je nach Anforderung an Kraftübertragung, Präzision oder auch Geräuschminimierung werden dabei verschiedene Riemenprofile und Komponenten wie Zahnriemenscheiben, Synchronriemenscheiben oder Spannrollen verwendet. Dieser Artikel zeigt auf, worauf bei der Auswahl zu achten ist.

Das passende Riemensystem auswählen

Bei der Auswahl eines Zahnriemen- oder Synchronriemensystems geht es zunächst darum, welche Aufgabe erfüllt werden soll und welches Riemenprofil dafür am besten geeignet ist. Hier spielen etwa Fragen zur erforderlichen Kraftübertragung, der Synchronisationsgenauigkeit von Bewegungen, aber auch ein möglichst geringer Verschleiß eine Rolle. Abhängig vom gewählten Schwerpunkt wählt man anschließend ein Riemenprofil und entscheidet damit meist auch über die Mindestanzahl der Zähne des Antriebsrades.

Übersicht Riemenprofile

Die folgende Tabelle gibt eine Anwendungsempfehlung für Synchronriemen, Synchronriemenscheiben und passende Laufrollen:

Riemenprofil und Teilung

Neben der Zahngeometrie ist die Teilung, also der Abstand der Zähne entscheidend für die Kompatibilität der Riemenscheibe mit dem Riemen. Viele der heute verwendeten Synchronriemen basieren auf dem metrischen Maß (metrisches Profil), während zöllige Profile vor allem bei älteren Anwendungen und in den USA zum Einsatz kommen. Bei der Zahnform unterscheidet man zwischen traditionellen trapezförmigen Zähnen, die einfach in der Herstellung, aber eher laut in der Verwendung sind und daher vor allem bei geringen bis mittleren Präzisionsanforderungen (z. B. in der Fördertechnik) zum Einsatz kommen, sowie moderneren Rundprofilen für präzise und geräuscharme Anwendung (z. B. in CNC-Maschinen).

Anzahl der Zähne

Hier gilt die Regel: Eine höhere Anzahl von Zähnen sorgt für einen sanfteren Lauf und reduziert den Verschleiß. Eine geringere Anzahl von Zähnen erlaubt eine kompaktere Bauweise, erhöht aber die Beanspruchung.

Material der Riemenscheiben

Auch bei der Materialwahl der Riemenscheiben kommt es auf den spezifischen Anwendungsfall an. Komponenten aus Aluminium sind leicht und rostfrei, aber nicht für hohe Drehmomente geeignet. Stahl bietet eine hohe Festigkeit, ist jedoch schwerer und anfälliger für Korrosion. Kunststoff wiederum kann eine kostengünstige und verschleißarme Alternative darstellen, empfiehlt sich aber nur für niedrige Belastungen.

Wellendurchmesser und Befestigung

Wichtig ist, dass die Zahnriemenscheibe exakt auf die Welle passt. Nur so lässt sich eine sichere und effiziente Kraftübertragung gewährleisten. Je nach Anwendung gibt es verschiedene Möglichkeiten zur Befestigung: Klemmnaben lassen sich einfach montieren und demontieren, Keilnutverbindungen sorgen für eine formschlüssige Kraftübertragung und Taper-Spannbuchsen sind besonders bei häufigem Wechseln der Riemenscheiben eine flexible und sichere Lösung.

Spannrollenarten

Die Wahl der richtigen Spannrollen beeinflusst direkt die Lebensdauer des Antriebs. Feste Spannrollen verwendet man, um eine konstante Riemenspannung aufrechtzuerhalten, besonders in Anwendungen mit minimalen Längenänderungen des Zahnriemens. Federbelastete Spannrollen gleichen Längendehnungen aus und reduzieren Vibrationen. Umlenkrollen werden eingesetzt, um die Laufrichtung des Zahnriemens zu ändern und die Riemenführung zu optimieren, vor allem in Antriebssystemen mit mehreren Achsen.

Beziehung zwischen Riemenscheiben und Riemen

Ein Riemensystem besteht üblicherweise aus Antriebsriemenscheibe, Abtriebsriemenscheibe, Riemen und Spannrollen. Es gelten die Regeln der mechanischen Kraftübertragung. Die Riemenscheiben legen dabei Synchronisation und Schlupf sowie Übersetzungsverhältnis fest - eine präzise Synchronisation erfordert Zahnriemen und Zahnriemenscheiben. Dafür muss immer eine Mindestanzahl von Zähnen im Eingriff sein, um die Kraft gleichmäßig zu übertragen und das Überspringen des Riemens zu vermeiden. Außerdem kommt es auf die richtige Riemenspannung an, da eine zu geringe Spannung Schlupf verursacht, während eine zu hohe Spannung Lager und Riemen übermäßig belastet.

Auch die Wahl der passenden Welle-Nabe-Verbindungen ist ein entscheidender Faktor in Riemensystemen, weil sie für eine gleichmäßige Drehmomentübertragung sorgen:

• Klemmverbindungen nutzen Reibschluss und ermöglichen eine flexible und beschädigungsfreie Montage
• Keilnutverbindungen sind für hohe Drehmomente geeignet
• Spannsatzverbindungen erlauben eine spielfreie Montage, erfordern jedoch eine exakte Justierung
• Taper-Spannbuchsen ermöglichen eine schnelle Montage und Demontage

Wichtig ist es, Herstellerangaben immer genau zu beachten, um Beschädigungen und übermäßigem Verschleiß vorzubeugen.

Defekte bei Zahnriemenscheiben und Spannrollen

Eine falsche Spannung des Zahnriemens kann schwerwiegende Folgen haben: Ist sie zu gering, kann der Riemen durchrutschen, was den Wirkungsgrad des Antriebs verringert und die Zähne übermäßig belastet; ist sie zu hoch, belastet das die Lager, führt zu erhöhtem Verschleiß am Riemen und kann zu einem vorzeitigen Ausfall führen. Zu den typischen Defekten und Fehlerursachen in Riemensystemen gehören:

Verschleiß der Riemenzähne

Hier ist meist entweder eine unzureichende Spannung der Verursacher, oder es wurde die falsche Teilung ausgewählt. Auch ist es möglich, dass die Lebensdauer der Riemen erreicht wurde.

Geräusche

Bei Pfeif- oder Quietschgeräuschen sollte man zunächst die Riemenspannung überprüfen. Ein Summen oder Dröhnen kommt meist von Resonanzschwingungen oder einer Fehlausrichtung der Riemenscheiben. Klopfende oder ratternde Geräusche weisen auf nicht exakt passende Teile oder einen ungleichmäßig abgenutzten Riemen hin.

Ausgefranste Riemenkanten

Dies zeugt meist von einer Fehlausrichtung der Riemenscheiben.

Risse oder Brüche im Zahnriemen

Bei zu hoher mechanischer Belastung oder Materialermüdung kann es dazu kommen, dass Zahnriemen reißen oder brechen. Umso wichtiger ist die regelmäßige Wartung.

Zahnriemenscheiben und Spannrollen wechseln

Für ein langlebiges und funktionales Riemensystem ist es wichtig, die Komponenten regelmäßig zu überprüfen und auszutauschen. Hier sind unbedingt die Herstellerangaben zu beachten. Beim Austausch kommt es wie beim initialen Einbau darauf an, neue Zahnriemenscheiben und Spannrollen auf Maßhaltigkeit zu prüfen. Außerdem muss die Riemenspannung, die vor dem Austausch gelöst wurde, anschließend wieder korrekt eingestellt werden.

Anwendungsbeispiele

Riemensysteme kommen in vielen Bereichen zum Einsatz. Hier folgen zwei Anwendungen.

Hubvorrichtung mit Exzenterwelle

Eine klassische Anwendung von Zahnriemenantrieben, bei der eine rotierende Exzenterwelle eine lineare Hubbewegung erzeugt.

Entscheiden sind hier die Verwendung hochbelastbarer Synchronriemenscheiben mit verstärkten Riemen und hochwertigen Spannrollen zur Kompensation von Längentoleranzen sowie eine präzise Spannungseinstellung.

Langhubtisch mit Riemenantrieb

Zahnriemenantriebe kommen auch zum Einsatz, um präzise und schnelle lineare Bewegungen über weite Distanzen zu ermöglichen, etwa bei Langhubtischen in Montage- und Verpackungsanlagen. Im Vergleich zu Kugengewindetrieben sorgt ein Riemensystem hier für hohe Genauigkeit und hohe Geschwindigkeiten bei geringer Wartung.