Keilriemen

Zwei parallel laufende Keilriemen, schematisch

Keilriemen sind Treibriemen von Riementrieben, die einen trapezförmigen Querschnitt besitzen.

Die Reibung in einer keilförmigen Rille ist wesentlich höher als bei einer flachen Auflage. Diesen Umstand nutzen die Keilriemen aus. Sie bestehen aus Gummi mit einer Textil- oder Stahlseileinlage und werden endlos gefertigt. Sie können bei gleichem Platzbedarf wesentlich größere Drehmomente als Flachriemen übertragen. Durch die höhere Reibung sind die Kräfte auf die Lager wesentlich geringer. Im Vergleich zum Flachriemen ist der Wirkungsgrad allerdings etwas geringer.

Man kann auch mehrere Keilriemen nebeneinander anordnen. Da sich Keilriemen während ihres Einsatzes allmählich ausdehnen, ist es jedoch wichtig, dass bei Antrieben mit mehreren parallelen Keilriemen alle Riemen zugleich getauscht werden.

In der Praxis werden hauptsächlich vier unterschiedliche Keilriemenarten verwendet.

• Klassische Keilriemen - Keilriemen, die mit einer Gewebelage ummantelt sind und in den Profilen 5, 6, 8, 10, 13, 17, 20, 22, 25, 32 und 40 hergestellt werden. Sie zeichnen sich durch eine sehr hohe Betriebssicherheit aus. Der Einsatz ist aber sehr rückläufig.
• Schmalkeilriemen - ebenfalls ummantelt, aber mit verbesserter Leistungsübertragung. Eingesetzt in den Profilen SPZ (9,7), SPA (12,7), SPB (16,3), SPC (22)
• Flankenoffene Keilriemen - Keilriemen mit offenen Flanken (FO) mit Vorteilen im Verschleißverhalten, der Laufgenauigkeit und dem Reibschluss. Profile: XPZ, XPA, XPB, XPC
• Formgezahnte Keilriemen - wie der flankenoffene Keilriemen, aber zusätzlich mit formgezahnter Innenseite (FOZ). Dieser Typ wird bei neuen Antrieben bevorzugt, bedingt durch längere Laufzeiten, geringeren Energieverbrauch und höhere Leistungsübertragung.

Der Keilriemen ist wohl der bekannteste Vertreter der Antriebsriemen. Er findet in Kraftfahrzeugen Verwendung, um die Lichtmaschine, häufig auch den Ventilator und die Wasserpumpe oder die Hydraulikpumpe (Servopumpe) für die Servolenkung anzutreiben. Ebenso wird er im Haushalt in Waschmaschinen zum Drehen der Trommel verwendet.

Normalerweise laufen Keilriemen auf Keilriemenscheiben mit einem fixen Durchmesser. Man kann jedoch auch zwei konische Scheiben weiter zusammen oder auseinander schieben, so dass der Riemen weiter innen oder außen läuft. So entsteht ein stufenlos verstellbares Getriebe. Eine dieser Bauformen, die sich drehzahlabhängig selbst nachstellt, ist auch unter der Bezeichnung Variomatic bekannt und wird bei Motorrollern eingesetzt.

Während Flachriemen nicht genormt sind, sind Keilriemen weitgehend standardisiert, so dass sie herstellerneutral verwendet und getauscht werden können. Da es unterschiedliche Normen gibt, DIN 7753 Teil 1/ISO 4184 Europäisch und RMA/MPTA Amerikanisch, wird ein Umrechnungsfaktor Ld auf La (s. u.) benutzt.

Da ein Keilriemen relativ hoch (dick) ist, kommt es bei der Umlenkung zu einer Stauchung innen und somit zur Erwärmung. Man kann den Keilriemen zahnen, um kleinere 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.

Keilrippenriemen an einem Waschmaschinenantrieb; Riemenscheiben-Durchmesser 22,4 mm

Keilrippenriemen

Der Keilrippenriemen (auch Keilrippriemen) ist eine Weiterentwicklung des Keilriemens. Keilrippenriemen vereinen die Vorteile des Flachriemens (geringe Radien) mit denen des Keilriemens (geringere Umschlingungswinkel bzw. größere Reibung).
Der Riemen besitzt Rippen, die in Längsrichtung verlaufen. Die Riemenscheibe weist entsprechende Rillen auf. Keilrippenriemen werden in letzter Zeit zunehmend zum Beispiel in sogenannten Serpentinentrieben von Motoren zum Antrieb mehrerer Nebenaggregate (wie Kühlwasserpumpe, Klimakompressor, Lichtmaschine, Servopumpe von Kraftfahrzeugen) aber auch in Waschmaschinen verwendet. Mit Keilrippenriemen können mehrere Aggregate mit einem Riemen angetrieben werden, indem zum Beispiel auch die glatte Außenseite benutzt wird. Keilrippenriementriebe in Kraftfahrzeugen können auf eine Lebensdauer von 160.000 km ausgelegt sein. Sie benötigen im Gegensatz zum Keilriemen, der oft statisch gespannt ist, automatische Spannsysteme, um unter allen Betriebsbedingungen eine möglichst konstante Riemenkraft gewährleisten zu können.

Die Gebrauchsnummer des Keilrippenriemen (auf jedem Keilrippenriemen vermerkt) gibt Auskunft über Rippenanzahl, Riemenprofil und die Bezugslänge. „5PK940“ hat also 5 Rippen, das Profil PK und eine Bezugslänge von 940 mm.

Gliederkeilriemen zum Antrieb einer Drehmaschine; innenliegender Antrieb

Gliederkeilriemen (Lamellenkeilriemen)

Gliederkeilriemen (auch Lamellenkeilriemen) sind endliche Keilriemen, die aus einzelnen Gliedern (Lamellen) bestehen (Meterware). Die einzelnen Glieder werden über Stahldrehnieten (Antriebsriemen) bzw. über ein T-Stück-Ende (Hochleistungs-Transportriemen) miteinander verbunden und bestehen aus Polyurethan-Elastomeren, die mit mehreren Schichten Polyestergewebe verstärkt sind. Übertragene Leistungen und verwendete Riemenscheiben entsprechen klassischen Keilriemen bzw. Schmalkeilriemen aus Gummigewebe.

Der Aufbau des Gliederkeilriemens erlaubt es, jede benötigte Riemenlänge mit wenigen Handgriffen selbst zu konfektionieren. Die Bauform erweist sich darüber hinaus bei innenliegenden Antrieben (oder Transportstrecken) als vorteilhaft, da der Gliederkeilriemen im Antrieb geschlossen werden kann (endlos) und somit zum Teil aufwendige Demontagen entfallen. Bei der Installation dürfen Gliederkeilriemen ̣– im Gegensatz zu Gummigewebekeilriemen – aufgesprungen werden, da sie auf Grund der Materialkomposition Polyester/Polyurethan elastisch sind.

Diese Eigenschaften erlauben es, Antriebe gezielt innenliegend zu konstruieren und auf Spanneinrichtungen zu verzichten.

Lebensdauerintervalle von Gliederkeilriemen sind auf Grund der Materialkomposition im Vergleich zu Gummigewebekeilriemensystemen – insbesondere unter schwierigen Umweltbedingungen, wie z.B. Temperaturen (von −40 °C bis +116 °C), Öl, Wasser, Dampf, Chemikalien, abrasiven Medien – stark erhöht.

Literatur

• Zugmittelgetriebe. In: Waldemar Steinhilper (Hrsg.), Bernd Sauer (Hrsg.): Konstruktionselemente des Maschinenbaus 2: Grundlagen von Maschinenelementen für Antriebsaufgaben. 6. Auflage. Springer, Berlin 2008, ISBN 978-3-540-76653-7, S. 582-584, (Auszug in der Google Buchsuche)

Weblinks

• Maschinenelemente III - Vorlesung der Universität Siegen, Kapitel Zugmittelgetriebe
• Umrechnungstabelle Auswahl von Keilriemen und Umrechnung von Ld auf La
• Technische Daten Technische Daten von Gliederkeilriemen, S.12 ff.
• Beschreibung und Anwendungsbeispiele Beschreibung und Anwendungsbeispiele Gliederkeilriemen