In diesem Beitrag erfahren Sie, was ein Riemenantrieb ist und wie er funktioniert. Verschiedene Arten von Riemenantrieben, Was ist ein Schlupf und Kriechen im Riemen und Vorteile &Nachteile von Riemenantrieben.

Riemenantriebe

Die Rotationsbewegung ist das ideale und einfachste Mittel zur Übertragung von mechanischer Leistung mit vernachlässigbaren Verlusten. Die Drehbewegung kann von einem mechanischen Element zum anderen mit Hilfe bestimmter Systeme übertragen werden, die als Übertragungssysteme oder Antriebe bekannt sind.

Diese Systeme werden von einer Antriebsmaschine angetrieben oder übertragen die Drehbewegung auf die verschiedenen Teile einer Maschine in sich selbst. In der Regel werden Wellen zur Übertragung der Drehbewegung verwendet.

• Dasjenige, das antreibt, nennt man treibendes System und
• das andere, das angetrieben wird, nennt man angetriebenes System.

Riemenantriebe

Riemenantriebe sind eine Art von Reibungsantrieben, die zur Übertragung von Kräften von einer Welle auf eine andere mittels Riemenscheiben verwendet werden, die sich mit gleicher oder unterschiedlicher Geschwindigkeit drehen.

Ein Riemenantrieb ist in der Abbildung dargestellt. Er besteht aus zwei Riemenscheiben, über die ein endloser Riemen geführt wird. Die mechanische Kraft oder Drehbewegung wird von der treibenden Scheibe auf die getriebene Scheibe übertragen, weil zwischen dem Riemen und der Scheibenoberfläche ein Reibschluss besteht.

Der Teil des Riemens, der eine geringere Spannung hat, wird als schlaffe Seite bezeichnet, der Teil, der eine höhere Spannung hat, als straffe Seite. Die effektive Zugkraft des Riemens, die die Drehung der angetriebenen Riemenscheibe bewirkt, ist der Unterschied in der Spannung auf der schlaffen und der straffen Seite.

Die Spannungen auf der straffen und der schlaffen Seite des Riemens hängen vom Berührungswinkel ab, die Riementriebe müssen so angeordnet werden, dass die schlaffe Seite über und die straffe Seite unter den Riemenscheiben liegt.

Durch diese Anordnung wird der Berührungswinkel des Riemens auf der angetriebenen Seite erhöht. Bei einem Riemenantrieb besteht immer die Möglichkeit, dass ein gewisser Schlupf zwischen dem Riemen und den Riemenscheiben auftritt, was dazu führt, dass sich die angetriebene Scheibe mit einer geringeren Geschwindigkeit dreht und somit die Kraftübertragung verringert. Daher sind Riemenantriebe keine positive Art der Kraftübertragung

Riementypen

Es gibt vier häufig verwendete Riementypen:

1. Flachriemen
2. Keilriemen
3. Kreisförmig

Flachriemen: Dieser Riemen hat einen rechteckigen Querschnitt. Diese Riemen sind in der Lage, die Leistung über große Entfernungen zwischen den Riemenscheiben zu übertragen. Der Wirkungsgrad dieses Antriebs liegt bei ca. 98% und ist geräuscharm.

Keilriemen: Keilriemen werden auch bei gerillten Scheiben verwendet, Keilriemen haben einen trapezförmigen Querschnitt. Diese Riemen erlauben ein großes Drehzahlverhältnis und können höhere Leistungen übertragen. Mehrfachantriebe sind möglich.

Kreisförmig: Dieser Riementyp hat einen kreisförmigen Querschnitt und wird bei den Rillenscheiben verwendet.

Arten von Riemenantrieben

Nachfolgend sind die 5 Haupttypen von Riemenantrieben aufgeführt:

1. Offener Riemenantrieb.
2. Kreuzriemenantrieb.
3. Steppkegelscheiben- oder Drehzahlkegelantrieb.
4. Schnelle und lose Riemenscheiben.
5. Jockey-Riemenscheibenantrieb.

Open Belt Drive

• Bei diesen Arten des Riemenantriebs wird der Riemen eingesetzt, wenn sich die beiden parallelen Wellen in dieselbe Richtung drehen müssen.
• Wenn die Wellen weit voneinander entfernt sind, sollte die untere Seite des Riemens die straffe Seite und die obere Seite die schlaffe Seite sein.
• Das liegt daran, dass die obere Seite, wenn sie zur schlaffen Seite wird, durch ihr eigenes Gewicht durchhängt und so den Kontaktbogen vergrößert.

Cross Belt Drive

• Bei dieser Art von Riemenantrieb wird der Riemen eingesetzt, wenn sich zwei parallele Wellen in entgegengesetzter Richtung drehen müssen. An der Kreuzung, wo sich die Riemen kreuzen, reibt er an sich selbst und verschleißt.
• Um übermäßigen Verschleiß zu vermeiden, müssen die Wellen in einem maximalen Abstand zueinander angeordnet und mit sehr niedrigen Drehzahlen betrieben werden.

3.Stufenkegelscheibe oder Speed Cone Drive

Eine Stufenkegelscheibe, die auch als Speed Cone bekannt ist, ist in der Abbildung dargestellt.

• Diese Art von Riemenantrieben wird verwendet, wenn die Geschwindigkeit der angetriebenen Welle sehr häufig geändert werden soll, wie bei Werkzeugmaschinen wie Drehbänken, Bohrmaschinen, usw.
• Eine gestufte Kegelscheibe ist ein Gussteil mit drei oder mehreren Scheiben unterschiedlicher Größe, die nebeneinander angeordnet sind, wie in der Abbildung gezeigt.
• Ein Satz gestufter Kegelscheiben ist umgekehrt auf der angetriebenen Welle montiert. Ein endloser Riemen wird um ein Paar Riemenscheiben gewickelt.
• Durch Verschieben des Riemens von einem Paar Riemenscheiben zum anderen kann die Geschwindigkeit der angetriebenen Welle variiert werden.
• Der Durchmesser der treibenden und der getriebenen Riemenscheibe ist so gewählt, dass derselbe Riemen auch dann funktioniert, wenn er auf verschiedenen Paaren von Riemenscheiben läuft.

Schneller und loser Riemenantrieb

Ein schneller und loser Riemenantrieb ist in Abb. dargestellt.

• Diese Art von Riemenantrieb wird verwendet, wenn die angetriebene oder Maschinenwelle jederzeit gestartet oder gestoppt werden soll, ohne die treibende Welle zu beeinträchtigen.
• Eine Riemenscheibe, die auf die Maschinenwelle aufgezogen ist, wird als schnelle Riemenscheibe bezeichnet und läuft mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Maschinenwelle.
• Eine lose Riemenscheibe läuft frei über die Maschinenwelle und kann keine Leistung übertragen.
• Wenn die angetriebene Welle angehalten werden soll, wird der Riemen mittels einer Gleitstange mit Riemengabeln auf die lose Riemenscheibe geschoben.

Jockey-Scheiben-Antrieb

• Bei einer offenen Riemenantriebsanordnung, wenn der Achsabstand klein ist, oder wenn die angetriebenen Scheiben sehr klein sind, Wenn der Achsabstand klein ist oder die angetriebenen Scheiben sehr klein sind, ist der Berührungsbogen des Riemens mit der angetriebenen Scheibe sehr klein, was die Spannung des Riemens verringert, oder wenn die erforderliche Spannung des Riemens nicht auf andere Weise erreicht werden kann, wird eine Umlenkrolle, die so genannte Jockey-Rolle, auf der schlaffen Seite des Riemens angebracht, wie in Abb. gezeigt.
• Dadurch wird der Berührungsbogen und damit die Spannung erhöht, was zu einer erhöhten Kraftübertragung führt.

Schlupf und Kriechen im Riementrieb

Schlupf im Riemen

Betrachten wir einen offenen Riementrieb, der sich im Uhrzeigersinn dreht, so wird angenommen, dass diese Drehung des Riemens über die Riemenscheiben auf einen festen Reibschluss zwischen dem Riemen und den Riemenscheiben zurückzuführen ist.

Wenn dieser Reibschluss nicht mehr ausreicht, besteht die Möglichkeit der Weiterbewegung des Mitnehmers ohne Riemenscheibe, dies wird als Schlupf in einem Riemen bezeichnet.

Schlupf kann daher als die Relativbewegung zwischen der Riemenscheibe und dem darin befindlichen Riemen definiert werden. Dies reduziert das Geschwindigkeitsverhältnis und wird gewöhnlich in % ausgedrückt und mit S bezeichnet.

Schlupf im Riemen

Betrachten wir einen offenen Riemenantrieb, der sich im Uhrzeigersinn dreht. Der Teil des Riemens, der den Antrieb verlässt und in den Mitnehmer eintritt, wird als straffe Seite bezeichnet, und ein Teil des Riemens, der den Mitnehmer verlässt und in den Mitnehmer eintritt, wird als schlaffe Seite bezeichnet.

Während der Drehung kommt es zu einer Ausdehnung des Riemens auf der straffen Seite und einer Kontraktion des Riemens auf der schlaffen Seite.

Durch diese ungleichmäßige Ausdehnung und Kontraktion des Riemens über die Riemenscheiben kommt es zu einer Relativbewegung (Bewegung) des Riemens über die Riemenscheiben – dieses Phänomen wird als Riemenkriechen bezeichnet.

Vor- und Nachteile von Flachriemen

Im Folgenden werden die Vor- und Nachteile des Riemenantriebs dargestellt.

Vorteile

1. Flexibel, einfach in der Konstruktion, reibungsloser Betrieb.
2. Wirksam bei hohen Geschwindigkeiten und schützt vor Überlastung.
3. Die Betriebs- und Wartungskosten sind niedrig.
4. Relativ lange Lebensdauer und leicht zu verarbeiten.

Nachteile

1. Leistungsverlust durch Schlupf und Kriechen führt zu geringem Wirkungsgrad.
2. Bei kurzen Achsabständen nicht zu bevorzugen.
3. Durch die Endlosigkeit des Riemens verringern die Gelenke die Lebensdauer des Riemens.
4. Kein formschlüssiger Antrieb.

Materialien für Riemen

Die für Riemen verwendeten Materialien müssen stark, flexibel und haltbar sein. Sie sollten einen hohen Reibungskoeffizienten haben. Die verschiedenen verwendeten Materialien sind:

1. Leder
2. Gewebe
3. Gummi
4. Balata

Leder: Das Leder kann eichengegerbt oder mit Mineralsalz gegerbt sein, z.B. chromgegerbt. Wenn die Dicke des Gürtels mehr als erforderlich ist, werden zwei oder mehr Streifen zusammengeklebt. Ledergürtel müssen regelmäßig gereinigt werden.

Stoffgürtel: Stoffgürtel werden durch das Falten von Segeltuch oder Baumwoll-Enten ist eine Schicht (je nach der erforderlichen Dicke) und Nähen zusammen.

Gummi: Die Gurte sind aus Stoff mit einer Gummischicht hergestellt. Diese werden in Sägewerken, Papierfabriken, etc. verwendet.

Balata: Die Riemen aus diesen Materialien sind ähnlich wie Gummiriemen, außer dass Balata-Gymnastik anstelle von Gummi verwendet wird. Die Riemen aus diesen Materialien sind säure- und wasserfest, können aber nicht bei Temperaturen über 45° eingesetzt werden.

Keilriemen

Die Keilriemen oder „V“-Typen von Riemenantrieben sind in der Hochleistungsübertragung weit verbreitet. Keilriemen haben einen trapezförmigen Querschnitt, wie in der Abbildung dargestellt. Sie werden als endlose Schleifen aus mit Fasermaterial verstärktem Gummi geformt. Sie laufen in den Keilrillen der Riemenscheiben.

Durch die Keilwirkung der Riemen in den Keilrillen können sie höhere Drehmomente übertragen. Die von einem Keilriemenantrieb übertragene Leistung kann durch den Betrieb mit mehreren nebeneinander angeordneten Riemen erhöht werden.

Diese Antriebsform wird in allen Maschinenklassen zur Übertragung von Leistungen von 0,5 kW bis zu 150 kW eingesetzt.

Vor- und Nachteile des Keilriemenantriebs gegenüber einem Flachriemenantrieb

Nachfolgend sind die Vor- und Nachteile des Keilriemenantriebs gegenüber dem Flachriemenantrieb aufgeführt.

1. Der Keilriemenantrieb bietet Kompaktheit aufgrund des geringen Abstands zwischen den Mittelpunkten der Riemenscheiben.
2. Der Antrieb ist positiv, da der Schlupf zwischen dem Riemen und der Riemenscheibenrille vernachlässigbar ist.
3. Da die Keilriemen endlos sind und es keine Störungen gibt, ist der Antrieb reibungslos.
4. Er bietet eine längere Lebensdauer, 3 bis 5 Jahre.
5. Der Betrieb des Riemens und der Riemenscheibe ist leise.
6. Er lässt sich leicht ein- und ausbauen.
7. Der Riemen hat die Fähigkeit, Stöße zu dämpfen, wenn Maschinen gestartet werden.
8. Es kann ein hohes Geschwindigkeitsverhältnis (maximal 10) erreicht werden.
9. Keilriemen können in beide Richtungen betrieben werden, wobei sich die gespannte Seite des Riemens oben oder unten befindet.
10. Daher ist die von Keilriemen übertragene Leistung höher als bei Flachriemen.
11. Die Mittellinie kann horizontal, vertikal oder geneigt sein.

Auswahl des Riemenantriebs

Bei der Auswahl von Riemenantrieben werden folgende Faktoren berücksichtigt.

• Die Drehzahl der treibenden und der getriebenen Riemenscheibe
• Das Untersetzungsverhältnis
• Die zu übertragende Leistung
• Mittenabstand der Welle
• Auslegung der Welle
• Anforderungen an den Antrieb