Der Zahnriemen als synchroner Zugstrangantrieb

Die formschlüssige Kraftübertragung

Zahnriemen gehören zu den Zugstrangantrieben wie Ketten, Keilriemen und Flachriemen. Sie sind von der Optik den Flachriemen sehr ähnlich. Der Flachriemen überträgt die Kraft durch Friktion mit dem dadurch bedingten Schlupf zwischen Rad und Riemen, der Zahnriemen hingegen besitzt Zähne, ähnlich einem Zahnrad, die die Kraft formschlüssig und dadurch synchron übertragen. Daher werden Zahnriemen auch als Synchronriemen bezeichnet.
Es gibt auch beidseitig verzahnte Zahnriemen. Sie werden meist in Mehrachsantrieben eingesetzt um die benötigten Drehrichtungen der Achsen zu erzielen.
Zahnriemen werden vielfach auch als Transportriemen eingesetzt. So werden Mitnehmer an Zahnriemen befestigt um z.B. Kartons in einer Verpackungsmaschine zu positionieren und Taktgenau zu transportieren.

Der Aufbau des Zahnriemens

Zahnriemen besitzen im inneren mehrere nebeneinander liegende Zugstränge. Auf der inneren Seite ist die Verzahnung zur synchronen Übertragung des Drehmomentes und auf der gegenüberliegenden Seite ist der Zahnriemenrücken. Die Verzahnung ist oft beschichtet um einen ruhigen und verschleißarmen Lauf des Antriebes zu gewährleisten.
Das Grundmaterial des Zahnriemens besteht aus Elastomer oder Polyurethan, der Zugstrang wird aus auf Zug und Biegung hoch belastbaren Werkstoffen gefertigt.

Innerer Aufbau eine Zahnriemens
Zahnriemenaufbau
1 - Zahnriemenrücken
2 - Zugstrang
3 - Zahnprofil

Daneben gibt es noch Sonderausführungen für die verschiedenen Einsatzgebiete:

Der Zugstrang als Kraftübertragendes Element

Der Zugstrang ist das kraftübertragende Element in einem Zahnriemen. Er besteht in den meisten Riemen aus einem dünnen Stahlseil. Dünne verzinkte Filamente werden zu Litzen, mehrere Litzen werden zu einem Stahlseil verdrillt. Ein Standardseil besteht aus sieben Litzen mit je drei Filamenten. Solch ein Seil hat ein 7x3 Aufbau. Bei dem Einsatz von kleinen Umlenkrädern werden in Zahnriemenantrieben die Zugträger an ihre Grenzen beansprucht. Um kleinere Umlenkradien zu ermöglichen werden in solchen Anwendungen Zugstränge mit dünneren Filamenten verwendet. Um wieder in der Summe auf die gleiche Gesamtfestigkeit des Seiles zu gelangen werden mehr Filamente verseilt.
Um einem seitlichen ablaufen des Zahnriemens während des Betriebes entgegenzuwirken, werden die Zugträger paarweise mit entgegen gesetzter Schlagrichtung in einem Zahnriemen eingesetzt.
In Zahnriemen werden neben Stahl noch weitere Materialien eingesetzt. In Anwendungen bei denen die Zahnriemen starken Korosionseinflüssen ausgesetzt sind, werden nicht rostende Stähle verwendet. Dürfen die Zahnriemen keine Metalle enthalten, weil sie durch Metallsuchgeräte geführt werden oder nicht elektrisch leitend sein, wird Kevlar (Aramid) eingesetzt.
Reicht die zu übertragende Leistung in einem vorhandenem Bauraum nicht aus, werden Materialien wie Glascord, Kohlefaser oder Vectran verwendet.

delailierter Zahnriemenaufbau mit Standardzugstrang
Standardzugträger 7x3
1-Zugträger, 2-Litze, 3-Filament
delailierter Zahnriemenaufbau mit Zugstrang mit dünneren Filament
Flexibler Zugträge 3+5x7
 

Die Herstellung

Bei endlosen Zahnriemen darf der Zugstrang an keiner Stelle unterbrochen sein um die Zugkraft der Zugstränge zu erhalten.
Es gibt zwei Herstellungsverfahren die dies gewährleisten.

1. Giessverfahren

Der Zugstrang wird spiralförmig auf einen außen verzahnten Dorn gewickelt und mit einer Hülse umschlossen. Der Hohlraum wird mit Poyuhretan oder einem Elastomer ausgegossen. Es entstehen Rohlinge mit Standardbreiten, diese werden für die Kunden auf Maß geteilt.

2. Extrusionsverfahren

Um zwei Formräder, deren Anstand auf die zu fertigende Zahnriemenlänge eingestellt sind, werden zwei Stahlseile spiralförmig gewickelt und die Enden in den Formrädern befestigt. Um die Stahlseile, die später die Zugstränge bilden, wird das Polyurethan geformt. Dieses Verfahren ist sehr flexibel was die zu fertigende Länge und dicke der Zahnriemen betrifft. Auch bei diesem Verfahren wird eine Standardbreite hergestellt. Die vom Kunden benötigte Zahnriemenbreite wird durch Längsteilung des Rohlings erreicht.
Endliche Zahnriemen werden ebenfalls durch Extrusion hergestellt.

Autor: Uwe Koerbitz


Ihr Unternehmen auf dieser Seite präsentieren - Informationen erhalten sie hier.

Ein Hinweis an Besucher meiner Seite die an einem Produkt Interesse haben. Der Konstruktionsatlas versteht sich als eine Art Varianten Katalog. Er ist kein Shop der Produkte verkauft. Falls jemand ein Produkt absolut nicht finden kann, besteht die Möglichkeit mir eine Mail zu schreiben. Wenn ich ein Unternehmen kenne, dass das Benötigte vertreibt, werde ich die Anschrift weitergeben.