Keilriemen

Zwei parallel laufende Keilriemen, schematisch

Keilriemen sind Treibriemen von Riemengetrieben. Sie haben einen trapezförmigen Querschnitt, bestehen aus Gummi mit einer Gewebeeinlage aus Textilfasern oder feinem Stahldraht und werden endlos gefertigt.

Die Klemmwirkung des keilförmigen Riemens in der Nut der Keilriemenscheibe sorgt für eine hohe Reibung zwischen den Flanken von Riemen und Scheibe. Aus diesem Grund benötigt ein Keilriemen deutlich weniger Spannung als ein Flachriemen, um das gleiche Drehmoment zu übertragen, wodurch auch die Lager weniger stark belastet werden. Aufgrund der höheren Verluste durch innere und äußere Reibung ist allerdings der Wirkungsgrad geringer als beim Flachriemen. Durch die hohe Flankenreibung genügt zur Kraftübertragung ein geringer Umschlingungswinkel an der Riemenscheibe, so dass sich mit einem einzelnen Riemen mehrere Wellen antreiben lassen.

Verwendung

• Eine bekannte Anwendung ist der Antrieb von Generator (Lichtmaschine) und häufig auch von Ventilator, Wasserpumpe und Hydraulikpumpe (Servopumpe) für die Servolenkung in Kraftfahrzeugen.
• Im Haushalt finden sich Keilriemen oft im Antrieb der Waschmaschinentrommel.

Um Kraftübertragung und Ausfallsicherheit zu erhöhen, werden in manchen Anwendungsfällen mehrere Keilriemen parallel zueinander angeordnet.

Läuft der Keilriemen nicht in der Nut einer gewöhnlichen Riemenscheibe, sondern zwischen zwei konischen Scheiben, von denen eine auf der Welle axial beweglich ist, so kann der Umschlingungsradius während des Betriebs geändert werden, indem der Abstand zwischen den beiden Scheiben angepasst wird. Mit dem weiter innen oder weiter außen laufenden Keilriemen verändert sich die Drehzahl der Wellen und man erhält ein stufenlos verstellbares Getriebe. Der Hersteller DAF bot Automobile mit als Variomatic bezeichneten automatischen Riemengetrieben an. Heute werden Motorroller mit ähnlich konstruierten Getrieben angeboten.

Der Verschleiß eines Antriebsriemens macht sich oft durch seitlichen Abrieb und eine Abnahme der Riemenbreite bemerkbar, wodurch er auch an Spannung verliert. Ein locker sitzender Riemen kann sich durch lautes Quietschen oder pfeifende Geräusche ankündigen. Im Winter kann sich die Gummimischung von Keilriemen versteifen.

Reißt ein Keilriemen während der Fahrt, können Lichtmaschine und Motorkühlung ausfallen und die Servolenkung schwergängig werden. Zu stark abgenutzte oder bereits sichtbar beschädigte Riemen sollten frühzeitig ersetzt werden, um einen Ausfall während der Fahrt zu vermeiden. Eine Untersuchung des Antriebsriemens ist Teil der regelmäßigen Inspektion, um Beschädigungen am Motor vorzubeugen. Einen festen Wechselintervall geben die Fahrzeughersteller oft nicht an, da dies abhängig von dem Zustand und der Qualität des verbauten Riemens ist.

Bauarten

Überwiegend werden vier Arten von Keilriemen eingesetzt.

• Klassische Keilriemen – nach DIN 2215 sind (im Querschnitt gesehen) all-seitig soll heißen ringsum mit einer Gewebelage ummantelt und werden in den Profilbreiten 5, 6, 8, 10, 13, 17, 20, 22, 25, 32 und 40 mm hergestellt. Sie zeichnen sich durch eine sehr hohe Betriebssicherheit aus. Der Einsatz ist rückläufig.
• Schmalkeilriemen – ebenfalls ummantelt, mit verbesserter Leistungsübertragung. Eingesetzt in den Profilen SPZ (9,7 mm), SPA (12,7 mm), SPB (16,3 mm), SPC (22 mm).
• Flankenoffene Keilriemen – (FO), an ihren Flanken (Seiten) ist kein Gewebe), mit Vorteilen bei Laufgenauigkeit, Reibschluss, Wärmeabgabe und Verschleißverhalten. Profile: XPZ, XPA, XPB, XPC.
• Formgezahnte Keilriemen – wie der flankenoffene Keilriemen, aber zusätzlich mit formgezahnter Innenseite (FOZ). Dieser Typ wird aufgrund der längeren Haltbarkeit bei besserem Wirkungsgrad heute bevorzugt.

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 benutzt.

Klassische Keilriemen

Da ein klassischer 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 und Keil­rippen­scheibe (neu, Querschnitt) – Die Flanken bilden die Kontakt­fläche (rot), auch nach planmäßiger Abnutzung.

Keilrippenriemen

Der Keilrippenriemen (auch Rippenriemen, Keilrippriemen oder Flachrippenriemen) ist ein Flachriemen mit keilförmigen Rippen in Längsrichtung, der die Vorteile des Flachriemens (geringe Radien, geringe Reibungsverluste) mit denen des Keilriemens (geringe Spannung und geringer Umschlingungswinkel durch die Flankenreibung) vereint. Die keilförmigen Rippen des Riemens liegen in entsprechend geformten Nuten der Riemenscheibe.

Durch die geringe Höhe des Riemens ist er in beide Richtungen biegsam, so dass sowohl Unterseite wie auch Oberseite zur Kraftübertragung in einer Riemenscheibe laufen kann. Hierzu gibt es auch beidseitig gerippte Riemen. Wenn die Riemenführung in Serpentinen erfolgt, kann an jeder Riemenscheibe ein hoher Umschlingungswinkel erreicht werden und es können trotz niedriger Riemenspannung mehrere Wellen angetrieben werden. In Kraftfahrzeugen werden solche sogenannten Serpentinentriebe mit wechselnder Krümmungsrichtung zum Antrieb mehrerer Nebenaggregate (wie Kühlwasserpumpe, Klimakompressor, Lichtmaschine und Servopumpe) eingesetzt. 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.

Keilrippenriemen kamen beim Antrieb der Trommel von Waschmaschinen zum Einsatz, bevor elektronisch kommutierte Direktantriebe eingeführt wurden. Durch die Flexibilität des Riemens lassen sich am Motor Riemenscheiben mit geringem Durchmesser verwenden, wodurch sich im Antrieb eine große Untersetzung erreichen lässt.

Die Gebrauchsnummer wird auf dem Keilrippenriemen vermerkt und gibt Auskunft über:

• Rippenanzahl,
• Profilabstand (kurz auch nur Profil genannt) in mm (PH=1,60, PJ=2,34, PK=3,56, PL=4,70, PM=9,40) und
• die Bezugslänge in mm oder Inch an.

Der Profilabstand bezieht sich auf den Abstand zwischen je zwei der Rippen.

Die Gesamtheit aller Rippen wird als Profil bezeichnet.

Ein Keilrippenriemen mit 5 Rippen, dem Profil PJ und der Bezugslänge von 940 mm (entspricht 37.0 inch) kann beispielsweise die Bezeichnung „5PJ940“ oder „EL 370 J5“ tragen.

Einige Hersteller lassen bei der Angabe des Profilabstandes das „P“ weg, oder geben die Werte in einer anderen Reihenfolge an.

Gliederkeilriemen zum Antrieb einer Drehmaschine; innenliegender Antrieb

Gliederkeilriemen (Lamellenkeilriemen)

Gliederkeilriemen (auch Lamellenkeilriemen) werden aus einzelnen Gliedern (Lamellen) zusammengesetzt und als Meterware angeboten. Die Glieder werden über Stahldrehniete (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. Bei schlecht zugänglichen Antrieben kann der Gliederkeilriemen eingefädelt und geschlossen werden, ohne dass aufwendige Demontagen erforderlich sind. Bei der Installation dürfen Gliederkeilriemen – im Gegensatz zu Gummigewebekeilriemen – aufgesprungen werden, da sie auf Grund der Materialkomposition Polyester/Polyurethan elastisch sind. Auf eine Spanneinrichtung kann somit verzichtet werden.

Aufgrund der eingesetzten Materialien haben Gliederkeilriemen auch bei schwierigen Bedingungen, wie z. B. Temperaturen von −40 °C bis +116 °C oder Kontakt mit Öl, Wasser, Dampf, Chemikalien und abrasiven Medien eine ausreichende Lebensdauer.

Literatur

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

Weblinks

Commons: Keilriemen – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Siehe auch

• Transmission (Maschinenbau)
• Riementrieb
• Flachriemen
• Zahnriemen