So funktionieren Zahnriemen

Wie bereits erwähnt handelt es sich bei Zahnriemen und Steuerketten um zwei unterschiedliche Dinge:

• Eine Steuerkette besteht, wie der Name bereits sagt, aus verbundenen Kettengliedern, ähnlich einer Fahrradkette.
• Zahnriemen hingegen sind einteilige Riemen aus gummiertem Material, die eine Zahnung vorweisen.

Beide Konfigurationen haben spezifische Vor- und Nachteile, die wir uns näher anschauen wollen.

Der Hauptvorteil von Steuerketten besteht darin, dass ihre Metallkonstruktion wesentlich verschleißfester ist. Ein Austausch ist somit in viel größeren Zeitabständen nötig. Sie eignen sich vor allem für starke Motorisierungen, bedürfen allerdings starker Schmierung, um einwandfrei funktionieren zu können. Auch sind Sie im Betrieb wesentlich lauter als Gummi- oder Textilriemen. Bei einem Totalausfall können sie zudem erheblich schwerwiegendere und weitreichendere Schäden verursachen.

Darüber hinaus werden die Steuerkettenspanner über das Motoröl geschmiert, sodass es umso wichtiger wird, dieses stets auf dem richtigen Niveau zu halten. Zahnriemen treiben in der Regel auch die Wasserpupe an und müssen turnusmäßig relativ aufwändig ersetzt werden. Aus diesem Grund empfiehlt es sich häufig, die Wasserpumpe gemeinsam mit dem Zahnriemen auszutauschen.

Zahnriemen und Steuerketten finden neben Verbrennungsmotoren auch in verschiedenen anderen Kraftübertragungssystemen in einer Reihe ähnlicher Funktionen Einsatz. Dazu gehören etwa Transportbänder und lineare Positionierbänder im Fertigungsalltag und in industriellen Prozessen.

In zahlreichen Maschinen und Prozessen werden verschiedene Zahnriemenkonfigurationen eingesetzt. Dazu gehören unter anderem:

• Büromaschinen
• 3D-Druck
• Textilanlagen
• Holzbearbeitungsanlagen
• Werkzeugmaschinen
• Kompressoren
• Druckmaschinen
• Hydraulische Zahnradpumpen
• Gebäudeanlagen

Nun wissen wir bereits, dass ein Zahnriemen ein wichtiger Bestandteil eines Verbrennungsmotors ist. Aber was genau macht ein Zahnriemen und welche wichtige Rolle spielen die verschiedenen Arten im Zusammenhang mit Systemen und Maschinen?

Zahnriemen sind normalerweise mit vorstehenden „Gummizähnen“ bestückt. In einem Motor treibt die Kurbelwelle mithilfe dieser Zähne die Nockenwelle an. Dabei drehen sich die verschiedenen Teile synchron zueinander. Gemeinsam öffnen und schließen diese Komponenten somit die Ein- und Auslassventile in einem Motor.

Optimalerweise öffnen und schließen sich diese Ventile in einem regelmäßigen Rhythmus, der punktgenau auf die Auf- und Abwärtsbewegungen der Kolben in den Zylindern abgestimmt ist. Dies gewährleistet einen reibungslosen und effizienten Ablauf der typischen Motorfunktionen, also Ansaugen, Verdichten, Verbrennen und Ausstoßen, über die verschiedenen Takte hinweg.

Bei einem gerissenen oder auf andere Weise defekten Zahnriemen können Motorventile in offener Stellung blockieren. Dies wird bei sogenannten Interferenzmotoren im ungünstigsten Fall dazu führen, dass die Kolben wiederholt auf die Ventile treffen, was schwere Schäden nach sich zieht. Bei Freiläufern wird diese Gefahr vermieden, da die betroffenen Teile voneinander getrennt arbeiten.

Um alle notwendigen Motorkomponenten nacheinander zu verbinden, läuft ein Zahnriemen um eine Reihe von Riemenscheiben. Dabei wird er in der Regel über die gesamte Länge von mehreren Spannern gehalten. Deren Lebensdauer ist ungefähr so lang wie die der Riemen selber, sodass beide Teile oftmals zur gleichen Zeit ausgetauscht werden müssen.

Durch die fortschreitende Forschung und Entwicklung von Zahnriemen sind im Laufe der Jahre immer robustere, effizientere und leisere Materialvarianten hinzugekommen. So bestanden die Zahnriemen fast aller Motoren bis ungefähr Mitte der 1990er-Jahre aus äußerst dickem und widerstandsfähigem Gummi. Diese Robustheit ist bis heute eine wichtige Eigenschaft des Gummis, um die Spannung zwischen wichtigen beweglichen Teilen kurz- bis mittelfristig aufrecht zu erhalten. Aufgrund der Motorhitze sowie durch den Kontakt mit aggressiven Substanzen wie Motoröl neigen Gummimischungen langfristig jedoch zu Verschleiß und verlieren dadurch ihre optimale Spannung. In Folge dessen werden die Öffnungs- und Schließzeiten der Motorventile mit der Zeit unpräzise. In diesem Falle ist ein Austausch des Zahnriemens notwendig, um die ursprüngliche Leistung wiederherzustellen. Je nach Motor ist dies nach 60.000 bis 150.000 Fahrkilometern der Fall.

Im Folgenden eine Auflistung der gängigsten Zahnriemenmaterialien:

Bei der Drehzahlsynchronisierung zweier Wellen unterschiedlicher Größe spielen Zahnriemen eine wichtige Rolle. Voraussetzung ist allerdings, dass bei der Wahl des Riemens die passende Größe berücksichtigt wurde. Und auch dies ist nur einer von vielen Faktoren.

Grundsätzlich unterscheidet man Breite, Material, Anzahl der Zähne sowie die „Zahnteilung“. Gängige Zahnteilungen bei Zahnriemen sind zum Beispiel 3 mm, 5 mm und 8 mm.

Beachten Sie auch, dass die Konfiguration des auszuwählenden Zahnriemens auch vom Einsatzweck und -bereich abhängt. Eine pauschale Antwort, welcher Zahnriemen der Richtige ist, kann aus diesem Grund nicht gegeben werden. Für weitere Informationen zu Zahnriemen, Diagnose, Spannungsmessgeräten, Ausrichtungswerkzeugen und allen anderen Bereichen von Kraftübertragungssystemen und Zubehör empfehlen wir daher, unseren Kundensupport zu kontaktieren.

• Transportbänder: Zahnriemen von Fördersystemen sind normalerweise gezackt oder geriffelt (Rippenriemen). In Kombination mit einer gezahnten Transportrolle ermöglichen sie eine präzise Steuerung der Bandbewegung und Traktion. In vielen Branchen, wie z. B. in der Verpackungs-, Automobil-, Vertriebsbranche usw., sind das präzise Manövrieren und Positionieren von Produkten und Teilen der Schlüssel zu einem reibungslosen Betriebsablauf.
• Kraftübertragungsriemen: Im Wesentlichen handelt es sich bei allen Zahnriemen um Kraftübertragungsriemen, da sie die Kraft der Drehbewegung eines oder mehrerer Bauteile von einem Teil der Maschine auf ein anderes übertragen. Es gibt spezielle, sehr belastbare Kraftübertragungsriemen für besonders anspruchsvolle Anwendungsbereiche, z. B. für die rund um die Uhr laufende industrielle Verarbeitung und für landwirtschaftliche Maschinen.
• Lineare Positionierbänder: Diese sind besonders präzise und bestehen häufig aus Polyurethan, da dieses Material im Vergleich zu herkömmlichen Neoprenlaufbändern weniger dehnungsanfällig ist. Dies verringert zusätzlich die Wahrscheinlichkeit eines Rutschens des Bands oder Biegens der Zähne – ein wichtiger Faktor bei der linearen Positionierung und bei Transportbändern, da die Riemen dort ganz anderen Belastungsmustern ausgesetzt sind als bei einfachen Drehbewegungen und bei der Kraftübertragung.

Neben der Breite, Drehzahl und Teilung bestimmen noch weitere Eigenschaften über den passenden Anwendungsbereich von Produktserien. Ein besonders wichtiger ist das Zahnprofil, das die Anordnung und Konfiguration der Zähne auf dem Zahnriemen Auskunft gibt. Im Folgenden listen wir die häufigsten Konfigurationen auf:

• Trapezriemen: Dieser verfügt über eine Zahnanordnung mit quadratischen Erhöhungen mit abgeflachter Oberseite. Er ist der bei vielen Anwendungen wahrscheinlich am häufigsten eingesetzte Zahnriementyp und in der Regel die erste Wahl für lineare Positionierriemen und andere präzise Transportbänder. Die trapezförmigen Zähne sorgen für eine sehr effektive Kraftübertragung, bei höheren Drehmomenten oder Geschwindigkeiten können sie jedoch aufgrund der erhöhten Belastung solcher Zähne zu höherem Verschleiß neigen.
• Kurvenförmige Riemen: Diese haben eine glattere und rundere Zahnform. Ihre im Vergleich zu Trapezriemen tieferen Rillen zwischen den Zähnen verringern das Risiko eines Spannungsverlusts. Gleichzeitig vermindert die kurvenförmige Form der Zähne bei höheren Drehzahlen und Drehmomenten die Belastung. Ein Nachteil ist allerdings das etwas größeres Spiel zwischen den Zähnen des Riemens und den Riemenscheiben, was in der Regel eine ungenauere Positionierung und somit mehr Rückschlag zur Folge hat.
• Modifiziert kurvenförmiger Riemen: Wie der Name bereits vermuten lässt, handelt es sich hierbei um eine Weiterentwicklung des letztgenannten Riementyps, die die Vorteile der kurvenförmigen und trapezförmigen Zahnprofile miteinander vereint. Die flachere Zahntiefe wird durch steilere Zähne (Flankenwinkel) ausgeglichen, um eine Kraftübertragung bei erheblich höherer Geschwindigkeit und Drehmoment als mit den anderen Profiltypen ermöglichen. Gleichzeitig verringert diese Form das Risiko eines Spannungsverlusts weitaus besser. Aufgrund dieser Eigenschaften sind modifiziert kurvenförmige Riemen die erste Wahl für viele anspruchsvolle Industrieanwendungen.

Für den reibungslosen Betrieb vieler Motoren und anderer Kraftübertragungssysteme sind Zahnriemen unerlässlich. Und wie wir gesehen haben, entscheidet die richtige Wahl des Riementyps, des Materials, der Größe und des Zahnprofils über die optimale Funktionstüchtigkeit von Maschinen und Industrieanlagen. Eine Auswahl beliebter Marken finden Sie untenstehend.