Riementrieb

Antriebstechnik am Riementrieb - Mechanik & Mechanik

Beim Riementrieb werden Kraftübertragungen von der Riemenscheibe auf den Keilriemen und dann vom Keilriemen zurück auf die Ausgangsscheibe vorgenommen. Man nennt die von einer auf die andere Platte zu übermittelnde Energie auch die Nutz- oder Umfangkraft \(F_U\). Die Höhe der auf den Kreisumfang der Antriebsriemenscheibe ausgeübten Krafteinwirkung ist abhängig vom Moment \(M_t\) oder \(P_t\) und der Geschwindigkeit \(n_t\) sowie vom Kreisdurchmesser \(d_t\) der Antriebsriemenscheibe:

Ausrichten\; \;\;\;\;\;\;\;\;\; Diese umlaufende Kraft \(F_U\) bewirkt die Bildung verschiedener Streitkräfte an den Traversen und die Bildung eines Spannungs- oder Leerlaufs. Anhand der Kraftverteilung auf einer Scheibe kann man generell erkennen, dass der Unterschied zwischen der Zugscherkraft \(F_Z\) und der leeren Scherkraft \(F_L\) der übertragenen Umfangkraft \(F_U\) entspricht[Bewegen Sie die Mouse über die Abbildung]:

Am riemengetriebenen Abtriebsrad mit dem Nenndurchmesser \(d_g\) ergibt sich durch diese tatsächlich existierende Umfangskraft eine entsprechende Drehmomentänderung \(M_g\) (siehe auch das Kap. Drehmomentwandlung): Das Übertragen der Umfangskraft findet an der Grenzfläche zwischen Keilriemen und Riemenscheibe durch Reibkräfte statt. Die Reibkräfte (genauer: die höchstmöglichen Reibungskräfte) müssen so groß sein, dass die Umfangskräfte gefahrlos übertragbar sind.

Liegt die höchstmögliche Reibkraft unter der zu übertragenden Umfangkraft, so ist offenbar nicht genug "Haftung" gegeben, um die Umfangkraft von der Riemenscheibe auf den Keilriemen oder vom Keilriemen auf die Riemenscheibe nach der Formel (\ref) aufzubringen. Die Riemenscheibe oder der Zahnriemen rutscht (Rutschschlupf) und die gesamte Umfangkraft wird nicht mehr weitergegeben.

In dem vorigen Abschnitt wurde mit Hilfe der Seil-Reibungsgleichung dargestellt, dass die maximale Reibkraft \(F_{R,max}\) zwischen Zahnriemen und Riemenscheibe bei einer gegebenen Zugscherkraft \(F_Z\) oder leere Scherkraft \(F_L\) mit den unten aufgelisteten Gleichungen bestimmt werden kann. Die maximalen Reibkräfte bilden also zugleich die obere Grenze für die maximalen übertragenen Mantelkräfte: \(F_{U{U,max}\\):

\begin {\;\;\;\;\;\;\;\; oder In diesem Kontext bezeichnet der so genannte Ertrag den maximalen Prozentsatz des bestehenden Zugertrags, der für die Übermittlung der Umfangkraft verwendet werden könnte. Eine Ergiebigkeit von z.B. Der Wert \(k\) = 0,6 heißt also eindeutig, dass für die tatsächliche Krafteinleitung (Umfangskraft) höchstens 60 % der wirksamen Zugkraft zur Verfügung stehen.

Hier werden die verbleibenden 40 Prozent zum Anlegen der Bandspannung im Leerlauf (Leerlaufkraft) benötigt. Abschließend wird die Umfangkraft durch Reibkräfte auf die Riemenscheibe ausgeübt und der Riemen muss immer bis zu einem gewissen Grad gegen die Riemenscheibe gedrückt werden. Das bedeutet, dass immer eine Krafteinwirkung im Leerlauf auftreten muss, um die Bandspannung und damit den Anpressdruck zu sichern.

Im Allgemeinen besteht die folgende Beziehung zwischen einer bestimmten Zugscherkraft \(F_Z\) und der höchstmöglichen Umfangkraft \(F_{U,max}\): Laut der Formel (\ref{yield}) hängt die Ergiebigkeit nur vom Wickelwinkel und dem Reibwert ab. Der Reibwert ist für beide Scheiben gleich groß, während der Wickelwinkel auf der kleinen ist. So ist die kleine Riemenscheibe (meist die Antriebsscheibe) entscheidend für die Ergiebigkeit oder die komplette Antriebskraft.

Hinweis: Aufgrund der elastischen Eigenschaften des Zahnriemens kommt es bei der Drehung um die Zahnscheiben zu einer Dehnung des Zahnriemens. Die Reckvorgänge sind auf die Erhöhung (oder die Verringerung) der Bandspannung am Übertritt vom Leerlauf zum Spannlauf (oder vom Spannlauf zum Leerlauf) zurückzuführen - der Gurt streckt sich entsprechend der auf die Riemenscheibe ausgeübten Einwirkung.

Dies führt immer zu einer Relativbewegung zwischen Keilriemen und Riemenscheibe (genannt Streckschlupf). Sie ist also keine Haftreibung zwischen Keilriemen und Riemenscheibe, sondern eine gleitende Reibung! Zusätzlich ist die Festigkeit der Gleitreibwirkung von der (Ausdehnungs-)Geschwindigkeit und damit von der Bandgeschwindigkeit abhängt!

Hinweis: Entscheidend für die Krafteinleitung bei Riemenantrieben ist die Umfangkraft, die sich als Folgekraft aus der Abweichung zwischen der Zugscherkraft und der unbelasteten Querkraft errechnet. Weil die Umfangkraft wirksam auf den Scheibenumfang einwirkt und zur Leistungsübertragung verwendet wird, wird sie oft auch als Wirkungskraft genannt. Über das dort auftretende Moment und den Wirkdurchmesser der Riemenscheibe wird die Umfangkraft an der Treibscheibe erzeugt.

Die Umfangkraft verursacht an der Abtriebsriemenscheibe ein dem Wirkdurchmesser der Riemenscheibe entsprechendes verändertes Anzugsmoment. Durch die Reibkräfte zwischen Riemenscheibe und Zahnriemen wird die Umfangkraft selbst übermittelt. Der Leerlauf darf ein gewisses Mindestmaß nicht überschreiten, da sonst die Bandspannung nachlässt und keine ausreichenden kraftübertragenden Reibkräfte auftritt.

Der Ertrag bezeichnet den maximalen Prozentsatz der verfügbaren Zugscherkraft als wirksame Nutzumfangskraft, der verbleibende Anteil wird durch die leere Scherkraft zur Erhaltung der Bandspannung berücksichtigt.