Hinweise und Tipps zu Zahnriemen


Der Zahnriemen dient oft als Übertragungselement. Mit einem Zahnritzel auf dem Motor wird ein sog. Umschlingungstrieb gebildet.  Der primäre Vorteil ist der Preis, das sehr geringe Spiel, die Steifigkeit und der sehr ruhige Lauf. Durch zusätzliche Fasern im Riemen kann eine große Zugfestigkeit, eine gute „Biegewilligkeit“ und eine geringe Dehnung erreicht werden. Für die Verringerung des Spiels und der Erhöhung der Steifigkeit ist der Riemen definiert vorzuspannen. Hier ist ein Beispiel des Funktionsprinzips zu erkennen:



Die feststehende Zahnstange kann in der Abbildung für den  Hobbybereich weggedacht werden. Eine der drehenden Umlenkrollen ist horizontal verschiebbar, so dass die Vorspannung eingestellt werden kann. Die Umlenkrollen drücken auf die Außenseite/Rückseite des Riemens und sind nicht federnd gelagert. Treten bei längeren Riemen Schwingungen auf, so nimmt der Umschlingungswinkel am Ritzel zu, die Folge ist die Möglichkeit der Übertragung eines höheren Momentes. Die Vorspannung gleicht Fertigungstoleranzen in der Zahnriemenlänge aus. Damit bei hohen dynamischen Bewegungen die Übertragung der Motorstellbewegung gedämpft wird, werden die Zahnriemenscheiben aus einem „zäheren“ Material, z.B. Aluminium hergestellt.  Durch den großen Achsabstand zwischen den Umlenkrollen bietet es sich an den Motor direkt dazwischen einzuplanen und somit Einbauraum einzusparen. Wird eine Riemenscheibe für die Übertragung bei hohen Drehzahlen verwendet, so muss diese zwingend gewuchtet werden, da sonst eine Federkrafterregung auftritt und der Riemen mal ge- oder entspannt wird.
Je schlechter die Qualität der Verzahnung der Zahnräder umso lauter ist das Getriebe. Aber auch gut gefertigte Zahnräder erzeugen unter Last eine dynamische Anregung der Maschinenstruktur. Dieses Zahnriemengeräusch entsteht durch unstetigen Zahneingriff (Polygonform). Der Riemen trifft im Berührpunkt nicht tangential auf, sondern stößt auf den Zahn auf.  Somit wirkt sich eine zunehmende Breite des Riemens zunehmend auf die Schallemission aus. Geringer wirken sich der Achsabstand, Vorspannkraft, Übersetzungsverhältnis und das Lastmoment aus.

Gegenmaßnahmen


  • Aluminiumzahnräder sind leiser als Kunststoffzahnräder, gesinterte Zahnräder sind nochmals leiser
  • Zwei parallele Riemen sind leiser als ein Riemen der gleichen Gesamtbreite
  • Kleinere Zahnscheiben sind leiser als größere, da geringere Riemenumlaufgeschwindigkeit

Tipps

Ich empfehle die Verwendung eines HTD (High Torque Drive) 5M (5mm Zahnteilung) Zahnriemens für den unteren und mittleren Leistungsbereich. Dieser Riemen ist verfügbar in Breiten [mm]: 6,9,15,20,25,30,40. Dieser Riemen ist bereits Stoßoptimiert. 
Es muss mindestens ein Riemenrad mit einem Bord ausgestattet sein, um ein abrutschen zu verhindern. Aus Kostengründen ist es meist das Ritzel (kleineres Riemenrad). Bei großen Achsabständen >8 mal Rimenradwirkdurchmesser müssen beide Riemenräder über Bordscheiben verfügen. Je größer der Umschlingungswinkel, umso geringer die Biegebeanspruchung des Rimens und es können größere Kräfte übertragen werden.
Für die genauere Auslegung Ihres Rimentriebes können Sie hier nachlesen: CONTISynchrobelt technische Dokumentation


Die optimale Spannung kann mit der Android App "Tension2Go" gemessen werden. Einziger Nachteil, ist dass nur Continental Riemen unterstützt werden. Für diverse Konstruktionsbeispiele können Suchbegriffe auf GRABCAD.com / GOOGLE / Thingiverse.com verwendet werden wie:
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