Zahnriemen Warum Zugträgerspannung so wichtig für die Qualität eines Zahnriemens ist

Autor / Redakteur: Thomas Steinert / Ute Drescher

Viele aus der Praxis bekannte Probleme in Polyurethan-Zahnriementrieben wie Aufklettern des Riemens oder Seitenkantenverschleiß hängen mit einer ungenügenden Führung der Zugträgerspannung im Extrusionsprozess zusammen.

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Messung der seitlichen Ablaufkraft eines Brecoflex-Riemens im Prüffeld. Mit der Kenntnis des Zusammenhangs von Zugträgerspannungsverteilung und Ablaufkraft lassen sich korrekte Bremskraftvorgaben für den Prozess ableiten.
Messung der seitlichen Ablaufkraft eines Brecoflex-Riemens im Prüffeld. Mit der Kenntnis des Zusammenhangs von Zugträgerspannungsverteilung und Ablaufkraft lassen sich korrekte Bremskraftvorgaben für den Prozess ableiten.
(Bild: Breco)

Was haben ein Zahnriemen und eine Geige gemein? Nun, beide leben von der richtigen Saitenspannung – der Ton macht eben die Musik! Während aber bei der Geige die Saitenspannung mit den Tönen g – d1 – a1 – e2 variieren soll, strebt man bei der Herstellung von Zahnriemen in allen Saiten - den Zugträgern - in der Regel die gleiche Spannung an. Warum aber spannt man die Zugträger bei der Riemenherstellung überhaupt vor?

Für die meisten Anwendungen finden als Zugträger eines Zahnriemens verseilte Stahldrahtkonstruktionen, sog. „Fine-Steel-Cords“, Verwendung, die aus vielen feinen Einzeldrahtfilamenten bestehen (für Sonderanwendungen werden auch Rovings aus Aramid- und Kohlefaserfilamenten eingesetzt).

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Da produktionsbedingt nicht alle Filamente exakt dieselbe Schlaglänge haben und da durch die Verseilung nicht nur Zug-, sondern auch Querkräfte auf die Filamente wirken, ist zu Beginn eines Belastungsvorgangs die Last im Zugträger nicht gleich verteilt. Die Filamente dehnen sich ungleichförmig und setzen sich dabei in eine neue Lage. Erst oberhalb einer Dehnung von etwa 0,1 % geht die Last-Verformungskurve des Zugträgers in die Hooke’sche Gerade des Werkstoffs über.

Wir bezeichnen dieses Setzverhalten bei kleinen Kräften als Low-Load-Elongation, kurz LLE. Für den Riemenanwender ist die LLE unerwünscht. Eine große LLE führt im Betrieb schon bei kleinen Kräften zu vergleichsweise hohen Dehnungen. Die Riemenvorspannung wird abgebaut und die Längentoleranz des Riemens verschlechtert sich in den ersten Betriebsstunden. Die Passfähigkeit des Riemens auf der Scheibe sowie sein Laufverhalten leiden.

Aus diesem Grund spannt Breco die Zugträger während der Extrusion so vor, dass die resultierende Dehnung immer >0,1 % ist. Gleichzeitig prüft unser Drahtlieferant, die belgische NV Bekaert SA, für jede Charge die LLE und weist das Prüfergebnis in einem Messprotokoll nach. Grundvoraussetzung für alle nachstehend beschriebenen Anstrengungen, den Einfluss der LLE für den Anwender zu minimieren bzw. zu kompensieren, setzen voraus, dass der LLE-Wert des Zugträgers im Toleranzbereich bleibt und über einer Liefercharge nur geringen Schwankungen unterworfen ist.

Da in einem Zahnriemen immer viele Zugträger nebeneinander liegen, tritt neben die Forderung nach konstanten Zugträgereigenschaften und einer Mindestvorspannung im Prozess die Forderung nach einer hohen Gleichmäßigkeit der Zugträgerspannungen über der Riemenbreite. Ungleichmäßige Zugträgerspannungsverteilungen äußern sich bei endlichen Riemen in einer mangelhaften Riemengeradheit, bei endlosen Riemen in einer erhöhten Ablaufneigung.

Die richtige Zugträgerspannung bei endlichen Riemen

Die Gleichförmigkeit der Zugträgerspannung wird bei Meterware durch gleichmäßige Bremsung aller Zugträger erreicht – keine leichte Aufgabe, denn je nach Riemenbreite sind bis zu 132 Zugträger je Riemen im Zulauf. Wir wissen heute, dass aufgrund der unterschiedlich langen Wege dieser Zugträger in den Extrusionspunkt eine genaue Steuerung der Bremskraft der Zugträger nicht ausreicht. Vielmehr ist es erforderlich, jenseits aller Einflüsse von Zugträgerführung und Reibung unmittelbar vor dem Extrusionspunkt die Zugträgerkraft zu messen und regelnd einzugreifen. Bei Breco sind alle Produktionsanlagen zur Herstellung von Meterware mit dieser Messtechnik ausgestattet.

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