Hülltriebe

Hülltriebe

Um Wellen mit größerem Achsabstand antreiben zu können werden Hülltriebe verwendet. Diese Art der Kraftübertragung wird anhand von Ketten- und unterschiedlichen Riementrieben dargestellt. Des Weiteren sind beispielsweise konstruktive Besonderheiten erläutert und der Einsatz hinsichtlich der Vor- und Nachteile berücksichtigt.

  • Kettentriebe

    Kettentriebe sind formschlüssige Hülltriebe, bei denen eine endlose Kette zwei oder mehr Kettenräder umschlingt (umhüllt). Sie dienen wie Stirnradpaare zur Kraft- und Bewegungsübertragung zwischen parallelen Wellen und werden vornehmlich dort eingesetzt, wo Achsabstände zu überbrücken sind, für die Zahnräder nicht möglich oder nicht sinnvoll sind, und wo Riementriebe wegen ungünstiger Raum-, Übersetzungs- oder Achsabstandsverhältnisse nicht realisiert werden können.

    Kettentriebe können mit kleineren Umschlingungswinkeln am kleinen Kettenrad und kleineren Achsabständen als entsprechende Riementriebe wesentlich größere Kräfte übertragen. Da sie keine nennenswerte Vorspannung erfordern, belasten sie die Wellen und Lager weniger stark. Allerdings arbeiten Kettentriebe nicht so elastisch wie Riementriebe, erfordern mehr Wartung, müssen geschmiert und oftmals auch gegen Staubeinwirkungen geschützt werden und laufen geräuschvoller. Außerdem sind die Ketten und die verzahnten Räder wesentlich teurer als Riemen und Riemenscheiben.

    Anordnung und Lage von Kettentrieben: b) unter max. 60° geneigt, treibendes Rad unten
    Anordnung und Lage von Kettentrieben

    Anordnung von Kettentrieben

    Das Lasttrum als der ziehende Kettenstrang ist möglichst nach oben zu legen. Eine gewisse Schräglage des Triebes ist günstig, eine senkrechte wegen schlechter Eingriffsverhältnisse am unteren Rad besonders ungünstig (Durchhang der Kette). Bei einer Trieblage über 60° zur Waagerechten sind Spannräder erforderlich.

    Spannräder müssen auch eingebaut werden, wenn eine Kette mehrere Räder treibt. Senkrecht stehende Wellen sind möglichst zu vermeiden, da die Kettenlaschen an der Radstirnseite reiben und dann schnell verschleißen, wenn nicht für eine entsprechende Führung gesorgt wird.

    Kettenarten, Endverbindung

    Als Treibketten werden Gelenkkettenverschiedenster Art eingesetzt, Gliederketten nur zum Heben von Lasten. Bei den Gelenkketten sind flache Gliedlaschen durch Gleitgelenke (Gleitlager) beugbar miteinander verbunden, bei Gliederketten (z. B. Rundgliederketten) sind ovalförmig gebogene Glieder unlösbar, aber frei beweglich ineinander geschlungen, sodass jeweils ein Glied zum anderen um 90° versetzt steht.

    Kettenräder

    Eine Rollen- oder Buchsenkette kann man als auf eine Schnur gereihte Bolzen auffassen, die sich in die Zahnlücken des Rades legen. Die Zahnlücken müssen so geformt sein, dass beim gestreckten Abheben der Kette die Bolzen wie beim Ablaufen ungehindert aus den Zahnlücken treten können.

    Ein Berechnungsbeispiel:
    Beispielaufgabe (25.1)

    Materialien zur Beispielaufgabe:
    Tabelle (25.2)
    Tabelle (25.3)

    Spann- und Führungseinrichtungen

    Bei festem, nicht verstellbarem Achsabstand, vertikaler oder stark geneigter Lage des Lasttrums sind Spannräder zweckmäßig. Sie haben die Aufgabe, Verlängerungen der Kette infolge Gelenkverschleißes, ungleichförmiger Belastung und Temperaturschwankungen auszugleichen und Eingriffsstörungen auf den Rädern zu verhindern.

    Die Spannräder werden mit Exzenter, hydraulisch, pneumatisch, durch Feder- oder Gewichtskraft gegen das Leertrum als dem gezogenen Kettenstrang gedrückt und spannen die Kette vor. Diese Vorspannung wird bei der Montage so einreguliert, dass sie nicht größer ist, als die Funktion des Triebes erfordert.

    Schmierung der Kettentriebe

    Alle gleitenden Kettenteile sollten jederzeit mit einer ausreichenden Menge Schmierstoff versehen sein. Als Schmiermittel kommen kalkverseifte Fette mit etwa 70° C Tropfpunkt, Fließfette mit Zusätzen von MoS2 oder Schmieröle in Betracht.
    Je nach Umgebungstemperatur t0 sind nach DIN 8195 Öle folgender Viskositätsklassen geeignet:

    t0–5 ... +2525 ... 4545 ... 65 °C
    nach DIN 51519 ISO VG100150 ... 220220 ... 320
    nach DIN 51511 SAE304050

    Ungeschützt laufende Ketten mit starker Verschmutzung müssen von Zeit zu Zeit abgenommen, gereinigt und in verflüssigtes Fett getaucht werden.

  • Flachriementriebe

    Flachriementriebe sind reibschlüssige Hülltriebe, die zur Kraft- und Bewegungsübertragung zwischen zwei oder mehr Wellen dienen, vorzugsweise unter größerem Achsabstand. Sie zeichnen sich durch ihre Elastizität aus, die sie zur Aufnahme von Stößen geeignet macht, und durch geräuscharmen Lauf.

    Nachteilig sind die durch die erforderliche Vorspannung bedingten größeren Achskräfte, die auf die Wellen und Lager wirken. Vorteilhaft ist der bei Überlastung auftretende Gleitschlupf, weil er die nachfolgende Maschine vor Schaden bewahrt und auch den Antriebsmotor vor Überlastung schützt.

    Theoretische Grundlage für Riementriebe

    Zur Veranschaulichung der Kraft- und Reibungsverhältnisse sei über eine drehbar gelagerte, jedoch von dem Anschlag c fest gehaltene Scheibe a ein Riemen b gelegt und durch die Kräfte F1 und F2 gespannt (F1 > F2).

    Die Reibung zwischen Riemen und Scheibe soll so groß sein, dass der Riemen gerade noch nicht auf der Scheibe rutscht (Grenzfall). Der Anschlag c setzt der Scheibe die Kraft F = F1F2 entgegen, sodass die Summe der Drehmomente gleich null ist (die geringe Differenz durch die Riemendicke sei vernachlässigt).

    Kräfte an einem über eine Scheibe verschieden stark gespannten Riemen: a) Scheibe a und Riemen b
    Kräfte an einem über eine Scheibe verschieden stark gespannten Riemen

    Vorspannmöglichkeiten, Triebarten

    Die erforderliche Vorspannung des Riemens kann auf verschiedene Weise erzeugt werden. Man kennt:

    1. den Eigengewichtsbetrieb
    2. den Dehnungsbetrieb
    3. den Spannwellenbetrieb
    4. den Spannrollenbetrieb
    5. den Selbstspannbetrieb

    Riemenwerkstoffe, Endverbindung

    Die wichtigsten Anforderungen, die an Riemenwerkstoffe gestellt werden, sind:

    1. gute Adhäsion zwischen Riemen und Scheiben (hohe Reibungszahl),
    2. hohe Zerreißfestigkeit, um hohe Vorspannungen erzeugen zu können,
    3. hohe Elastizität bei geringer bleibender Dehnung, um die Biegespannungen klein zu halten und um nur selten oder nicht nachspannen zu müssen,
    4. Unempfindlichkeit gegen atmosphärische Einflüsse, Öle und möglichst noch Chemikalien.

    Riemenscheiben

    Die Riemenscheiben werden üblicherweise aus Gusseisen (Grauguss), Stahlguss, Leichtmetallguss oder aus Stahlhalbzeugen in Schweißkonstruktion hergestellt.

    Bei Schweißkonstruktionen ist in Betracht zu ziehen, dass Querrippen den Luftwiderstand vergrößern, der bei den hohen Umfangsgeschwindigkeiten der Riemenscheiben beachtlich werden kann. Es kann deshalb zu unangenehmen Laufgeräuschen kommen.

    Ein Excel-Arbeitsblatt für eigene Berechnungen:
    Excel-Arbeitsblatt

    Berechnung von Antrieben mit Mehrschichtriemen

    Für die Mehrschicht- oder Verbundriemen haben die Hersteller voneinander abweichende Berechnungsmethoden aufgestellt:

    1. mit Extremultus-Mehrschichtriemen Bauart 80
      Diese Bauart [Siegling] wird in drei Ausführungen geliefert: Ausführung LT, LL und L-
    2. mit Habasit-Mehrschichtriemen
      Diese Riemen [Habasit] werden in vier Ausführungen hergestellt: Ausführung F, S, C und A.

    Spannrollentrieb

    Gegenüber einem offenen Riementrieb bietet der Spannrollentrieb folgende Vorteile: kleinere Vorspannung, selbsttätiger Ausgleich von Riemenlängungen, größerer Umschlingungswinkel an der kleinen Scheibe, geringere Riemenbeanspruchung im Betrieb und im Stillstand, insbesondere, wenn die Spannrolle im Stillstand abgehoben wird.

    Nachteile sind: schnellere Ermüdung des Werkstoffs infolge des Hin- und Herbiegens des Riemens, höhere Biegefrequenz durch die dritte Scheibe und wegen des meistens kürzeren Achsabstandes.

  • Keilriementriebe

    Keilriementriebe sind wie Flachriementriebe kraftschlüssige Hülltriebe zur Kraft- und Bewegungsübertragung zwischen zwei oder mehr Wellen. Gegenüber Flachriementrieben besitzen sie bei gleicher Anpresskraft eine etwa dreifache Übertragungsfähigkeit. Sie laufen weich an, ziehen praktisch schlupflos durch und kommen mit einem kleineren Umschlingungswinkel an der kleinen Scheibe aus, sodass sie große Übersetzungen ermöglichen.

    Ihr Platzbedarf ist demzufolge geringer, und auch die Wellen- und Lagerbelastungen sind kleiner. Ein weiterer Vorteil besteht in der Möglichkeit, bis etwa 16 Keilriemen nebeneinander auf einer Scheibe laufen zu lassen. Sie haben die Flachriemen-Spannrollentriebe stark verdrängt. Bei sehr großen Achsabständen sind Keilriemen jedoch nicht geeignet.

    Kraftwirkung des Keilriemens
    Kraftwirkung des Keilriemens

    Wirkungsweise, Ausführung genormter Keilriemen

    Die Radialkraft Fr zerlegt sich in die Normalkräfte FN, die die zur Kraftübertragung dienenden Reibkräfte erzeugen. Ein Keilwinkel αK < 20° würde Selbsthemmung bewirken, und ein solcher Riemen könnte nur unter starkem Rupfen und schlechtem Wirkungsgrad arbeiten. Der Keilwinkel liegt deshalb in der Größenordnung αK ≈ 36°.

    Keilriemenscheiben

    Die Rillen für Normalkeilriemen sind mit DIN 2217 genormt, für Schmalkeilriemen mit DIN 2211, die sich auch für einige Normalkeilriemen eignen. Keilriemenscheiben werden gegossen, als Schweißteile ausgebildet oder wie im Kraftfahrzeugbau in Massenfertigung aus Blech gedrückt.

    Berechnung der Antriebe mit Keilriemen und Keilrippenriemen

    Die Berechnung der Antriebe mit endlosen Normalkeilriemen ist mit DIN 2218 genormt, der Antriebe mit endlosen Schmalkeilriemen mit DIN 7753-2. Für endliche Normalkeilriemen und für Keilrippenriemen gibt es keine genormten Berechnungsverfahren, sodass man auf Fachliteratur (z. B. die Richtlinie VDI 2758) oder Druckschriften der Herstellerfirmen angewiesen ist.

    Ein Berechnungsbeispiel:
    Beispielaufgabe (27.3)

    Materialien zur Beispielaufgabe:
    Tabelle (27.3)
    Tabelle (26.4)
    Tabelle (27.7)
    Tabelle (27.10)
    Tabelle (27.11)
    Diagramm (27.3)

    Ein Excel-Arbeitsblatt:
    Excel-Arbeitsblatt

    Weitere Ausführungen von Keilriemen und Keilriementrieben

    Für gekreuzte Triebe mit gegenläufiger Drehrichtung der treibenden und der getriebenen Scheibe wurden so genannte Doppelkeilriemen entwickelt, die als endlose Hexagonalriemen mit DIN 7722 für den Landmaschinenbau genormt sind.

    Sie laufen abwechselnd mit der unteren und der oberen Hälfte in der Keilrille. Damit die Riemen an der Kreuzungsstelle nicht scheuern, wird eine etwas seitlich versetzte Spannrolle zwischengeschaltet. Diese Riemen haben sich z. B. in Mähdreschern, Gartengeräten und Kehrmaschinen bewährt.

  • Synchron- oder Zahnriementriebe

    Synchron- oder Zahnriemen sind mit Zähnen versehene Flachriemen, die in entspr. Synchron- oder Zahnscheiben eingreifen und dadurch die Kraft- und Bewegungsübertragung zwischen zwei oder mehr Wellen durch Formschluss bewerkstelligen. Im Verhältnis zu ihren Abmessungen und ihrem Gewicht können sie hohe Leistungen übertragen, laufen ohne Schlupf sehr ruhig, erzeugen relativ kleine Wellen- und Lagerbelastungen, arbeiten wartungsfrei und brauchen nicht nachgespannt zu werden.

    Man findet sie außer in der Feinwerktechnik auch in vielen Sparten des Maschinenbaus, z. B. Werkzeugmaschinen, Spritzgussmaschinen, Gummi-Kalandern, Langhobelmaschinen, Schlagmühlen, Rüttelwalzen, Verbrennungsmotoren usw. Ungezahnt können die Riemen auch als Kunststoff-Flachriemen dienen.

    Beispiel Synchronriementrieb (Zahnriementrieb nach [WHM]) Wendetrieb
    Beispiel Synchronriementrieb

    Ausführung der Synchron- oder Zahnriemen und -scheiben

    Synchron- oder Zahnriemen besitzen an ihrer Unterseite oder an ihrer Unter- und Oberseite Zähne, die je nach Hersteller unterschiedlich geformt sind. Sie werden unter verschiedenen Handelsnamen vertrieben, z. B. Synchroflex-Zahnriemen [WHM], PowerGrip HTD-Zahnriemen [WF], Conti Synchroforce CXP-Hochleistungszahnriemen und Conti Synchrobelt HTD-Zahnriemen [ContiTech]. Die Standardausführungen haben trapezförmige Zähne.

    Berechnung von Antrieben mit Synchron- oder Zahnriemen

    Die Berechnung ist nicht genormt. Wie bei den Trieben mit Mehrschichtriemen weichen die Berechnungsmethoden der Hersteller von Zahnriemen voneinander ab.

    Ein Berechnungsbeispiel:
    Beispielaufgabe (28.1)

    Materialien zur Beispielaufgabe:
    Tabelle (28.1)
    Tabelle (28.4)
    Tabelle (28.5)

    Ein Excel-Arbeitsblatt:
    Excel-Arbeitsblatt