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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Sehr schön dargestellt...Wir mussten extra einen 3d Drucker Leasing machen um ein neues Zahnritzel zu erstellen, da der ganze Riemen extrem sensibel war
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