Unterschied zwischen Riemenantrieb und Kettenantrieb

Eine Antriebsmaschine wird verwendet, um mechanische Energie durch Umwandlung aus einer anderen Energieform zu erzeugen. Beispielsweise wandelt ein Elektromotor elektrische Energie in mechanische Energie um und gibt diese in Form einer Wellendrehung ab. In ähnlicher Weise können auch Wasserturbinen, Dampfturbinen, Windmühlen usw. als Antriebsmaschinen fungieren. Zur Übertragung von Bewegung, Drehmoment und Leistung von solchen Antriebsmaschinen (Antriebswelle) auf Maschinenteile (Abtriebswelle) werden mechanische Antriebe eingesetzt. Neben der Übersetzung können sie auch die Drehrichtung ändern und die Drehzahl je nach Anforderung im Maschinenaggregat verändern. Es gibt vier mechanische Antriebe, nämlich Zahnradantrieb, Riemenantrieb, Kettenantrieb und Seilantrieb. Solche Antriebe nutzen auch andere Kraftübertragungselemente (wie Welle, Passfeder, Kupplung, Bremse, Kupplung, Riemenscheibe, Kettenrad usw.) für eine effiziente und unterbrechungsfreie Kraftübertragung.

Jedes der vier mechanischen Laufwerke hat entsprechende Vorteile und Einschränkungen; und sind somit für bestimmte Zwecke geeignet. Diese vier Laufwerke können auf unterschiedlicher Basis auf verschiedene Weise klassifiziert werden. Eine solche Klassifizierungsgrundlage sind Mittel zur Kraftübertragung. Als Reibantrieb (zB Riementrieb) werden alle solche Antriebe bezeichnet, bei denen Kraft mittels Reibkraft zwischen zwei zusammenpassenden Teilen übertragen wird. Erfolgt die Kraftübertragung mittels Eingriff, so spricht man von einem Eingriffsantrieb (z. B. Zahnrad- und Kettenantrieb). Ein weiterer Faktor zur Klassifizierung mechanischer Antriebe ist das Vorhandensein flexibler Elemente. Alle diese Antriebe, bei denen zwischen Antriebs- und Abtriebswelle eine flexible Zwischenverbindung besteht, werden als flexibler Antrieb bezeichnet; wohingegen, wenn kein solches Zwischengestänge vorhanden ist, es als starrer Antrieb gruppiert wird. Riemenantrieb und Kettenantrieb fallen beide unter flexible Antriebe; während der Zahnradantrieb ein starrer Antrieb ist.

Riemenantrieb ist ein flexibler Reibungsantrieb, der Kraft und Bewegung vom Treiber auf die angetriebene Welle mittels Reibungskraft zwischen Riemenscheibe und Riemen überträgt. Es eignet sich für die Kraftübertragung über mittlere bis große Entfernungen. Seine Kapazität ist jedoch auf die Reibungskraft zwischen Riemen und Riemenscheibe beschränkt. Daher ist es nicht für schwere Kraftübertragungsanforderungen geeignet. Andererseits Kettenantrieb ist ein flexibler Eingriffsantrieb, bei dem die Kraft durch sukzessives Einrücken und Ausrücken der Kette mit dem Kettenrad übertragen wird. Während der Riemenantrieb zu Schlupf neigt, ist der Kettenantrieb davon frei; es muss jedoch nicht notwendigerweise ein konstantes Geschwindigkeitsverhältnis liefern. Verschiedene Unterschiede zwischen Riemenantrieb und Kettenantrieb sind unten in Tabellenform aufgeführt.

Tabelle:Unterschied zwischen Riemenantrieb und Kettenantrieb

Reibungs- und Bindungsantrieb: Bei Friktionsantrieben erfolgt die Kraft- und Bewegungsübertragung durch Reibung zwischen zwei Teilen. Der Riemenantrieb ist ein Reibungsantrieb, da die Reibungskraft zwischen Riemenscheibe und Riemen als Mittel zur Kraftübertragung dient. Ebenso Seilantrieb auch ein Friktionsantrieb. Kommt es hingegen zu einer Kraft- und Bewegungsübertragung durch aufeinanderfolgendes Ein- und Ausrücken von Verzahnungsteilen, spricht man von einem Eingriffsantrieb. Hier spielt die Reibungskraft keine direkte Rolle bei der Kraftübertragung. Beispielsweise wird beim Kettenantrieb die Kraft durch Paarung des gezahnten Kettenrads mit der entsprechenden Kette übertragen. Ebenso ist der Zahnradantrieb auch ein Eingriffsantrieb.

Schlupf und positiver Antrieb: Ein positiver Antrieb ist einer, der während des Betriebs ein konstantes Geschwindigkeitsverhältnis bietet. Verschiedene Phänomene wie Schlupf, Kriechen, polygonaler Effekt usw. neigen dazu, die Drehzahl zu verändern und dadurch das Geschwindigkeitsverhältnis zu beeinträchtigen. Ein konstantes Geschwindigkeitsverhältnis ist bei verschiedenen Vorgängen wie dem Gewindeschneiden in Drehmaschinen sehr erwünscht. Der Zahnradantrieb ist nur ein mechanischer Antrieb, der einen echten positiven Antrieb bieten kann. Der Riemenantrieb neigt zum Schlupf und kann kein konstantes Geschwindigkeitsverhältnis liefern. Keilriemen und Rippenriemen neigen zwar dazu, die Schlupfrate zu minimieren, aber Kriechen kann auch das Geschwindigkeitsverhältnis beeinträchtigen. Andererseits ist der Kettenantrieb schlupffrei; Der polygonale Effekt kann jedoch das Geschwindigkeitsverhältnis in unerwünschter Weise ändern.

Bevorzugter Wellenabstand: Der grundlegende Zweck mechanischer Antriebe besteht darin, Bewegung und Kraft von der Antriebswelle (z. B. einer Antriebsmaschine) auf die angetriebene Welle (z. B. Maschinen) zu übertragen. Der Abstand zwischen Antriebs- und Abtriebswelle kann aufgrund vieler Faktoren, einschließlich der Bodengestaltung, variieren. Der Zahnradantrieb wird für die Kraftübertragung über kleine Distanzen bevorzugt. Flachriemenantrieb eignet sich für mittlere bis große Entfernungen (3 – 15 m); Keilriemen können jedoch auch für kleine Entfernungen verwendet werden (normalerweise bis zu 1 m). Wenn der Wellenabstand größer ist, neigt der Riemen dazu, zu peitschen (zwischen zwei Riemenscheiben zu vibrieren). Das schlaffe Trum des Riemens kann sich auch nach unten biegen. Daher können zusätzliche Stützen erforderlich sein. Andererseits wird der Kettenantrieb für die Kraftübertragung über kleine bis mittlere Entfernungen bevorzugt. Die Kette ist im Vergleich zum Riemen normalerweise schwer und kann daher das Systemgewicht erheblich erhöhen, wenn sie über lange Strecken verwendet wird. Unterstützende Kettenräder sind auch erwünscht, wenn die Kettenlänge größer ist.

Machbare Gesichter: Bei einem Flachriemen kommt nur der innere Teil des Riemens mit der Riemenscheibe in Kontakt. Selbst bei einer Kreuzriemenanordnung wird der Riemen in zwei verschiedenen Ebenen gebogen, um sicherzustellen, dass nur der innere Teil mit der Riemenscheibe in Kontakt kommt. Beim Keilriemen kommen nur zwei geneigte Seitenflächen mit der entsprechenden Riemenscheibe in Kontakt. Diese Kontaktflächen können nicht verändert werden; Beispielsweise kann der äußere Abschnitt des Flachriemens nicht zur Kraftübertragung verwendet werden. Der Kettenantrieb bietet jedoch die Möglichkeit, beide Seiten (innen und außen) problemlos zu nutzen. Es können sogar beide Seiten gleichzeitig verwendet werden, wenn mehrere (mindestens 3) Wellen von einer Antriebswelle angetrieben werden sollen.

Effizienz: Da es sich um einen Reibungsantrieb handelt, tritt beim Riemenantrieb aufgrund von Reibung Leistungsverlust auf. Dies verringert die Effizienz des Antriebs. Einstufig kann der Riemenantrieb einen Wirkungsgrad im Bereich von 92 – 96 % bieten, hauptsächlich abhängig von den Reibungseigenschaften der Passflächen, der Anfangsspannung, dem Riementyp, dem Umschlingungswinkel, dem Schlupf und dem Kriechen. Ein Kettenantrieb kann einen besseren Wirkungsgrad bieten, da der Reibungsverlust vernachlässigbar ist. Das richtige Schmieren einer neuen Kette kann in der Regel einen Wirkungsgrad von 95–98 % bieten.

Arbeitsraumtemperatur: Die meisten technischen Materialien zeigen Dimensionsänderungen mit der Temperatur; Der Grad der Änderung hängt jedoch vom Wärmeausdehnungskoeffizienten des betreffenden Materials ab. Der Gürtel besteht normalerweise aus Gummi, Stoffgummi, Sperrleder oder synthetischen Materialien. Da es sich um ein nichtmetallisches Material handelt, erfährt der Riemen bei geringen Schwankungen der atmosphärischen Temperatur erhebliche Dimensionsänderungen. Sogar Feuchtigkeit kann die Leistung beeinträchtigen. Wenn die Temperatur ansteigt, nimmt auch die Riemenlänge zu und dies führt zu mehr Schlupf, Leistungsverlust, instabiler Geschwindigkeit und verschlechtertem Wirkungsgrad. Mit der Verringerung der Umgebungstemperatur nimmt die Riemenlänge ab, was zu einer höheren Belastung der Lager (zur Befestigung der Wellen) führt. Kleine Schwankungen der Arbeitsraumtemperatur stellen kein erkennbares Problem im Kettenantrieb dar. Da die Kette richtig geschmiert ist, ist auch der Einfluss von Feuchtigkeit vernachlässigbar.

Wellenausrichtung und Fehlausrichtung: Ein geeigneter mechanischer Antrieb muss basierend auf der Ausrichtung der Antriebs- und Abtriebswelle ausgewählt werden. Riemen- und Kettenantriebe können Kraft nur zwischen parallelen Wellen übertragen. Obwohl ein Riemen mit Vierteldrehung für senkrechte, sich nicht schneidende Wellen verwendet werden kann, ist er aufgrund vieler Einschränkungen und schlechter Leistung im Vergleich zu Kegel- oder Schneckengetrieben nicht beliebt. Ein kleiner Winkel- oder Lageversatz bei der Befestigung der Riemenscheiben mit entsprechender Welle stellt kein Problem bei der Kraftübertragung dar. Andererseits kann der Kettenantrieb nicht für nicht parallele Wellen verwendet werden. Es erfordert immer eine korrekte Ausrichtung der Kettenräder, da sonst die Schlitze der Kette nicht mit den Zähnen des Kettenrads übereinstimmen und das Kinn dazu neigt, aus dem Kettenrad zu springen.

Anfangsspannung: Der Riemenantrieb erfordert eine Vorspannung basierend auf der erforderlichen Traglast und Betriebsgeschwindigkeit. Eine häufige Einstellung der Riemenspannung ist auch erwünscht, um die Auswirkungen einer allmählichen Erhöhung der Riemenlänge zu mildern. Diese Vorspannung erhöht die Belastung der Lager. Der Kettenantrieb erfordert jedoch nicht, dass eine solche Spannung in der Kette für die Kraftübertragung aufrechterhalten wird.

Schmierung: Der Riemenantrieb muss nur gelegentlich geschmiert werden. Eine Schmierung, die höher als erwünscht ist, ist nachteilig, da sie den Schlupf unerwünscht erhöht. Kettenantrieb erfordert häufiges Schmieren; jedoch keine Vollschmierung, wie sie bei Zahnradgetrieben erwünscht ist. Die Schmierölkosten sind ein weiterer Faktor, den es beim Kettenantrieb im Vergleich zum Riemenantrieb zu berücksichtigen gilt.

In diesem Artikel wird ein wissenschaftlicher Vergleich zwischen Riemenantrieb und Kettenantrieb vorgestellt. Der Autor empfiehlt Ihnen außerdem, die folgenden Referenzen durchzugehen, um das Thema besser zu verstehen.

1. Design of Machine Elements von V. B. Bhandari (vierte Ausgabe; McGraw Hill Education).
2. Maschinendesign von R. L. Norton (fünfte Ausgabe; Pearson Education).
3. Ein Lehrbuch des Maschinendesigns von R. S. Khurmi und J. K. Gupta (S. Chand; 2014).