Montage elastischer Keilrippenriemen

Die Evolution des Riemenantriebs

Ein Bauteil im Auto dem man kaum Aufmerksamkeit schenkt und das auch im Berufsschulunterricht der Kfz-Mechatroniker kaum Beachtung findet ist der Keilriemen oder Keilrippenriemen. Erst wenn der Gummiriemen pfeifende Geräusche macht oder gar gerissen ist, widmet man sich ihm. Dabei hat er bereits eine lange Geschichte mit zahlreichen technischen Veränderungen hinter sich (s. Info ).

Aus dem Automobil nicht mehr wegzudenken: Keilriemen, Keilrippenriemen und Zahnriemen (Quelle: ContiTech)

Der Auftrag des Keilriemens

Der Auftrag von Keilriemen ist der Antrieb von Nebenaggregaten wie Generator, Lüfter, Wasserpumpe, Klimakompressor und Servolenkung. Beim Keilriemen erfolgt die Kraftübertragung durch Reibschluss (Kraftschluss) der seitlichen Flanken auf die Seitenwände der Keilrillen der Scheiben und umgekehrt. Die hierfür erforderliche Anpresskraft wird durch Vorspannung des Riemens erzeugt. Sie richtet sich nach der Größe des zu übertragenden Drehmoments. Bei sachgemäßer Antriebsauslegung und einwandfrei gearbeiteten Scheiben kann mit einem Wirkungsgrad von mindestens 95% gerechnet werden.

Keilrippenriemen für den Antrieb von Nebenaggregaten

Der Antrieb von Nebenaggregaten erfolgt bei modernen Motoren heute zumeist mit Keilrippenriemen, welcher den Keilriemen mehr und mehr ablöst. Keilrippenriemen können mehrere Nebenaggregate gleichzeitig antreiben, dabei höhere Leistungen übertragen und brauchen zudem auch wenig Platz; sind also ideal für komplexe Antriebe. Der Riemengummi besteht heute (z.B. Conti, Optibelt) für gewöhnlich aus einer meist faserverstärkten Polychloroprene-Gummimischung. Zulieferer Gates verwendet dagegen das sehr temperaturbeständige EPDM, ein Ethylen-Propylen-Dien-Monomer. Die Zugstränge bestehen bei allen Herstellern aus Polyester, das eine optimale Belastungsfähigkeit bei hoher Spannung und niedriger Dehnung bietet.

Ein Keilrippenriemen von Optibelt im Schnitt 1 Deckplatte: verschleißfeste Polychloroprene-Gummimischung 2 Zugstrang: dehnungsarmer Polyestercord 3 Einbettung: haftfreudige Polychloroprene- Gummimischung (Einbettfolie) 4 Kern: Polychloroprene-Gummimischung (Quelle Optibelt)

Für gewöhnlich wird die Spannung von Keilrippenriemen mithilfe von Spannrollen eingestellt. Bei den sogenannten Serpentinenantrieben mit automatischer Spanneinrichtung ist dann kein Nachspannen in der Werkstatt mehr erforderlich. Solche Keilrippenriemen sind die leistungsstarke Lösung für Standard- und Serpentinentriebe in Pkw, Lkw und Bus. Sie sind extrem sicher, zuverlässig, leistungsstark.

Elastische Keilrippenriemen

Jedem Kfz-Mechatroniker ist die Enge im Motorraum auch auf Grund der Fülle zahlreicher Nebenaggregate wie beispielsweise Generator, Servopumpe, Unterdruckpumpe, CR-Hochdruckpumpe und Klimakompressor geläufig. Da ist es nicht verwunderlich, dass Ingenieure auf der Suche nach Platz und Gewicht sparenden Möglichkeiten sind. Dies dient aber natürlich in erster Linie dazu Kosten zu sparen und nicht unbedingt um den Kfz-Mechatroniker entgegen zu kommen. Denn weniger Bauteile bedeuten letztendlich weniger Kosten. Eine Lösung für kompaktere Motoren ist ein Antriebsriemen für die Nebenaggregate der keinen Spanner mehr braucht. Vielfach eingebaut wird daher mittlerweile ein elastischer Keilrippenriemen, der eigens für Motoren ohne Spannvorrichtung entwickelt wurde. Dies beinhaltete allerdings einen gewissen Zielkonflikt. Denn einerseits musste der Riemen eine ausreichende Spannung ohne Verwendung einer Spannrolle gewährleisten und daneben musste er außerdem “dehnbar” genug sein, damit er um die Riemenscheiben gelegt werden konnte. Elastische Keilrippenriemen lassen sich bei festem Achsabstand montieren und halten die Vorspannung über die gesamte Lebensdauer und dies ohne zusätzliche Spannvorrichtung.

Keilrippenriemen wie sie z.B. von Continental, Gates oder Optibelt auch für den Nachrüstmarkt angeboten werden, sind ideal für kraftschlüssige Antriebe in Pkw. Bei Zulieferer Gates heißen die elastischen Riemen Stretch Fit™, ContiTech nennt seinen Conti-V Multirib Elast Riemen und bei Optibelt wird er EPK Riemen genannt.

Montage-Werkzeug

Riementriebe mit elastischen Keilrippenriemen haben allerdings einen entscheidenden Nachteil. Da sie über keinen Riemenspanner verfügen, benötigen Kfz-Mechatroniker in den meisten Fällen ein spezielles Einbauwerkzeug für den Wechsel der Elastriemen. Aufgrund der Namensgebung kann fälschlicherweise leicht angenommen werden, dass dieser Riemen von Hand gedehnt und montiert werden kann. Wie jeder andere elastische Riemen muss jedoch auch ein elastischer Riemen mit dem richtigen Montagewerkzeug montiert werden, sonst kann der Riemen beschädigt werden. Der Nachrüstmarkt bietet hier aber auch längst Lösungen an.

ContiTech Montage

ContiTech bietet den ELAST Riemen als Tool Kit zusammen mit einem Einbauwerkzeug und Bedienungsanleitung in einer Schachtel an.

Eine Möglichkeit ist es den elastischen Riemen mit einem mitgelieferten Einmalwerkzeug zu montieren (Quelle ContTech)

Um stets eine sichere Montage bei elastischen Keilrippenriemen zu gewährleisten, bietet ContiTech neben diesem Einmalwerkzeug nun auch ein praktisches Universalwerkzeug für nahezu alle elastischen Keilrippenriemen an und nennt dieses CONTI® UNI-TOOL ELAST. Werkstätten können so bares Geld sparen. Denn bislang mussten diese für diverse Fahrzeuge für die es kein Einmalwerkzeug gibt Spezialwerkzeuge beim Fahrzeughersteller kaufen, um den elastischen Keilrippenriemen wechseln zu können. ContiTech verspricht, dass mit ihrem universellen Tool Kit nahezu alle Fahrzeuganwendungen abgedeckt werden können, um den Riemenwechsel schnell, einfach und fachgerecht durchzuführen.

Mit dem Conti Uni-Tool Elast können nahezu alle elastischen Riemen demontiert bzw. montiert werden. (Quelle ContiTech)

Die Demontage des alten Riemens ist mit dem neuen Werkzeug ebenfalls möglich. Auf der Homepage von Conti verdeutlicht ein entsprechendes Video wie einfach es gehen kann. Das Werkzeug streckt den Riemen bei der Montage und bringt ihn mit einer bestimmten Vorspannung auf die Riemenscheiben. Der Riemen hält dann selbstständig seine Spannung. ContiTech warnt davor andere Montagemethoden anzuwenden, da diese den Riemen und/oder die Riemenscheibe beschädigen und somit die Lebensdauer beeinflussen oder sogar zu Verletzungen des Mechanikers führen können.

Optibelt Montage

Das Montagewerkzeug der Firma Optibelt ähnelt in Aufbau und Handhabung dem eben beschriebenen von Conti. Alles, was weiter benötigt wird, sind neben dem elastischen Riemen lediglich ein Schrauben- oder Steckschlüssel, um die Antriebsscheibe manuell drehen zu können.

Zur Demontage eines elastischen Riemens gibt es von Optibelt ebenfalls ein einfaches universelles Montage- und Demontagetool (Quelle Optibelt)

Gates Montage

Die Konstruktion des Stretch Fit™-Riemens bei Gates basiert auf Polyamid- Zugsträngen, die über einen langen Zeitraum die ausreichende Spannung des Riemens für die Kraftübertragung gewährleisten, während die Spannung gleichzeitig gering genug ist, um eine einfache Montage zu ermöglichen und Bauteilausfällen vorzubeugen.

Gates bietet derzeit zwei Universalwerkzeuge an, SFT001 und SFT003, mit denen 80% der aktuellen Anwendungen auf dem Markt abgedeckt werden können. Die Werkzeuge sind in einem robusten, schlagfesten Kunststoffkoffer verpackt und enthalten, neben dem Werkzeug, drei Schrauben zum Fixieren des Werkzeugs an der Riemenscheibe.

Auch für den Stretch Fit von Gates gibt es das passende Universalwerkzeug (Gates)

Für die Montage ist nur eine (manchmal gar keine) der Schrauben erforderlich. Aufgrund der Vielzahl an Riemenscheibenkonstruktionen liefert Gates drei Schrauben von unterschiedlicher Länge. Welche Schraube für welche Anwendung verwendet werden muss, ist in der jedem Stretch Fit™-Riemen beiliegenden Montageanweisung von Gates klar beschrieben.

Diese Anleitung ist auf die Innenseite der Riemenmanschette gedruckt und verweist auf das entsprechende Stretch Fit™-Montagewerkzeug und ob eine Schraube für die Fixierung des Werkzeugs an der Riemenscheibe erforderlich ist bzw. welche Schraube wohin gehört (Position A, B oder C). Im folgenden eine Beschreibung zum Wechsel des Stretch FitTM-Riemens.

Auf der Innenseite der Riemenmanschette eines jeden Stretch FitTM-Riemens befindet sich eine Montageanleitung (Gates)

Austausch eines Stretch Fit™-Riemens

Vor Beginn der Riemenmontage muss das Werkzeug voreingestellt werden. Dazu ist zunächst die Schraube so einzudrehen, bis das Werkzeug fest an der Riemenscheibe anliegt und kein Platz mehr zwischen dem Werkzeug und der Riemenscheibe vorhanden ist.

Das Werkzeug wird voreingestellt (Gates)

Danach wird der Stretch Fit™-Riemen um die Riemenscheiben gelegt und das Werkzeug zwischen Riemenscheibe und Riemen positioniert und festgehalten.

Den Riemen um die Scheiben und um das Werkzeug gelegt und festgehalten (Quelle: Gates)

Mit einem passenden Schlüssel wird die Riemenscheibe gedreht, während das Werkzeug weiter festgehalten wird. Es ist darauf zu achten, dass sich die Riemenrippen während des Drehens nicht in Ihre Richtung verdrehen. Die Riemenrückseite sollte dem Monteur immer zugewandt sein-

Mit einem passenden Schlüssel wird die Riemenscheibe vorsichtig gedreht (Quelle Gates)

Dann wird so lange weiter gedreht, bis das Werkzeug frei wird und weggenommen werden kann.

Wenn der Riemen aufliegt wird das Werkzeug frei und kann abgenommen werden. (Quelle Gtes)

Nun ist noch zu prüfen, ob sich der Riemen in der richtigen Position befindet und alle Rippen in den Nuten der Riemenscheibe liegen. Sollte dies nicht der Fall sein, so soll die Riemenscheibe weitergedreht und dabei mit dem Daumen ein leichter Druck auf die Riemenkante ausgeübt werden. Der Riemen wird so nach und nach in die richtige Position kommen. Sehen Sie auch das Video (Stretch Fit Installation) zur Montage an.

Fazit

Da Motoren immer kompakter werden müssen (Stichwort Downsizing) fällt diesem Trend wohl der herkömmliche Keilrippenriemen mit automatische Riemenspanner zum Opfer. Anstelle des herkömmlichen Keilrippenriemens mit Spanner tritt der flexible Riemen an, der aber nun nur mit speziellem Montagewerkzeug montiert werden kann. Die Werkzeuge gibt es neben den Herstellerwerkzeugen entweder im Toolkit beim Riemen mitgeliefert oder häufig auch als Universalwerkzeug mit hoher Abdeckung. Leider geht es oftmals im engen Raum des Motors nicht so leicht, den Riemen zu wechseln, wie in Beschreibung oder Video dargestellt wird. Der leidgeprüfte Kfz-Mechatroniker kann ein Lied davon singen.

Kurze Info zur Riemengeschichte

Vor rund 200 Jahren entwickelte der Forscher Eytelwein die Berechnungsgrundlagen für den Riementrieb. Und seit über 110 Jahren kennt man im Maschinen- und Fahrzeugbau den Keilriemen. Continental bot damals den ersten Keilriemen für Motorräder noch mit einem Schloss verbunden an. Als kurz vor dem Ersten Weltkrieg in den USA elektrische Autobeleuchtung die Gaslampen ersetzte, musste die Kraft der Lichtmaschine möglichst verlustfrei übertragen werden – der endlose Keilriemen entstand. Im Laufe der Zeit wurden die Drehzahlen höher und die Antriebe kompakter. Als Folge dessen wurde der Anteil an Textilien im Inneren des Keilriemens reduziert und der Gummianteil dafür vergrößert. 1917 erfand John Gates, der Bruder des Firmengründers den ersten V-Keilriemen aus Gummi. 1930 wurde der gezahnte Gummikeilriemen von Continental zum Patent angemeldet. Durch diese Veränderungen und aufgrund erheblicher Verbesserungen in Bezug auf Werkstoff und Konfektion konnte der Keilriemen immer mehr an Bedeutung gewinnen. In den sechziger Jahren eroberte der Schmalkeilriemen praktisch alle Zweige des Maschinenbaus. 1961 wurde erstmals ein Zahnriemen als Nockenwellenantrieb in einem Automobil eingebaut. Er bestand noch aus Polyurethan mit eingebetteten Stahlzugkörpern und wurde Mitte der Sechziger dann durch Gummi ersetzt. Die letzten Entwicklungen sind der elastische Keilriemen (s. Bericht) und der ummantelte Keilriemen für industrielle Anwendungen, der überwiegend aus nachwachsenden Rohstoffen besteht. Anfang des 20. Jahrhunderts waren die ersten Keilriemen für Motorräder noch endlich, Ein Schloss verbindet die Keilrimenendstücke, wie dieses Plakat von Continental beweist. Foto: ContiTech

Lsen Sie auch unserern Artikel über: Die Bedeutung des Zahnriemens im Fahrzeug- und Maschinenbau

Autor: Johannes Wiesinger bbearbeitet: 29.03.2024 Folgen Sie kfztech auf Twitter Besuchen Sie kfztech auf Facebook Lesen Sie auch den Blog von kfztech.de