Wie werden Zahnriemen hergestellt?
Zahnriemen werden nicht immer auf die gleiche Weise gefertigt. Je nach Anwendung entstehen sie als offene Meterware, verschweißte Ausführung, endloser Wickelzahnriemen, endloser Flexzahnriemen oder als Sonderform im Spritzgussverfahren. Diese unterschiedlichen Herstellungsarten machen Zahnriemen so vielseitig für Antriebs-, Transport- und Positionieraufgaben. Welche Herstellungsart gewählt wird, beeinflusst unter anderem Zugfestigkeit, Länge, Hygiene, Einsatzbereich und Wirtschaftlichkeit des Zahnriemens.
Neben dem Fertigungsverfahren spielt auch die Materialauswahl eine entscheidende Rolle. Die Eigenschaften eines Zahnriemens werden durch die Kombination aus Zugträgern, Riemenkörper, Zahnprofil und möglichen Beschichtungen bestimmt.
Typische Bestandteile eines Zahnriemens
- Zugträger sorgen für die Zugfestigkeit und minimieren die Dehnung. Zum Beispiel aus Glasfaser, Stahlcord oder Aramid (Kevlar).
- Riemenkörper schützt die Zugträger und gibt dem Zahnriemen seine Form. Häufig aus Polyurethan (PU), Chloropren (CR) oder HNBR (hydrierter Nitrilkautschuk).
- Beschichtungen erhöhen die Abriebfestigkeit, verringern die Reibung, oft aus Nylon (PA), Teflon (PTFE) oder Polyester.
- Zahnprofil gewährleistet den Eingriff in die Zahnradmechanik und überträgt Kräfte und Drehmoment, abgestimmt auf die jeweilige Anwendung.
Warum gibt es verschiedene Herstellungsverfahren?
Nicht jeder Zahnriemen muss dieselben Anforderungen erfüllen. In manchen Anwendungen geht es um frei konfektionierbare Längen, in anderen um hohe Zugkräfte, minimale Dehnung, hohe Temperaturbeständigkeit oder besondere Hygieneanforderungen. Deshalb gibt es in der Praxis nicht den einen Zahnriemen, sondern mehrere Bauarten mit unterschiedlichen Fertigungsverfahren. Die Konstruktion wird dabei immer auf den späteren Einsatz des Zahnriemens abgestimmt.
Die wichtigsten Fertigungsverfahren im Überblick:
- Herstellung als offene Meterware
- Weiterverarbeitung zu verschweißten oder mechanisch verschlossenen Zahnriemen
- Fertigung als endlose Wickelzahnriemen
- Fertigung als endlose Flexzahnriemen
- Herstellung von Sonderformen, z.B. im Spritzgussverfahren
1. Herstellung als offene Zahnriemen-Meterware
Bei der Herstellung als offene Meterware wird zuerst ein Grundriemen produziert und anschließend in der passenden Länge weiterverarbeitet. Meterware eignet sich besonders für kundenspezifische Lösungen, Veredelungen und Sonderanwendungen und dient oft als Basis, wenn später noch Beschichtungen, Mitnehmer oder weitere Funktionselemente ergänzt werden sollen.
Technisch betrachtet entsteht der Grundkörper je nach Material über präzise Fertigungsverfahren wie Extrusion oder bei gummibasierten Ausführungen in Verbindung mit Vulkanisation. Bei der Extrusion wird das Material erhitzt und kontinuierlich durch eine Düse geformt, sodass der Riemenkörper mit seinem Profil entsteht. Bei Gummi-Zahnriemen sorgt die Vulkanisation anschließend für die chemische Vernetzung der Moleküle und verbessert unter anderem Elastizität und Temperaturbeständigkeit.
Typische Vorteile offener Meterware:
- frei weiterverarbeitbar
- für individuelle Längen geeignet
- gute Basis für Beschichtungen und Mitnehmer
2. Verschweißte oder mechanisch verschlossene Zahnriemen
Aus offener Meterware können verschweißte oder mechanisch verschlossene Zahnriemen hergestellt werden. In beiden Fällen werden die beiden Enden des Riemens zu einem Ring verbunden. Diese Ausführung ist besonders interessant, wenn bestimmte Längen kurzfristig oder wirtschaftlich realisiert werden sollen. Ein Vorteil besteht darin, dass solche Zahnriemen in sehr vielen Längen hergestellt werden können und sich gut für individuelle Förder- und Transportaufgaben eignen.
Wichtig ist die technische Abgrenzung zu endlos gefertigten Zahnriemen: Sowohl bei verschweißten als auch bei mechanisch verschlossenen Ausführungen sind die Zugträger an der Verbindungsstelle unterbrochen. Dadurch fällt die erreichbare Zugkraft geringer aus als bei geschlossen gefertigten Riemen. Im direkten Vergleich liegt sie ungefähr bei der Hälfte eines endlos gefertigten Zahnriemens. Für viele Förderanwendungen ist das ausreichend, für hochbelastete Antriebe jedoch nicht immer die erste Wahl.
Verschweißte Zahnriemen eignen sich besonders, wenn:
- eine individuelle Länge benötigt wird
- eine wirtschaftliche Lösung gefragt ist
- der Zahnriemen vor allem für Förder- und Transportaufgaben eingesetzt wird
- keine maximale Zugkraft erforderlich ist
3. Endlose Zahnriemen aus Wickeln
Eine besonders belastbare Lösung sind endlose Zahnriemen aus Wickeln. Sie werden ohne Verbindungsstelle hergestellt, was eine hohe Zugfestigkeit und eine geringe Dehnung ermöglicht. Diese Bauart ist deshalb überall dort interessant, wo es auf einen ruhigen Lauf, hohe Belastbarkeit und zuverlässige Kraftübertragung ankommt.
Charakteristisch für Wickelzahnriemen ist, dass sich die Riemenbreite flexibel vom Wickel abschneiden lässt, während die Länge von der jeweiligen Gussform abhängt. Damit eignen sich diese Zahnriemen besonders für viele Standard- und Sonderanwendungen, solange die gewünschte Länge innerhalb der verfügbaren Formlängen liegt.
Typische Eigenschaften von Wickelzahnriemen:
- endlos gefertigt
- keine Verbindungsstelle
- hohe Zugfestigkeit
- geringe Dehnung
- Breite flexibel wählbar, Länge formabhängig
4. Endlose Flexzahnriemen
Flexzahnriemen sind ebenfalls endlos gefertigt, haben jedoch einen entscheidenden Vorteil: Die Riemenlänge ist unter Berücksichtigung der Zahnteilung frei wählbar. Dadurch schließen sie die Lücke zwischen verschweißten Lösungen und Wickelzahnriemen. Sie kommen vor allem dann zum Einsatz, wenn keine passende Wickellänge verfügbar ist, aber trotzdem eine endlose, leistungsfähige Ausführung benötigt wird. Bei der Herstellung wird der Zugstrang auf zwei Formräder gewickelt, deren Abstand je nach erforderlicher Länge des Zahnriemens eingestellt wird. Das Polyurethan wird dann umlaufend auf den Zugstrang extrudiert.
Der Aufbau ist auf hohe Leistungsfähigkeit ausgelegt. Verwendet werden ein Riemenkörper aus thermoplastischem Polyurethan mit hoher Abriebfestigkeit sowie endlos gewickelte Zugstränge aus hochfestem Stahl. Diese Konstruktion macht Flexzahnriemen besonders geeignet für anspruchsvolle Antriebe, hohe Drehzahlen und präzise Förderaufgaben.
Die Vorteile von Flexzahnriemen:
- endlose Ausführung
- frei wählbare Länge innerhalb der Zahnteilung
- hohe Zugfestigkeit
- präziser Lauf
- geeignet für dynamische und anspruchsvolle Anwendungen
5. Sonderformen im Spritzgussverfahren
Neben den klassischen Bauarten gibt es auch Zahnriemen-Sonderformen im Spritzgussverfahren. Dieses Verfahren eignet sich vor allem dann, wenn nicht nur Kraft übertragen, sondern zusätzlich besondere funktionale oder hygienische Eigenschaften integriert werden sollen. Im Spritzguss lassen sich Geometrien, Oberflächen und Zusatzfunktionen sehr gezielt umsetzen.
Ein großer Vorteil des Spritzgusses besteht darin, dass bestimmte Eigenschaften schon während der Herstellung eingebracht werden können. Dazu gehören zum Beispiel:
- Oberflächenstrukturen wie Spikes, Lamellen oder Konturen
- eingelegtes PA-Gewebe als Verschleißschutz auf der Zahnseite
- PU-Beschichtungen in FDA-Qualität
- homogene und nahtlose Bauweisen
- hygieneoptimierte Geometrien (hygienic design)
Durch Spritzguss hergestellte Zahnriemen sind besonders für hygienisch sensible Bereiche wie Verpackungs- und Lebensmittelanwendungen interessant. Da diese Ausführung ohne Zugträger hergestellt wird, ist ihre Zugfestigkeit konstruktionsbedingt begrenzt. Daher eignen sie sich vor allem für spezielle Transport- und Prozessaufgaben, aber nicht für die Übertragung hoher Kräfte und Drehmomente.
Mehr zur Herstellung, den Einsatzmöglichkeiten, den Eigenschaften und Anwendungsbeispielen von Spritzguss-Zahnriemen erfahren Sie hier.
Welche Rolle spielen die Materialien?
Die Materialauswahl entscheidet maßgeblich darüber, wie sich ein Zahnriemen im Einsatz verhält. Die eingesetzten Werkstoffe bestimmen unter anderem die Abriebfestigkeit, die Flexibilität, das Temperaturverhalten, die chemische Beständigkeit und die Lebensdauer eines Zahnriemens.
Häufig verwendete Werkstoffe für den Riemenkörper sind:
- Polyurethan (PU) für hohe Abriebfestigkeit und gute Formstabilität
- Chloropren (CR) für elastische und bewährte Anwendungen
- HNBR für anspruchsvollere Temperatur- und Medienbeständigkeit
Typische Zugträgermaterialien sind:
- Stahl für hohe Zugfestigkeit
- Edelstahl für korrosive Umgebungen
- Glasfaser für viele Standardanwendungen
- Aramid (Kevlar) für spezielle mechanische Anforderungen wie z.B. hohe Biegsamkeit
Typische Beschichtungsmaterialien sind:
- Nylon (PA)
- Teflon (PTFE)
- Polyester
PU-Zahnriemen werden häufig eingesetzt, wenn hohe Abriebfestigkeit, gute Formstabilität und Beständigkeit gegen viele Umgebungsbedingungen gefragt sind. Gummi-Zahnriemen beziehungsweise Ausführungen aus CR oder HNBR punkten je nach Aufbau mit Elastizität, Temperaturverhalten und vibrationsdämpfenden Eigenschaften.
Auch die Zugträger beeinflussen die Leistung entscheidend. Stahl sorgt für hohe Zugfestigkeit, Glasfaser ist eine bewährte Lösung für viele Standardanwendungen, und Aramid eignet sich für spezielle mechanische Anforderungen. Zusätzliche Beschichtungen können die Reibung verringern, den Verschleiß reduzieren oder die Oberfläche an das Transportgut anpassen, um beispielsweise die Mitnahmeeigenschaften zu verbessern. Dadurch wird der Zahnriemen gezielt auf seinen späteren Einsatz abgestimmt.
Fazit
Die Frage „Wie werden Zahnriemen hergestellt?“ lässt sich nicht mit nur einem einzigen Verfahren beantworten. Je nach Einsatzgebiet entstehen Zahnriemen als:
- offene Meterware
- verschweißte oder mechanisch verschlossene Ausführung
- endlose Wickelzahnriemen
- endlose Flexzahnriemen
- spritzgegossene Sonderlösungen
Welche Variante die beste ist, hängt von den Anforderungen an Zugkraft, Länge, Hygiene, Material, Beschichtung und Einsatzumgebung ab. Wer Zahnriemen richtig auswählen will, sollte deshalb nicht nur auf Profil und Abmessung achten, sondern immer auch auf die Herstellungsart und den Werkstoffaufbau. Erst das Zusammenspiel aus Fertigungsverfahren, Zugträgern, Riemenkörpern und gegebenenfalls einer Beschichtung entscheidet darüber, wie zuverlässig ein Zahnriemen in der Praxis arbeitet.
Sind Sie noch nicht sicher, welcher Zahnriemen am besten für Ihre Anwendung geeignet ist? Unser Team berät Sie gerne!