Öffnen Sie eine riemengetriebene Maschine – ob Automobilmotor, industrieller Förderer oder CNC-Fräse – und Sie finden mindestens eine Riemenscheibe, die sich dreht, ohne mit einem Bauteil verbunden zu sein. Dabei handelt es sich um eine Umlenkrolle.
Daneben sitzt, an der Motorwelle oder am Getriebeausgang befestigt, eine Riemenscheibe, die die eigentliche Kraftübertragung übernimmt. Das ist die Antriebsriemenscheibe.
Diese Unterscheidung ist in der Praxis entscheidend.
Der Ersatz einer Umlenkrolle durch eine Standard-Antriebsriemenscheibe mit fester Bohrung – oder umgekehrt – kann zu einem sofortigen Systemausfall oder zu schleichenden Leistungseinbußen führen, deren Diagnose Wochen in Anspruch nimmt.
Wer die Funktion der einzelnen Komponenten, ihre typischen Ausfallursachen und die richtige Spezifikation des Ersatzteils versteht, spart Zeit, Kosten und aufwendige Fehlersuche.
Wenn Sie außerdem prüfen möchten, welche Rolle Umlenk- und Antriebsriemenscheiben im größeren Spektrum von Riemen-, Seil- und Zahnriemenscheiben einnehmen, ist unser Leitfaden zu Riemenscheibentypen die passende Übersicht über alle wichtigen Kategorien.
Antriebsriemenscheiben: Funktion und Konstruktion
Die Antriebsriemenscheibe ist das kraftübertragende Element in einem Riementrieb.
Sie wandelt Rotationsenergie – etwa von einem Motor, Verbrennungsmotor oder Getriebe – in die Bewegung des Riemens um. Dieser setzt wiederum die angetriebene Riemenscheibe und die daran angeschlossene Last in Rotation.
In einem System mit zwei Riemenscheiben fungiert eine Scheibe als treibende Scheibe (Eingang), die andere als getriebene Scheibe (Ausgang).
Technisch gesehen sind beide Antriebsriemenscheiben, auch wenn nur die treibende Scheibe die Leistung vom Motor erhält.
Wie die Kraft übertragen wird
Bei Keilriemen- oder Flachriemensystemen erfolgt die Kraftübertragung über die Reibung zwischen Riemen und Riemenscheibennut.
Die wirksame Spannungsdifferenz zwischen der Zugseite und der Leertrumseite bestimmt, welche Kraft das System übertragen kann.
Dieser Zusammenhang wird durch die Eulersche Riemenreibungsformel beschrieben.
Bei einem Zahnriementrieb erfolgt die Kraftübertragung über den Zahneingriff.
Es tritt kein Schlupf auf – das Übersetzungsverhältnis wird ausschließlich durch die Anzahl der Zähne bestimmt.
Damit entfällt die Abhängigkeit von Reibung, zugleich entsteht jedoch eine andere Randbedingung: Die Zähne müssen auch unter Spitzendrehmoment vollständig im Eingriff bleiben.
Übersteigt das Spitzendrehmoment die Scherfestigkeit der Riemenzähne multipliziert mit der Anzahl der im Eingriff befindlichen Zähne, kommt es zum Überspringen oder Abscheren des Riemens.
Für die Auswahl der Teilung, die Berechnung der Zähnezahl und die Werkstoffspezifikation bietet unser Leitfaden für Zahnriemenscheiben den vollständigen Auslegungs- und Auswahlprozess.
Naben-Ausführungen für Antriebsscheiben
Umlenkrollen: Funktion und Auslegung
Eine Umlenkrolle dreht frei – sie ist nicht mit einer Welle verbunden.
Ihre Aufgabe besteht darin, den Riemen auf Spannung zu halten, den Riemen um Hindernisse umzulenken oder den Umschlingungswinkel an einer Antriebsscheibe zu vergrößern.
Da die Umlenkrolle keine Leistung über eine Welle überträgt, benötigt sie ein eigenes internes Lager.
Diese abgedichteten Kugellager – nahezu immer das lebensdauerbegrenzende Bauteil – sind der Grund dafür, dass eine quietschende Umlenkrolle in den meisten Fällen auf einen Lagerschaden und nicht auf Verschleiß der Laufbahn hinweist.
Spannrolle vs. Führungsrolle
Ein Detail überrascht viele Techniker: Eine Rückseitenrolle, die auf der Außenseite des Riemens läuft, biegt den Riemen entgegen der Biegerichtung von Antriebs- und Abtriebsscheibe.
Bei Keilriemen dürfen Rückseitenrollen niemals auf der Zugseite eingesetzt werden – die umgekehrte Biegebeanspruchung beschleunigt zusammen mit der hohen Riemenspannung Ermüdungsrisse in den Zugträgern des Riemens.
Bei Zahnriemenwerden Rückseitenrollen in der Regel ganz vermieden, da der umgekehrte Zahneingriff zu einem vorzeitigen Riemenausfall führen kann.
Ausfallarten: Wie sich die einzelnen Riemenscheiben ausfallen
Ein festgegangenes Umlenkrollenlager kann plötzlich und vollständig ausfallen.
Beim Fressen stoppt die Riemenscheibe ihre Drehung.
Der Riemen läuft weiter über die nun stehende Riemenscheibe und erzeugt durch Reibung starke Wärme.
In einem Zahnriemensystem können dadurch die Zähne des Riemens binnen Sekunden abgeschert werden.
In einem automobilen Keilrippenriemensystem kann die stehen gebliebene Umlenkrolle den Riemen abwerfen und Lichtmaschine, Servolenkungspumpe sowie Wasserpumpe gleichzeitig außer Funktion setzen.
So unterscheiden Sie die Bauteile im praktischen Einsatz
An einer Ihnen unbekannten Maschine lässt sich die Umlenkrolle von der Antriebsriemenscheibe in etwa 30 Sekunden unterscheiden:
Auswahlkriterien
Ein häufiger Auslegungsfehler besteht darin, einen zu kleinen Durchmesser für die Umlenkrolle zu wählen.
Bei Zahnriemenanwendungen sollte der empfohlene Mindest-Teilkreisdurchmesser der Umlenkrolle in der Regel dem kleinsten Antriebsrad im System entsprechen oder größer sein.
Eine Umlenkrolle mit kleinem Durchmesser auf der Zahnseite eines Zahnriemens erzeugt enge Biegeradien und lässt die Zugträger des Riemens rasch ermüden.
Bei Rücklaufführungsrollen für Keilriemen sollte der Mindestdurchmesser mindestens 1,5× dem Teilkreisdurchmesser der kleinsten Riemenscheibe entsprechen.
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FAQ
Kann eine Umlenkrolle als Antriebsscheibe verwendet werden?
Nein. Eine Umlenkrolle ist dafür ausgelegt, sich auf einer festen Achse frei zu drehen; sie verfügt über keine Vorrichtung, um mit einer Antriebswelle verbunden zu werden oder mit ihr mitzudrehen. Die Auslegung des integrierten Lagers ist auf Freilauf und nicht auf drehmomentübertragende, wellenfeste Anwendung ausgelegt. Umgekehrt gilt dasselbe: Eine Antriebsscheibe kann nicht als Umlenkrolle eingesetzt werden, es sei denn, sie wird auf einer festen Achse mit geeigneten Lagern neu montiert.
Sollte ich die Umlenkrolle beim Riemenwechsel mit ersetzen?
Ja, in den meisten Fällen. Wechselintervalle für Riemen gibt es, weil der Riemen das Ende seiner zuverlässigen Lebensdauer erreicht. Umlenkrollenlager altern unter vergleichbaren Betriebsbedingungen in ähnlichem Tempo. Wird nur der Riemen ersetzt und die ursprüngliche Umlenkrolle weiterverwendet, führt dies häufig zu einem Lagerausfall vor dem nächsten planmäßigen Riemenservice – mit einem zweiten Wartungseinsatz, der deutlich teurer ist als die Umlenkrolle selbst.
Was verursacht ein Quietschen der Umlenkrolle?
Ein Quietschen an einer Umlenkrolle ist nahezu immer auf ein ausfallendes Innenlager zurückzuführen. Die Laufbahnen verschleißen, das Fett baut sich ab, und Metall-auf-Metall-Kontakt erzeugt ein hohes Quietschgeräusch, dessen Frequenz mit der Riemengeschwindigkeit zunimmt. Auch eine Fehlausrichtung des Riemens, die zu Kantenkontakt mit dem Rollenflansch führt, kann Geräusche verursachen – in der Regel jedoch eher als zeitweiliges Reiben und nicht als gleichmäßiges, drehzahlabhängiges Quietschen.
Muss eine Umlenkrolle für den Zahnriemen gezahnt sein?
Umlenkrollen für Zahnriemen können gezahnt sein, wenn sie mit der Zahnseite in Kontakt stehen und als Spannrollen eingesetzt werden, oder glatt, wenn sie die glatte Rückseite des Riemens als Führungsrolle abstützen. Eine glatte Umlenkrolle auf der Zahnseite eines Zahnriemens ist nicht zu empfehlen, da dies die Riemenzähne mit der Zeit beschädigt. Passen Sie den Rollentyp daher stets an die Riemenseite an, mit der er in Kontakt steht.
Wie prüfe ich ohne Ausbau, ob ein Umlenkrollenlager ausfällt?
Bei entferntem Riemen oder abgeschalteter Anlage jede Umlenkrolle von Hand drehen. Ein intaktes Lager läuft leichtgängig und mit nur geringem Widerstand. Ein defektes Lager fühlt sich rau, ruckelig oder mit seitlichem Spiel an. Auch ein Infrarotthermometer kann zur Diagnose eingesetzt werden: Liegt die Temperatur einer laufenden Umlenkrolle 20°C oder mehr über der Umgebungstemperatur, entsteht übermäßige Reibung, und das Lager sollte vor dem Fressen ersetzt werden.
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