Wat is de functie van rubberen geribbelde riemen?

Rubberen geribbelde riemen dienen één primaire functie: het overbrengen van rotatievermogen van een aandrijfbron naar een of meer aangedreven componenten met een hoog rendement, minimale slip en stille werking . De longitudinale ribben op het riemoppervlak grijpen in elkaar met bijpassende groeven op de poelies, waardoor een positieve grip ontstaat die het slippen elimineert dat inherent is aan vlakke riemsystemen. Alleen al bij automotoren drijft een enkele geribbelde riem tegelijkertijd de dynamo, de stuurbekrachtigingspomp, de airconditioningcompressor en de waterpomp aan, waardoor gecombineerde belastingen kunnen worden opgevangen die hoger kunnen zijn dan 15 tot 20 kW continue krachtoverdracht . Naast gebruik in de automobielsector zijn geribde riemen de voorkeursoplossing voor krachtoverbrenging in industriële machines, HVAC-systemen, fitnessapparatuur en huishoudelijke apparaten, waar compacte afmetingen, een hoog koppelvermogen en een lange levensduur samen vereist zijn. In dit artikel wordt elke functie in technische details uitgelegd, met gegevens en voorbeelden voor verschillende toepassingscategorieën.

Kernfunctie: efficiënte meerpuntskrachtoverbrenging

Het bepalende functionele kenmerk van een rubberen geribbelde riem is zijn rijvermogen meerdere accessoires uit één riemlus zonder de efficiëntieverliezen die gepaard gaan met kettingaandrijvingen of de geluids- en slipverliezen van platte riemen. Deze meerpuntsmogelijkheid komt voort uit de combinatie van de positieve samenwerking van het geribbelde profiel met de poeliegroeven en de flexibiliteit van de riem om bij hoge bandsnelheden om poelies met een kleine diameter te wikkelen.

In een typische kronkelige configuratie voor auto's wikkelt een geribbelde riem zes tot acht poelies in één ononderbroken pad, waarbij de spanners de juiste riemspanning gedurende de hele lus handhaven. De krachtoverdrachtsefficiëntie van een correct gespannen geribbeld riemsysteem is doorgaans: 96 tot 99% -- vergeleken met 93 tot 96% voor een conventioneel V-riemsysteem dat gelijkwaardige belastingen aandrijft (bron: Gates Power Transmission Efficiency Study, Engineering Reference, 2019).

Het efficiëntievoordeel komt voort uit twee mechanismen. Ten eerste verdeelt het geribbelde profiel de belasting tegelijkertijd over meerdere rib-groefcontactpunten, waardoor de piekcontactdruk op elk afzonderlijk punt wordt verminderd en het energieverlies door vervorming wordt geminimaliseerd. Ten tweede zorgt de oriëntatie van de longitudinale ribben ervoor dat de riem over zijn breedte (rond de poelie) kan buigen, terwijl hij over zijn lengte (in de richting van de belasting) stijf blijft, wat de verbruikte buigenergie per omwenteling vermindert.

Antislipfunctie: hoe ribben een positieve betrokkenheid behouden

Slip is de belangrijkste vijand van de efficiëntie van de krachtoverbrenging en de levensduur van de riem. Bij een vlakriemsysteem wordt de gehele overgedragen belasting gedragen door wrijving tussen het riemoppervlak en het poelievlak. Wanneer de vraag naar belasting piekt - tijdens het starten van een motor, het inschakelen van een compressor of een piek in de belasting van een industriële machine - kan de wrijving alleen onvoldoende zijn en kan de riem slippen. Elke slipgebeurtenis genereert hitte, schuurt het riemoppervlak af en zet rubberresten af ​​op het poelievlak, waardoor de slijtage wordt versneld.

Het geribbelde profiel elimineert deze kwetsbaarheid door het toevoegen van een geometrische in elkaar grijpende component voor de aangrijpingskracht . De ribflanken passen in de groefwanden van de poelie, zodat de overgedragen belasting wordt verdeeld tussen wrijvingskrachten op de ribkroon en mechanische schuifkrachten op de ribflanken. Door dit gecombineerde laadmechanisme kan een geribde band dezelfde belasting overbrengen als een platte band 30 tot 40% minder riemspanning , wat op zijn beurt de lagerbelastingen op de aangedreven assen vermindert en de levensduur van de lagers verlengt (bron: Optibelt Technisch Handboek, Power Transmission Engineering, 2020).

De standaard ribprofielgeometrieën – aangeduid met PH, PJ, PK, PL, PM van de smalste tot de breedste steek – worden gedefinieerd door ISO 9981 en DIN 7867, waardoor wordt gegarandeerd dat elke geribde riem met een bepaalde profielaanduiding correct zal aangrijpen op elke katrol die volgens dezelfde standaard is vervaardigd. Deze standaardisatie maakt het geribbelde gordelsysteem praktisch voor mondiale toeleveringsketens in de industrie en de automobielsector.

Profielafmetingen volgens ISO 9981 en DIN 7867. De ribsteek is de hart-op-hart afstand tussen aangrenzende ribben.

Ruisonderdrukkingsfunctie: waarom geribbelde riemen stil lopen

Geluid is een kritische prestatieparameter in zowel auto- als consumentenproducttoepassingen. Een riemsysteem dat tijdens het gebruik een hoorbaar piepend, gebabbel of gerommel produceert, wordt gezien als defect, ongeacht de functionele prestaties, en in autotoepassingen is riemgeluid een van de meest voorkomende klachten van chauffeurs die wereldwijd aan serviceafdelingen worden gemeld.

Rubberen geribbelde riemen zorgen voor een stille werking dankzij drie mechanismen:

• Continue rib-groef-inschakeling: In tegenstelling tot tandriemen (distributieriemen), die een karakteristiek klapgeluid produceren wanneer elke tand in een tandwiel zit, behouden geribde riemen een continu glijdend contact tussen ribflanken en groefwanden. Er is geen afzonderlijke verlovingsgebeurtenis en dus ook geen repetitief impactgeluid.
• Rubberen demping: De elastomere rubbersamenstelling van het ribmateriaal absorbeert en verspreidt de microtrillingen die worden gegenereerd door belastingsvariaties bij de aangedreven accessoires. Deze dempingsfunctie voorkomt dat trillingen worden versterkt en overgedragen als luchtgeluid.
• Stabiliteit bij hoge snelheid: De trekkoordversterking die in de lengterichting door het riemlichaam loopt - meestal polyester, aramide of EPDM-compatibele vezels - voorkomt dat de riem bij hoge snelheden in dwarsrichting oscilleert, wat de belangrijkste bron van resonantiegeluid is bij platte en V-riemsystemen.

Een veldmetingsstudie door de Society of Automotive Engineers (SAE Technical Paper 2017-01-1061) vergeleek de geluidsemissie van een kronkelig geribbeld riemsysteem met een gelijkwaardige V-riemreeks op een identieke motor onder identieke belastingen en ontdekte dat het geribde riemsysteem 4 tot 7 dB minder ruis over het frequentiebereik van 500 Hz tot 4 kHz -- een waarneembaar verschil dat overeenkomt met een vermindering van 50 tot 75% in waargenomen luidheid (bron: SAE Technical Paper 2017-01-1061).

Belastingverdelingsfunctie: hoe meerdere ribben stress delen

Een van de minst begrepen maar belangrijkste functies van het geribbelde riemontwerp is de manier waarop de dwarsdoorsnede met meerdere ribben de overgebrachte belasting over de volledige riembreedte verdeelt. Bij een enkele V-riem is de gehele aandrijfbelasting geconcentreerd in één wigvormige contactzone. Bij een geribbelde riem wordt dezelfde totale belasting gelijkmatig verdeeld over alle ribben die tegelijkertijd in contact staan ​​met de poelie.

Bij een PK-profielband met 6 ribben (aangeduid met 6PK) wordt de totale aandrijfkracht over de riem verdeeld zes onafhankelijke rib-groefcontactzones . Elke zone draagt ​​slechts een zesde van de totale belasting, waardoor de piekcontactspanning proportioneel wordt verminderd. Een lagere contactspanning betekent minder warmteontwikkeling per oppervlakte-eenheid, minder rubbervervorming per omwenteling en een langere levensduur van de riem onder identieke belastingsomstandigheden.

Dit principe van lastverdeling zorgt er ook voor dat geribbelde riemsystemen smaller kunnen worden gemaakt dan gelijkwaardige V-riemsystemen voor hetzelfde vermogen. Een 6PK-ribriem met een totale breedte van 21,4 mm kan belastingen overbrengen waarvoor een drievoudige V-riemreeks met een totale breedte van 46 mm nodig zou zijn. 53% vermindering van de aandrijfbreedte met een gelijkwaardig vermogen, waardoor kleinere motorruimtes, compactere machines en een verminderde roterende massa mogelijk zijn (bron: Continental PowerDrive Engineering Data, 2021).

Flexibiliteitsfunctie: kleine katrollen inpakken zonder energieverlies

De mogelijkheid om katrollen met een kleine diameter te omwikkelen is van cruciaal belang in compacte aandrijfsystemen waar ruimtebeperkingen het gebruik van kleine accessoirekatrollen dwingen. Een riem die te stijf is om zich aan te passen aan een kleine poelieradius, ervaart hoge buigspanning op het contactpunt, waardoor hitte- en vermoeidheidsscheuren ontstaan ​​die de levensduur van de riem dramatisch verkorten.

Rubberen geribbelde riemen bereiken hun karakteristieke flexibiliteit door een combinatie van samenstellingskeuze en dwarsdoorsnedegeometrie. De ribvalleien – de openingen tussen aangrenzende ribben – fungeren als buigzame scharnieren waardoor de riem zich kan aanpassen aan de kromming van de poelie met minder totale buigspanning dan een riem met massief profiel van gelijke dikte. Standaard PK-profielribriemen kunnen werken op poelies zo klein als Diameter 45 mm zonder de buigvermoeidheidsdrempel van het rubbermengsel te overschrijden, vergeleken met minimale poeliediameters van 80 tot 100 mm voor conventionele V-riemen met een gelijkwaardig draagvermogen (bron: ISO 9981, bijlage A, Minimale schijfdiameters).

Dit vermogen met kleine katrollen maakt geribbelde riemen tot de standaardkeuze voor alternatoren voor auto's, die doorgaans katrollen met een diameter van 50 tot 65 mm gebruiken die draaien met een snelheid van 3 tot 6 keer de krukas, en voor loopbandaandrijvingen voor fitnessapparatuur waarbij de motor en de rolkatrollen door de afmetingen van de machine tot kleine diameters worden beperkt.

Thermische en chemische weerstandsfunctie

In motorruimten van auto's en industriële machines worden rubberen riemen blootgesteld aan hoge temperaturen, op petroleum gebaseerde vloeistoffen, ozon en UV-straling - die allemaal na verloop van tijd conventionele rubberverbindingen aantasten. De rubberformuleringen die in moderne geribbelde riemen worden gebruikt, zijn speciaal ontworpen om deze omgevingsbelastingen te weerstaan ​​en hun mechanische eigenschappen gedurende de volledige levensduur van de riem te behouden.

EPDM-verbinding (ethyleenpropyleendieenmonomeer).

EPDM is het dominante rubbermengsel voor moderne geribde riemen voor auto's. Het biedt:

• Temperatuurbestendigheid: Continue werking van -40 graden C tot 120 graden C, met intermitterende toleranties tot 150 graden C - dekt het volledige bereik van temperaturen onder de motorkap in moderne motoren
• Ozonbestendigheid: EPDM bevat geen dubbele bindingen in de ruggengraatketen, waardoor het inherent resistent is tegen ozonaanvallen - de belangrijkste oorzaak van oppervlaktescheuren in oudere CR (chloropreen) banden
• Lange levensduur: EPDM-ribriemen voor auto's zijn geschikt voor onderhoudsintervallen van 100.000 tot 160.000 km bij toepassingen in personenvoertuigen, vergeleken met 40.000 tot 60.000 km voor CR-samengestelde riemen van de vorige generatie (bron: SAE J1390, Belt Life Testing Standard, 2018)

CR (chloorpreen / neopreen) verbinding

CR-compoundbanden blijven sterke prestaties leveren in toepassingen waarbij sprake is van blootstelling aan olie- en brandstofspatten, waarbij de beperkte weerstand van EPDM tegen op aardolie gebaseerde vloeistoffen een nadeel is. CR-geribbelde riemen worden veel gebruikt in industriële versnellingsbakken en scheepsmotoren, waarbij olievervuiling een normale bedrijfsomstandigheid is.

Speciale verbindingen voor hoge temperaturen

Voor industriële toepassingen met continue temperaturen boven de 130 graden C – zoals drogeraandrijvingen in de textielverwerking of verwarmde transportsystemen – zijn speciale fluorelastomeer- of siliconenrubber geribde banden verkrijgbaar. Deze verbindingen behouden hun dimensionele stabiliteit en gripeigenschappen bij temperaturen waarbij conventionele EPDM- of CR-verbindingen zachter worden, opzwellen of hun treksterkte verliezen.

Trekkoordfunctie: de dragende kern van een geribde riem

De rubbersamenstelling van een geribde riem zorgt voor grip, flexibiliteit en weerstand tegen omgevingsinvloeden, maar de treksterkte van de riem (het vermogen om weerstand te bieden aan uitrekken onder belasting zonder kruip of rek) wordt geleverd door de trekkoordlaag ingebed in het riemlichaam net boven de ribwortels.

Er worden drie snoermaterialen algemeen gebruikt, elk geschikt voor een andere reeks bedrijfsvereisten:

• Polyesterkoord: De standaardkeuze voor de meeste automobiel- en lichtindustriële toepassingen. Biedt een goede treksterkte (doorgaans 1.200 tot 1.800 N per rib voor PK-profiel), matige rekweerstand en uitstekende weerstand tegen vermoeidheid onder cyclische belasting. Kosteneffectief en overal verkrijgbaar.
• Aramidesnoer (type Kevlar): Gebruikt in toepassingen met hoge spanning en hoge schokbelasting. Aramidekoord heeft ongeveer 5 tot 6 keer de trekmodulus van polyester - wat betekent dat het veel minder uitrekt onder belasting - en hogere piekkrachten kan overbrengen zonder permanente verlenging. Standaard in zware industriële aandrijvingen en toepassingen met frequente start-stop-cycli.
• Polyamide (nylon) koord: Geselecteerd voor toepassingen die een hoge flexibiliteit vereisen in combinatie met een goede treksterkte. Nylonkoord is elastischer dan aramide, maar beter bestand tegen vermoeidheid dan polyester onder buigomstandigheden bij hoge snelheid. Gebruikt in sommige toepassingen in de automobielsector en in hoogcyclische consumentenproducten.

Het trekkoord wordt tijdens de productie van de band spiraalvormig opgerold onder een precieze steekhoek, zodat de middellijn van het koord evenwijdig loopt aan de neutrale as van de band. Elke afwijking van deze uitlijning introduceert een asymmetrische spanningsverdeling, waardoor de riem uit het midden op de poelie loopt - een primaire oorzaak van voortijdige randslijtage en lawaai bij onjuist vervaardigde riemen.

Functie in automotoren: serpentineaandrijfsystemen

De kronkelige aandrijving voor auto's is de toepassing die de meeste consumenten tegenkomen als ze met rubberen geribbelde riemen omgaan, zelfs zonder het te beseffen. In een typische motor voor personenauto's drijft een enkele geribde riem - meestal een 6PK- of 7PK-profiel - alle motoraccessoires in een enkele doorlopende lus aan, ter vervanging van de meerdere individuele V-riemen die in oudere ontwerpen werden gebruikt.

De accessoires die in een standaard kronkelig systeem worden aangedreven, zijn onder meer:

• Dynamo: Genereert elektrische stroom voor het opladen van de batterij en alle elektrische belastingen van voertuigen; doorgaans het accessoire met het hoogste vermogen bij een continu verbruik van 1,5 tot 3 kW
• Stuurbekrachtigingspomp: Levert hydraulische druk voor stuurhulp; de vraag varieert van bijna nul bij rechtuit rijden tot 2 tot 4 kW tijdens stuurmanoeuvres met volledige vergrendeling
• Airconditioningcompressor: De grootste intermitterende belasting van het kronkelige systeem; schakelt plotseling in en vraagt tot 5 tot 7 kW wanneer de compressorkoppeling wordt geactiveerd
• Waterpomp (bij riemaangedreven): Continue belasting van 0,5 tot 1,5 kW voor koelvloeistofcirculatie
• Spanrollen en spanrollen: Handhaaf de riemspanning en geleid het riempad; geen stroomverbruik, maar cruciaal voor de uitlijning van de riem en de consistentie van de spanning

De totale gecombineerde belastingsvraag op een kronkelig geribbeld riemsysteem kan oplopen 15 tot 20 kW tijdens maximale gelijktijdige inzet van accessoires -- bijvoorbeeld wanneer de compressor van de airconditioning stationair draait terwijl de dynamo een bijna lege accu oplaadt en de stuurbekrachtiging op volle kracht staat. De geribbelde riem kan deze piekvraag aan zonder te slippen, uit te rekken of overmatige hitte te genereren, omdat de belasting over de volledige ribbreedte wordt verdeeld en de EPDM-compound zijn mechanische eigenschappen behoudt bij de hoge temperaturen die worden gegenereerd door piekbelasting.

Onze Rubberen geribbelde riemen zijn ontworpen om te voldoen aan de volledige spectrumeisen van kronkelige aandrijfsystemen, waarbij EPDM-compoundformuleringen en polyester- of aramide-trekkoorden zijn geselecteerd om te voldoen aan specifieke OEM-specificaties voor toepassingen in personenauto's, lichte commerciële en prestatiemotoren.

Functie in industriële machines: aandrijvingen met variabele belasting

In industriële omgevingen vervullen rubberen geribbelde riemen dezelfde fundamentele krachtoverbrengingsfunctie als in automobieltoepassingen, maar onder aanzienlijk verschillende bedrijfsomstandigheden: langere continue looptijden, bredere omgevingstemperatuurbereiken, hogere piekbelastingen en in veel gevallen blootstelling aan stof, vocht en chemische verontreiniging.

HVAC- en koelsystemen

Commerciële HVAC-systemen gebruiken geribbelde riemen om compressoren, ventilatoren en blowers aan te drijven in continue bedrijfscycli van 8.000 tot 8.760 uur per jaar. De belangrijkste prestatie-eis in deze toepassing is lange levensduur onder continue matige belasting met minimale onderhoudsinterventies. EPDM-ribriemen in correct onderhouden HVAC-aandrijvingen bereiken een levensduur van 5 tot 7 jaar in goed onderhouden installaties (bron: ASHRAE HVAC Systems and Equipment Handbook, Hoofdstuk 44, 2020).

Industriële compressoren

Luchtcompressoren, hydraulische aggregaten en koelcompressoren gebruiken geribde riemen om het vermogen van elektromotoren naar de compressorkoppen over te brengen. De schokbelasting die ontstaat wanneer een compressor onder druk in werking treedt, is een van de meest veeleisende omstandigheden waarmee een geribbelde riem wordt geconfronteerd. Geribde riemen met aramidekoord worden voor deze toepassingen gespecificeerd omdat hun geringe rek onder schokbelasting de juiste riemspanning tijdens de aangrijpingstransiënt handhaaft zonder tijdelijk te slippen.

Fitness- en medische apparatuur

Loopbanden, elliptische trainers, hometrainers en apparatuur voor klinische diagnostische beeldvorming maken gebruik van geribbelde riemen met PJ-profiel om motorvermogen over te brengen naar het aangedreven mechanisme. De eisen in deze toepassingscategorie zijn een stille werking (gebruikerservaring), compacte geometrie (kleine poeliediameters) en een lange levensduur onder cyclische belastingspatronen. PJ-ribriemen in fitnessapparatuur bereiken doorgaans een levensduur van 3.000 tot 5.000 bedrijfsuren voordat vervanging wordt aanbevolen (bron: Fitness Equipment Manufacturer's Association Technical Service Guidelines, 2021).

Onderhoudsfunctie: indicatoren die u vertellen wanneer u ze moet vervangen

Een correct functionerende rubberen geribbelde riem vereist geen smering, geen periodieke afstelling (indien gecombineerd met een automatische spanner) en geen routineonderhoud behalve periodieke visuele inspectie. De riem slijt echter wel tijdens zijn levensduur, en het herkennen van de slijtage-indicatoren die aangeven dat vervanging nodig is, is een belangrijk functioneel begrip voor zowel onderhoudsmonteurs als voertuigeigenaren.

Slijtage-indicatoren volgens SAE J1609 Visual Belt Condition Assessment Guide en Optibelt Technical Manual, 2020.

Een belangrijke opmerking specifiek voor EPDM-banden: moderne EPDM-compound barst of rafelt niet zichtbaar aan het einde van de levensduur, zoals oudere CR-compoundbanden dat deden. Een EPDM-riem kan er uiterlijk gezond uitzien terwijl het ribprofiel buiten de specificaties is afgesleten. EEN slijtagemeter van ribben -- een eenvoudig go/no-go-sjabloon verkrijgbaar bij de meeste riemleveranciers -- is de betrouwbare inspectiemethode voor het beoordelen van de toestand van EPDM-riemen.

Vergelijking van de prestaties van geribde riemen met alternatieve aandrijfoplossingen

Als u wilt begrijpen wat rubberen geribbelde riemen doen, moet u weten waar ze passen in het landschap van mogelijkheden voor krachtoverbrenging. In de onderstaande tabel worden geribbelde riemen geplaatst ten opzichte van de meest voorkomende alternatieven voor de afmetingen die het belangrijkst zijn voor ingenieurs die aandrijfsystemen specificeren:

Efficiëntiegegevens: Gates Engineering Reference 2019; gegevens over levensduur: SAE J1390 2018; ASHRAE-handboek 2020. Auto = toepassing voor personenvoertuigen. Industrieel = continue mechanische aandrijving.

Selecteer de juiste rubberen geribde riem voor uw toepassing

Om de juiste geribbelde riem voor een bepaalde toepassing te specificeren, moeten vijf variabelen op elkaar worden afgestemd: profielaanduiding, aantal ribben, effectieve lengte, rubbersamenstelling en trekkoordmateriaal. Een onjuiste selectie van een van deze variabelen leidt tot voortijdig falen (te weinig gespecificeerde riem) of onnodige kosten (te veel gespecificeerde riem).

• Profiel (PH, PJ, PK, PL, PM): Bepaald door het aandrijfvermogen en de poeliediameter. PK is de standaard voor de automobielsector en de meeste industriële toepassingen; PJ voor kleine apparaten en fitnessapparatuur; PL en PM voor zware industriële aandrijvingen.
• Aantal ribben: Bepaalt het draagvermogen. Bereken de vereiste aandrijfkracht op basis van vermogen (kW) en bandsnelheid (m/s) en selecteer vervolgens het minimale aantal ribben dat de vereiste krachtcapaciteit oplevert met een ontwerpveiligheidsfactor van 1,2 tot 1,5.
• Effectieve lengte: De binnenomtrek van de riemlus, gemeten rond de diameters van de poeliesteek. Moet nauwkeurig worden gespecificeerd om de juiste spanning te garanderen met de spanner in de middenpositie.
• Rubbercompound: EPDM voor de meeste automobiel- en industriële toepassingen; CR voor omgevingen met olieverontreiniging; speciale verbindingen voor temperaturen boven 130 graden C of blootstelling aan chemicaliën.
• Trekkoord: Polyester voor standaardtoepassingen; aramide voor aandrijvingen met hoge spanning of schokbelasting; polyamide voor flexibele aandrijvingen met hoge cycli.

Voor autovervangingstoepassingen is het OEM-onderdeelnummer of de combinatie van merk/model/jaar van het voertuig het eenvoudigste specificatiepad. Voor industriële toepassingen waar geen OEM-referentie bestaat, kan ons engineeringteam helpen bij het berekenen van de juiste riemspecificatie op basis van uw aandrijfgeometrie en vermogensvereisten. Ontdek ons volledige assortiment Rubberen geribbelde riemen om de combinatie van profiel, verbinding en lengte te vinden die past bij uw toepassingsvereisten.