Die Digitalisierung des Keilriemen : Von historischen Anfängen zur modernen Antriebstechnik

Continental hat in seinen Archiven gekramt und dort eine Anmeldung zur Marke Continental unter anderem für Antriebsriemen angefunden, die aus dem Jahr 1899 stammt. Der Keilriemen ist aufgrund seiner Anfälligkeit bei Autofahrern geradezu gefürchtet, andererseits ist er auch unabdinglich. Insbesondere überträgt er die Drehbewegung des Motors, die über die Kurbelwelle an den Riemen abgegeben wird an Lichtmaschine und Wasserpumpe weiter, die dadurch mit Energie versorgt werden. Mitunter werden auch Lenkhilfepumpe und Klimakompressor mitbetrieben.

Mit einem einfachen Keilriemen fing alles an. Zum Antrieb der sogenannten Nebenaggregate werden heute überwiegend Keilrippenriemen (Poly-V-Riemen) verwendet. Im Gegensatz zu den alten Keilriemen können sie in beide Richtungen in einer Ebene gekrümmt werden. Dabei handelt es sich um faserverstärkte Riemen aus Kunststoff oder Kautschuk mit einem sogenannten Vielkeil-Profil, das nur auf einer Seite oder auch beidseitig aufgebracht ist. Mithilfe neuer Keilriemen können Umlenk- und Spannrollen mit den Antriebsrollen der Nebenaggregate verschachtelt angeordnet und so der Anbauraum am Motor sehr kompakt ausgefüllt werden. Da Keilrippenriemen leider empfindlich gegen Versatz- und Fluchtungsfehler der Antriebsrollen sind, kommt es auch der kompakten Anordnung entgegen, wenn alle Nebenaggregate auf einen gemeinsamen Halter zu einem Modul montiert sind.

Seither arbeiten Automobilzulieferer wie Continental Riemen, die in nahezu jeder Industrie weltweit - von Motorrad über das Auto und Maschinenbau, zum Beispiel für Landmaschinen, bis hin zu Aufzügen - für den nötigen Antrieb sorgen. „Aktuell arbeiten unsere Ingenieure am intelligenten Antriebsriemen, mit eingebauter Sensorik“, sagt Claudia Holtkemper, die den Geschäftsbereich für Antriebsriemen bei Continental leitet. „Digitalisierung und Vernetzung leiten die nächste Ära in der Antriebsriementechnologie ein.“ Doch bis dahin legte der Keilriemen noch technologische Quantensprünge hin.

Noch vor 150 Jahren gab es in nahezu jeder Fabrikhalle Dampfmaschinen. Sie trieben damals Webstühle oder Spinnräder an. Die Energie wurde per Riemen aus zähem Leder übertragen -eine Technik, die damals einer industriellen Revolution glich. Anfang des 20. Jahrhunderts brachte Continental einen Keilriemen mit Verbindungsschloss auf dem Markt, der aus einer Gummimischung produziert wurde. Sein Vorgänger, der Flachriemen, konnte bei gleicher Breite nur etwa ein Drittel der Kraft übertragen. Die Anforderungen an den Riemen wuchsen kontinuierlich: Immer mehr Leistung sollten sie übertragen können, dabei möglichst platzsparend, robust, leicht sein und effizient arbeiten. 1930 hatte das Unternehmen Riemen für die Landwirtschaft im Programm, die ihr geringes Gewicht, Längen von mehreren Metern und die enorme Flexibilität bereits damals zur idealen Lösung für Anwendungen im Agrarsektor machten. Doch Continental wollte noch mehr, passte Werkstoffe weiter an und präzisierte Produktionsprozesse und Maschinen.

„In den 50er Jahren haben wir Zahnriemen aus dem Kunststoff Polyurethan produziert“, erzählt Alexander Behmann, Anwendungstechniker bei Continental. Mit seinem Zugstrang aus Stahlcord war er leistungsfähiger und konnte die Riemenspannung konstanter halten - und im Gegensatz zu Keilriemen war er mit seinen Zähnen formschlüssig und sehr präzise. Höhere Drehgeschwindigkeiten und kleinere Bauräume waren dank dieser Eigenschaften problemlos möglich. „Kleinere Bauräume sind vor allem in Geräten wie Staubsaugern gefragt, in denen heute Zahnriemen von etwa sechs Millimetern Breite zum Einsatz kommen. Damit die Riemen trotz der geringen Maße robust und langlebig sind, ist die Auswahl hochwertiger Materialien von entscheidender Bedeutung“, erklärt Behmann.

In den 80er Jahren war die Materialkompetenz so weit entwickelt, dass Keilriemen so hergestellt werden konnten, dass auf eine Gewebeummantelung verzichtet werden konnte. Das machte sie noch einmal schmaler und gleichzeitig leistungsstärker. Zugleich wurden die Keilriemen mit einer Art Verzahnung gefertigt, was ihnen den Vorteil der besseren Biegefähigkeit brachte. Und auch die Zahnriemen verzeichneten eine ähnliche Entwicklung. Mit dem sogenannten Synchrobelt brachte der Industriezulieferer seinen ersten Zahnriemen auf den Markt, der vom Drucker über Motoren bis zu weiteren Anwendungen im Maschinenbau über ein extrem breites Anwendungsspektrum verfügt.

Der Automobilzulieferer Continental hat sich zusehends auf die Verbesserung von Materialien und deren Kombination konzentriert. Faserverstärkte Mischungen, EPDM, Aramidzugstränge und später auch Carbon. „Heute ist der Synchrochain Carbon unser stärkster Zahnriemen am Markt“, so Behmann. Das liegt vor allem daran, dass sich Carbon auch bei hoher Zugbelastung kaum dehnt. So findet man ihn heute häufig in Baumaschinen, der Forstwirtschaft und der Energiebranche. Nicht zuletzt liefert Continental mit seinen Riemen der Hyperlooptechnologie, in der Experten einen revolutionären Ansatz für die Mobilität sehen, wertvolle Unterstützung.

Studierende der Hochschule Emden/Leer und der Universität Oldenburg nutzten zum Beispiel einen „Synchrochain Carbon“ von Continental für ein Hyperloop-Projekt. Mit dem „Synchroforce Carbon“ brachte Continental zudem seinen ersten ölbeständigen Gummizahnriemen auf den Markt. Inzwischen hat der Zulieferer mehr als 18.000 Abmessungen und Ausführungen für die unterschiedlichsten industriellen Anwendungen. Auch am Keilriemen geht die Digitalisierungsoffensive nicht spurlos vorüber: Die jüngste Errungenschaft ist ein Riemen mit integrierter Sensorik für die entsprechende Zustandsüberwachung in Landmaschinen.

Leider zählt der Keilriemen zu den "empfindlichen" Komponenten im Fahrzeug. Für eine optimale Kraftübertragung muss der Keilriemen entsprechend gespannt sein. Diese Spannung jedoch zusammen mit den hohen Umdrehungszahlen und den auftretenden Kräften zu einem relativ schnellen Verschleiß des Riemens. Hinzu kommen Altersermüdung, Witterungseinflüsse oder kleinste Materialfehler, die eine Abnutzung fördern und führen früher oder später dazu führen, dass der Keilriemen reißt. Dann fällt sie Lichtmaschine und die Servolenkung augenblicklich aus. Doch auch der Motor kann durch den Ausfall der Wasserpumpe nicht mehr gekühlt werden. Ersichtlich ist ein überhitzter Motor an der Temperaturanzeige, die sich bei einer Weiterfahrt irgendwann dem roten Bereich nähert. Ebenso können durch den kaputten Riemen ungewöhnliche Klopf- oder Quietschgeräusche aus dem Motorraum dringen und auf einen defekten Keilriemen hindeuten. Die Begutachtung durch eine Werkstatt ist dann in jedem Fall sinnvoll.