Keilriemenantrieb auslegen: Länge, Übersetzung, Riemenzahl

Kurz gesagt

Ein Keilriemenantrieb wird in sechs Schritten ausgelegt: Betriebsfaktor c2 aus Arbeitsmaschine, Antriebsmaschine und Betriebsstunden, daraus die Berechnungsleistung PB = P · c2, dann Profil und Scheiben über die Übersetzung i = n1/n2 = dd2/dd1 unter Beachtung des kleinsten zulässigen Richtdurchmessers, danach die Riemenlänge Ld, zuletzt die Riemenzahl z = PB / (PN · c1 · c3) — immer aufgerundet.

Die sechs Schritte im Überblick

Durchgehendes Beispiel: ein Drehstrommotor mit 5,5 kW und 1450 min⁻¹ treibt eine Kreiselpumpe mit 725 min⁻¹ an, rund zwölf Betriebsstunden pro Tag.

Schritt 1: Betriebsfaktor c2

Der Betriebsfaktor bildet Stoßbelastung, Anlaufverhalten und tägliche Betriebsdauer ab. Unterschieden werden zwei Klassen von Antriebsmaschinen:

• Antriebsmaschine A — Drehstrommotoren mit normalem Anlaufmoment (bis 1,8-faches Nennmoment), Gleichstrom-Nebenschlussmotoren, Verbrennungsmotoren und Turbinen über 600 min⁻¹.
• Antriebsmaschine B — hohes Anlaufmoment (über 1,8-faches Nennmoment), Einphasenmotoren mit hohem Anlaufmoment, Gleichstrom-Reihenschluss- und Compoundmotoren, Verbrennungsmotoren und Turbinen bis 600 min⁻¹.

Arbeitsmaschine	A ≤ 10 h	A 10–16 h	A > 16 h	B ≤ 10 h	B 10–16 h	B > 16 h
Leichte Antriebe — Kreiselpumpen, Kompressoren, Bandförderer für leichtes Gut, Ventilatoren und Pumpen bis 7,5 kW	1,1	1,1	1,2	1,1	1,2	1,3
Mittelschwere Antriebe — Blechscheren, Pressen, Förderer für schweres Gut, Schwingsiebe, Generatoren, Werkzeug- und Druckereimaschinen, Ventilatoren und Pumpen über 7,5 kW	1,1	1,2	1,3	1,2	1,3	1,4
Schwere Antriebe — Mahlwerke, Kolbenkompressoren, Stoßförderer, Aufzüge, Textil- und Papiermaschinen, Kolbenpumpen, Sägegatter, Hammermühlen	1,2	1,3	1,4	1,4	1,5	1,6
Sehr schwere Antriebe — hochbelastete Mahlwerke, Steinbrecher, Kalander, Mischer, Winden, Kräne, Bagger	1,3	1,4	1,5	1,5	1,6	1,8

Nicht abgedeckt sind aggressiver Staub, extreme Temperaturen, chemische Medien und Antriebe mit mehr als zwei Scheiben. Im Beispiel: Kreiselpumpe (leichte Antriebe), Klasse A, zwölf Stunden täglich → c2 = 1,1.

Schritt 2: Berechnungsleistung

PB = P · c2 = 5,5 kW · 1,1 = 6,05 kW

Ab hier wird ausschließlich mit PB gerechnet; die Motornennleistung taucht in der weiteren Auslegung nicht mehr auf.

Schritt 3: Profil eingrenzen

Das Profil folgt aus der Berechnungsleistung und der Drehzahl der schnelllaufenden Scheibe; die Auswahldiagramme dazu stehen in den Herstellerunterlagen. Welche Profilfamilie infrage kommt, behandelt die Keilriemen-Profilwahl. Für das Beispiel wird ein Schmalkeilprofil SPA angenommen.

Schritt 4: Scheiben, Übersetzung und Riemengeschwindigkeit

i = n1 / n2 = dd2 / dd1 = 1450 / 725 = 2,0

Praktisch ist die Übersetzung auf etwa 8:1 begrenzt, mit Spannrolle auf rund 10:1. Bezugsgröße ist der Richtdurchmesser dd, nicht der Außendurchmesser der Scheibe. Jedes Profil hat zudem einen kleinsten zulässigen Richtdurchmesser; darunter wird die Biegebeanspruchung des Riemens zu hoch:

Profil	dd min (ummantelt)	flankenoffene Variante	dd min
SPZ	63 mm	XPZ	56 mm
SPA	90 mm	XPA	71 mm
SPB	140 mm	XPB	112 mm
SPC	224 mm	XPC	180 mm

Mit dd1 = 125 mm (über dem SPA-Mindestwert 90 mm) folgt dd2 = 250 mm. Die Riemengeschwindigkeit:

v = π · dd · n / 60000 = π · 125 · 1450 / 60000 = 9,5 m/s

Empfohlen werden rund 30 m/s für ummantelte und rund 40 m/s für flankenoffene, formgezahnte Riemen; oberhalb von 42 m/s ist die Auslegung mit dem Hersteller abzustimmen. Mit 9,5 m/s liegt das Beispiel unkritisch. Zur Scheibenseite siehe Keilriemenscheiben auswählen.

Schritt 5: Riemenlänge und Achsabstand

Ld = 2a + π/2 · (dd1 + dd2) + (dd2 − dd1)² / (4a)

Mit einem vorläufigen Achsabstand a = 500 mm ergibt sich Ld = 1597 mm, gerundet auf die nächstliegende Normlänge 1600 mm. Danach wird der Achsabstand zu dieser Länge zurückgerechnet — hier 502 mm — und die Verstellmöglichkeit geprüft: Der Riemen muss ohne Hebeln aufgelegt und anschließend nachgespannt werden können.

Bei Schmalkeilprofilen ist die Zahl der Bezeichnung bereits die Richtlänge in Millimetern, bei klassischen Profilen die Innenlänge in Zoll — den Unterschied zwischen Innen-, Richt- und Außenlänge schlüsselt Keilriemen messen auf, Zollmaße rechnet der Einheitenrechner um.

Schritt 6: Riemenzahl

z = PB / (PN · c1 · c3)        Ergebnis stets aufrunden

PN ist die Nennleistung je Riemen, abgelesen aus der Leistungstabelle des Herstellers für Profil, Richtdurchmesser der kleinen Scheibe, deren Drehzahl und Übersetzung. Diese Tabellen sind herstellergebunden und hier nicht hinterlegt; für das Beispiel bleibt z daher symbolisch: z = 6,05 kW / (PN · 0,99 · c3), aufgerundet.

c1 ist der Winkelfaktor des Umschlingungswinkels, indiziert über (dd2 − dd1) / a. Im Beispiel (250 − 125) / 500 = 0,25 → β = 165°, c1 = 0,99. Weitere Stützstellen: 0,00 → 180° → 1,00; 0,50 → 150° → 0,98; 1,00 → 119° → 0,94; 1,25 → 103° → 0,91; 1,60 → 77° → 0,83; Zwischenwerte linear interpolieren.

c3 ist der Längenfaktor: größer als 1,0, wenn die verwendete Riemenlänge über der Bezugslänge des Profils liegt, gleich 1,0 bei Übereinstimmung, kleiner darunter. Die Zahlenwerte stehen in den profilbezogenen Längentabellen des Herstellers.

FAQ

Rechne ich einen Keilriemenantrieb mit der Motornennleistung oder mit der Berechnungsleistung?

Mit der Berechnungsleistung PB = P · c2. Der Betriebsfaktor c2 berücksichtigt Arbeitsmaschine, Klasse der Antriebsmaschine und tägliche Betriebsdauer und liegt im Raster zwischen 1,1 und 1,8. Ein 5,5-kW-Motor an einer Kreiselpumpe im Zwölfstundenbetrieb ergibt PB = 6,05 kW; erst dieser Wert geht in Profilwahl und Riemenzahl ein.

Wie ermittle ich die Riemenlänge, wenn kein Altriemen vorhanden ist?

Aus der Geometrie des Antriebs: Ld = 2a + π/2 · (dd1 + dd2) + (dd2 − dd1)² / (4a), mit a als Achsabstand und dd1, dd2 als Richtdurchmessern. Das Ergebnis wird auf die nächste genormte Länge gerundet und der Achsabstand zu dieser Länge zurückgerechnet.

Warum wird die Riemenzahl immer aufgerundet?

Weil z eine Stückzahl ist: Ein rechnerischer Wert von 2,3 bedeutet, dass zwei Riemen die Berechnungsleistung nicht mehr übertragen — es laufen drei im Satz. Abgerundet arbeitete jeder Riemen dauerhaft über seiner Nennleistung. Alle Riemen eines Satzes tragen dieselbe Profil- und Längenbezeichnung.

Welche Riemengeschwindigkeit ist zulässig?

Richtwert sind rund 30 m/s für ummantelte und rund 40 m/s für flankenoffene, formgezahnte Riemen. Berechnet wird v = π · dd · n / 60000, mit dd als Richtdurchmesser in Millimetern und n als Drehzahl in min⁻¹. Oberhalb von 42 m/s ist die Auslegung mit dem Hersteller abzustimmen.

Kurz gefasst

• Reihenfolge: c2 → PB = P · c2 → Profil → Scheiben (i und kleinster Richtdurchmesser) → Ld → z.
• c2 folgt aus Arbeitsmaschine, Antriebsmaschinenklasse A oder B und Betriebsdauer; im Beispiel 1,1 und damit PB = 6,05 kW.
• i = n1/n2 = dd2/dd1 bezieht sich auf Richtdurchmesser; Grenze rund 8:1, mit Spannrolle rund 10:1.
• Ld folgt aus Achsabstand und Scheiben, wird auf eine Normlänge gerundet, der Achsabstand danach zurückgerechnet.
• Für z werden PN, c1 und c3 gebraucht; PN und c3 stammen aus den Herstellerunterlagen und werden nicht mit Normwerten anderer Quellen gemischt. Riemen im Katalog ummantelter Keilriemen.