Ein Zahnriemen ganz ohne Wickelnase. Bild: Mulco

Ein Zahnriemen ganz ohne Wickelnase. Bild: Mulco

Hygienic Design ist das Stichwort bei Produktionsanlagen im Lebensmittelbereich. Die Anlagen sollen glattflächig sein, wenig Nuten, Hinterschneidungen und Senkbohrungen aufweisen. Das erleichtert die Reinigung und Schmutz kann sich nur schwer festsetzen. Damit Hochdruckreiniger, Wasser und Chemikalien keine Korrosionsschäden anrichten, ist Edelstahl oft die erste Wahl. Doch wie vertragen Polyurethan-Zahnriemen diese Umgebungsbedingungen? Damit sie in der Lebensmittelbranche eingesetzt werden können, bedarf es einiger Modifikationen. Zahnriemen verfügen über sogenannte Wickelnasen. Man findet sie im Zahngrund als kleine Nut, an der der Zugträger frei liegt. Hier besteht die Gefahr, dass der Stahlzugträger durch den Kontakt mit Reinigungsmitteln und Wasser korrodiert.

Wickelnase Grafik, Bild: Breco Antriebstechnik
Im Zahngrund ist die schmale Wickelnase eines üblichen Zahnriemens zu sehen. Bild: Breco Antriebstechnik

Mit einem Zugträger aus rostfreiem Edelstahl ist das einfach lösbar, dafür aber auch etwas teurer. Breco bietet mit dem Protect-Zahnriemen eine interessante Alternative an: Die Spezialisten aus Porta Westfalica haben ihr Extrusionsverfahren für diesen Zahnriemen so modifiziert, dass die Zugträger im Zahngrund vollständig umschlossen sind und die Wickelnase komplett entfällt. Weder die äußere Geometrie noch die Präzision unterscheiden sich von anderen Breco-Zahnriemen. Die Ausführung dieser Polyurethan-Zahnriemen ohne Wickelnase verhindert versteckte und schlecht lösbare Verschmutzungen und vereinfacht den Reinigungsprozess. Problem gelöst? Noch nicht ganz! Während die Stahlzugträger bei den endlos verschweißten Breco Protect-Zahnriemen vollständig umschlossen sind, liegen diese bei der Ausführung als Meterware an den Enden frei. Auch hierfür fanden die Entwickler eine Lösung: Endversiegelungen aus klarem Polyurethan verschließen die Riemenenden. Der Stahlzugträger ist nun vollständig vom Polyurethan umschlossen. Problem gelöst.

Lebensmittel- und Pharmaindustrie: Welche Werkstoffe sich für Zahnriemen eignen

Im Lebensmittelbereich müssen Zahnriemen besonders widerstandsfähig gegenüber Reinigungsflüssigkeiten und Wasser sein. Viele Kunststoffe reagieren empfindlich, wenn sie längerfristig einem feuchtwarmen Klima ausgesetzt werden. Herkömmliche Zahnriemen aus Polyurethan sind unter solchen Bedingungen vor allem aufgrund von Hydrolyseerscheinungen oft nur sehr begrenzt einsetzbar. Breco verwendet für die Protect-Zahnriemen das speziell angepasste Polyurethan TPUAU1. Optional sind auch andere Härtegrade erhältlich (TPUAU2 und TPUAU3). All diese Werkstoffe zeichnen sich durch eine sehr gute Widerstandsfähigkeit gegen Reinigungsflüssigkeiten und Wasser aus. Letzte Hürde für den Einsatz der Zahnriemen im Lebensmittelbereich sind die gesetzlichen Vorschriften. In Europa sind dies die Richtlinien der Europäischen Kommission, unter anderem die (EU) 1935/2004, die (EU) 2024/2006 und die (EU) 10/2011. Eine entsprechende Konformitätserklärung steht für alle Protect-Zahnriemen zur Verfügung. Für den Export von Maschinen und Anlagen in den amerikanischen Markt erfüllen die Polyurethane TPUAU1-3 die Regulation FDA CFR § 177.1680 der FDA für den Kontakt der Zahnriemen mit trockenen Lebensmitteln. Zusätzlich wird immer häufiger eine Konformitätserklärung für das Produkt bei direktem Lebensmittelkontakt gefordert. Die sogenannten Migrationstests wurden für die Protect-Produktreihe erfolgreich absolviert und in einem entsprechenden Zertifikat bestätigt.

Was unterscheidet einen Hochleistungs- von einem Standardzahnriemen?

Der Hersteller entwickelte die Move-Familie speziell für Hochleistungsantriebe und für Linearantriebe mit hoher Positioniergenauigkeit und Dynamik. Was unterscheidet einen Hochleistungs- von einem Standardzahnriemen? Im ersten Ansatz würde man die Zug- und Reißfestigkeit annehmen. Doch weit gefehlt. Denn steigert man die Belastung eines Zahnriemens, wird die, für einen einwandfreien Zahneingriff in die Riemenscheibe, zulässige Zugdehnung noch vor der zulässigen Zugkraft erreicht. Maßgebliches Kriterium für die Leistungsfähigkeit eines Zahnriemens ist daher dessen Zugsteifigkeit.

Die Ingenieure entwickelten daher einen neuen Stahlcord-Zugträger mit einer um etwa 70 Prozent höheren Riemensteifigkeit. Dies ermöglicht größere zulässige Zugkräfte und eine höhere Leistungsdichte. Wegen der höheren Kräfte, die Move-Zahnriemen übertragen können, stieg auch die Belastung in der Zahnflanke und am Zahngrund. Mithilfe der Finite-Elemente-Methode wurde die Verteilung der Flächenpressung am Zahn optimiert. Zusätzlich ist auf der Zahnseite eine reibungsoptimierte Laminatbeschichtung aufgebracht. Damit reduzierten sich die Belastungsspitzen und die Reibarbeit zwischen Zahnriemen und Zahnscheibe um 25 Prozent. Trotz der höheren Zugsteifigkeit bietet der neue Stahlcord gleichzeitig eine höhere Biegewechselfestigkeit, sodass kleinere Mindestdurchmesser mit und ohne Gegenbiegung verwirklichbar sind. aru

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