V-riemaandrijving

De krachtpatser onder de riemen

Het principe van een riem met trapeziumvormige dwarsdoorsnede werd al voor 1900 toegepast. Een dergelijke riem werd ingezet tussen twee stel flauw conische schijven. De straal waarop de riem liep werd bepaald door de afstand van de schijven. Bewoog je één stel schijven naar elkaar toe, dan kneep je als het ware de riem naar een grotere straal. Bewoog je de schijven van elkaar af, dan kroop de riem naar een kleinere straal. Het tweede paar schijven deed net het omgekeerde van het eerste paar. Hiermee kun je natuurlik een fraaie variabele overbrenging maken.

Het principe

Omstreeks 1945 werd patent aangevraagd - en in 1951 verleend - op het gebruik van V-riemen in vermogenstransmissie. Waarom kunnen V-riemen in vergelijking met klassieke vlakke riemen relatief flink meer vermogen overbrengen? Dat wordt in het patent uitgelegd. De riem ligt met de schuine flanken tegen de "wangen" van de gegroefde schijf, met andere woorden, tegen de schuine profielzijden. Dat levert een vrij groot contactvlak op. Maar er is meer. Het over te brengen vermogen bedraagt:

De hoeksnelheid ω = 2 π . n / 60  (rad/s) waarin n  het toerental van de drijvende as in omw/min is.

Het koppel M  levert een tangentiele trekkracht op in de V-riem en deze kracht trekt de riem stevig vast in de V-groef. Dat vergroot de wrijving tegen de flanken aanzienlijk, waardoor de riem (veel) minder neiging tot slippen heeft.

Uitvoeringen

V-riemen zijn in de loop van de tijd steeds weer verbeterd, door nieuwe materialen en/of slimme opbouw of vormgeving. Daarom zijn er in elke riemen-webshop talrijke uitvoeringen voorhanden. Die hebben allemaal hun specifiek toepassingsgebied.

Ik beperk me hier tot de "klassieke" V-riem. In DIN 2215 zijn deze genormaliseerd in een vijftal types: Z - A - B - C - D. De afmetingen voor elk profiel (breedte en dikte) vind je in onderstaande tabel. De klassieke V-riemen hebben een vaste tophoek van 40°. Ik heb ze (uiteraard) ook in OpenScad gezet, zodat je er lekker mee kan spelen. Je vindt de code hier: V-riemprofielen.scad.

De bijbehorende V-riemschijven zijn genormaliseerd in DIN 2211. De profielen van de groeven in poelies zijn - in tegenstelling tot de profielen van de riemen - niet constant. Ze zijn diameter-afhankelijk. Op poelies van kleine diameter moet de riem sterk gebogen worden. Aan de voet bolt de riem daarbij op. Om daarvoor ruimte te maken is het profiel een tikje aangepast - zie de tabel.

Beschikbare profielen: Z - A - B - C - D

Onderstaand 3D-model heb ik gebouwd in OpenSCAD. Hier vind je de code: V_riemschijf.scad

Partiele doorsnede van een V-riemschijf, profiel B, N = 5 riemen

Meer riemen tegelijk

Net als bij kettingen hoef je bij V-riemen niet te volstaan met één enkele schalm- c.q. riembreedte. Kettingschakels kunnen wel vier schalmen breed zijn. V-riemoverbrengingen overtreffen dat nog, je kunt echt veel riemen parallel zetten. De zwaarste die ik ook gezien heb, telde 10 riemen .... Daar stond ook een knaap van een electromotor aan.

De analogie met kettingen gaat nog verder. Bij meervoudige kettingen zijn de parallelle schalmen in één schakel stijf gekoppeld door de pennen die er door heen lopen. Ze reageren als één eenheid. Gebruik je een stel losse riemen, dan is dat niet gegarandeed. Er kan een riem tussen zitten die net iets langer is, die doet dan niet ten volle mee, want de riemen kun je natuurlijk niet individueel spannen.

Aanvankelijk werd dus voor een meer-riems overbrenging de te monteren set riemen zorgvuldig op lengte bijeengezocht. Met het toenemen van de produktiekwaliteit verviel dit karwei. Maar om echt op zeker te spelen, heeft de industrie de zogenaamde "krachtbanden" ontwikkeld. Deze bestaan uit meerdere individuele riemen die op de rug met een breed dek zijn gekoppeld. Het dek loopt juist buiten de riemschijf en sluit deze gelijk af. Zo'n krachtband geeft minder vervuiling van de V-groeven in de poelie dan losse V-riemen. En biedt de zekerheid dat alle riemen nun steentje bijdragen aan de gezamenlijke overbrenging.

Materialen

V-riemen zijn vervaardigd uit synthetische rubbers, meestal polychloropreen (PCP). Ze zijn in de rug versterkt door ingelegde "trekkoorden", overwegend van polyester (PES), in geval van extreem hoge belasting ook wel aramide. Aramide heeft een uiterst geringe rek. Daarnaast wordt voor V-snaren (met identiek V-profiel) polyuretaan (PU) gebruikt. PCP-riemen dienen voor vermogensoverbrenging; PU-V-snaren zijn veel minder belastbaar, ze zijn vooral bedoeld voor gebruik in conveyor-systemen (intern transport).

V-riemschijven zijn vrijwel altijd gegoten in grijs gietijzer GG-22 of GG-25. Aluminium slijt (te) hard en vervuilt teveel.

Enkele voorbeelden

Onderstaande drie voorbeelden heb ik gebouwd in één enkel OpenSCAD-model. Je vindt dat hier: V_riemaandrijving.scad

V-riemaandrijving, riemschijf type K=1, overbrengverhouding 1:1

V-riemaandrijving, riemschijf type K=2, overbrengverhouding 1:2

V-riemaandrijving, riemschijf type K=3, overbrengverhouding 1:3