Reibungseigenschaften von 5PK-Riemen verschiedener Hersteller

Warum die Riemen in Ihrem Auto wichtig sind

Unter der Haube eines modernen Fahrzeugs drehen dünne, gerippte Riemen still die Lichtmaschine, die Klimakompressor‑Pumpe und andere Zusatzeinrichtungen. Sie sehen alle ähnlich aus, weshalb Mechaniker und Fahrer sie oft als austauschbar betrachten. Diese Studie stellt eine einfache, aber wichtige Frage: Wenn Sie einen dieser Riemen durch ein optisch ähnliches Produkt eines anderen Herstellers ersetzen, verhält er sich beim Greifen und Gleiten auf den Riemenscheiben gleich, oder können kleine, verborgene Unterschiede das Verhalten des gesamten Antriebsstrangs verändern?

Riemen, die gleich aussehen, sich aber unterschiedlich verhalten

Die Untersuchung konzentriert sich auf einen verbreiteten „5PK“-Rippenriemen, der in sogenannten Front Engine Accessory Drive (FEAD)-Systemen verwendet wird und Komponenten wie Lichtmaschine und Klimakompressor antreibt. Zehn Riemen verschiedener Hersteller, alle für dieselbe Fahrzeugintegration vorgesehen, wurden geprüft. Auf den ersten Blick teilen sie Größe und Grundaufbau: synthetische Fasern im Kautschuk mit mehreren kleinen Rippen, die in passende Nuten der Riemenscheiben greifen. Bei genauerer Betrachtung variiert jedoch die Oberfläche, die tatsächlich die Scheibe berührt. Bei einigen Riemen ragen die Verstärkungsfasern deutlich aus dem Gummi hervor; bei anderen sind die Fasern kürzer; wieder andere haben die Fasern nahezu vollständig eingebettet. Diese subtilen Oberflächenunterschiede legen nahe, dass die Riemen die Scheiben nicht alle auf dieselbe Weise greifen.

Prüfung, wie fest die Riemen halten, bevor sie rutschen

Um das zu erforschen, bestimmte der Autor zunächst die sogenannte Haftreibung: wie viel Drehmoment eine Riemenscheibe ausüben kann, bevor ein um sie gelegter Riemen zu gleiten beginnt. Ein spezieller Prüfstand hielt ein kurzes Riemensegment um eine einzelne Scheibe bei bekannter Vorspannkraft und erhöhte dann langsam das Antriebsmoment, bis der Riemen schließlich rutschte. Aus den gemessenen Kräften und der Drehung berechnete der Forscher für jeden Riemen und für verschiedene Anfangsspannungen einen effektiven Reibwert. Die Ergebnisse zeigten deutliche Unterschiede: Einige Riemen griffen deutlich stärker als andere, und die Art, wie sich die Reibung mit zunehmender Spannung veränderte, war von Riemen zu Riemen unterschiedlich. Bei den meisten Riemen bedeutete mehr Spannung ein höheres Reibniveau, doch eine Marke zeigte tatsächlich einen leichten Rückgang der Reibung bei stärkerer Vorspannung, was deutlich macht, dass es selbst für diesen Riementyp keinen einheitlichen „Standard“-Reibwert gibt.

Beobachtung des Schlupfs in einem vollständigen Antrieb

Als Nächstes untersuchte die Studie die Gleitreibung in einem vollständigen Zwei‑Scheiben-Antrieb, näher an der realen Fahrzeuglage. Hier verband ein ungeschnittener Riemen eine antreibende und eine angetriebene Scheibe gleicher Größe. Beide Scheiben wurden von getrennten Motoren angetrieben, sodass ihre Drehzahlen unabhängig eingestellt werden konnten; so ließ sich messen, wie viel der Riemen rutschte und welches Gegenmoment dabei auftrat. Als die Belastung der angetriebenen Scheibe erhöht wurde, blieb der Schlupf zunächst gering, stieg dann aber scharf an, sobald ein bestimmter Moment überschritten war. Dieser Wendepunkt und die gesamte Kurve, die Schlupf und Moment verknüpft, unterschieden sich deutlich zwischen den zehn Riemen. Einige rutschten bereits bei relativ geringer Belastung stark, während andere bei deutlich höheren Momenten guten Halt behielten. Eine höhere Anfangsspannung verschob den Beginn starken Schlupfs im Allgemeinen in Richtung höherer Lasten, doch auch hier gruppierten sich die Riemen in deutlich verschiedene Verhaltensklassen.

Aufbau eines einfachen Modells für reale Antriebe

Mithilfe dieser Messungen entwickelte der Autor ein vereinfachtes Computermodell eines Riemenantriebs mit zwei rotierenden Scheiben und einem masselosen, dehnbaren und leicht gedämpften Riemen. Anstatt jedes mikroskopische Detail nachzubilden, fütterte das Modell für jeden Riemen eine experimentell bestimmte Beziehung zwischen Schlupf und Gegenmoment ein. Bei Simulation derselben Betriebsbedingungen mit unterschiedlichen Riemen veränderten sich die vorhergesagten Scheibendrehzahlen und Schlupfniveaus entsprechend den Messungen: Riemen, die im Labor stärker rutschten, führten auch in den Simulationen zu niedrigeren Drehzahlen der angetriebenen Scheibe und größeren Verlusten. Das bestätigt, dass bereits moderate Änderungen in den Reibkurven eines Riemens das Antwortverhalten eines realen Nebenantriebs unter Last erheblich beeinflussen können.

Was das für Fahrer und Konstrukteure bedeutet

Für Nicht‑Spezialisten ist die Botschaft klar: Riemen, die identisch aussehen und auf dieselben Scheiben passen, sind nicht automatisch gleichwertig in ihrer Leistungsübertragung. Ihre verborgene Oberflächenstruktur und Materialdetails beeinflussen, wie fest sie greifen, wie sie unter Last rutschen und wie empfindlich sie gegenüber der Riemenspannung sind. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass Konstrukteure und Wartungstechniker nicht von einem einzigen Reibwert für eine gegebene Riemen‑Größe ausgehen sollten und einen Austausch durch eine andere Marke nicht ohne Berücksichtigung ihres Reibverhaltens vornehmen sollten. Stattdessen sollten Reibwertbereiche und riemenspezifische Daten in Modellen und in der Praxis verwendet werden. Im Alltag bedeutet das: Der Wechsel zu einem anderen Riemen kann das Verhalten Ihrer Lichtmaschine, Klimaanlage und anderer riemengetriebener Komponenten subtil verändern, insbesondere unter höheren Lasten.

Zitation: Kubas, K. Friction properties of 5PK belt made by various manufacturers. Sci Rep 16, 10933 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41982-6

Schlüsselwörter: Riemungsreibung, automatischer Nebenantriebsstrang, Poly-V-Riemen, Riemenschlupf, Tribologie