Aus maschinenbaulicher Sicht ist es geometrisch suboptimal, einen Zahnriemen über eine glatte Umlenkrolle auf der Zahnseite zu führen. Auch wenn die Auswirkungen bei 3D-Druckern mit geringer Belastung nicht immer sofort sichtbar sind, ist die zugrunde liegende Mechanik gut bekannt.

Effektiver Teilungsdurchmesser und Riemengeometrie

Wenn sich ein Zahnriemen auf der Zahnseite um eine glatte Scheibe wickelt, können die Riemenzähne nicht richtig ineinandergreifen. Stattdessen wird jeder Zahn gezwungen, sich zu verformen, während er über die Oberfläche der Riemenscheibe läuft. Dies verursacht:

• Mikro-Lifting und Neusetzen jedes Zahns
• Variation des effektiven Teilkreisdurchmessers
• Leichte Verlängerung des effektiven Bandlaufs
• Erhöhte lokale Vibrationen
• Beschleunigter Zahnflankenverschleiß

Dabei handelt es sich nicht um ein Phänomen des Rutschens. Der Riemen gleitet nicht - er passt seine Geometrie ständig an eine Oberfläche an, die nicht seinem Profil entspricht. Im Laufe der Zeit erhöht diese wiederholte Verformung die mechanische Spannung innerhalb der Zugstränge und der Zahnstruktur.

Verzahnte Tragrollen erhalten die korrekte Geometrie der Teilung aufrecht

Eine zum Riemenprofil (z.B. 2GT / GT2 / GT3) passende Zahnscheibe (Sprocket) bewahrt den vorgesehenen Teilungseingriff. Der Riemen greift sauber in die Rillen der Riemenscheibe ein und bleibt erhalten:

• Durchmesser mit konstanter Teilung
• Keine erzwungene Zahnverformung
• Reduzierte zyklische Belastung
• Verbesserte Konsistenz bei der Positionierung

Vorausgesetzt, dass:

• Das richtige Riemenprofil wird verwendet
• Die Mindestzähnezahl und der Mindestbiegeradius der Riemenscheiben werden eingehalten.

das System innerhalb der vom Hersteller festgelegten mechanischen Parameter arbeitet.

Warum das Problem bei 3D-Druckern oft unbemerkt bleibt

In typischen Desktop-3D-Druckern:

• Die Bandgeschwindigkeiten sind moderat
• Die mechanischen Belastungen sind relativ gering
• Die Einschaltdauer ist intermittierend

Unter diesen Bedingungen machen sich die negativen Auswirkungen möglicherweise nicht sofort als Versagen bemerkbar. Das Fehlen sichtbarer Probleme bedeutet jedoch nicht, dass die mechanische Konstruktion optimal ist. Es bedeutet lediglich, dass die Anwendung weit unterhalb der Fehlerschwelle arbeitet.

Die Herstellerangaben von Gates

Gates hat eine ausführliche PDF-Datei veröffentlicht, in der alles aufgelistet ist, was mit Gürteln zu tun hat:
https://www.gates.com/content/dam/documents-library/catalogs/light-power-and-precision-manual.pdf

Empfehlungen der Hersteller für die Größe der Tragrollen

Seite 68 befasst sich mit den empfohlenen Größen der Umlenkrollen/Riemenscheiben.

Die obige Abbildung fasst die Herstellerrichtlinien für die Dimensionierung von Zahnriemenspannrollen zusammen. Es wird zwischen drei Konfigurationen unterschieden:

• Innere Umlenkrolle (Zahnriemenscheibe auf der Zahnseite)
• Rückseitige Umlenkrolle (glatte Riemenscheibe auf dem Riemenrücken)
• Innere flache Umlenkrolle (glatte Riemenscheibe auf der Zahnseite)

Für 2MGT / 2GT Gürtel, sind die wichtigsten Empfehlungen:

• Minimum innenverzahntes Ritzel: 12 Zähne
• Minimum Rückseitige glatte Laufrolle: 0,50″ Außendurchmesser (12,7 mm)
• Minimum innenliegende flache Laufrolle: 1,00″ Außendurchmesser (25,4 mm)

Entscheidend ist die Unterscheidung zwischen gezahntem und glattem Kontakt auf der Zahnseite des Riemens.

Eine verzahnte Innenrolle ist bei relativ kleinen Größen (mindestens 12 Rillen) zulässig, da die Riemenzähne ordnungsgemäß in das Scheibenprofil eingreifen und eine konstante Teilungsgeometrie beibehalten.

Eine glatte Spannrolle auf der Zahnseite, erfordert jedoch einen deutlich größeren Durchmesser. Die Richtlinie schreibt vor, dass sein Außendurchmesser dem Teilungsdurchmesser eines 40-rilligen Kettenrades in der gleichen Teilung entsprechen muss. Bei 2MGT entspricht dies etwa 25,4 mm.

Diese Empfehlung besteht, weil ein glatter Kontakt auf der Zahnseite dazu führt, dass sich die Riemenzähne verformen, während sie über die Riemenscheibe laufen, was den Verschleiß und die Geräuschentwicklung erhöhen kann. Größere Durchmesser verringern die Biegespannung und die Verformung der Zähne.

Rückseitige Tragrollen folgen einem anderen Regelwerk, da der Riemenrücken flach ist und nicht auf einer Eingriffsgeometrie beruht.

Diese Spezifikationen basieren auf dem Ermüdungsverhalten, der Spannungsverteilung im Seil und Überlegungen zur langfristigen Haltbarkeit des Gurtes - nicht auf einem sofortigen Funktionsausfall.

Praktische Auswirkungen für das Prusa XL

Verwendung von gezahnten Tragrollen auf der Zahnseite:

• Bewahrt die korrekte Gurtgeometrie
• Reduziert langfristigen Verschleiß
• Minimiert die Mikrovibrationsanregung
• Richtet das System an den bewährten Konstruktionsprinzipien für Zahnriemen aus

Glatte Tragrollen auf der Zahnseite funktionieren in der Praxis - sie stellen aber eher einen Kompromiss als eine mechanisch ideale Lösung dar.

Bei einem Präzisionsbewegungssystem wie dem Prusa XL ist die Aufrechterhaltung des korrekten Riemeneingriffs der technisch sauberere Ansatz.

Download “Prusa XL modifiziertes linkes und rechtes Y-Laufwerk für Zahnriemenscheiben mit 10mm Breite (für neue O-Ringe / Unterlegscheiben)” on Printables

Säule	Bedeutung	2MGT Minimum	Prusa XL (20T)
Inneres Ritzel (gezahnt)	Verzahntes Losrad auf der Zahnseite	12 Zähne	✔ Über der Norm (20T)
Rückwärtige Tragrolle	Glatte Umlenkrolle auf dem Bandrücken	0,50″ (12,7 mm) Außendurchmesser.	✔ Wahrscheinlich konform
Innere flache Umlenkrolle	Glatte Spannrolle auf der Zahnseite	1,00″ (25,4 mm) Außendurchmesser.	❌ Nur relevant, wenn glatt verwendet... Deshalb sollten Sie eine gezahnte verwenden!