Drehmomentschlüssel zur Überprüfung und Kalibrierung in Drehmomentprüfgerät mit Prüfstand

Drehmoment

Das Drehmoment (lat: momentum = Bewegungskraft) ist eine physikalische Größe in der Mechanik und wird mit der SI-Einheit Newtonmeter [Nm] und dem Formelzeichen M bezeichnet. Genau wie die Kraft ist auch das Drehmoment eine gerichtete bzw. vektorielle Größe.

Wirkungen und Bezeichnungen

Torsionsmoment

Das Torsionsmoment ist das Moment (Kraft), das aufgebracht wird, um einen Körper oder ein Bauteil, wie z.B. eine Welle zu Verdrehen. Hierbei ist es unerheblich, ob sich der Körper in Ruhe befindet oder rotiert.

Biegemoment

Das Moment, das benötigt wird, um einen Körper zu verbiegen.

Abtriebsmoment

Das Moment, das an der Ausgangswelle einer Kraftmaschine wirkt. Eine Kraftmaschine in diesem Sinn kann auch ein Getriebe sein.

Antriebsmoment

Das Moment das an der Eingangswelle eines Maschinenelements wirkt. Diese Maschinenelemente nehmen das Moment auf und setzten es in Bewegung um. Dies können Getriebe, Antriebsachsen, Räder oder Propeller und Schiffsschrauben sein.

Anzugs- oder Anziehdrehmoment

Das Moment, das zum Anziehen einer Schraubverbindung oder eines Drehverschlusses benötigt wird.

Lösemoment / Losbrechmoment

Das Moment, bei dem sich eine Schraubverbindung oder eine kraftschlüssige Verbindung zwischen zwei zylindrischen Körpern löst. Werden zwei zylindrische Körper oder Gewinde gegeneinander verdreht, so entsteht ein Losbrechmoment und anschliessend eine geringere Gleitreibung.

 

Arten der Drehmomentmessung

Statische Drehmomentmessung

Das Drehmoment kann an einem Körper statische gemessen werden, wenn dieser durch ein Gegenmoment in Ruhe gehalten wird. Das auf den Körper einwirkende Moment ist im statischen Zustand gleich groß wie das Gegenmoment. Dieses Drehmoment läßt sich bei bekannter Hebelarmlänge auch durch Kraftmessung erfassen. Mit dieser Vorgehensweise, bei weitestgehendem Ausschluss von parasitären Krafteinflüssen, können statische Drehmomentsensoren mit Hilfe von Massen justiert und kalibriert werden.

Prinzipskizze: Drehmoment dargestellt als Kraft, die auf einen Hebelarm wirkt

Dieses Prinzip findet man z.B. in einem Drehmomentschlüssel, mit dem eine Schraube oder Mutter angezogen wird. Der Schlüssel erzeugt ein Moment, um die Schraube bis zu einer vorgegebenen Drehmomentschwelle und löst dann aus. Das vom Drehmomentschlüssel gemessene (auslösende) Moment und das Gegenmoment des festen Körpers (Schraube in Gewindebohrung) sind dann gleich groß.

Das notwendige Drehmoment zum Öffnen von Schraubverschlüssen oder lösen von kraftschlüssigen Verbindungen zwischen zwei zylindrischen Elementen kann auf die gleiche Weise gemessen werden. 

 

Dynamische (Rotierende) Drehmomentmessung

Wird ein Körper nicht durch ein Gegenmoment in Ruhe gehalten, so erzeugt das Moment eine Drehbewegung. Die Winkelbeschleunigung dieser Drehbewegung wird theoretisch nur durch das Trägheitsmoment des Körpers limitiert. In der Regel ist dieser Körper eine Welle, die in der Praxis gelagert werden muss, wodurch eine Lagerreibung entsteht und zur Übertragung einer Leistung dient.

Bei der Übertragung der Leistung über eine rotierende Welle wird das dabei wirkende Drehmoment in Abhängigkeit der Drehzahl erfasst. Um das Drehmoment zu messen wird die Drehzahl mit Hilfe einer Bremse konstant gehalten.

 

Drehmoment als vektorielle Größe

Das Drehmoment ist eine vektorielle Größe, die um alle Richtung einer im Raum ausgerichteten Achse des Raumes wirken kann. Mehrachsige Kraftaufnehmer bieten die Möglichkeit die X-, Y-, und Z-Komponenten und ggf. das jeweilige Drehmoment auszuwerten.

Prinzipskizze: Kraft als vektorielle Größe wirkt in alle Richtungen

 

Drehmomentmess- und prüfgeräte

Drehmomentsensoren

In Abhängigkeit von der Art der Drehmomentmessung wird zwischen statischen und rotierenden Drehmomentsensoren unterschieden. Die statischen Drehmomentsensoren auf DMS-Basis (DMS = Dehnungsmessstreifen) messen die Verformung eines Torsionskörpers. Wobei das Grundprinzip dem von Kraftaufnehmern entspricht. (siehe auch: Kraftmessung)  Die meisten rotierenden Drehmomentsensoren arbeiten ebenfalls auf DMS-Basis und übertragen die Signale von der rotierenden Welle über Schleifringe.

 

Drehmomentschlüssel und - schrauber

Drehmomentschlüssel und Drehmomentschrauber sind je nach Bauart entweder mit einer Drehmomentanzeige oder einem Drehmomentauslöser ausgestattet. Die anzeigenden Geräte können teilweise einen Grenzwert erfassen und optisch oder akustisch signalisieren. Auslösende Drehmomentschlüssel geben ein taktiles Feedback wenn der eingestellte Drehmomentwert überschritten ist. Drehmomentschrauber lassen keine höheren, als die eingestellten Drehmomente zu und "drehen durch".

 

Drehmomentmessgeräte statische und quasistatische Anwendungen

Um das Torsionsmoment, Anzugsmoment, Lösemoment oder Losbrechmoment an kleiner Bauteilen, Schraubdeckeln in der Verpackungsindustrie oder gegeneinander verstellbaren zylindrischen Körpern (z.B. Kameraobjektive) zu messen, werden Tischgeräte zur Drehmomentmessung eingesetzt, in denen das Moment auf einen eingebauten DMS-Sensor übertragen wird.

 

Drehmomentprüfgeräte

Um den Schaltpunkt oder die Anzeige von Drehmomentwerkzeugen zu verifizieren und zu kalibrieren, werden Drehmomentprüfgeräte eingesetzt, die anstelle der Schraubverbindung eine statisches Gegenmoment darstellen. Die Prüfgeräte werden insbesondere in Bereichen der Montage eingesetzt, in denen das richtige Anzugsmoment einer Verbindung über die Lebensdauer und die Qualität des Endproduktes entscheidet. In der Regel werden diese Werkzeuge mindestens einmal jährlich kalibriert, um die Rückführung der Anzeige- oder Auslöseeinheit Nm auf die nationalen Drehmoment-Normale der PTB (Physikalisch-Technischen Bundesanstalt) zu gewährleisten.

Alternativ dazu können auch rotierende Drehzahlsensoren zwischen dem Schraubwerkzeug und der Verschraubung eingebaut und mit einer Auswerteeinheit verbunden werden, um das Abschaltmoment eines motorischen Schraubwerkzeugs zu überprüfen.

 

Normative Verweise

DIN EN ISO 6789:2003 Schraubwerkzeuge - Handbetätigte Drehmoment-Werkzeuge - Anforderungen und Prüfverfahren für die Typprüfung, Annahmeprüfung und das Rekalibrierverfahren (zu beziehen bei: Beuth Verlag AG)

DAkkS-DKD-R 3-8 - Statische Kalibrierung von Kalibriereinrichtungen für Drehmomentschraubwerkzeuge (kostenfrei zu beziehen bei: Deutsche Akkreditierungsstelle GmbH DAkks))

VDI/VDE 2646  - Drehmomentmessgeräte - Mindestanforderungen an Kalibrierungen (zu beziehen bei: Beuth Verlag AG)


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