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So wie Kräfte geradlinige Bewegungen verursachen und beeinflussen können, können Drehmomente Drehbewegungen auslösen, verstärken oder verringern. Ein Drehmoment entsteht, wenn Kräfte mit Abstand zum Drehpunkt auf einen drehbar gelagerten Körper wirken. Greifen die Kräfte direkt am Drehpunkt an, entsteht kein Drehmoment.
Die Größe des Drehmoments ergibt sich aus der Kraft multipliziert mit dem Abstand dieser Kraft zum Drehpunkt. Das bedeutet, dass das am Drehpunkt wirkende Drehmoment verstärkt werden kann, indem entweder die Kraft oder deren Abstand zum Drehpunkt erhöht wird.
Drehmoment = Kraft * Weg
M = F * s
Wirken mehrere Kräfte, so werden diese vektoriell - also unter Berücksichtigung von Betrag und Richtung – addiert. Das lässt sich gut an einer Wippe auf dem Spielplatz ausprobieren. Sind die beiden Seiten der Wippe ungleichmäßig belastet, so kann zum Ausgleich entweder die Seite mit dem geringeren Gewicht zusätzlich belastet werden oder auf der anderen Seite wird das höhere Gewicht näher an den Drehpunkt gebracht.
Sobald die Drehmomente gleich groß sind, ist die Wippe im Gleichgewicht. Die Auf- und Abbewegung kann dann durch leichte Gewichtsverlagerungen wie einfaches Vor- und Zurückbeugen ausgelöst werden.
Drehmomente spielen eine große Rolle beim Festsetzen von Schrauben. Bei sicherheitsrelevanten Schraubverbindungen werden die einzuhaltenden Drehmomente für das Anziehen der Schrauben bzw. Muttern in Abhängigkeit vom Schraubentyp und von der Art der Verbindung festgelegt.
Beim Reifenwechsel am Kraftfahrzeug zum Beispiel, müssen die Radmuttern mit dem für die jeweiligen Räder vorgegebenen Anzugsdrehmoment festgeschraubt werden. Zu hohe, aber auch zu niedrige Anzugsdrehmomente können zu einem Lösen der Räder während der Fahrt führen. Auch der Einbau anderer Bauteile an Fahrzeugen sollte unbedingt mit dem vorgegebenen Anzugsdrehmoment erfolgen. Zur Montage können Drehmomentenschlüssel oder Schlagschrauber eingesetzt werden, bei denen das zu erreichende Anzugmoment eingestellt werden kann.
Diese Montagewerkzeuge mit Einstellmöglichkeit sind in gewisser Weise auch Drehmomentmesser, zeigen aber keine Messwerte an, sondern lösen bei Erreichen eines eingestellten Grenzwertes ein Signal aus. Um festzustellen, ob sie korrekt funktionieren, können diese Werkzeuge mit einem anderen Drehmomentmessgerät geprüft werden.
Drehmomente sind eine wichtige Messgröße für viele Bauteile die planmäßig in Drehbewegungen versetzt werden oder die durch statische oder dynamische Belastung auf Verdrehung beansprucht werden. Dies betrifft sowohl den Maschinen- und Fahrzeugbau als auch das Bauwesen und die Energiewirtschaft.
Drehmomentmesser für Schraubverbindungen
Für viele Schraubverbindungen sind Anzugmomente vorgeschrieben, mit denen die Schrauben bzw. Muttern bei der Montage festzuziehen sind. Dies betrifft nicht nur Verbindungen rotierender Teile, sondern beispielsweise auch die Fixierung hochfester Verschraubungen im Stahlbau. Diese Verschraubungen werden häufig mit Werkzeugen ausgeführt, die das Erreichen des voreingestellten Drehmoments akustisch und haptisch signalisieren. Diese Werkzeuge können mit einem anderen Drehmomentmessgerät kalibriert werden.
Drehmomentmessgerät in der Produktionsüberwachung
In der Produktionsüberwachung können Drehmomentmesser nicht nur zur Überwachung und Steuerung von Schraubvorgängen sondern zum Beispiel auch zur Viskositätsbestimmung von Materialien eingesetzt werden. Je dickflüssiger ein Material ist, desto höher ist die Viskosität und das Drehmoment, das eingebracht werden muss, um das Material durch Rühren zu vermischen.
Drehmomentmesser in Leistungsprüfständen
Bei der Entwicklung und auch bei späteren Überprüfungen von Motoren, Antriebswellen, Getrieben und Bremsen werden häufig Drehmomente gemessen. und bewertet um Möglichkeiten zur Erhöhung der mechanischen Leistung und zur Verbesserung des Wirkungsgrades zu finden.
Drehmomentmesser für Kalibrieraufgaben
Schlagschrauber, Drehmomentenschlüssel und andere Werkzeuge die Momente in Bauteile eintragen können regelmäßig mit einem Drehmomentmessgerät überprüft werden, um sicherzustellen, dass die Schraubverbindungen mit dem korrekten Wert angezogen werden.
Drehmomentgerät für Schraubverschlüsse
Das Drehmoment mit dem Schraubverschlüsse auf Behältern festgesetzt werden soll einerseits verhindern, dass der Inhalt ausläuft oder verdirbt. Andererseits dürfen die Gewinde nicht zerstört werden und der Verschluss soll nicht zu schwer zu lösen sein.
Drehmomentmesser gibt es als Handgeräte für den mobilen Einsatz, als Tischgeräte oder zum Festeinbau in Prüfstände oder Fertigungslinien. Der Sensor zur Messung kann entweder im Anzeigegerät verbaut sein oder als externer Sensor über ein Kabel an das Anzeige- und Bediengerät angeschlossen werden. Die Drehmomentmesser mit externem Sensor ermöglichen auch Messungen an schwer zugänglichen Stellen.
Der Messbereich sollte stets nach den zu prüfenden Drehmomenten gewählt werden. Übersteigt das aufgebrachte Drehmoment den Messbereich, kann der Wert nicht mehr korrekt erfasst werden und bei zu hoher Belastung wird der Sensor zerstört. Einige Drehmomentmesser haben einen Überlastschutz für bis zu 50 Prozent des maximalen Drehmoments. Das bedeutet, das Drehmomentmessgerät mit dem Messbereich von 100 Nm kann Momente bis zu 100 Nm messen und Belastungen oberhalb von 100 Nm bis zu 150 Nm aufnehmen ohne beschädigt zu werden. Wird ein Drehmomentmessgerät mit sehr hohem Messbereich für kleine Drehmomente genutzt, sind die möglichen Anzeigewerte nicht so fein abgestuft wie bei kleinerem Messbereich. So liegt die Auflösung innerhalb einer Geräteserie mit dem Sensor für 10 Nm Maximallast bei 0,01 Nm und bei Verwendung des Sensors für 100 Nm Maximallast kann nur in 0,1 Nm-Schritten angezeigt werden.
Für die Beurteilung der Messgenauigkeit ist es wichtig, dass darauf geachtet wird, ob in Prozent angegebene Werte auf den Messwert oder auf den Messbereich zu beziehen sind. Eine Messunsicherheit von 0,5 Prozent des Messbereiches bedeutet bei 10 Nm eine mögliche Abweichung von 0,05 Nm bei einem Sensor mit 100 Nm Maximalbelastung aber mit 0,5 Nm das Zehnfache.
Hier ein Beispiel für einem Messwert von 6,20 Nm der mit zwei verschiedenen Geräten gemessen wurde:
Bei dem Drehzahlmessgerät mit 100 Nm Messbereich kann das aufgebrachte Moment bei diesem Messwert zwischen 5,7 und 6,7 Nm liegen. Der mit 10 Nm belastbare Drehzahlmesser darf diesen Wert nur anzeigen, wenn Momente zwischen 6,15 Nm und 6,25 Nm aufgebracht werden.
Die Messrate gibt an, wie viele Messwerte innerhalb einer bestimmten Zeit vom Drehmomentmessgerät aufgenommen werden können. Bei einem sehr einfachen Drehmomentmesser kann keine Messrate gewählt werden. Geräte die zur detaillierten Erfassung des Drehmomentenverlauf zum Beispiel bei Motoren eingesetzt werden sollen, können bei Bedarf auf Messraten von bis zu 1.000 Messungen pro Sekunde eingestellt werden.
Bei einigen Anwendungen müssen mit dem Drehzahlmesser in kurzer Zeit viele Werte aufgenommen werden, die für spätere Auswertungen benötigt werden. Die Auswertung wird erleichtert, wenn das Drehmomentmessgerät über einen großen internen Speicher und eine Schnittstelle zur Datenübertragung wie RS-232 oder USB verfügt. Einige Geräte bieten auch Speichermöglichkeiten auf Wechseldatenträgern wie MicroSD-Karten an. Außerdem können Drehmomentmesser auch mit einem Alarmausgang ausgestattet sein.
Die projektbezogene Speicherung und Auswertung der Messwerte kann über Software, die die vom Drehmomentmessgerät erfassten Werte importiert, erleichtert werden. Einige Drehmomentmesser haben eine Auswertesoftware standardmäßig mit im Lieferumfang. Nach dem Übertragen der Messwerte in diese Software kann man aus der grafischen Darstellung des Momentenverlaufs die relevanten Werte meist schneller als aus Tabellen abgreifen. Vorher festgelegte untere und obere Grenzwerte sind im Diagramm als andersfarbige waagerechte Linien markiert, so dass deren Unter- bzw. Überschreitung gut erkennbar ist. Unterhalb der Grafik sieht man unter anderem die Anzahl der Messungen sowie den kleinsten und dem größten gemessenen Wert.