Drehmoment und Torsion

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Was das Drehmoment ist und wie es gemessen wird

Das Drehmoment beschreibt die Wirkung, die einen Körper um eine Achse zu drehen sucht. In der industriellen Qualitätskontrolle sind typischerweise das Schließdrehmoment (Anziehen) und das Öffnungsdrehmoment (Lösen) von Verschlüssen, Ringen und Gewindeteilen von Interesse. Die Messung erfolgt, indem das Drehmoment auf das Instrument aufgebracht wird, oder indem dieses zwischen Werkzeug und Werkstück gesetzt wird, und der Wert an einer digitalen Anzeige abgelesen wird, mit der Möglichkeit, die Messung zu speichern, sie mit Toleranzschwellen zu vergleichen und sie an einen PC zu übertragen.

Das DMS-Prinzip (Strain Gauge)

Das Herzstück des Drehmomentmessgeräts ist ein DMS-Drehmomentaufnehmer. Dehnungsmessstreifen (Strain Gauges) auf einem elastischen Element erfassen dessen geringste Verformung unter Torsion: in Wheatstone-Brücken-Schaltung verbunden, liefern sie ein elektrisches Signal, das dem aufgebrachten Drehmoment proportional ist und von der Elektronik umgesetzt, linearisiert und angezeigt wird. Dieses Prinzip gewährleistet hohe Linearität, Wiederholbarkeit und Langzeitstabilität. Beim FG-7000TA ist der Aufnehmer extern und wird beim Anschluss an die Anzeigeeinheit automatisch erkannt; bei den Tischmodellen TNC und TNP ist der Sensor in den Prüfaufbau integriert.

Messmodi

Um sich unterschiedlichen Prüfarten anzupassen, bieten Drehmomentmessgeräte mehrere Betriebsarten. Der Modus Track zeigt den Messwert in Echtzeit an; Peak speichert den während der Prüfung erreichten Höchstwert; First Peak erfasst die erste Spitze nach einem programmierten Abfall (nützlich, um das Öffnungs-„Klicken“ eines Verschlusses zu erfassen); Modi wie Auto Peak, Auto First Peak und Double Peak (beim TNC verfügbar) automatisieren und wiederholen die Messung. Der Modus Preset mit programmierbaren oberen und unteren Schwellen ermöglicht die Go/No-Go-Pass/Fail-Prüfung.

Genauigkeit, Einheiten und Kalibrierung

Die Genauigkeit der Shimpo Drehmomentmessgeräte ist hoch: ±0,3 % (FG-7000TA und TNC) oder ±0,5 % vom Endwert (TNP), mit Auflösungen bis zum Tausendstel N·m je nach Messbereich. Zu den wählbaren Maßeinheiten gehören N·m, N·cm, kgf·cm und lb-in, je nach Bereich. Zur Sicherstellung der messtechnischen Rückführbarkeit können die Instrumente mit einem Kalibrierschein geliefert werden (auch NIST-rückführbar). Eine korrekte regelmäßige Kalibrierung ist unerlässlich, damit die Messung für Zwecke der Qualitätskontrolle gültig bleibt.

RODER Drehmomentprüfgeräte

RODER vertreibt die Shimpo Drehmomentmessgeräte für Verschlüsse: das tragbare FG-7000TA mit externem Aufnehmer und verstellbarer Klemme (1/5/10 N·m), das Tischgerät TNC bis 20 N·m mit sieben Messmodi und das Tischgerät TNP (50 N·cm bis 10 N·m) mit HI-GO-LO-LED-Komparator. Zur praktischen Anwendung bei der Verschlussprüfung siehe Prüfung des Anzugsdrehmoments von Verschlüssen.

Externer oder integrierter Aufnehmer

Es gibt zwei Hauptbauformen. Bei Systemen mit externem Aufnehmer, wie dem FG-7000TA, ist der Drehmomentsensor von der Anzeigeeinheit getrennt und wird beim Anschluss automatisch erkannt: so lässt sich der Sensor schnell wechseln, um verschiedene Messbereiche abzudecken, und die Messzelle dort anbringen, wo sie gebraucht wird. Bei Tischsystemen wie TNC und TNP ist der Aufnehmer in den Prüfaufbau integriert, mit verstellbaren Klemmen, die die Probe halten: eine robuste und wiederholbare Lösung, ideal für Serienprüfungen im Labor oder in der Produktion.

Messbereiche, Auflösung und Überlast

Der Messbereich des Instruments ist nach dem zu messenden Drehmoment zu wählen, vorzugsweise im oberen Teil des Bereichs, um die Auflösung bestmöglich zu nutzen. Die Shimpo Drehmomentmessgeräte decken je nach Modell 50 N·cm bis 20 N·m ab, mit Auflösungen bis zum Tausendstel N·m in den unteren Bereichen. Ein Überlastschutz (120 bis 150 % vom Endwert) schützt den Aufnehmer vor unbeabsichtigter Beanspruchung, während die hohe Abtastrate (bis 2000 Hz) es erlaubt, schnelle Übergänge genau zu erfassen, etwa das Löseklicken eines Verschlusses.

Datenerfassung und Software

Die digitalen Shimpo Drehmomentmessgeräte verfügen über einen internen Speicher (bis zu 1000 Werte) sowie USB-Ausgänge und, bei den Modellen, die dies vorsehen, RS-232, zudem über einen Komparatorausgang für die Einbindung in ein Qualitätssystem. Die kostenlose Software ermöglicht es, die Messwerte herunterzuladen, anzuzeigen, ihren Verlauf grafisch darzustellen und die statistischen Kennwerte (Mittelwert, Maximum, Minimum) unmittelbar in einer Tabellenkalkulation zu berechnen, was Dokumentation und Rückverfolgbarkeit der Prüfungen erleichtert.

Häufig gestellte Fragen

Wie wird das Drehmoment in einem digitalen Drehmomentmessgerät gemessen?

Über einen DMS-Aufnehmer: Dehnungsmessstreifen auf einem elastischen Element erfassen dessen Verformung unter Torsion und liefern in Wheatstone-Brücken-Schaltung ein dem Drehmoment proportionales Signal, das die Elektronik anzeigt und speichert.

Was ist der Unterschied zwischen Schließ- und Öffnungsdrehmoment?

Das Schließdrehmoment ist das zum Anziehen des Verschlusses erforderliche Drehmoment; das Öffnungsdrehmoment (oder Lösemoment) ist das zum erneuten Öffnen erforderliche. Beide sind wichtig, um Dichtheit und Öffenbarkeit des Produkts zu gewährleisten.

Was bedeuten die Modi Peak und First Peak?

Peak speichert den Höchstwert der Prüfung; First Peak erfasst die erste Spitze nach einem programmierten Abfall, nützlich, um das Öffnungsklicken eines Verschlusses zu erfassen.

Welche Genauigkeit bieten die Shimpo Drehmomentmessgeräte?

±0,3 % (FG-7000TA und TNC) oder ±0,5 % vom Endwert (TNP), mit wählbaren Einheiten N·m, N·cm, kgf·cm und lb-in und der Möglichkeit eines rückführbaren Kalibrierscheins.

Lassen sich die Drehmomentprüfgeräte kalibrieren?

Ja: sie können mit einem Kalibrierschein geliefert werden, auch NIST-rückführbar, und sind regelmäßig zu kalibrieren, damit die Messung für Zwecke der Qualitätskontrolle gültig bleibt.