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Drehmomentmessung
Das Drehmoment, das ein Werkzeug anzeigt, und die Klemmkraft, die es in eine Verbindung einbringt, hängen nur lose zusammen. Deshalb schenkt man einem Drehmomentwert leicht mehr Vertrauen, als er verdient. Das Aufbringen, Ablesen und Überprüfen einer Drehkraft umfasst mehrere ganz unterschiedliche Aufgaben: eine Schraubverbindung auf einen Zielwert anziehen, prüfen, ob ein Werkzeug noch das leistet, was es verspricht, das Drehmoment in einer laufenden Maschine erfassen, ein Werkzeug gegen eine Referenz nachweisen und den Verschluss einer gefüllten Flasche testen. Jede dieser Aufgaben ist eine andere Frage — und hinter jeder steht ein anderes Instrument. Sind Werkzeug, Norm und Prüfintervall auf die Aufgabe abgestimmt, wird die Drehmomentangabe zum belastbaren Nachweis dafür, dass die Verbindung hält. Passen sie nicht zusammen, kann ein korrekt aussehender Messwert verdecken, dass eine Verbindung nie richtig verspannt wurde.
Jedes Drehmomentinstrument misst nur mittelbar. Ein Klick-Drehmomentschlüssel löst einen kalibrierten Nocken aus, ein Balken-Drehmomentschlüssel biegt einen Stahlstab bekannter Länge, ein Aufnehmer wandelt Torsionsdehnung in ein Millivolt-Signal — keines von ihnen erfasst die Drehkraft direkt, und jedes verlässt sich auf eine Umrechnung, die voraussetzt, dass sich der übrige Aufbau erwartungsgemäß verhält. Eine Reaktionsvorrichtung, die nachgibt, ein Adapter, der einen ungemessenen Hebelarm hinzufügt, ein Aufnehmer, der weit unterhalb seines Messbereichs betrieben wird — sie alle verschieben den Wert ebenso zuverlässig wie ein falsch eingestellter Schlüssel. Deshalb ist ein Drehmomentergebnis eine Aussage über den gesamten Prüfaufbau, nicht nur über das Werkzeug in der Hand des Bedieners.
1. Warum Drehmoment und Klemmkraft nicht dasselbe sind
Bei einer Schraubverbindung ist selten das Drehmoment die entscheidende Größe, sondern die Klemmkraft, die es erzeugt. Verknüpft sind beide allein über die Reibung — und die Reibung ist der instabilste Faktor in diesem Zusammenspiel. Bei einer typischen Schraube wird nur ein kleiner Teil des aufgebrachten Drehmoments zu nutzbarer Vorspannkraft; der größte Teil geht dafür verloren, die Reibung unter dem Schraubenkopf und im Gewinde zu überwinden. Schon ein anderer Schmierstoff, eine andere Beschichtung oder Oberflächengüte — oder allein das Wiederverwenden einer Schraube — kann das Verhältnis von Drehmoment zu Vorspannung erheblich verschieben, ohne dass sich am Werkzeug oder am Verfahren etwas ändert. Deshalb können zwei Schrauben, die auf ein identisches, korrekt gemessenes Drehmoment angezogen wurden, am Ende völlig unterschiedlich verspannt sein. Und deshalb gehen Verbindungen, die eine definierte Vorspannkraft halten müssen, zunehmend zu drehwinkel- oder streckgrenzgesteuerten Verfahren über, die weniger von der Reibung abhängen. Zu erkennen, dass ein Drehmomentwert nur ein Stellvertreter ist und nicht das Ziel, ist die erste Absicherung gegen einen Messwert, der richtig aussieht, aber falsch liegt.
2. Welche Drehmomentaufgabe steht vor Ihnen?
Welche Aufgabe vor Ihnen liegt, entscheidet, welches Werkzeug Sie brauchen. Wollen Sie Schrauben von Hand auf einen definierten Wert anziehen, finden Sie unter Drehmomentschlüssel die Klick-, Balken-, Zeiger- und elektronischen Bauarten und erfahren, wie sich jede davon überprüfen lässt. Am feinen Ende der Skala geht es bei Drehmomentschraubendreher um das Verschrauben im niedrigen Messbereich — in der Elektronik-, Messgeräte- und Medizingerätemontage, wo gerade das Überdrehen den Schaden anrichtet.
Um zu bestätigen, dass ein Werkzeug noch hält, was es verspricht, finden Sie unter Drehmomentprüfgeräte und Analysatoren die Tischprüfgeräte, die die tatsächliche Abgabe eines Werkzeugs messen — für Eingangs-, wiederkehrende und Auditprüfungen und ebenso für die Verschlussdrehmomentprüfung an Kappen und Verpackungen. Geht es um Drehmoment, das in einer Maschine erfasst statt von Hand aufgebracht wird, führen Drehmomentsensoren und Drehmomentaufnehmer die Reaktions- und Rotationsgeräte auf, die das Wellendrehmoment in ein kalibriertes Signal umwandeln. Und um eines dieser Werkzeuge gegen eine Referenz nachzuweisen und dauerhaft genau zu halten, versammelt Drehmomentkalibrierung die Belastungseinrichtungen, Prüfstände und die Frage der Messunsicherheit, die hinter einem rückführbaren Ergebnis stehen.
Zwei ergänzende Wege runden das Bild ab. Unter Anwendungen der Drehmomentmessung finden Sie den branchenbezogenen Kontext — die Anforderungen an das Verschrauben in der Automobil-, Luft- und Raumfahrt-, Elektronik- und Medizinmontage. Unter Zubehör und Software für die Drehmomentmessung finden Sie die Adapter, Vorrichtungen und Datenwerkzeuge, die einen Aufbau vervollständigen. Die lineare Kraft schließlich — Kraftmessgeräte, Dynamometer und Zugprüfung, bei denen die Last entlang einer Linie statt um eine Achse wirkt — ist eine verwandte, aber eigenständige Disziplin und wird unter Kraftmessung behandelt.
Wenn die Aufgabe klar ist und sich nur noch die Frage stellt, welches Werkzeug Sie kaufen sollen, führt Sie die Auswahlhilfe für die Drehmomentmessung Schritt für Schritt zur passenden Wahl.
3. Normen für Drehmomentwerkzeuge und ihre Kalibrierung
Die Drehmomentnormen gliedern sich nach denselben Linien wie die Werkzeuge. Für Handwerkzeuge — Klick-, Balken-, Zeiger- und elektronische Schlüssel und Schraubendreher — regelt die ISO 6789 Konformität und Kalibrierung. Leistungsfähigkeit und Streuung kraftbetriebener Produktionswerkzeuge behandelt dagegen die ISO 5393. Die Referenzgeräte hinter der Kalibrierung ordnet man für statische Drehmomentaufnehmer nach BS 7882 ein, für rotierende nach VDI/VDE 2645. Oberhalb der Werkzeugebene kommen die Qualitätsmanagement-Regelwerke hinzu — ISO 9001, IATF 16949 im Automobilbereich, AS9100 in der Luft- und Raumfahrt. Sie schreiben keinen Drehmomentwert vor, verlangen aber die Rückführbarkeit, die Kalibrierkontrolle und die Disziplin im Messsystem, die Auditoren an jedes Werkzeug in der Fertigung anlegen. Was diese Normen verbindet, ist weniger das Zertifikat als seine Aktualität. Eine Norm sagt Ihnen, wie sich ein Werkzeug nachweisen lässt; ob es noch in der Toleranz lag, als die Verbindung hergestellt wurde, sagt Ihnen erst ein Prüfintervall, das der tatsächlichen Beanspruchung entspricht. Denn ein Klick-Drehmomentschlüssel mit einem nominellen Kalibrierintervall von zwölf Monaten kann schon nach zwei Wochen Produktion driften. Bei einem Drehmoment-Audit zählt als Nachweis, dass das Werkzeug an dem Tag in Ordnung war, an dem die Verbindung angezogen wurde — nicht an einem Tag ein Jahr zuvor, an dem es zufällig kalibriert wurde.
4. Häufig gestellte Fragen
1. Ich muss nur Schrauben auf einen festen Wert anziehen — welches Werkzeug brauche ich?
2. Kann ich einen Drehmomentschlüssel nicht nur zum Anziehen, sondern auch zum Lösen von Schrauben verwenden?
3. Wie oft sollte ein Drehmomentwerkzeug rekalibriert werden?
4. Brauche ich noch ein Drehmomentprüfgerät, wenn mein Schlüssel bereits kalibriert geliefert wurde?
5. In welchen Einheiten wird das Drehmoment gemessen, und warum ist das wichtig?
5. Glossar
| Drehmoment | Eine um eine Achse wirkende Drehkraft, im SI in Newtonmetern (N·m) angegeben. |
| Klemmkraft / Vorspannkraft | Die axiale Spannung, die beim Anziehen in einer Schraubverbindung entsteht — die Größe, auf die es in der Verbindung tatsächlich ankommt und für die das Drehmoment nur das Mittel ist. |
| Newtonmeter (N·m) | Die SI-Einheit des Drehmoments; sie entspricht einer Kraft von einem Newton, die im senkrechten Abstand von einem Meter zur Drehachse angreift. |
| Reaktionsaufnehmer | Ein statischer Drehmomentsensor zwischen einem Werkzeugkörper und einer festen Referenz, der in Kalibrierbänken und Auditvorrichtungen das aufgenommene Reaktionsdrehmoment misst. |
| Rotierender (Inline-)Aufnehmer | Ein Drehmomentsensor, der sich mit dem Antriebsstrang dreht und sein Signal über Schleifring, Drehübertrager oder Telemetrie abgibt, um dynamisches Drehmoment zu erfassen. |
| Drehwinkelgesteuertes Anziehen | Ein zweistufiges Verfahren, das eine Schraube zunächst auf ein definiertes Fügedrehmoment bringt und sie dann um einen festgelegten Zusatzwinkel weiterdreht, wodurch die reibungsbedingte Streuung der resultierenden Klemmkraft verringert wird. |
| Restdrehmoment | Das Drehmoment, das erforderlich ist, um eine bereits angezogene Schraube wieder in Drehung zu versetzen; es dient als Stellvertreter für die in der Verbindung verbliebene Klemmkraft. |
| Kalibrierung | Die dokumentierte Beziehung zwischen der Ausgabe eines Instruments und bekannten Referenzwerten unter kontrollierten Bedingungen. |
| Rückführbarkeit | Eine ununterbrochene, dokumentierte Kette von Vergleichen, die ein Messergebnis mit einem nationalen oder internationalen Referenznormal verbindet. |
