Drehmomente präzise messen durch Einsatz von

Drehmomentaufnehmern

Die Messgröße Drehmoment ist in zahlreichen Bereichen von Industrie und Forschung eine wichtige Kennzahl.
Die zusammengesetzte Größe aus Kraft und Länge ist zur Qualitätssicherung unerlässlich.
Zur sicheren Bestimmung des Drehmomentes werden kalibrierte Drehmomentaufnehmer eingesetzt.
Für den Nachweis der Güte dieser Aufnehmer ist eine
Kalibrierung notwendig.  Diese erfolgt durch zertifizierte Labore und belegt die tatsächlichen Eigenschaften und Genauigkeiten.

Die Grundgrößen Kraft und Länge sind die Faktoren, aus denen sich das Drehmoment zusammensetzt. Jeder Faktor ist gleichermaßen bedeutsam für das Ergebnis Drehmoment. Beispiele sind umgesetzt in den Kalibriereinrichtungen der PTB und vieler Hersteller von Drehmomentaufnehmern.

Einsatzgebiete der Drehmomentmessung

• In der Leistungsmessung:
  Ein Beitrag zur Klimaverbesserung ist die Steigerung von Wirkungsgraden in der Antriebstechnik und damit Senkung des Energieverbrauchs.
• Bei Schraubenverbindungen:
  Gewährleistung von sicheren Schraubenverbindungen und damit ein wichtiger
  Beitrag zur Sicherheit für die Menschen,
  die die heutige Technik anwenden und davon profitieren.
• In der Medizintechnik:
  Zum Beispiel bei der Einstellung von Insulinpens vor der Selbstinjektion. Die stufig geschalteten Drehbetätigungen bei Insulinpens zur richtigen Einheiteneinstellung bei der Insulin-Dosierung,
  sichert Gesundheit und Leben.
• Zur Qualitätssicherung automatischer Montageabläufe:
  Einsatz von Sicherungselementen zur
  Verhinderung von Überbelastung wie Rutschkupplungen.

All diese Ziele sind erreichbar, wenn die Produktionsprozesse mit den beschriebenen Anwendungen durch die geforderten Drehmomentmessmittel überwacht sind.
Hier kommen auch CEH-Drehmomentaufnehmer zum Einsatz. Die Skalen beginnen für die Medizintechnik im mN·m (milli Newtonmeter) Bereich und erreichen in der Schwerfahrzeugtechnik bis mehrere 0,2 MN·m (Mega-Newtonmeter).

Der Einsatzbereich ist bei allen Drehbewegungen und auch drehzahlbetriebenen Einrichtungen zu finden, die definiert sind durch die Messgröße Drehmoment in der Einheit N·m.

Wie funktionieren Drehmomentaufnehmer?

Der Drehmomentaufnehmer wird als elastische Verdreh-Feder ausgelegt. Stähle mit guten Federeigenschaften oder auch hochfestes Aluminium sind üblicherweise die Baustoffe für solche Drehmoment-Aufnehmer.
Seine Gestalt kann eine Welle oder ein Speichenrad, aber auch eine Art Käfig mit doppelten Flanschen sein.
In jedem Fall werden an den höchst belasteten Zonen dieser Messkörper Dehnmessstreifen (DMS) appliziert. Die Verschaltung der 4 DMS zu einer Wheatstone’schen Brücke ermöglicht eine Erfassung der Oberflächenspannung als elektrische Widerstandsgröße mittels einem Messverstärker. Die Spannungsänderung im Messkörper ist ursächlich eine Dehnung im elastischen Bereich, daher die Bezeichnung Dehnmessstreifen oder kurz DMS.
Der DMS ist ein elektrischer Widerstand, der seine elektrische Widerstandsgröße mit der Spannungsänderung an der Oberfläche gleichermaßen ändert.

Diese mechanisch erzeugte analoge Spannungsänderung erzeugt also ein sich änderndes elektrisches Signal, das durch den Messverstärker verstärkt und digital auslesbar wird.
Für stationäre Anordnungen wird eine direkte Verkabelung vom Drehmomentaufnehmer zum Messverstärker gewählt.

Bei rotierenden Aufnehmern wird mit Übertragungsantennen und Empfängern gearbeitet. Weitere Möglichkeiten sind der Einsatz von Funk- oder Bluetooth Verbindungen.

Wie wird ein Drehmomentaufnehmer montiert?

Die Montage der Drehmoment-Aufnehmer teilt sich in rotierende und stehende Anwendung auf.
Die rotierende Welle darf keine Unwuchten in das System bringen. Die Empfängerantenne muss in korrektem Abstand zur drehenden Welle bzw. Flansch fixiert sein. Auch eine Sicherheitskupplung wird nicht selten integriert, da bei dynamischen Effekten sehr hohe Spitzenmomente auftreten könnten.

Die stationäre Anwendung belastet den Drehmomentaufnehmer mit ihrem kompletten Baugewicht. Eine robuste Ausführung des Drehmomentaufnehmers gegen Seitenkraft, aber auch Biegemomente ist hier erforderlich.
In beiden Fällen dürfen die Einbaukräfte, die auf die Aufnehmer wirken diesen nicht schädigen. Ein adäquates Mittel ist hier Protokollierung der Nullpunktanzeige in jedem Zustand der Ein- und Ausbauphase.

Kalibrierung zum Nachweis der Messunsicherheit.

Einzelstücke in der Anwendung.
Unerlässlich ist die Kalibrierung eines Drehmomentaufnehmers, bei der seine Kennzahlen mit bestmöglicher Messunsicherheit kalibriert und skaliert wird.
Für die Sicherstellung der Nachweisbarkeit der Daten gelten nur Angaben aus zertifizierten Laboren. Jeder Drehmomentaufnehmer muss während seiner Einsatzdauer in Zeitabschnitten von höchstens 2 Jahren überprüft, oder besser kalibriert werden.

Nachweis fest verbauter Aufnehmer in Prüfzellen.
Hier sollten sogenannte Werksnormale im Referenzverfahren zum Einsatz kommen.
Der Ausbau eines eingesetzten Aufnehmers ist hier schon mit der Unsicherheit behaftet, ob das singulär erstellte Kalibrierergebnis überhaut anwendbar ist. Der Ein- und Ausbau birgt nicht nachweisbare Fehlereinflüsse.
Der als Werksnormal (WN) bezeichnete Aufnehmer von CEH wird vielfältig von autorisiertem Personal direkt eingesetzt. Hier wird eine Übertragung vom zertifizierten Kalibrierlabor auf die Anwendung in der Industrie vollzogen. Diese Überwachung kann bis zu 3-mal täglich erfolgen. Gültig ist das bei 3 Schicht Betrieb in der automatischen Montage von Insulinpens.
Die in der Medizintechnik verwendeten Werksnormale werden für den speziellen Prüfstand und das relevante Einsatzgebiet maßgefertigt bei CEH hergestellt. Sie sind exklusiv für diesen Einsatz bestimmt und anzuwenden.