Drehmomentmesstechnik

Gerne wird zur Überprüfung von motorisch angetriebenen Schraubern eine Drehmomentmeßwelle zwischen dem Abtriebsvierkant und der Schraube gesteckt. Die Auswerteeinheit zeigt im Idealfall dann das am Schrauber eingestellte Abschaltmoment an. „Im Idealfall“ deshalb, weil es hierbei eine ganze Reihe von Parametern gibt, die das Ergebnis verfälschen.

1. Ein sehr wichtiger Parameter ist die Sampling Rate der eingesetzten Meßtechnik: Die Meßbrücke des Drehmomentsensors gibt in der Regel ein kontinuierliches analoges Signal aus, welches in der Auswerteeinheit mit einer definierten Taktfrequenz verarbeitet wird. Je höher diese Taktfrequenz ist, umso größer ist die Wahrscheinlichkeit, den Punkt des höchsten Drehmomentes zu messen. Anders herum: Je geringer die Sampling Rate ist, umso wahrscheinlicher misst man irgendwo neben dem Wendepunkt der Drehmomentkurve. Da die Frequenzen der Drehmomentmessung des Schraubers (bei integriertem Drehmomentsensor) und der Meßtechnik des aufgesteckten Drehmomentsensors nicht synchronisiert sind, können hierdurch unterschiedliche Meßergebnissen angezeigt werden. Je größer der Gradient der Drehmomentkurve, umso größer können die Fehler ausfallen.
2. Mechanische Einflüsse: Das abgegebene Enddrehmoment ist das Resultat aus der Drehgeschwindigkeit, den rotierenden Massen, und verschiedenen Zeitvariablen. Diese Zeitvariablen hängen einserseits von den Schwingungen, andererseits vom Resonanzverhalten des Gesamtsystems sowie der verwendeten Elektronik (s.o.) ab. An diesem Punkt macht die Unterscheidung nach Schraubern mit direkter Drehmomentmeßtechnik und indirekter Drehmomentmeßtechnik (z.B. Strommessung) durchaus Sinn. Letztere werden auf einem Kalibriersystem des Schrauberherstellers eingestellt. Die Mechanik dieser Kalibriersysteme kann großvolumig und massiv aufgebaut sein, oder aber z.B. aus einer kompakten rotierenden Meßwelle bestehen. Massiv kommt von Masse. Schwere, großvolumige Bauteile haben eine niedrigere Eigenresonanz als kleine, leichte Bauteile: Wird mit Systemen unterschiedlicher Resonanzfrequenzen und Filtercharakteristiken gemessen, so können die angezeigten Abschaltmomente beim gleichen Schrauber im ungünstigen Fall erhebliche Differenzen aufweisen. Ob sich seine verwendete Meßtechnik auf die Messung auswirkt, oder ob tatsächlich eine Fehlfunktion seiner Schraubtechnik vorliegt, kann mit geringem Aufwand und Bordmitteln selbst untersucht werden, indem die rotierenden Massen nahe des eigenen Sensors einfach erhöht und die Messungen erneut durchführt werden.

Folgendes sollte man sich bei den beschreibenen Anordnungen vor Augen halten:

-Der Hersteller kalibriert sein Werkzeug immer auf einem Prüfstand, der mehr oder weniger identisch dem später relevanten Schraubfall entspricht.
-Ein zusätzlicher Sensor in Drehmomentstrang kann zusätzliche Meßfehler erzeugen.
-Unterschiedliche Meßsysteme können unterschiedliche Meßergebnisse anzeigen.
-85% der mittels Drehmoment auf die Schraube aufgebrachte Energie wird in der Kopfauflage und dem Gewinde „verbraten“. Sie trägt nichts zur Vorspannung an der Schraube bei! Variable Reibwerte (Rost, Schmutz, Schmierung, Temperatur) können größere Auswirkungen auf die Vorspannung haben, als eine „genaue“ Abschaltung.

Dieser Artikel von Richard Anlauf steht unter einer
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