Auto Technik Lexikon - Technik und Treibstoffe

Drehmomentschluessel

Drehmomentschluessel

Drehmomentschluessel ist die umgangssprachliche Bezeichnung für ein Schraubwerkzeug, mit dem ein definiertes Drehmoment auf Verbindungselemente wie Schrauben oder Muttern ausgeuebt werden kann. Zur besseren Handhabe ist er dazu meist mit einer Knarre, bzw. Ratsche ausgestattet. Ebenso sind in der Praxis Drehmomentschluessel mit starren 4-kant Antrieben zu finden.

Drehmomentschluessel werden in vielen verschiedenen Grössen, die jeweils einen bestimmten Drehmomentbereich abdecken, und in verschiedenen Ausführungen angeboten. Die obere Grenze des aufbringbaren Moments ist begrenzt durch die Kraft, die ein durchschnittlicher Mensch aufbringen kann und die Hebellaenge, bis zu der ein Werkzeug handhabbar bleibt (ca. 1,5 Meter). Danach liegt die theoretische Grenze bei ca. 1500 Nm, in der Praxis sind Schüssel mit über 1300 Nm jedoch selten anzutreffen. Hoehere Drehmomente können nur durch Kombination von Drehmomentschluessel mit Drehmomentvervielfaeltiger oder hydraulischen Spannvorrichtungen erzeugt werden.

Anwendungsgebiete

Die Schraubverbindung ist eine im Maschinenbau häufig genutzte Verbindung. Zum Schliessen der Verbindungselemente müssen geeignete Montagewerkzeuge eingesetzt werden. Mit den genormten und in der Praxis ueblichen Schraubwerkzeugen, zum Beispiel mit Maul-, Ring- und Steckschluesseln können die meisten Verschraubungsfaelle bei Herstellung und Instandhaltung von Produkten durchgefuehrt werden. Das bei der Verwendung handgefuehrter Werkzeuge zu uebertragende Moment ist hierbei abhaengig von der physischen Kondition des Benutzers und dessen individuellem Empfinden. Hinzu kommt, dass bei groesseren Schluesselweiten der genormte Hebelarm so bemessen wurde, dass das übertragen des notwendigen Drehmomentes ohne Hilfsmittel nicht möglich ist. Werden die Ansprueche für eine Schraubenverbindung angehoben und die Forderung gestellt, dass die Schraube mit einer definierten Kraft vorgespannt wird, macht dies ein geeignetes Werkzeug erforderlich. Das gilt nicht nur für Verschraubungen, die mit grossen Vorspannkraeften belastet werden sollen, sondern auch für solche, die nur mit geringen Momenten vorgespannt werden dürfen. Die Montage empfindlicher halbleiterbestueckter Platinen aus dem Bereich des Mobilfunks oder der Mikroelektronik sind ein Beispiel dafuer. Der konsequente Leichtbau in der Automobilindustrie sorgt ebenfalls für eine Zunahme der mit einem exakt definierten Moment vorzuspannenden Verbindungen, da der verstaerkte Einsatz von neuen Konstruktionswerkstoffen wie Magnesium, Aluminium und Kunststoff dazu führt, dass die Zahl empfindlicher Schraubverbindungen stetig zunimmt. Die geringere Zugfestigkeit dieser Leichtbau-Werkstoffe im Vergleich zu Stahlwerkstoffen führt bei einer ueberbeanspruchung der Schraubverbindung zu Beschaedigungen des Gewindes und damit zu Schäden.

Kfz-Halter verbinden eventuell den Begriff Drehmomentschluessel mit dem Anzug der Radschrauben bei Aluminiumfelgen. Ein anderes Anwendungsgebiet ist die Implantationsmedizin, wo Verschraubungen von Zahnimplantaten oder kuenstlichen Hueftgelenken mit Hilfe von Drehmomentschluesseln erfolgen. In der modernen Montagetechnik haben Drehmomentschluessel einen festen Platz, und es ist anzunehmen, dass die Verwendung von Verschraubungen in Leichtbau-Komponenten oder empfindlichen mechanischen oder elektronischen Bauteilen auch in Zukunft zunehmen wird.

Um ueberbeanspruchung von Verschraubungen zu verhindern finden verschiedene Konzepte Anwendung. Zum Einen gibt es drehwinkelgesteuerte Anzugsverfahren, zum Anderen drehmomentgesteuerte Verfahren. Beim drehwinkelgesteuerten Anzugsverfahren wird die Verschraubung mit einem definierten Drehwinkel angezogen, was über einen mechanischen oder elektronischen Messaufnehmer geschieht. Beim drehmomentgesteuerten Anzugsverfahren wird das Drehmoment beim Anziehen gemessen und beim Erreichen einer eingestellten Schwellwerts eine Aktion ausgeloest.

Drehmomentschluessel-Prinzipien

Drehmomentschluessels gibt es in einer Vielzahl von mechanischen oder elektronischen Ausführungen mit unterschiedlichen Funktionsprinzipien. In der Gruppe der mechanischen Drehmomentschluessel gibt es die sogenannten Knickschluessel, die bei Erreichen des gewuenschten Drehmoments durchknicken oder Abbrechen und somit eine weitere Einleitung eines Momentes verhindern. Ebenfalls zu den mechanischen Drehmomentschluesseln gehoeren die ausloesenden Drehmomentschluessel (Knack-Schüssel) und die Slipper. Knack-Schüssel erfordern eine sichere Handhabung durch den Anwender, da nach dem Ausloesesignal die Einleitung des Momentes durch den Anwender gestoppt werden muss. Bei Slippern ist die Ausloesegenauigkeit unabhaengig von der Fertigkeit des Benutzers, da sie bei Erreichen des Grenzmomentes durchschlupfen und eine weitere Momenteinleitung verhindern. Bei elektronischen Drehmoment-Werkzeugen ist wiederum eine sichere Handhabung durch den Anwender erforderlich, da eine Anzeige des gewuenschten Momentes optisch oder akustisch erfolgt, die signalisiert, dass das Aufbringen eines Momentes gestoppt werden muss. Damit die Verschraubungsqualitaet von Drehmomentwerkzeugen sichergestellt werden kann, erfordern diese eine hohe Ausloesegenauigkeit beim Erreichen des eingestellten Drehmoments mit einer entsprechenden Reproduzierbarkeit der Werte. Hierzu sind ein deutlich erkennbares Ausloesesignal sowie möglichst geringer Einfluss von Handhabungsunterschieden, beispielsweise durch schnelles oder langsames Anziehen, notwendig.

Ausloesende Drehmomentschluessel

Bei ausloesenden Drehmomentschluesseln wird durch die Voreinstellung eines bestimmten Drehmomentwertes erreicht, dass ein Signal ausgeloest wird (z. B.: hoerbar, sichtbar, fuehlbar), sobald der Drehmomentschluessel am Antriebsteil (Antriebsprofil) den voreingestellten Drehmomentwert misst. Die am haeufigsten verwendeten Ausführungen bestehen aus einem rohrfoermigen Hebel, dessen Laenge auf den abzudeckenden Bereich abgestimmt ist, dem darin untergebrachten Ausloesemechanismus, einer mit dem teilweise gummierten Griffstueck verbundenen Einstellvorrichtung samt Skala und dem Kopf, in dem oft eine umschaltbare oder umsteckbare Knarre (auch Ratsche genannt) integriert ist.

Als Universalantrieb fungiert meist ein Vierkantzapfen mit den dafuer ueblichen Abmessungen im Zollsystem (1/4, 3/8, 1/2, 3/4, 1 oder 1,5``), auf den verschiedene Steckschluesseleinsaetze (Stecknuesse) gesteckt werden können.

Wenn das eingestellte Drehmoment erreicht ist, wird das durch akustische, mechanische und/oder optische Ausloeser angezeigt, meist durch ein spuerbares Knacken oder durch einen herausspringenden farbigen Indikator.

Anzeigende Drehmomentschluessel

Bei anzeigenden Drehmomentschluesseln wird über eine mechanische Skala, Messuhr oder elektronische Anzeige der Wert des Drehmomentes angegeben, der von dem Werkzeug am Abtriebsteil aufgebracht wird. Viele Ausführungen verwenden massive Hebel mit einem Torsionsstab als Antrieb, dessen Verdrehung gegenüber einer mit dem Hebel gekoppelten Skala als Mass für das Drehmoment abgelesen werden kann.

Sonstiges

Haeufig ist neben der auf SI-Einheiten basierenden Nm-Skala noch eine zweite mit der Einheit „lbf“ (Pfund · Fuss) angebracht, da das angloamerikanische Mass- und Gewichtssystem in einigen technischen Bereichen noch häufig eingesetzt wird. 1 Nm entspricht ungefaehr 0,738 lbf. Die nicht mehr gueltige Einheit kpm (Kilopond Meter) ist nur noch selten anzutreffen. 1 kp · m entspricht ca. 9,81 Nm.

Praktikable Groessenordnungen für den Werkstattbetrieb beginnen bei etwa 0 bis 6 Nm und reichen bis ca. 200 bis 800 Nm.

Ein allgemein bekanntes Beispiel für den Einsatz ist das Anziehen der Befestigungsmuttern oder -schrauben an PKW-Raedern, das nicht bis zum Hoechstmoeglichen von Hand, sondern „schonend, aber fest“ mit einem Drehmomentschluessel erfolgen sollte. Bei zu kleinem Anzugsmoment können sich die Raeder lösen, bei zu hohem droht vor dem sichtbaren Abreissen der Schrauben oder Bolzen deren ueberdehnung, die Verspannung von Bremsenteilen, Radnaben und Felgen, was nicht sofort ersichtlich aber gefaehrlich ist, da das Rad bei hohen Geschwindigkeiten blockieren oder sich lösen kann. Typische Anzugsmomente für PKW bewegen sich im Bereich zwischen 70 und 150 Nm (Gewinde zwischen M 10 x 1,25 und M 14 x 1,5).

Eine Sonderform des Drehmomentschluessels ist das Torsiometer, eine sehr praezise Ausführung, mit der mechanische Reibungswiderstaende, beispielsweise in Lenkgetrieben gemessen werden können.

Für feste Drehmomentwerte bei ständig wiederholten Arbeitsschritten, wie in der Grossserienfertigung, an Taktstrassen, im Fahrzeugbau usw. kommen Druckluft- oder Elektrowerkzeuge (Schrauber) zum Einsatz, bei denen ein Drehmomentbegrenzer integriert oder als Vorsatz angebaut ist.

Drehmomentwerkzeuge unterliegen der Norm EN ISO 6789:2003. Diese empfiehlt ein Rekalibrierintervall nach einer Gebrauchsdauer von 12 Monaten oder ca. 5000 Lastwechseln. Dies ist erforderlich da Feder und Begrenzungsmechanismus dem Verschleiss unterliegen.