01.07.2020 | Kategorie : spectrum

Das Drehmoment

Die multiplizierte Kraft


Das Drehmoment (physikalisches Formelzeichen »M«) bezeichnet die Drehwirkung einer Kraft (F) auf einen Körper – beispielsweise auf eine Schraube. Es errechnet sich aus der angewendeten Kraft – Einheit »Newton« oder »N« – multipliziert mit der Länge des Hebels, über den diese auf den Drehpunkt wirkt – Einheit »Meter« bzw. »m«. Die Einheit, in der das Drehmoment angegeben wird, heißt daher N x m, sprich N·m.

Technisch betrachtet ist eine Verschraubung eine deutlich komplexere Angelegenheit, als es das Ansetzen eines Schraubendrehers, einer Knarre oder eines Drehmomentschlüssels vermuten ließe.

Sobald die Schraube angezogen wird, treten an ihr längsseitige (»axiale«) Kräfte auf. Diese bewirken mit steigender Klemmkraft eine Streckung der Schraube. Während sich die Schraube streckt, werden z. B. zwei zu verbindenden Bauteile mit derselben Kraft gestaucht. Sobald die erforderliche Vorspannkraft aufgebaut ist, kommt es zum so genannten Reibschluss zwischen den zu verbindenden Komponenten: Beide Bauteile sollen sich so verhalten, als wären sie ein Teil.

Was hat nun das Drehmoment damit zu tun? Die Antwort ist simpel: Für viele Verschraubungen ist ein zuvor definiertes Anzugsdrehmoment vorgeschrieben. Nur, wenn dieses korrekt angewendet wird, kann sich die erforderliche Vorspannkraft erzielen lassen. Deshalb ist es in solchen Fällen unerlässlich, Schraubwerkzeug, wie einen rückgeführten Drehmomentschlüssel einzusetzen. Rückgeführt bedeutet hier z.B. einen regelmäßigen Kalibriernachweis. Eine übliche Praxis ist dabei die jährliche Kalibrierung des Drehmomentschlüssels von einem anerkannten Kalibrierlabor. Erst dann ermöglicht er einen kontrollierten Schraubenanzug in reproduzierbarer Qualität.

Je länger der Hebel ist, desto weniger merkt der Anwender, welch hohe Kraft er gerade auf einen Schraubenkopf bzw. die Verschraubung ausübt. Nochmals komplexer wird das Ganze, sobald an einem Drehmomentschlüssel Einsteckwerkzeuge mit einem vom Standard abweichenden Stichmaß verwendet werden. In diesem Fall gilt für mechanische Drehmomentschlüssel einen korrigierten Anzeige- bzw. Einstellwert zu errechnen und für elektronische Drehmomentschlüssel die Schraubparameter entsprechend anzupassen bevor man den Schraubenanzug startet.

 

N·m - Newtonmeter

Die gängigste Einheit, um das Drehmoment anzugeben, ist Newtonmeter. Sie ist Teil des internationalen Einheitensystems (SI) für physikalische Größen. Ein Newtonmeter entspricht 1 Joule Energie und ist die mechanische Arbeit, die verrichtet wird, sobald ein Newton über einen Meter Weg wirkt.

 

ft·lb - Foot pound

Die Einheit Foot pound entstammt dem angloamerikanischen Maßsystem und ist eine britische und US-amerikanische Einheit zur Angabe des Drehmomentes. Ursprünglich hieß sie Pound foot (lbf·ft), wurde allerdings umbenannt, um Verwechslungen mit der gleichnamigen Einheit für Energie vorzubeugen. Ein ft·lb entspricht ca. 1,356 Joule – und damit der Energie, die nötig ist, um einen Körper mit einem Gewicht von einem Pfund mit einem Hebelarm von einem Fuß anzuheben.

 

in·lb - Inch pound

Die Einheit Inch pound (lbf·in) stammt ebenfalls aus dem angloamerikanischen Raum. 1 in·lb entspricht 0,11298483 Joule, der Energie, die nötig ist, um ein Gewicht von einem Pfund mit einem Hebelarm von einem Zoll (2,54 cm) anzuheben.

 

Metall bewegt sich

Kaum zu glauben: Eine Schraube ist in vereinfachter Weise mit einer Feder vergleichbar. Sie kann sich in Maßen strecken und wieder zusammenziehen und so eine Vorspannung aufbauen. Wobei gilt: Viele Parameter beeinflussen diesen Prozess – etwa die Höhe der Unterkopfreibung, Veränderungen in der Höhe der einwirkenden Kraft und die die Reibung im Bereich des Gewindes, sowie das Setzverhalten des gesamten Schraubverbandes. Ein Drehmomentschlüssel, eingesetzt durch geschultes Personal, hilft dabei, die negativen Einflüsse zu minimieren und so möglichst genaue Ergebnisse zu erzielen.

 

Unschätzbar: Anzugsdrehmoment

Das Anzugsdrehmoment entsteht am Schraubpunkt – hier am Mittelpunkt der Schraubenachse. Physikalisch betrachtet ist es das Produkt aus Länge des Hebelarms und der angewendeten Kraft, die für den Anzug der Schraube benötigt wird.

Wenn man bedenkt, dass im Durchschnitt nur 10% des aufgewendeten Gesamtmomentes über die schiefe Ebene (Gewindeverlauf) in die Umsetzung der Vorspannkraft eingeht und der restliche Teil im Wesentlichen in Kopf- und Gewindereibung verloren geht, wird schnell klar, dass hier ein bloßer Handanzug ohne Drehmomentschlüssel für einen kontrollierten Schraubenanzug nicht zu verantworten ist. Außerdem gilt zu beachten, dass kein Schraubfall dem anderen gleicht. Schrauben verhalten sich je nach Schraubfall unterschiedlich. Bedingt durch die unterschiedliche Nachgiebigkeit der Schraubenverbindung kann ein Schraubfall von sehr hart bis sehr weich ausfallen. Hiermit ist der Anzugswinkel ab der Kopfauflage gemeint. Dieser kann von sehr hart (ca. 30°) bis sehr weich (ca. 720°) liegen. Mögliche Einflussfaktoren sind hier das zu verbindende Material (z. B. Kupfer/Stahl, Dichtungen, die Anzahl der geklemmten Verbindungselemente, wie auch die Klemmlänge selbst etc.) und auch die Güte/Charakteristik der Schraube selbst.

  1. Anzugskraft durch Handbetätigung
  2. Summe aller Drehmomente
  3. Vorspannkraft
  4. Gewindereibung
  5. Unterkopfreibung