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Darstellung Drehmoment

Arbeitsgruppe 1.22

Profil

Die Arbeitsgruppe 1.22 ist zuständig für die Darstellung der Einheit des Drehmomentes. Das Drehmoment ist definiert als das Produkt einer wirkenden Kraft und derem senkrechten Abstand zum gewählten Drehpunkt. Damit wird die Einheit des Drehmomentes abgeleitet aus den Einheiten der Kraft (dem Newton) und der Länge (dem Meter). Das Newton wiederum wird auf die SI-Basiseinheiten Kilogramm, Meter und Sekunde zurückgeführt.

Bei der Messung von Drehmomenten wird eine Unterteilung in ein 'reines' Drehmoment (Kräftepaarmoment; Anwendung in Drehmomentaufnehmern) bzw. ein Drehmoment mit überlagerten Querkräften und Biegemomenten (Einzelkraft am Hebel; Anwendung in Drehmomentschlüsseln) getroffen. Weiterhin ist eine Unterscheidung in statische (quasi konstante Drehmomente mit und ohne Rotation) und dynamische (zeitlich schnell veränderliche) Drehmomente vorzunehmen.

Das Spektrum der Arbeiten reicht von der metrologischen Grundlagenforschung auf diesem Gebiet, der Entwicklung von Normalmesseinrichtungen bis zur Durchführung von Kalibrierungen und Beratung. Eine weitere Anwendung betrifft die rotatorische Leistungsmessung an medizinischen Ergometern, die auf das in der Arbeitsgruppe betriebene Normal zurückgeführt wird.

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Forschung/Entwicklung

Darstellung der Einheit des Drehmomentes mit Normalmesseinrichtungen

Drehmoment-Normalmesseinrichtungen stellen die höchsten nationalen Normale für die physikalische Größe Drehmoment dar. In ihnen wird die Einheit des Drehmomentes - das Newtonmeter - für die statische Anwendung mit diskreten Werten im Messbereich von 1 mN·m bis 20 kN·m sowie kontinuierlich mit höherer Messunsicherheit auch bis 1,1 MN·m realisiert. Es werden messtechnische Grundlagen der Darstellung von Drehmomenten erforscht, neue Prinzipien untersucht und in Messeinrichtungen realisiert.

Entwicklung und Untersuchung von Kalibriereinrichtungen nach der Vergleichsmethode

Zur Untersuchung des Einflusses der Messmethode auf die Messunsicherheit von Vergleichsverfahren sind zwei Kalibriereinrichtungen mit Messbereichen von 0,01 N·m bis 20 N·m bzw. von 1 N·m bis 5 kN·m im Einsatz. Die Anwendungsgebiete reichen von handbetätigten Drehmomentwerkzeugen über Drehmomentschlüssel bis hin zu Drehmomentaufnehmern.

Rückführbare Kalibrierung von Ergometerprüfständen

Tretkurbelergometer gelten nach dem Medizinproduktegesetz als "Medizinprodukte mit Messfunktion". Gemessen wird dabei die vom Patienten aufgebrachte rotatorische Leistung als Produkt aus momentaner Drehzahl und wirkendem Drehmoment. Das Normal, auf das alle kalibrierten Ergometer letztlich zurückgeführt werden, wird von der Arbeitsgruppe betrieben.

Vergleichs- und Anschlussmessungen/Kalibrierungen

Internationale Vergleichsmessungen werden mit Transfernormalen im Messbereich 0,1 N·m bis 20 kN·m (im erweiterten Messbereich bis 50 kN·m) durchgeführt. Es werden Bezugsnormale von Kalibrierlaboratorien angeschlossen und die kleinste Messunsicherheit dieser Bezugsnormale wird ermittelt. Drehmomentmessketten zur Überwachung nachgeordneter Kalibriereinrichtungen einschließlich Referenzdrehmomentschlüssel werden kalibriert.

Drehmoment-Transfernormale und Mehrkomponentenaufnehmer

Zur Weitergabe der Einheit des Drehmomentes verwendet man Transfernormale, deren messtechnische Eigenschaften und speziell ihre Kurz- und Langzeitstabilität hinreichend bekannt sind; mit Hilfe von Mehrkomponentenaufnehmern ist es möglich, in Kalibriereinrichtungen vorhandene mechanische Störkomponenten, die die Messunsicherheit der Kalibrierung von Drehmomentmessgeräten beeinflussen, zu bestimmen.

Mitarbeit bei der nationalen und internationalen Normung von Kalibrierverfahren

Die Normung ist notwendig, um die Gleichartigkeit der Prüfverfahren und die Vergleichbarkeit und Gleichwertigkeit der auf verschiedenen Anlagen gewonnenen Messergebnisse zu gewährleisten.

Zusammenarbeit mit der Deutschen Akkreditierungsstelle (DAkkS)

Kalibrierlaboratorien werden im Auftrag der Deutschen Akkreditierungsstelle (DAkkS) im Rahmen von Akkreditierungsverfahren begutachtet. Drehmomentlaboratorien von Industrieunternehmen und Materialprüfanstalten erfahren im Fachausschuss "Drehmoment" des Deutschen Kalibrierdienstes (DKD) fachliche Beratung und messtechnische Unterstützung.

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Dienstleistungen

Anschlussmessungen und Kalibrierungen

Die Weitergabe der Drehmomentskala an Laboratorien in Forschung und Industrie erfolgt durch die Kalibrierung von Drehmomentmessgeräten und durch Anschlussmessungen von Drehmomentmesseinrichtungen.

Begutachtung von Kalibrierlaboratorien für Drehmoment im Auftrag der Deutschen Akkreditierungsstelle

Kalibrierlaboratorien werden im Auftrag der Deutschen Akkreditierungsstelle (DAkkS) begutachtet.

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Informationen

1-N·m-Drehmoment-Normalmesseinrichtung

Kurzbezeichnung 1-N·m-Dm-NME
Prinzip luftgelagertes Hebel-Masse-System
rel. erw. (k = 2) Messunsicherheit 1·10-4 (Messbereich 0,1 N·m bis 1 N·m)
2·10-4 (Messbereich 0,01 N·m bis < 0,1 N·m)
1·10-3 (Messbereich 0,001 N·m bis < 0,01 N·m)
Drehmoment-stufung 1, 2, ... , 10 mN·m
10, 20, ..., 100 mN·m
20, 40, ..., 200 mN·m
50, 100, ..., 500 mN·m
100, 200, ..., 1000 mN·m
Bemerkung Durch Kombination passender Stufen für Rechts- und für Linksdrehmoment ist eine Untersetzung bis auf 1:100 möglich.

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1-kN·m-Drehmoment-Normalmesseinrichtung

Kurzbezeichnung 1-kN·m-Dm-NME
Prinzip luftgelagertes Hebel-Masse-System
rel. erw. (k = 2) Messunsicherheit 2·10-5
Drehmoment-stufung 1, 2, ... , 10 N·m
2, 4, ..., 20 N·m
5, 10, ..., 50 N·m
10, 20, ..., 100 N·m
20, 40, ..., 200 N·m
50, 100, ..., 500 N·m
100, 200, ..., 1000 N·m
Bemerkung Durch Kombination passender Stufen für Rechts- und für Linksdrehmoment ist eine Untersetzung bis auf 1:100 möglich.

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20-kN·m-Drehmoment-Normalmesseinrichtung

Kurzbezeichnung 20-kN·m-Dm-NME
Prinzip luftgelagertes Hebel-Masse-System
rel. erw. (k = 2) Messunsicherheit 2·10-5
Drehmoment-stufung 100 N·m bis 20 kN·m in 100-N·m-Schritten
Bemerkung Durch Kombination passender Stufen für Rechts- und für Linksdrehmoment ist eine Untersetzung bis auf 1:100 möglich.

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220-kN·m- bzw. 1,1-MN·m-Drehmoment-Normalmesseinrichtung

Kurzbezeichnung 1,1-MN·m-Dm-NME
Prinzip Messung eines Kräftpaares mit Kraftaufnehmern
rel. erw. (k = 2) Messunsicherheit 1·10-3
(Messbereich 200 kN·m: 4 kN·m bis 20 kN·m und
Messbereich 1 MN·m: 20 kN·m bis 100 kN·m)
8·10-4
(Messbereich 200 kN·m: 20 kN·m bis 200 kN·m und
Messbereich 1 MN·m: 100 kN·m bis 1000 kN·m)
Drehmoment-stufung Messbereich 200 kN·m:
stetig im Bereich von 4 kN·m bis 200 kN·m
Messbereich 1 MN·m:
stetig im Bereich von 20 kN·m bis 1 MN·m
Bemerkung

Die Kräfte am zweiarmigen Hebel werden mit Hilfe von Kraftaufnehmern gemessen, die Drehmomentachse ist vertikal gerichtet.
Weitere Informationen zu Besonderheiten der Messeinrichtung:
Opens internal link in current windowAdaptionsbedingungen und Kalibrierverfahren

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20-N·m-Drehmoment-Kalibriereinrichtung

Kurzbezeichnung 20-N·m-Dm-KE
Prinzip Drehmomentreferenzaufnehmer
rel. erw. (k = 2) Messunsicherheit 2·10-4
(Messbereich: 0,1 N·m bis 20 N·m)
2·10-3
(Messbereich: 1 mN·m bis 0,1 N·m)
Drehmoment-stufung stetig in den Bereichen von 1 mN·m bis 0,1 N·m bzw. 0,1 N·m bis 20 N·m
Bemerkung Kalibriereinrichtung mit Referenzaufnehmer für automatisierte kontinuierliche Messabläufe

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2-kN·m-Drehmoment-Kalibriereinrichtung

Kurzbezeichnung 2-kN·m-Dm-KE
Prinzip Drehmomentreferenzaufnehmer
rel. erw. (k = 2) Messunsicherheit 2·10-4
Drehmoment-stufung stetig im Bereich von 1 N·m bis 2 kN·m
Bemerkung Kalibriereinrichtung mit Referenzaufnehmer für automatisierte kontinuierliche Messabläufe

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5-kN·m-Drehmoment-Kalibriereinrichtung

Kurzbezeichnung 5-kN·m-Dm-KE
Prinzip Drehmomentreferenzaufnehmer
rel. erw. (k = 2) Messunsicherheit 2·10-4
Drehmoment-stufung stetig im Bereich von 100 N·m bis 5 kN·m
Bemerkung

Kalibriereinrichtung mit Referenzaufnehmer für automatisierte kontinuierliche Messabläufe

 

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1000 W Rotatorische Leistungsmessung

Kurzbezeichnung dyncal100

Nennleistung

1000 W
rel. erw. (k = 2) Messunsicherheit 2·10-3 (absolut 0,2 W)
Betriebsmodi Drehzahlbereich (5 ≤ n ≤ 150) min-1
Leistungsbereich (5 ≤ P ≤ 1000) W
maximales Drehmoment 100 N·m
- Antriebsmodus:
max. Regelabweichung der Drehzahl 0,1% (absolut 0,1 min-1)
- Bremsmodus:
max. Regelabweichung der Leistung 1% (absolut 1 W)
Bemerkung Einrichtung für die Kalibrierung von Ergometerprüfständen

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Adaptionsempfehlungen

Nenndrehmoment Wellen-
durchmesser
Wellen-
länge
Mnom Da La
N·m mm mm
bis 20 15h7 >= 40
über 20 bis 100 20h7 >= 45
über 100 bis 500 30h7 >= 60
über 500 bis 2000 50h7 >= 80
über 2000 bis 5000 70h7 >= 110
über 5000 bis 20000 110h7 oder
130h7
>= 120
>= 150

Bei Nabenausführungen sind je nach Werkstoff folgende Mindestwandstärken der Nabe einzuhalten:

Werkstoff Stahl Grauguß Aluminium
Dn / Di 1,5 2,0 2,5

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1,1-MN·m-Drehmoment-Normalmesseinrichtung

Auf beiden Seiten ist eine geschraubte Flanschadaption über Nutensteine in einer Kreisringnut mit folgenden Vorgaben vorgesehen:

Durchmesser der Kreisringnut in mm 500 700 900
maximales Drehmoment in kN·m ≤ 350 ≤ 700 > 700
maximale Anzahl Schrauben M36 (12.9) 23 30 30

 

Der Kalibriergegenstand ist mit allen Komponenten und Adaptern so weit wie möglich vormontiert anzuliefern. Sollte dies aus bestimmten Gründen nicht möglich sein, ist dies mit der PTB abzustimmen. Die technische Verantwortung für den mit Adaptern versehenen Drehmomentaufnehmer liegt mit Verweis auf unsere AGB (§ 10.3) in jedem Fall beim Auftraggeber.

Die Geometrie der Adapterflanschplatten ist mit der PTB abzustimmen, ebenso sämtliche Verschraubungen, insbesondere dann, wenn andere Schrauben zum Einsatz kommen, als an der Einrichtung standardmäßig vorhanden sind. Als Standard sind Schrauben nach ISO 4762 (DIN 912), Gewindegröße M 36 (12.9) in den Längen 90 mm und 120 mm definiert. Die maximal nutzbare Gewindetiefe in den Nutensteinen beträgt 60 mm.

Um die Verschraubung realisieren zu können, ist zwischen gegenüberliegenden Schraubenköpfen (bzw. zwischen Schraubenköpfen und gegenüberliegenden Körperkanten) ein Mindestabstand von 150 mm einzuhalten.

Zur Gewährleistung einer maschinenseitigen Zentrierung sind idealerweise zentrische Passbohrungen mit Ø = 20H7 mm, Tiefe = 20 mm an den jeweiligen Adapterflanschflächen vorzusehen.

Weitere Angaben zum Kalibriergegenstand, einschließlich Adaptionen:
- maximale Masse*: 2000 kg
- maximaler Durchmesser*: 1000 mm
- minimale Höhe*: 600 mm
- maximale Höhe*: 2200 mm
*) Abweichungen von den genannten Maßen sind im Einzelfall mit der PTB abzustimmen.

Elektrische Anschlussbedingungen
Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, das Messsignal des zu kalibrierenden Drehmomentaufnehmers aufzunehmen, wenn der Aufnehmer über eine 6-Leiter-Schaltung verfügt, eine Speisespannung von 5 V benötigt und das mitgelieferte Anschlusskabel verstärkerseitig einen Sub-D-Anschluss hat, der eine Belegung nach HBM-Standard aufweist. Andere Varianten sind bitte mit der Arbeitsgruppe abzusprechen. Auch die Kalibrierung kompletter Messketten ist nach Absprache möglich.

Ablauf der Kalibrierung
Die Kalibrierung wird nach DIN 51309 : 2005-12 bzw. EURAMET/cg-14 ausgeführt. Bei gewünschten Abweichungen davon oder bei zusätzlichen Sonderleistungen, wie Justierarbeiten am Mess-System, müssen diese im Vorfeld mit der Arbeitsgruppe vereinbart und abgestimmt werden. Hierbei wird auf die Nutzung des Punktes "Freie Angaben" im Opens internal link in current windowWeb-Formular für Kalibrieraufträge verwiesen, wo diese Wünsche eingetragen werden können. Die Kontaktdaten der Mitarbeiter der Arbeitsgruppe "Drehmoment" sind unter Ansprechpartner zu finden.

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