Drehmoment berechnen.

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Posted by Steffen Witzemann - 21 Dezember, 2018

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Wie berechnet man das Drehmoment?

Wer das Drehmoment berechnen möchte, muss zunächst einmal das Einsatzgebiet bestimmen. Denn ein Drehmoment tritt in vielen unterschiedlichen Einsatzbereichen zum Vorschein und wird dementsprechend in verschiedenen Bereichen berechnet. Zum Beispiel unterscheidet sich in der Industrie die Anwendung des Drehmoments zu der Anwendung bei notwendigen Zugkräften in Schraubverbindungen. Dennoch bleibt die Berechnung in den Grundlagen gleich. Betrachten wir also zunächst einmal die Grundlagen des Drehmoments als physikalischer Faktor.

Das Hebelgesetz als Grundlage der Drehmomentberechnung

Die Grundlage für das Berechnen des Drehmoments ist das Hebelgesetz, welches bereits von Archimedes formuliert wurde. Ein Hebel dient dazu, an einem Drehpunkt mit einer kleinen Kraft eine große Wirkung zu erzielen. Dabei kann zwischen einarmigen und zweiarmigen Hebeln unterschieden werden. Das Zentrum des Hebels stellt immer der Drehpunkt dar. Dieser ist für die Berechnung des Drehmoments ebenfalls von entscheidender Bedeutung, da am Drehpunkt die Kraft entsteht, welche als Drehmoment bezeichnet wird. Gute Beispiele für Hebel in den verschiedensten Anwendungsbereichen sind beispielsweise Flaschenöffner, aber auch Schraubenschlüssel, Apothekerwaagen oder Brechstangen. Bei all diesen Geräten handelt es sich um Hebel mit einem festen Drehpunkt und einem ebenso dort anliegenden Drehmoment bei Kraftübertragung.

Die wichtigen Einheiten für das Drehmoment

Die Einheit für die Berechnung der Kraft beim Drehmoment ist das Newtonmeter. 1 Nm ist exakt das Drehmoment, welche anliegt, wenn 1N Kraft bei einem Hebel von einem Metern Länge auf einen Körper an seinem individuellen Drehpunkt einwirkt. Das Formzeichen für das Drehmoment lautet M, während die SI-Einheit in Newtonmetern angegeben wird.

Das eigentliche Drehmoment berechnen

Möchten Sie nun das Drehmoment oder auch die umgangssprachliche Drehkraft berechnen, müssen sowohl die Länge des Hebels als auch die aufgewendete Kraft zum Bewegen des Hebels miteinander in Relation gebracht werden. Hierzu werden folgende Bezugspunkte benötigt:


- M als Drehmoment in Newtonmetern
- r als Hebelarmlänge in Metern
- F als Kraft in Newton

Die Formel zur Berechnung des Drehmoments lautet somit M = r * F

 Drehmoment an einem Zylinder

Somit lassen sich die einzelnen Faktoren in dieser Formel gegeneinander auflösen, sodass beim Berechnen anhand von zwei bereits bekannten Werten der dritte Wert einfach berechnet werden kann.

Allerdings wirken sehr häufig mehrere unterschiedliche Kräfte auf den Drehimpuls eines Körpers ein. Dies macht die Formel zur Berechnung deutlich komplexer, da das Drehmoment als Vektorsumme aller einzelnen Drehmomente berechnet werden muss. Somit wird das Berechnen deutlich komplizierter und aufwändiger, was unter anderem auch in der umfassenden Ermittlung der grundlegenden Werte liegt.

Beim Berechnen des Drehmoments sind zudem die Vorzeichen zu beachten. Denn auch ein Drehmoment kann ein Vorzeigen aufweisen. Grundsätzlich spricht man hierbei von einem positiv oder negativ ausgerichtetem Moment. Bei Drehungen gegen den Uhrzeigersinn liegt ein positives Moment vor. Bei Drehungen gegen den Uhrzeigersinn spricht man allerdings von einem negativen Moment.

Drehmoment und mechanische Arbeit - eine wichtige Abgrenzung

Die beiden Faktoren Drehmoment M und mechanische Arbeit W werden umgangssprachlich sehr häufig miteinander verwechselt und dann bei der Berechnung gegeneinander umgerechnet. Dies ist allerdings nicht erlaubt. Es kann nicht von einem Drehmoment auf eine mechanische Arbeit umgerechnet werden. Dies ist deshalb wichtig, da bei der mechanischen Arbeit die Kraft und der Weg bei der Berechnung parallel zueinander verlaufen. Bei der Drehmomentsberechnung spielt allerdings das Hebelgesetz eine zentrale Rolle, bei welchem Kraft und Weg in Form des Hebelarms senkrecht aufeinander stehen.

Drehmoment

Spezielle Anwendungen und Spezialfälle in der Industrie

Auch wenn die grundlegenden Berechnungsmöglichkeiten des Drehmoments über alle Effekte hinweg gleich bleiben, so spielen dennoch bei der Berechnung unterschiedliche Faktoren eine wichtige Rolle. Diese werden vor allem bei der industriellen Messung wichtig, da hier bereits kleinste Abweichungen und Störungen die Messergebnisse und somit auch die Berechnungen nachhaltig verfälschen können. 

Diese Drehmomente unterscheiden sich unter anderem in der Art der Beanspruchung, in der Art der Bewegung und auch in der Art der Wirkung.

Art der Beanspruchung: Die Drehmomente in diesen Segmenten unterteilen sich in das Biegemoment und das Torsionsmoment, also die Momente, in welchen sich ein Bauteil verbiegt oder sich verdreht.

Art der Bewegung: Hierbei werden Gier-, Nick- und Wankmomente unterschieden. Diese Faktoren werden wichtig bei Messungen von speziellen Achsen eines starren Körpers bei den entsprechenden Bewegungen.

Art der Wirkung: Hierbei wird zwischen verschiedenen Wirkungsarten der Drehmomente unterschieden. Diese beeinflussen unter anderem auch die Messgenauigkeit und die Effektivität der verschiedenen Berechnungen. So wird unter anderem unterschieden zwischen:

- Dem Abtriebsmoment
- Dem Antriebsmoment
- Dem Anfahrmoment
- Dem Anzugsdrehmoment
- Dem Kippmoment
- Dem Lastmoment
- Dem Einspannmoment

All diese verschiedenen Varianten können zwar grundsätzlich mit der oben genannten Formel zur Berechnung ermittelt werden, oftmals wirken allerdings noch andere Kräfte auf die Berechnung ein, was diese zusätzlich erschwert.

Automatisierte Lösung für die Drehmomentberechnung

Oftmals ist es einfacher ein Drehmoment nicht zu berechnen, sondern dieses zu messen. Dank moderner Sensoren lassen sich somit viele Aufgaben einfacher und schneller lösen. Die Effizienz der verschiedenen Messmethoden hängt dabei nicht zuletzt von den einzelnen Werkstücken und deren Erfassbarkeit ein. Vor allem die aktiven und passiven magnetischen Messmethoden können in vielen Bereichen besonders erfolgreich zum Einsatz gebracht werden. So spart man sich das umständliche Berechnen, wenn die genutzten Systeme entsprechend geeicht und passgenau eingebaut sind. Zur Kontrolle des Systems ist allerdings häufig eine manuelle Berechnung zu Anfang notwendig, um die Messgenauigkeit der Systeme und Sensoren zu prüfen. Je einfacher und schneller Sie somit ein Drehmoment berechnen können, umso stärker profitieren Sie davon im produktiven Arbeitseinsatz.

 

Topics: Drehmomentsensor, Drehmomentmessung, Drehmoment berechnen

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