Überprüfung von HBM-Drehmoment-Messflanschen mithilfe des Shuntsignals und des Nullpunktes

Häufig stellen Anwender die Frage, ob ihr Drehmoment-Messflansch, z. B. bei längerem Nichtgebrauch, noch einsetzbar ist. Aus diesem Grunde hat HBM das Verhalten von Messflanschen ausführlich untersucht.

100%ige Sicherheit können nur eine Überprüfung und eine Kalibrierung in einem akkreditierten DakkS-Kalibrierlabor, beispielsweise bei HBM, erbringen. Meist geht es jedoch um eine schnelle Aussage bei weniger kritischen Messungen.

Die vorliegende Veröffentlichung gibt dem Anwender praktische Tipps zur Überprüfung des Drehmoment-Messflansches mithilfe des Shuntsignals und des Nullpunktes, exemplarisch erläutert am Drehmoment-Messflansch T40B. Bezogen auf die Mittenfrequenz gelten die Aussagen sinngemäß für alle Messflansche. Einstellungen der Nachfolgeelektronik werden nicht erläutert und sind getrennt zu betrachten.

Shuntsignal

20 kN•m-Drehmoment-Bezugsnormal-Messeinrichtung. Eine der insgesamt 4 akkreditierten Drehmoment-Bezugsnormal-Messeinrichtungen von HBM.

Alle HBM Drehmoment-Messflansche mit berührungsloser Messsignalübertragung (z. B.  T40B, T12) besitzen ein Shuntsignal [1]. Dieses beträgt etwa 50 % des Nennmessbereiches und ist als absolute Größe (z. B. N•m) auf dem Typenschild und im Prüfprotokoll angegeben.

Wird dieses Shuntsignal zur Überprüfung eines Drehmoment-Messflansches genutzt, handelt es sich um eine echte Shuntung auf dem Rotor der Messwellen. Das heißt, einem Brückenzweig der Wheatstoneschen Brückenschaltung wird elektronisch ein fester Widerstand parallel geschaltet. Der sich daraus ergebende Wert der Brückenverstimmung wird mit den Daten der mechanischen Kalibrierung auf unserer akkreditierten Kalibrieranlage (vgl. Bild 1) in das auf dem Typenschild angegebene Shuntsignal umgerechnet. Dabei ergeben sich in der Regel „krumme“ Werte und die Shuntsignale differieren von Aufnehmer zu Aufnehmer.

Das Shuntsignal dient zwei Zwecken:

  1. Der Justage von Folgegeräten und der Anpassung auf den individuellen Drehmoment-Aufnehmer.
  2. Der Überprüfung und Kontrolle der Drehmoment-Aufnehmer, in Verbindung mit einer Nullpunktüberwachung.

Bedeutung des Shuntsignals und Nullpunktes am Beispiel T40B

Drehmoment-Messflansch T40B

Das Shuntsignal wird additiv aufgeschaltet. Daher sollte beim Aktivieren des Shuntsignals der Messflansch unbelastet sein.

Wird das Shunt- und Nullsignal zur Überprüfung und Kontrolle des T40B verwendet, empfehlen wir eine Überprüfung durch HBM bei folgenden Veränderungen:

  • Nullsignalabweichung im ausgebauten Zustand > ± 1 % (> ± 40 Hz), d. h. Nullpunkt außerhalb des Frequenzbereiches 9.960 Hz bis 10.040 Hz bei 10.000 Hz Mittenfrequenz.
  • Nullsignalveränderung durch den Einbau > ± 3 % (> ± 150 Hz).
  • Zusätzliche Veränderung des Nullsignals nach Abgleich der Nullsignalveränderung durch den Einbau > ± 1 % (> ± 50 Hz).
  • Shuntsignal-Abweichung > ± 0,1% gegenüber der Angabe auf dem Typenschild oder Prüfprotokoll.

Diese Angaben gelten für stabile Referenztemperaturbedingungen und eine viertelstündige Aufwärmphase für den Aufnehmer. Im eingebauten Zustand ist darauf zu achten, dass keine zusätzlichen Drehmomente, z. B. durch Verspannungen im Wellenstrang, in den Aufnehmer eingeleitet werden. Da das Shuntsignal additiv aufgeschaltet wird, sind eventuelle Nullpunktverlagerungen zu berücksichtigen.

Bei der Ermittlung und Verwendung des Shuntsignals handelt es sich um ein rein elektrisches Verfahren. Theoretisch könnte es vorkommen, dass damit das Ablösen der Dehnungsmessstreifen (DMS) ohne Veränderung ihres Widerstandes oder der EKS (E-Modul-Kompensation) nicht erfasst wird. Praxis und Erfahrung zeigen jedoch, dass dies bei richtig verarbeiteten Dehnungsmessstreifen nicht der Fall ist und ein Ablösen in der Regel nur durch abnormale Betriebszustände, z. B. Messstellenbruch, erfolgt.

Dass die DMS richtig verarbeitet wurden, wird während der Produktion durch die an jedem Produkt durchgeführten Messungen sowie die Kalibrierung sichergestellt. So lässt sich mit Hilfe des Shuntsignals und des Nullpunktes die einwandfreie Funktion des Drehmoment-Messflansches T40B innerhalb der spezifizierten Daten sehr einfach beurteilen. Eine plastische Verformung des Rotors durch Überlastung infolge von Biegemomenten und/oder Radialkräften ist mittels richtigen Einbaus auszuschließen, da sich diese Überlastungen nicht in jedem Fall im Null- oder Shuntsignal zeigen.

Shuntung oder Kalibrierung

Die Shuntung und die Überprüfung mittels Shuntsignal bieten viele Vorteile und kann z.B. den mechanischen Kalibrierungsaufwand erheblich reduzieren. Dennoch können je nach Einsatzfall oder Qualitätsvorschriften, z. B. in Bezug auf die Rückführbarkeit der Messmittel, Forderungen bestehen, welche die turnusmäßige mechanische Kalibrierung vorschreiben. Solche Anforderungen kann HBM als Komponentenlieferant natürlich nicht außer Kraft setzen. Auch kann die Festlegung der Kalibrierintervalle nur vom Anwender selbst, aufgrund seiner Anforderungen und seiner Kenntnis der Einsatzbedingungen, erfolgen.

HBM empfiehlt als Kalibrierintervall bei Aufnehmern 2 Jahre, bei Elektronik ein Jahr. Nach DIN 51309 [2] beträgt bei Drehmomentmessgeräten die Gültigkeitsdauer des Kalibrierscheins maximal 26 Monate. Kürzere Kalibrierintervalle sind sinnvoll, wenn besondere Anforderungen an die Rückführbarkeit gestellt werden oder wenn dies zur Erfüllung besonderer Qualitätssicherungsstandards erforderlich ist. Das Drehmoment-Messgerät ist zu rekalibrieren

  • wenn es einer Überlastung ausgesetzt worden ist
  • nachdem eine Instandsetzung stattgefunden hat oder
  • nach einer unsachgemäßen Handhabung

Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen: Das Shuntsignal dient der Überprüfung und Anpassung der Drehmomentmessflansche, je nach Anforderung kann es jedoch eine echte, mechanische Kalibrierung nicht ersetzen.

Literatur:

[1] Rainer Schicker, Georg Wegener: Drehmoment richtig messen, ISBN 3-00-009015-0
Herausgeber Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH, Darmstadt

[2] DIN 51503, Werkstoffprüfmaschinen – Kalibrierung von Drehmomentmessgeräten für statische Drehmomente,
DIN Deutsches Institut für Normung e.V., Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin

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