Drehmomentmesswellen: Fakten und Features

Drehmomentmesswellen sind wahre Alleskönner in verschiedensten technischen Anwendungen vom Motorenprüfstand bis zur Produktionslinie. Hier finden Sie wichtige Fragen und Antworten zu Auf- und Einbau, Funktionsweise sowie Stärken und Grenzen der Aufnehmer.

Was ist eine Drehmomentmesswelle?

Eine Drehmomentmesswelle, auch Drehmomentsensor oder einfach nur Messwelle genannt, ist ein Messgerät, mit dem ein Drehmoment erfasst werden kann. Im Allgemeinen werden Drehmomentmesswellen in Prüfständen, Maschinen oder anderen technischen Aufbauten verwendet, um das dort wirkende Drehmoment zu messen.

Wie ist die Funktionsweise einer Drehmomentmesswelle?

Die meisten Drehmomentmesswellen basieren auf Dehnungsmessstreifen-Technik. Der grundlegende Gedanke besteht darin eine Welle so zu gestalten, dass sie sich unter äußeren Lasten minimal verformt, diese Verformung gemessen und aufbereitet wird. Weil bekannt ist, wie stark sich die Welle bei welcher bekannten Belastung verformt, sind zuverlässige Messungen möglich. Da es um die Messung eines Drehmoments geht, sorgt die Belastung für eine Torsion, also eine Verdrehung des Messkörpers in sich selbst.

Wie ist die Messwelle aufgebaut?

Vereinfacht gesagt gibt es beim Aufbau einer Drehmomentmesswelle drei Hauptkomponenten oder Bereiche:

  • Eine Welle, auch Rotor genannt, die in den Messstrang eingebunden wird und auf der die tatsächliche Messung stattfindet
  • Elektronische Bauteile und Platinen, die für die Energieversorgung und die Signalaufbereitung sorgen
  • Ein Gehäuse, auch Stator genannt, das die Welle sowie die Platinen aufnimmt. Das Gehäuse kann auch im Prüfstand montiert werden.

Wie wird eine Drehmomentmesswelle eingebaut?

Der Aufnehmer kann über das Gehäuse, z.B. durch Bohrungen im Boden oder an den Seiten, am Prüfstand befestigt werden. Dabei ist auf eine präzise Ausrichtung zu achten, damit die Wellenenden der Messwelle mit den Antriebs- und Abtriebswellen des Messstrangs fluchten. Alternativ kann die Messwelle auch fliegend eingebaut werden. Dabei wird sie durch die Antriebs- und Abtriebswellen gestützt. Diese Lösung ist jedoch eher für geringe Drehzahlen geeignet.

Welche mechanischen Anbindungsmöglichkeiten gibt es?

Die Messwelle muss in den Messstrang des Prüfstands bzw. der Anlage eingebaut oder angeschlossen werden. Dies kann zum einen über formschlüssige Verbindungen wie Verzahnungen, Vierkant- oder Passfeder-Verbindungen erfolgen. Zum anderen gibt es den großen Bereich der kraftschlüssigen Verbindungen, wie z.B. geklemmte Faltenbalgkupplungen oder aufgeschrumpfte Lamellenkupplungen.

Welche Messbereiche können erfasst werden?

Üblicherweise liegen die Nennwerte für Drehmomentmesswellen in einem Bereich zwischen 0,5 und 500 Nm. Darunter liegen nur noch wenige Applikationen und bei höheren Momenten kommen dann vermehrt Messflansche zum Einsatz.

Wie können die Messergebnisse angezeigt oder verarbeitet werden?

Da eine Drehmomentmesswelle in der Regel selbst keine Anzeige besitzt, wird eine nachgeschaltete Elektronik benötigt. Je nach Anwendungsfall kann dies ein einfaches Gerät mit Display zur direkten Anzeige, eine Elektronik zur Erfassung und Verarbeitung der Messwerte oder auch eine komplexe Steuerung sein. Die Ausgangssignale können dabei unterschiedlicher Natur sein. Oftmals erfolgt die Ausgabe als Frequenz- oder Spannungssignal.  

Was sind Vorteile von Drehmomentmesswellen?

Die einfache Handhabung und damit einhergehend die universelle Nutzung ist als großer Vorteil zu nennen. Die geschützte Bauform mit einem Gehäuse um die Messwelle ist gerade für kleine Messbereiche sehr gut geeignet. Und auch preislich sind Messwellen meistens günstiger als vergleichbare Messflansche.

Was sind Nachteile von Messwellen?

Ein konstruktionsbedingter Nachteil bei der Nutzung von Drehmomentmesswellen ist die Lagerreibung, die sich nicht umgehen lässt. Ebenso ist der benötigte Einbauraum einer Messwelle im Allgemeinen etwas länger als bei einem Messflansch. Für sehr große Momente im Kilo- und Meganewton-Bereich sind Messflansche aufgrund ihrer Bauart ohnehin besser geeignet.

Welche Besonderheiten gibt es sonst noch?

Primär dienen Drehmomentmesswellen dazu Drehmomente zu messen. Daneben bieten einige Modelle auch noch die Möglichkeit die Drehzahl und/oder den Drehwinkel auszugeben. Auch die Erfassung weiterer Messgrößen wie z.B. der Temperatur ist denkbar.

Wie wähle ich die passende Messwelle aus?

Diese einfache Frage lässt sich nur sehr umfangreich beantworten, um allen Punkten gerecht zu werden. Für eine erste Abschätzung macht es Sinn den Nennmessbereich sowie die maximal zu erwartende Drehzahl zu betrachten. Ebenso ist es hilfreich, frühzeitig Überlegungen hinsichtlich der benötigten Genauigkeit anzustellen. Auch die auftretenden Temperaturen sollten nicht übersehen werden. Für die weiterführende Untersuchung, ob eine Messwelle passend ist oder nicht, empfiehlt es sich dann in das technische Datenblatt zu sehen und auch die Montageanleitung zu Rate zu ziehen. Hier finden sich oftmals Hinweise, die zunächst vielleicht nicht offensichtlich waren.

Was gibt es beim Austausch von Messwellen in bestehenden Systemen zu beachten?

Zunächst sind beim Austausch von Drehmomentwellen in bestehenden Systemen die geometrischen Abmessungen samt Montagelochbild und Wellendurchmesser zu beachten. Weiterhin muss auch die Signalausgabe kompatibel oder einfach adaptierbar sein. Da sich Drehmomentmesswellen oftmals äußerlich ähnlich sind und auch die Signalausgabe als Spannungs- oder Frequenzausgang weit verbreitet ist, halten sich die nötigen Anpassungen jedoch meistens in Grenzen und ein Austausch ist oftmals einfach realisierbar.