Stellen Sie sich vor: Ein Radbolzen am Fahrzeug wird mit dem falschen Drehmoment angezogen - zu locker, zu fest oder ohne kalibriertes Werkzeug. Bei Erstprüfungen durch unabhängige Prüforganisationen liegen laut Erfahrungsberichten aus der Branche bis zu drei Viertel der getesteten Drehmomentschlüssel außerhalb der zulässigen Toleranzen. Was wie ein Nebenproblem klingt, ist ein reales Sicherheitsrisiko - und in sicherheitskritischen Branchen wie Automotive oder Luftfahrt ein Haftungsrisiko erster Ordnung.
Ausgangspunkt jeder zuverlässigen Verschraubung ist das Verständnis einer einzigen physikalischen Größe: des Drehmoments. Dieser Artikel erklärt, was Drehmoment ist, wie es berechnet und gemessen wird, welche Normen gelten - und warum Drehmoment allein oft nicht ausreicht.
Definition: Was ist Drehmoment?
Definition: Was ist Drehmoment?
Drehmoment (Formelzeichen M, auch: Anziehdrehmoment oder Drehkraft) ist das Produkt aus der wirkenden Kraft (F) und dem Hebelarm (r):
M = F × r
Die SI-Einheit des Drehmoments ist der Newtonmeter (Nm). In der Schraubtechnik beschreibt das Anziehdrehmoment die Kraft, mit der eine Schraube angezogen wird. Es bestimmt unmittelbar, welche Vorspannkraft in der Verbindung erzeugt wird.
Drehmoment (Formelzeichen M; auch: Anziehdrehmoment, Drehkraft, Kraftmoment) ist eine physikalische Größe, die die Drehwirkung einer Kraft auf einen Körper beschreibt. Sie gibt an, wie stark eine Kraft einen drehbar gelagerten Körper um eine Achse oder einen Drehpunkt dreht.
Die Grundformel lautet:
M = F × r
Dabei ist:
- M = Drehmoment in Newtonmeter (Nm)
- F = Kraft in Newton (N)
- r = Hebelarm in Metern (m) - der senkrechte Abstand zwischen Kraftangriffspunkt und Drehachse
Ein anschauliches Beispiel: Wenn Sie an einem 0,3 m langen Schraubenschlüssel mit 100 N Kraft ansetzen, erzeugen Sie ein Drehmoment von M = 100 N × 0,3 m = 30 Nm. Ein längerer Schlüssel erzeugt bei gleicher Kraft ein höheres Drehmoment - das Hebelgesetz in der Praxis.
Wichtig: Obwohl Drehmoment und mechanische Arbeit beide in Newtonmetern (Nm) angegeben werden, handelt es sich um physikalisch völlig verschiedene Größen. Drehmoment ist kein Energiebegriff - der Einheitenname "Joule" darf für Drehmoment nicht verwendet werden.
Einheiten des Drehmoments
Die SI-Einheit des Drehmoments ist der Newtonmeter (Nm). In internationalen Projekten und im angloamerikanischen Raum begegnen Ihnen weitere Einheiten:
| Einheit | Kürzel | Umrechnung in Nm | Typischer Anwendungsbereich |
|---|---|---|---|
| Newtonmeter | Nm | 1 Nm = 1 Nm | Internationaler Standard, Maschinenbau, Automotive |
| Kilonewtonmeter | kNm | 1 kNm = 1.000 Nm | Schwere Industrie, Brückenbau, Bahntechnik |
| Foot-pound | ft-lb / ft·lbf | 1 ft-lb ≈ 1,356 Nm | Angloamerikanischer Raum, Luftfahrt (US-Normen) |
| Inch-pound | in-lb / in·lbf | 1 in-lb ≈ 0,113 Nm | Feinmechanik, Elektronik, Medizintechnik (US) |
| Inch-ounce | in-oz | 1 in-oz ≈ 0,00706 Nm | Miniaturschrauben, Präzisionselektronik |
Nutzen Sie den interaktiven Rechner oben, um Drehmomentwerte zwischen Nm, ft-lb, in-lb und weiteren Einheiten umzurechnen - und den Einfluss der Reibungszahl auf die Vorspannkraft zu verstehen.
Drehmoment in der Schraubtechnik: Warum es so entscheidend ist
In der Schraubtechnik ist das Anziehdrehmoment die zentrale Steuergröße der Montage. Ziel jeder Verschraubung: eine definierte Vorspannkraft (Klemmkraft) erzeugen, die die Bauteile sicher zusammenhält.
Der Zusammenhang zwischen Drehmoment und Vorspannkraft
Drehmoment und Vorspannkraft sind verknüpft - aber nicht identisch. Der entscheidende Störfaktor ist die Reibung:
- Ungefähr 90 % des Anziehdrehmoments werden zum Überwinden der Reibung im Gewinde und unter dem Schraubenkopf aufgewendet - nur etwa 10 % fließen tatsächlich in die gewünschte axiale Klemmkraft.
- Die Reibungszahl (μ) schwankt je nach Schmierstoff, Oberflächenbeschaffenheit, Temperatur und Anzahl der Wiedermontagen erheblich.
- Eine Änderung der Reibungszahl von μ = 0,10 auf μ = 0,16 kann bei gleichem Anziehdrehmoment zu einer Vorspannkraftabweichung von über 30 % führen.
Das bedeutet: Wer nur das Drehmoment kontrolliert, überwacht eine Hilfsgröße - nicht die eigentlich sicherheitsrelevante Klemmkraft. Für A-Klasse-Verschraubungen nach VDI/VDE 2862 ist daher die Kombination aus Drehmoment- und Drehwinkelüberwachung heute Standard.
Mehr zum Thema Vorspannkraft, ihrer Berechnung und ihrem Einfluss auf die Verbindungssicherheit erfahren Sie im weiterführenden Artikel über Vorspannkraft in der Schraubtechnik.
Messverfahren: Wie wird Drehmoment erfasst?
Mechanische Werkzeuge
Auslösende Drehmomentschlüssel (Knickschlüssel, Typ II) sind das klassische Werkzeug: Sie geben ein akustisches oder taktiles Signal, sobald das voreingestellte Sollmoment erreicht ist. Einfach in der Bedienung, aber ohne Kurvenaufzeichnung und mit eingeschränkter Genauigkeit.
Anzeigende Drehmomentschlüssel (Typ I) zeigen das aktuelle Drehmoment auf einer mechanischen Skala oder einem Zifferblatt an. Sie eignen sich für Prüfaufgaben, bieten jedoch keine elektronische Datenspeicherung.
Elektronische Messverfahren
Elektronische Drehmomentsensoren und -werkzeuge erfassen das Drehmoment in Echtzeit, speichern Messkurven und übertragen Daten direkt an übergeordnete Systeme. Typische Messprinzipien:
- Dehnmessstreifen (DMS): Messen die elastische Verformung eines Torsionskörpers proportional zum anliegenden Drehmoment.
- Piezoelektrische Sensoren: Wandeln mechanische Spannung direkt in elektrische Signale um.
- Magnetoelastische Sensoren: Nutzen die Änderung magnetischer Eigenschaften unter mechanischer Last.
Das QUANTEC MCS® von GWK arbeitet mit einem hochpräzisen elektronischen Drehmomentsensor und erreicht eine Genauigkeit von ±1 % zwischen 10 und 100 % des Nennbereiches - bei einem Messbereich von 3 bis 1.000 Nm.
Das Drehmoment-Drehwinkel-Verfahren
Beim Drehmoment-Drehwinkel-Verfahren werden beide Messgrößen gleichzeitig erfasst und die charakteristische Anzugskurve aufgezeichnet. Dieses Verfahren ermöglicht:
- Erkennung der Schraubfallcharakteristik (hart, weich, Nachgiebigkeit)
- Streckgrenzgesteuertes Anziehen für maximale Vorspannkraftausnutzung
- Nachweis von Verbindungsfehlern (fehlende Teile, falsches Anzugsverhalten)
GWK nennt diese Funktion festpunktlose Drehwinkelmessung: Der Drehwinkel wird kontinuierlich über den gesamten Anzugsvorgang erfasst - ohne physischen Fixpunkt am Werkzeug, für maximale Flexibilität auch an schwer zugänglichen Schraubstellen.
Genauigkeitsklassen nach DIN EN ISO 6789
Die Norm DIN EN ISO 67891DIN EN ISO 6789 regelt die Anforderungen an handgeführte Drehmomentwerkzeuge. Sie unterscheidet zwei Grundtypen:
| Merkmal | Typ I - Anzeigend (Klasse A-E) | Typ II - Auslösend (Klasse A-G) |
|---|---|---|
| Funktionsprinzip | Zeigt das aktuelle Drehmoment auf einer Skala oder einem Display an | Gibt ein Signal (Klick/Auslösung) bei erreichtem Sollwert aus |
| Typisches Werkzeug | Drehmomentmessschlüssel, digitale Drehmomentsensoren | Knickschlüssel, Drehmomentschrauber |
| Toleranz (DIN EN ISO 6789) | ±4 % (Klasse A-C), ±6 % (Klasse D-E) | ±4 % (Klasse A-D), ±6 % (Klasse E-G) |
| Kalibrierintervall | 12 Monate oder 5.000 Anwendungen | 12 Monate oder 5.000 Anwendungen |
| Messwertaufzeichnung | Möglich (elektronisch) | Eingeschränkt (nur Auslösewert) |
| Einsatz in der Qualitätssicherung | Sehr gut geeignet (A-Klasse-Verschraubungen) | Begrenzt geeignet (B/C-Klasse) |
| GWK-Empfehlung | QUANTEC MCS®, Q-CHECK®, OPERATOR® | Ergänzend zu elektronischen Werkzeugen |
Toleranzen und Kalibrierintervalle
- Toleranz Typ I/II, Klasse A-D: ±4 % des eingestellten Drehmoments im Messbereich von 20 bis 100 % des Nennwerts
- Toleranz Klasse E-G: ±6 %
- Kalibrierintervall: Nach DIN EN ISO 6789 werden Drehmomentwerkzeuge mindestens einmal jährlich oder nach 5.000 Anwendungen kalibriert - je nachdem, was zuerst eintritt.
Praxishinweis: In der Serienproduktion mit 5 Verschraubungen pro Bauteil und 50 Bauteilen pro Schicht ist die Marke von 5.000 Anwendungen in wenigen Wochen erreicht. Legen Sie Ihre Kalibrierplanung entsprechend aus.
GWK betreibt ein eigenes DAkkS-akkreditiertes Kalibrierlabor mit der vollautomatischen DWPM-1000c Prüfmaschine (Genauigkeitsklasse 0,2). Das entspricht einer viermal höheren Messgenauigkeit als die Toleranzanforderung von ±1 % an die Kalibriereinrichtung - für Kalibrierungen auf höchstem messtechnischem Niveau.
Drehmoment vs. Drehwinkel: Warum Drehmoment allein nicht ausreicht
Ein verbreitetes Missverständnis in der Schraubtechnik: Das korrekte Anziehdrehmoment garantiert keine korrekte Vorspannkraft.
Warum? Weil die Reibungsverhältnisse variieren. Selbst bei identischen Schrauben, gleichem Schmierstoff und gleichem Werkzeug kann die tatsächlich erzielte Vorspannkraft erheblich streuen - allein durch unvermeidliche Schwankungen der Reibungszahl.
Das Drehmoment-Drehwinkel-Verfahren reduziert diese Unsicherheit deutlich:
| Verfahren | Vorspannkraft-Streuung | Komplexität | Dokumentation |
|---|---|---|---|
| Drehmomentkontrolle | ±25-35 % (typisch) | Gering | Einfach |
| Drehmoment + Drehwinkel | ±10-15 % | Mittel | Vollständig |
| Streckgrenzgesteuert | ±5-8 % | Hoch | Vollständig |
Für A-Klasse-Verschraubungen - also sicherheitskritische Verbindungen nach VDI/VDE 2862 - ist die vollständige Dokumentation beider Messgrößen heute nicht mehr optional. Werkzeuge wie das QUANTEC MCS® erfassen Drehmoment und Drehwinkel simultan, speichern die vollständige Anzugskurve und übertragen die Daten per WLAN an Ihre Qualitätssicherungssysteme.
Häufige Drehmoment-Fehler in der Praxis
Auch mit kalibriertem Werkzeug können systematische Fehler auftreten. Die häufigsten:
1. Falsche Handhabung des Werkzeugs Der Kraftangriffspunkt am Griff muss exakt der vorgesehenen Position entsprechen. Greift der Monteur zu weit vorne oder hinten, ändert sich der effektive Hebelarm - angezeigtes und tatsächlich erzeugtes Drehmoment weichen voneinander ab.
2. Reibungsunterschiede ignoriert Verschraubungen mit Sicherungsscheiben, Flüssigdichtungen, beschichteten Schrauben oder undefinierten Schmierstoffmengen können zu massiven Abweichungen zwischen Soll- und Ist-Vorspannkraft führen. Vor der Festlegung von Anzugsparametern sind Reibwertversuche unter realen Bedingungen unerlässlich.
3. Verschlissene oder unkalibrierte Werkzeuge Mechanische Drehmomentschlüssel unterliegen Verschleiß an Feder und Begrenzungsmechanismus, wodurch die Anzeigegenauigkeit mit der Nutzungsdauer abnimmt. Ein überfälliges Kalibrierintervall ist in Audits ein direktes Nonkonformitätskriterium nach IATF 16949.
4. Fehlende Prozessdokumentation Drehmoment messen, ohne den Wert zu dokumentieren - bei A-Klasse-Verschraubungen ein kritischer Fehler. Im Schadensfall muss nachweisbar sein, dass die Verbindung korrekt ausgeführt wurde. Mehr zur Dokumentationspflicht bei Schraubprozessen erfahren Sie in unserem ausführlichen Artikel.
5. Keine Unterscheidung zwischen Prüfen und Kalibrieren Das Q-CHECK® von GWK ist ein QS- und Audit-Werkzeug für stichprobenartige Weiterdrehmomentmessungen zur Prozessfähigkeitsuntersuchung (PFU) nach VDI/VDE 2645-3 - kein Kalibriergerät. Die DAkkS-akkreditierte Kalibrierung erfolgt im GWK-Labor mit der DWPM-1000c. Diese Unterscheidung ist für normkonforme Prozesse entscheidend.
GWK-Werkzeuge für präzise Drehmomentkontrolle
GWK bietet als Hidden Champion der deutschen Präzisionsmesstechnik ein aufeinander abgestimmtes Werkzeugportfolio für jede Phase der Drehmomentkontrolle:
QUANTEC MCS® - Das kompakte Schraublabor für Entwicklung und Qualitätssicherung. Misst Drehmoment, Drehwinkel und optional Vorspannkraft simultan. Genauigkeit ±1 % zwischen 10 und 100 % des Nennbereiches. Festpunktlose Drehwinkelmessung, WLAN-Datenübertragung, robuste Alu-Titan-Konstruktion.
Q-CHECK® - Das QS- und Audit-Werkzeug für stichprobenartige Weiterdrehmomentmessungen und Prozessfähigkeitsuntersuchungen (PFU) nach VDI/VDE 2645-3 in der laufenden Produktion.
OPERATOR® - Das modulare Produktionswerkzeug mit innovativem Wechselvierkant-System für maximale Flexibilität in Montagelinien. SPS-Kommunikation über den OPERATOR® EST01 ermöglicht die nahtlose Anbindung an Ihre Produktionsanlagen.
DWPM-1000c - Die vollautomatische Prüfmaschine im DAkkS-akkreditierten Kalibrierlabor für die Kalibrierung von Drehmoment- und Drehwinkelschlüsseln in Genauigkeitsklasse 0,2.
Alle GWK-Werkzeuge sind Made in Germany, modular aufgebaut mit einzeln austauschbaren Komponenten und auf geringe Folgekosten ausgelegt.
Fazit: Drehmoment richtig verstehen - und richtig messen
Drehmoment ist der physikalische Schlüssel zur Qualität jeder Schraubverbindung. Wer den Zusammenhang zwischen Anziehdrehmoment, Reibung und Vorspannkraft versteht, trifft bessere Entscheidungen bei Werkzeugwahl, Prozessauslegung und Kalibrierplanung.
Die wichtigsten Erkenntnisse auf einen Blick:
- M = F × r - Drehmoment ist Kraft mal Hebelarm, gemessen in Newtonmeter (Nm)
- Bis zu 90 % des Anziehdrehmoments gehen durch Reibung verloren
- DIN EN ISO 6789 regelt Genauigkeitsklassen (±4 % bzw. ±6 %) und Kalibrierintervalle (12 Monate oder 5.000 Anwendungen)
- Drehmoment + Drehwinkel gemeinsam gemessen ergibt deutlich höhere Prozesssicherheit als Drehmoment allein
- Für A-Klasse-Verschraubungen sind elektronische Messung und vollständige Dokumentation Pflicht
Gemeinsam entwickeln wir die optimale Messtechnik-Lösung für Ihre spezifischen Anforderungen - von der ersten Schraubfallanalyse bis zur normenkonformen Serienproduktion.
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Was ist der Unterschied zwischen Drehmoment und Drehkraft?
Die Begriffe werden oft synonym verwendet. "Drehkraft" ist die umgangssprachliche Bezeichnung, "Drehmoment" der physikalisch korrekte Fachbegriff. Das Formelzeichen ist M, die Einheit Newtonmeter (Nm). In Normen (DIN, VDI) ist stets von "Drehmoment" oder "Moment" die Rede.
Warum reicht das Anziehdrehmoment allein nicht als Qualitätsmerkmal?
Das Drehmoment ist nur eine Hilfsgröße. Die eigentlich relevante Größe ist die Vorspannkraft. Da bis zu 90 % des Anziehdrehmoments durch Reibung verloren gehen, führen schwankende Reibungsverhältnisse - z. B. durch unterschiedliche Schmierung, Oberflächenzustände oder Temperaturen - zu erheblichen Abweichungen bei der tatsächlichen Klemmkraft. Das Drehmoment-Drehwinkel-Verfahren liefert hier deutlich sicherere Ergebnisse.
Was bedeutet ±4 % Genauigkeit bei Drehmomentschlüsseln nach DIN EN ISO 6789?
Nach DIN EN ISO 6789 dürfen anzeigende (Typ I) und auslösende (Typ II) Drehmomentwerkzeuge im Messbereich zwischen 20 und 100 % des Nennwerts maximal ±4 % vom Sollwert abweichen. Bei einem Sollwert von 100 Nm bedeutet das: Das Werkzeug darf zwischen 96 und 104 Nm anzeigen bzw. auslösen. Für manche Klassen gilt ±6 %. GWK-Werkzeuge wie das QUANTEC MCS® erreichen ±1 % zwischen 10 und 100 % des Nennbereiches.
Wie oft müssen Drehmomentschlüssel kalibriert werden?
Gemäß DIN EN ISO 6789 wird eine Rekalibrierung nach 12 Monaten oder nach 5.000 Anwendungen empfohlen - je nachdem, was zuerst eintritt. In sicherheitskritischen Branchen (Automotive, Luftfahrt) können kürzere Intervalle gefordert sein. GWK bietet DAkkS-akkreditierten Kalibrierservice - stationär und mobil vor Ort.
Was ist festpunktlose Drehwinkelmessung?
Bei der festpunktlosen Drehwinkelmessung wird der Drehwinkel kontinuierlich über den gesamten Anzugsvorgang erfasst - ohne dass ein physischer Fixpunkt am Werkzeug benötigt wird. Das ermöglicht eine freie Positionierung des Werkzeugs und eine lükenlose Aufzeichnung der Drehmomentkurve. GWK setzt dieses Prinzip im QUANTEC MCS® ein, was besonders bei schwer zugänglichen Schraubstellen Vorteile bietet.
Was ist der Unterschied zwischen Maschinenbefähigungsuntersuchung (MFU) und Prozessfähigkeitsuntersuchung (PFU)?
Die MFU prüft, ob ein Schraubwerkzeug unter Laborbedingungen genügend genau ist (Cmk). Die PFU untersucht den vollständigen Produktionsprozess unter Realbedingungen (Cpk). Beide Werte zusammen geben erst ein vollständiges Bild der Prozessqualität. Mehr dazu im Artikel MFU vs. PFU.
