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Drehmomentmesser für GT03-Schulausführung

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Beschreibung
Herstellerinformationen

Mit Hilfe des Drehmomentmessers kann der Stirlingmotor mit einem bestimmten Drehmoment belastet werden.
Wird außerdem seine Drehzahl gemessen, so lässt sich daraus die abgegebene mechanische Leistung berechnen.

Die innerhalb des Bremsbackenkörpers (Pronyscher Zaum mit Neigungsgewicht) rotierende Reibtrommel wird mit Hilfe des Innensechskantschlüssels vor das große Schwungrad fest auf die Kurbelwelle des Stirlingmotors montiert.
Die Reibung zwischen der Reibtrommel und dem Bremsbackenkörper kann mit der Stellschraube verändert werden.

Der Bremsbackenkörper wird auf die Reibtrommel geschoben. Sobald die Kurbelwelle des Stirlingmotors rotiert, wird die Reibung durch vorsichtiges Anziehen der Stellschraube stufenweise erhöht.
Sie darf jedoch nicht so groß sein, dass der Motor stehen bleibt. Das eingestellte Drehmoment wird auf der Skale angezeigt.

Enthaltenes Zubehör:
Reibtrommel: D = 12 mm
Bremsbackenkörper mit Zeiger und Gewicht
Skale mit Halterung
Innensechskantschlüssel SW 1,5 mm (zur Fixierung der Reibtrommel auf der Kurbelwelle mittels Gewindestift mit Innensechskant SW 1,5 mm)

Technische Daten:
Messbereich: 25·10-3 Nm
Auflösung: 1·10-3 Nm
Wäge-Masse: 50 g

Video: Experiment mit Drehmomentmesser am Stirlingmotor GT03/Schulausführung

Drehmoment: Das Drehmoment beschreibt die Drehwirkung einer Kraft auf einen drehbar gelagerten Körper.
Ein Drehmoment kann die Rotation eines Körpers beschleunigen oder bremsen und den Körper verbiegen (Biegemoment) oder verwinden (Torsionsmoment).
Detaillierte physikalische Berechnungsgrundlagen zum Drehmomentmessers finden Sie hier: Physikalische Berechnungsgrundlagen

Wissenswertes: Pronyscher Zaum

Der Pronysche Zaum (benannt nach dem französischen Ingenieur Gaspard de Prony (1755-1839) ist ein Gerät zum Messen von Drehmomenten an rotierenden Wellen. Andere Bezeichnungen sind Holzbremse oder Backenbremse.

Der Pronysche Zaum besteht im Wesentlichen aus einem Hebel mit ein Reibrad umgreifenden, verstellbaren Backen an einem Ende und einer Waagschale am anderen Ende, und wird mit den Backen auf das Reibrad, oder die rotierende Welle, deren Drehmoment zu messen ist, geklemmt. Auf die Waagschale gelegte Massen verhindern das Mitdrehen des Zaums mit dem horizontal zu haltenden Hebel. Ihre Gewichtskraft stellt im Produkt mit der Hebellänge das gemessene Drehmoment dar.

Das von der untersuchten Maschine erzeugte und zu messende Drehmoment wird durch Verändern des Drucks der Bremsbacken auf die Welle (das Rad) mittels der Stellschrauben (siehe Abbildung) eingestellt. Die Welle rotiert mit gleichbleibender Geschwindigkeit.
Um den Zaum in Messzustand zu bringen (der Hebelarm berührt die Anschläge nicht), werden die Wäge-Massen geändert. Aus dem Abstand $l$ zwischen Bremsbackenmitte und dem Angriffspunkt der Gewichtskraft $F$ ergibt sich das bei der vorgegebenen Drehzahl von der Maschine abgegebene Drehmoment mit:

\mathrm {M} =l\cdot \mathrm {F}

Da der Zaum wegen des naturgemäss nicht konstanten Reibmomentes nur schwer in Balance zu halten ist, bestimmt man mit dem Pronyschen Zaum meist nur noch das Anfahrmoment von Elektromotoren. Hierbei wird der Elektromotor bis fast zum Stillstand abgebremst.

Die mechanische Leistung errechnet sich aus dem Quotienten der geleisteten Arbeit $\Delta \mathrm {W}$ und der dafür benötigten Zeit $\Delta t$ . Ist $\Delta t$ die Dauer eines vollen Umlaufs, so ist $\textstyle n={\frac {1}{\Delta t}}$ die Drehzahl, und die geleistete Arbeit ist das Produkt aus der Kraft $F$ und der Länge des Weges, das heißt des Kreisumfangs $2\pi \cdot l$ , also

\mathrm {P} ={\frac {\Delta \mathrm {W} }{\Delta t}}={\frac {2\pi \cdot \mathrm {M} }{\Delta t}}=2\pi \cdot \mathrm {M} \cdot n

\sum _{n=0}^{N}{\vec {M}}_{n}=\sum _{n=0}^{N}{\vec {r}}_{n}\times {\vec {F}}_{n}=0