Industriebremse Drehmomentprüfung: Unterschiede zwischen statischen Lasttests und dynamischen Tests

„Bremsmoment“ sieht auf einem Datenblatt wie eine einzelne Zahl aus, verhält sich in echten Maschinen aber unterschiedlich bei Nullgeschwindigkeit und Rotation. Deshalb entstehen viele Bremsstreitigkeiten nach der Inbetriebnahme: Die Bremse besteht einen statischen Halte-Test, aber das dynamische Stoppen fühlt sich schwach an (oder hart), überhitzt oder zeigt inkonsistente Wiederholbarkeit.

Dieser Artikel erklärt zwei praktische Methoden zur Messung des industriellen Bremsdrehmoments—statische Lastdrehmomentprüfung und dynamische Bremsprüfung—und warum ihre Ergebnisse oft abweichen. Bei Produktbeispielen beziehen wir uns auf unsere gängigen Kran- und Schwerindustrie-Bremsfamilien wie YWZ13 elektro-hydraulische Trommel- (Block-)Bremsen und SH hydraulische Notfall-Bremsen.

[Bild Platzhalter] Foto: Drehmomentprüfstand mit Bremse, Welle, Kupplung, Encoder und Datenaufnahme.

Welches „Drehmoment“ möchten Sie nachweisen?

Bevor Sie eine Methode wählen, definieren Sie, welches Drehmoment Sie validieren möchten. In der industriellen Bremsung sind diese nicht austauschbar:

• Statisches Haltdrehmoment: Drehmoment, das die Bremse bei Nullgeschwindigkeit ohne Durchrutschen halten kann (kritisch für Hebezeuge, Parken, Windlasten).
• Anlaufdrehmoment: Spitzen-Drehmoment, wenn das gesperrte System zu bewegen beginnt (oft höher als die konstante Gleitreibung).
• Dynamisches Bremsdrehmoment: Drehmoment während der Rotation beim Verzögern (was die Stopptime und Wärme bestimmt).
• Hitzedrehmomentbeibehaltung: Drehmoment bei erhöhter Temperatur nach wiederholten Stopps (Fade/Konsistenzindikator).

Ein statischer Test ist hervorragend, um Halten nachzuweisen. Ein dynamischer Test ist notwendig, um Stoppen und Wärmeverhalten zu quantifizieren. Viele Projekte benötigen beide.

Statisches Drehmoment (Schwergewicht / Hebelarm): was es gut misst

Ein statischer Lasttest misst das Drehmoment bei Nullgeschwindigkeit, indem ein externes Drehmoment auf die Bremsscheibe ausgeübt wird, bis die Bremse durchrutscht (oder bis das festgelegte Testdrehmoment erreicht ist). Er wird häufig für die Werkstattabnahme und Wartungsprüfungen verwendet, da er einfach, sicher und wiederholbar ist — vorausgesetzt, er ist korrekt eingerichtet.

Die gängigste Einrichtung verwendet einen Hebelarm mit bekannter Länge und eine bekannte Kraft (Schwergewichte oder eine Lastzelle). Die Kernbeziehung lautet:

Wo:

• T = Drehmoment (N·m)
• F = angewandte Kraft (N)
• L = effektiver Hebelarm (m), senkrecht zur Kraftrichtung gemessen

Numerisches Beispiel (typische Berechnung auf Werkstattniveau)

Wenn Ihr Hebelarm 0,80 m ist und Ihre Kraftzelle 1,20 kN (1200 N) misst, beträgt das angewandte Drehmoment 960 N·m.

[Bild Platzhalter] Diagramm: Hebelarmgeometrie mit „effektiver Länge“ (senkrechter Abstand) und Kosinusfehler.

Statisches Testverfahren (praktische Checkliste)

• Richtungssteuerung: Bei einigen Trommel-/Blockbremsen kann das Drehmoment aufgrund der Geometrie je nach Drehrichtung variieren. Erfassen Sie die Richtung.
• Slip-Kriterien definieren: z.B. „Welle bewegt sich ≥ 1°“ oder „kontinuierliche Rotation tritt auf.“ Ohne klare Definition variieren die Ergebnisse je nach Bediener.
• Wiederholen Sie 3–5 Mal: Protokollieren Sie min/avg/max. Wenn die Wiederholbarkeit schlecht ist, untersuchen Sie den Belagzustand, Kontamination oder mechanische Bindung.
• Temperatur angeben: Kalte statische Drehmomente können sich von heißen statischen Drehmomenten nach einer Stoppsequenz unterscheiden.
• Sperrkonformität: Vermeiden Sie Gummiverbindungen oder lose Befestigungen, die sich „aufwickeln“ und Energie plötzlich freisetzen.

Was statische Tests übersehen können

Statische Drehmomenttests erfassen nicht vollständig dynamische Effekte: Änderungen des Reibungskoeffizienten mit der Geschwindigkeit, Engagement-Verhalten, Wärmeentwicklung und Zeit bis zum Drehmoment. Sie können auch die tatsächliche Bremsleistung überschätzen, wenn das Anlaufreibungskoeffizient hoch ist, das Gleitreibungsniveau jedoch niedriger.

Dynamisches Drehmoment: Wie das Stoppdrehmoment bei Rotation gemessen wird

Ein dynamischer Test misst das Bremsen während der Rotation. Es gibt zwei praktische Ansätze:

• Direkte Drehmomentmessung mit einem Inline-Drehmomentwandler (falls vorhanden).
• Inertia-Deceleration-Methode unter Verwendung von Geschwindigkeits-Zeit-Daten und bekannter Trägheit (sehr üblich bei Bremsdynamometern).

Methode A: Drehmomentwandler (direkt)

Dieser Ansatz zeichnet eine Drehmomentkurve während des Stopps auf. Er ist ideal, wenn Sie die Engagement-Glätte, das Spitzen-Drehmoment und die Steuerzeit bewerten möchten (insbesondere bei VFD-gesteuerten Kränen). Typische Abtastraten sind 200–1000 Hz für saubere Kurven.

Empfohlene Kanäle zum Protokollieren (mindestens): Drehmoment, Geschwindigkeit (Encoder), Bremsbefehlssignal, Bremsen-Öffnungsbestätigung (falls vorhanden) und Temperatur in der Reibfläche. Ohne diese sind „gut/schlecht“-Schlussfolgerungen schwer zu verteidigen.

Methode B: Trägheitsverzögerung (Geschwindigkeit-Zeit)

Wenn Sie die gesamte äquivalente Trägheit J am Bremsschaft kennen und die Winkelverzögerung α messen, können Sie das durchschnittliche Bremsdrehmoment schätzen:

Und der Winkelverzögerung kann aus der Geschwindigkeitsänderung über die Zeit berechnet werden:

Numerisches Beispiel (realistisch für industrielle Prüfstände)

Angenommen, eine Testträgheit von J = 25 kg·m². Die Bremse wird bei 600 rpm (ω ≈ 62,83 rad/s) betätigt und stoppt in 3,0 s. Dann ist \alpha \approx 62,83 / 3,0 \approx 20,94 rad/s², sodass das durchschnittliche Bremsdrehmoment etwa 523 N·m beträgt.

Wenn Sie auch die Energie schätzen möchten, die die Bremse in Wärme umwandelt pro Stopp (nützlich, um Drehmomentprüfung mit Temperaturanstieg zu verbinden), können Sie berechnen:

Mit den obigen Zahlen ist E_Stop ≈ 0,5 × 25 × 62,83² ≈ 49 kJ pro Stopp.

[Bild Platzhalter] Diagramm: Geschwindigkeits-Zeit-Kurve für einen Stopp, mit hervorgehobenen „Bremsverzögerung“ und „effektives Verzögerungsfenster.“

Wichtig: Trägheitsverzögerung liefert das „Systemdrehmoment“, das für die Verzögerung erforderlich ist. Wenn es erhebliche Lagerverluste, Getriebeverluste oder aerodynamische Lasten gibt, sollten Sie diese quantifizieren (durch einen Coast-Down-Test ohne Bremsen) und das Ergebnis bei Bedarf korrigieren, um hohe Genauigkeit zu gewährleisten.

Warum statische und dynamische Drehmomentwerte abweichen (und warum das normal ist)

Wenn Ihr statisches Drehmomentergebnis nicht mit Ihrem dynamischen Ergebnis übereinstimmt, ist das nicht automatisch ein Testfehler. Drei reale Effekte treiben den Unterschied:

1) Anlaufreibung vs. Gleitreibung

Bei Nullgeschwindigkeit zeigt die Reibung oft einen höheren „Anlauf“-Wert, bevor die Bewegung beginnt. Während der Rotation ist der Reibungskoeffizient in der Regel anders (oft niedriger). Statische Tests können daher „stark“ erscheinen, während das dynamische Stoppen schwächer wirkt. Deshalb ist dynamisches Testen für die Verifizierung der Stopptime unerlässlich.

2) Temperatur- und Fade-Entwicklung während der Stoppsequenz

Dynamische Tests erzeugen Wärme. Mit steigender Temperatur können sich die Reibungsmaterialien verändern. Eine Bremse kann kaltes Drehmoment bestehen, aber bei erhöhter Temperatur 10–20 % Drehmoment verlieren, abhängig vom Belagmaterial, Einsatzzyklus und Luftstrom. Wenn Ihre Anwendung häufig ist (Kranfahrt, Hochfahren), ist die Hot-Drehmomentbeibehaltung wichtig.

3) Geometrieeffekte (insbesondere bei Trommel-/Blockbremsen)

Einige Trommel-/Blockbremsgeometrien können richtungsabhängiges Verhalten zeigen (Selbsteinwirkungstendenzen). Das bedeutet, dass das Drehmoment je nach Drehrichtung des Bremsscheibenrads variieren kann. Ein gut gestalteter Test sollte die Drehmomentrichtung angeben und, wenn relevant, beide Richtungen validieren—dies ist besonders bei Kranfahrwerken und bestimmten Förderantrieben praktisch.

Ein praktisches Testmatrix (was viele Fabriken und Projekte tatsächlich benötigen)

Wenn Sie Drehmomentdaten benötigen, die sowohl für die Technik als auch für Kunden nützlich sind, testen Sie kalte und heiße Bedingungen und kombinieren Sie statische dynamische Prüfungen.

[Interner Link Platzhalter] Download: Drehmoment-Testblatt (statisch & dynamisch) Datenlogging-Checkliste.

Produktbezogene Hinweise: Wie diese Tests auf gängige Bremsentypen angewendet werden

YWZ13 elektro-hydraulische Trommel- (Block-)Bremsen

Für YWZ13-ähnliche elektro-hydraulische Trommel-Bremsen ist ein statischer Test nützlich, um das Haltemoment zu bestätigen und mechanische Probleme (falsch eingestellte Spielräume, Bindungspivots, ungleichmäßigen Kontakt der Bremsbacken) zu erkennen. Für das tatsächliche Stoppverhalten—insbesondere bei Kranfahrwerken—zeigt der dynamische Test, was statisch nicht kann: Engagement-Glätte, Wiederholbarkeit der Stopps und thermische Drift.

Praktischer Tipp: Fügen Sie in Ihren statischen Prüfplan zwei Drehmomentrichtungen ein und protokollieren Sie die Schuhspiel-Einstellung vor/nach dem Heißlauf. Wenn sich das Drehmoment nach Erhitzung stark ändert, untersuchen Sie Schleppung oder Verbindungsgestaltung, anstatt zuerst auf „Belagqualität“ zu schließen.

[Interner Link] YWZ13 Serie Elektro-Hydraulische Trommelbremse

SH-Hydraulik-Notfall-Bremsen

Notfall-Disc-Bremsen werden oft für sicherheitskritisches Halten (Hebezeuge, Wind, Winden) ausgewählt. Hier ist das statische Drehmoment unverhandelbar — aber dynamische Tests sind trotzdem wichtig, wenn die Bremse für Notstopps ausgelegt ist. Ein gutes kombiniertes Vorgehen ist: kaltes statisches Halten → thermisch konditionierte Stopps → heißes statisches Halten (Kriechprüfung) → Notstopp-Überprüfung (falls die Anwendung es erfordert und die Bremse dafür ausgelegt ist).

Protokollieren Sie auch den Hydraulikdruck und das Freigabeverhalten. Eine Bremse kann das Drehmoment bestehen, aber im realen Betrieb versagen, wenn die Freigabe unvollständig ist (Schleppung), was Wärme erzeugt und das Drehmoment im Laufe der Zeit senkt.

[Interner Link] SH Serie Hydraulische Not-Aus Scheibenbremsen

Elektromagnetische Bremsen (Motorbremsen / Kompaktgeräte)

Elektromagnetische Bremsen können eine starke Empfindlichkeit gegenüber Spulenspannung, Luftspalt und Temperatur aufweisen. Statische Halteprüfungen sind nützlich, aber dynamische Tests sind oft die ersten, bei denen Probleme auftreten: verzögerte Freigabe, verzögerte Engagement oder Drehmomentinstabilität bei wiederholtem Zyklus. Für aussagekräftige Ergebnisse protokollieren Sie die Spulenspannung an den Bremsklemmen (nicht nur im Schaltschrank) und stellen Sie sicher, dass der Luftspalt innerhalb der Spezifikation liegt.

Häufige Fehler bei Drehmomenttests (und wie man schlechte Schlussfolgerungen vermeidet)

• Winkelarm-„Kosinusfehler“: Wenn die Kraft nicht senkrecht ist, ist Ihr berechnetes Drehmoment falsch. Messen Sie den senkrechten Abstand.
• Keine Slip-Definition: „Es hat sich ein bisschen bewegt“ ist kein Kriterium. Definieren Sie eine messbare Slip-Schwelle.
• Ignorieren Sie die Verzögerungszeit der Bremse: Bei dynamischen Tests ist das Drehmoment nicht sofort verfügbar. Verzögerung bei Befehl und effektives Verzögerungsfenster trennen.
• Falsche Trägheit: Wenn J schlecht geschätzt wird, ist das berechnete Drehmoment bedeutungslos. Messen Sie die Trägheit oder validieren Sie mit Coast-Down.
• Kein Temperaturkontext: Kalt-Drehmomentwerte sagen selten etwas über das Hochleistungsverhalten voraus.

Wenn gewünscht, können wir Ihnen bei der Auswahl der richtigen Prüfmethoden für Ihr Bremsmodell und Ihre Anwendung helfen.

Wenn Sie uns Ihr Bremsmodell (z.B. YWZ13 / SH), Montageort (Hebezeug, Laufwagen, Brückentraverse), Zielgeschwindigkeit, geschätzte Trägheit und Einsatzzyklus mitteilen, können wir einen praktischen Drehmomenttestplan (statisch dynamisch) vorschlagen und die benötigte Messtechnik empfehlen, um verteidigbare Ergebnisse zu erzielen.

[Interner Link Platzhalter] Kontaktieren Sie unser Engineering-Team für eine anwendungsbezogene Drehmomentempfehlung.