Drehmoment

Eine sehr festsitzende Mutter soll gelöst werden. Die Kraft des Monteurs reicht nicht aus, um den 25cm langen Schraubenschlüssel auch nur ein Stückchen zu drehen. Der erfahrene "Schrauber" weiß sich allerdings zu helfen: Reicht die Kraft nicht aus, muss ein Hebel her!

Mit dem größeren Hebelarm kann die festsitzende Mutter gelöst werden: Die geringe Handkraft kann also doch ausreichen, wenn der Hebel nur groß genug ist.

Die Erklärung für diesen Praxistipp liefert das Hebelgesetz:

Am Hebel (Schraubenschlüssel) herrscht Gleichgewicht (bewegt sich nicht), wenn das Produkt aus Kraft F_l und Hebelarm l_l auf der linken Seite des Drehpunktes gleich dem Produkt aus Kraft F_r und Lastarm l_r auf der rechten Seite ist, als Formel:

F_l · l_l = F_r · l_r

Eine kleinere Kraft kann also durch einen größeren Hebelarm ausgeglichen werden.

Das Produkt aus einer Kraft F und Hebelarm l bezeichnet man als Drehmoment M mit der Einheit Newtonmeter (Nm), als Formel:

M = F · l

Das Hebelgesetz kann damit auch über die Drehmomente formulieren:

Am Hebel herrscht Gleichgewicht, wenn die Summe der rechtsdrehenden Drehmomente M_r gleich der Summe der linksdrehenden Drehmomente M_r ist:

M_l ·  = M_r

Der Hebel kann als zwar als kraftsparende Einrichtung verwendet werden aber nur auf Kosten des Weges. Arbeit lässt sich also nicht durch einen Hebel sparen.

Der Kurbelwelle setzt die Auf- und Abwärtsbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle um. Voraussetzung hierfür ist die Kurbelwangenkröpfung, d. h. der Hebelarm, an dem die Kolbenkraft über die Pleuelstange an der der Kurbelwelle angreift. Da die Kolbenkraft das Produkt von Verbrennungsdruck und Kolbenfläche ist, steigt das Motordrehmoment unter folgenden Bedingungen:

• hoher Verbrennungsdruck
• großer Kolbendurchmesser bzw. Bohrung (bei gleichem Hubraum)
• lange Kurbelwangenkröpfung, damit langer Kolbenhub (bei gleichem Hubraum)

Anders gesagt: Das Motordrehmoment steigt mit dem Hubraum aber nicht mit dem Verhältnis aus Bohrung und Hub.