DE9004260U1

DE9004260U1 - Drehmoment-Kalibrierstand

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Publication number: DE9004260U1
Application number: DE9004260U
Authority: DE
Original assignee: Bundesanstalt fuer Materialforschung und Pruefung BAM
Current assignee: Bundesanstalt fuer Materialforschung und Pruefung BAM
Priority date: 1990-04-09
Filing date: 1990-04-09
Publication date: 1990-06-28
Anticipated expiration: 2000-04-10

Description

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Bundesanstalt für Materialforschung 9. äpril 199C und -prüfung (BAM)
Unter den Eichen 8?
D-1000 Berlin 45

BAM40.G1

Drehmoment-Kalibrierstand

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Drehmoment-Kalibrierstand der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

Derartige Meßstände zur Kalibrierung insbesondere von mit Dehnungsmeßstreifen versehenen Drehmoment-Meßwellen sind vor allem im Bereich des Maschinenbaus, der Masehinenan-

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wendung und damit in fast allen Industriezweigen erforder-7-ich, um die betreffenden Meßwerkzeuge, welche sich im Einsatz verändern können, exakt und reproduzierbar nachzukalibrieren.

Die bekannten Meßstände bestehen dabei im wesentlichen aus einer Antriebsvorrichtung, einem Rahmen, Spannmitteln und einem Momentenmeßsystem, wobei die Drehmoment-Meßwelle beim Kalibrieren mittels der Spannmittel zwischen Antrieb und dem Momentenmeßsystem im Rahmen fixiert ist.

Diese über Zwischenlager miteinander verbundenen, in einer Richtung aufeinanderfolgend angeordneten Vorrichtungen weisen eine gemeinsame, sich in horizontaler Richtung erstreckende Drehachse auf. Durch die Antriebsvorrichtung wird die Drehmoment-Meßwelle beim Kalibrieren mit einem Drehmoment belastet, das über die Drehmoment-Meßwelle auf das Momentenmeßsystem wirkt. Aufgrund der Widerstandsänderung der Dehnmeßstreifen der zu kalibrierenden Drehmoment-Meßwelle einerseits und die über das Momentenmeßsystem ermittelten Werte andererseits erfolgt die Kalibrierung.

Der bekannte Drehmoment-Kalibrierstand hat jedoch den Nachteil, daß die in den Zwischenlagern wirkenden Querkräfte sowie Reibungskräfte das Meßergebnis beeinflussen und somit verfälschen. Eine exakte Kalibrierung der Drehmomentmeßvorrichtungen ist wegen der nicht vernachlässiqbaren Quer- und Reibungskräfte nicht ohne weiteres möglich. Diese Quer- und Reigungskräfte wirken sich euch

;<0 nachteilig auf die Lebensdauer des Meßstands, insbesondere auf die Lebensdauer der Zwischenlager aus. Verschleißer-

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scheinungen in den Zwischenlagern und somit hohe »ü
kosten sind die Folge. Darüber hinaus erzeugen die MeH
stände aufgrund ihrer meist unsymmetrisch zum Prüfling ausgerichteten Konstruktion durch Undefinierte und eben-&ngr; falls unsymmetrisch zur Achse auftretende Verwindungen zusätzliche und nur schwer abschätzbare Fehler.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Drehmomenten-Kalibrierstand der eingangs genannten Gattung un
ter Beseitigung der genannten Nachteile eine Konstruktion anzugeben, bei der keine Querkräfte die Kalibrierung der Drehmoment-Meßwelle beeinträchtigen. Insbesondere soll dabei auch die Verwindungssteifigjceit des Rahmens erhöht werden.

Diere Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei einer vertikalen Ausrichtung und Anordnung des Drehmoment-Kalibrierstands alle statischen Massekräfte in axialer Richtung wirken und deshalb keine Querkäfte hervorrufen, welche in die Drehmomentmessung eingehen und den Kalibriervorgang beeinträchtigen könnten. Dadurch wird ein :■- hochgenaues Kalibrieren von Drehmomentmeßvorrichtungen, insbesondere Drehmoment-Meßwellen, mit einer konstrukti" besonders einfachen Vorrichtung ermöglicht.

Insbesondere erübrigen sich hierbei die aufwendigen, bei einer horizontalen Ausrichtung aber notwendigen, Zwischenlager, so daß eine kompakte Ausbildung des Kalibrierstands

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gewährleistet ist. Durch die vertikale Ausrichtung ist die benötigt' Grundfläche für den Drehmoment Kalibrierstand sehr gering. Die Aufstell- und Anwendungsmöglichkeiten erweitern sich somit in günstiger Weise.
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Besonders vurteilhaft ist ferner, daß die Antriebsvorrichtung, die Drehmomentmeßvorrichtung sowie das Momentenmeßsystem in einer gemeinsamen vertikalen Achsrichtung, im wesentlichen ohne größeren Abstand aneinander anschließend, übereinander angeordnet sind und eine gemeinsame, sich in vertikaler Richtung erstreckende Drehachse im Hinblick auf das beim Meßvorgang wirkende Drehmoment aufweisen. Durch diese Ausbildung sind die einzelnen Vorrichtungen direkt, also ohne Zwischenlager, miteinander verbind-^&Ggr;· bar, so daß eine im wesentlichen verlustfreie Momentübertragung zwischen den genannten Vorrichtungen möglich ist.

Insbesondere sind folgende vorteilhafte Weiterbildungen günstig:

Das Momentenmeßsystem besteht aus einem mit der Einspannung verbundenen zweiarmigen Hebel, dessen Enden über Zugglieder mit je einer Präzisionskraftmeßdose verbunder, sind. Jedes Drehmoment ist dadurch direkt auf die Präzisionskraftmeßdosen übertragbar und somit von diesen genau registrierbar. Ein derartig exaktes Ermitteln des durch die Antriebsvorrichtung auf die Drehmomentmeßvorrichtung übertragenen Drehmoments ist für die Kalibrierung eine wichtige Voraussetzung und für die Qualität der Kalibrie-0 rung ein entscheidender Leistungsparameter.

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Du. ch diese symmetrische Anordnung werden auch nuerkräfte von vornherein vermieden und die beim Kalibrieren auftretenden Kräfte gleichförmig und somit günstig auf den Rahmen übertragen.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist zwischen der Antriebsvorrichtung und der Drehmomentmeßvorrichtung eine Kupplung als Trennglied angeordnet. Auf diese weise ist die durch die Antriebsvorrichtung wirkende Drehmomentbelastung mittels der Kupplung einfach sowie schnell und somit bedienfreundlich von der Drehmomentmeßvorrichtung lösbar.

Bei der Ausbildung der Kupplung als Adapter, welche mit verschiedenen Drehmomentmeßvorrichtungen oder zu kalibrierenden Prüflingen in Wechselwirkung treten kann, ist der Betrieb in einer Vielzahl von Varianten möglich, wobei zwischen Schwenkantrieb und Rahmen die zu kalibrierende Vorrichtung und das als Bezugsnormal dienende Meßsystem bezüglich der wirksamen Drehmomente mittels geeigneter Adapter in Serie geschaltet sind. Sämtliche Drehmniöffuifitadapter sind koaxial zur vertikalen Achse angeordnet.

Die Antriebsvorrichtung besteht weiterhin bevorzugt aus 5 einem hydraulischen Schwenkmotor mit Hydraulikpumpe und Ventil, wodurch eine stufenlose Steuerung und somit eine kontinuierliche Drehmomentbelastung möglich ist.

Ge;iäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung wird die 0 verformungssteigfigkeit insbesondere dadurch erhöht, daß der Rahmen mindestens im Bereich der Drehmomentmeßvorrich-

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tuny rohrförmig ausgebildet ist. Dabei ist dieser Bereich des Rahmens konzentrisch um die Drehmomentmeßvorrichturui herum angeordnet. Der Rahmen bildet hierbei einen rohr, föi migen torsionsfesten Körper, der eine hohe Verwindungs- ■3 steifigkeit aufweist. Des weiteren ist die Drehmomentmeß vorrichtung während des Kalibriervorgangs vor äußeren Einflüssen geschützt.

Als von Vorteil erweist sich auch, daß an Stelle des He

:0 bels ein in bezug auf die Drehachse konzentrisch ausgebildeter Adapter für weitere Drehmomentmeßgeräte auf die vorher kalibrierte Drehmomentenmeßwelle aufsteckbar ist, wobei der Rahmen diesen weiteren Drehmomentmeßgeräten angepaßte Widerlager aufweist.

Durch diese vorteilafte Ausbildung sind weitere Drehmomentenmeßvorrichtungen mittels des erfidungsgemäßen Drehmomenten-Kalibrierstands kalibrierbar. Beispielsweise sind Drehmomentschlüssel durch einfaches Einstecken des Schlüsselkopfs in den Adapter sowie durch Befestigen des Schlüsselgriffs an den Widerlagern mit dem DrehmunienL-Kälibrierstand verfahrensgerecht schnell und problemlos befostigbar. Auf diese Weise wird das Drehmoment von der Antriebs vorrichtung über die vorher kalibrierte Drehmomentmeßwelle 5 als Momentenmeßsystem sowie den Adapter auf den Drehmomentschlüssel übertragen. Entsprechend Jt.:., Nachgeben des Schlüsselkopfes unter der Drehmcmentbelastung wird der Drehwinkel von der Antriebsvorrichtung und das Moment mittels der Drehmomentmeßwelle gemessen, so daß der Drehmcmentschlüssel auf diese Weise kalibrierbar ist.

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vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen: 5

Figur 1 einen perspektivischen Ausschnitt eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, sowie

Figur 2 das Ausführungsbeispiel qemäß Figur 1 für eine andere Anwendungsvariante.

Das in Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Drehmoment-Kalibrierstands mit einer eingepannten Drehmomentmeßvorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Rahmen 10, einem hydraulischen Schwenkmotor 11, einer Kupplung 12, Verbindungsmittel 13 und 14 und dem als Be-zugsnormal dienenden Momentenmeßsystem 16.

Zwischen den Verbindungsmitteln 13 und 14 wird eine zu kalibrierende Dremomenten-Meßwelle 15 eingesteckt Der hydraulische Schwenkmotor 11, die Kupplung 12, die Drehmomentmeßwelle 15 und das Momentenmeßsystem 16 sind aneinander anschließend übereinander angeordnet und weisen eine gemeinsame, vertikal gerichtete Drehachse auf. Dadurch /S können keine quer zur Achse gerichteten Kräfte auftreten welche den Kalibriervorgang verfälschen.

Der Rahmen 10 ist dabei dreiteilig ausgebildet und besteht aus einem rechteckig ausgebildeten Grundkörper 101, aus 0 einem den Einspannbereich der Spannmittel 13 und 14, also die Drehmoment-Meßwelle 15 umgebenden, hohlzylindrisch

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ausgebildeten und in bezug auf die Drehmoment-Meßwelle 15 konzentrisch angeordneten Verbindungsteil 102 sowie aus einem im wesentlichen tablettartig ausgebildete^, das Moment enmeßsystem 16 tragenden Oberteil 103.
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In dem Grundkörper 101 des Rahmens 10 ist der Schwenkc.otor

11 vorgesehen und dabei an der Innenseite der nach oben we. >enden Wandung 19 des Grundkörpers 101 im wesentlichen in deren Mitte befestigt. Die Antriebswelle ill de-Schwenkmotors 11 erstreckt sich dabei durch eine dem Querschnitt der Antriebswelle ill angepaßte Ausnehmung bis in das hohlzylindrische Verbindungsteil 102 hinein. Über Leitungen 20 ist der Schwenkmotor 11 mit dem ventil 17 und der hydraulischen Pumpe 18 verbunden.

Der Schwenkmotor 11 ist über seine Antriebswelle 111 unmittelbar mit der Kupplung 12 verbunden. An dis Kupplung

12 schließt sich über das Verbindungsmittel 13 die Drehmoment-Meßwelle 15 an. Diese ist mit ihrem unteren En-0 de durch einfaches Hineinstecken in die Kupplung 12 in dieser durch Formschluß in tangentialer Richtung fixiert, so daß das Drehmoment von der Kupplung 12 verlustfrei auf die Drehmomentmeßwelle 15 übertragbar ist. Das Verbindungsteil 102 erstreckt sich im wesentlichen bis zum obe-5 ren Ende der Drehmoment-Meßwelle 15, wobei an dem oberen Ende, an der nach außen weisenden Fläche des Verbindungsteils 102 ein Befestigungsring 21 angeordnet ist. Die nach oben weisende Fläche des an dem Verbindungsteil 102 angebrachten Befestigungrings 21 schließt mit dem Verbindungsteil 102 im oberen Bereich bündig ab, so daß das Oberteil 103 des Rahmens 10 unmittelbar anschließend an das Verbin-

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dungsteil 102 und den Befestigungsring 21 vorgesehen werden kann.

Durch die hohlzylindrische Ausbildung und d ve. in bezug auf die Drehmoment-Meßwelle 15 konzentrische Anordnung d^s Verbindungsteils 102 ist eine hohe verwinauagssteifigkeit des Rahmens 10 gegeben.

Das Oberteil ir-t ist rrtft dem Befestigungsring 21 fest und damit verürehsichcr se- " 3 spielfrei verschraubt, Pas Mo- ^entenmeßsyst-em 16 ist ..-< dem Oberteil 103 an seinen ein- anc. r gegenüberliegenden Seitenwinden 22 befestigt. In der Mitte weist das MomentenmeiSfr/: .^m l^c einen Adapter 26 auf, der entsprechend der Kupplung 12 formschlüssig über das Verbindungsmittel 14 mit der Drehmoment-Meßwelle 15 durch einfaches zusemmenstecken verbunden ist.

Das Momentenmeßsystem 16 besteht im wesentlichen aus einem Schwenkhebel 23, zwei Zuggliedern 25 und zwei *-r3zisionskraftmeßdosen 24. Der Schwenkhebel 23 ist dabei, an seinen freien Enden jeweils mit der PrSzisionskraftmeßdose 24 über das Zugglied 25 verbunden.

Durch die um die Drehachse kreisbogenförmige Ausbildung 5 der Hebelenden, auf denen die als flexible Federstahlbänder ausgeführten Zugglieder 25 sich anschmiegend abrollen, bleibt bei Hebelauslenkungen infolge Nachgiebikeit der Präzisionskraftmeßdosen 24 die wirksame Hebellänge konstant.
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Die Zugglieder 25 und die zugeordneten Präzisionskraftmeßdosen 24 sind zueinander entgegengesetzt horizontal ge

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richtet sowie senkrecht zum Schwenkhebel 23 angeordnet. Weiterhin sind die Präzisionskraftmeßdosen 24 jeweils auf der dem Zugglied 25 entfernt gelegenen Seite mit der Seitenwand 22 des Oberteils 10&Xgr; etounden.
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Der Schwenkhebel 23 weist weiterhin in seiner Mitte eine konzentrisch zur Drehachse angeordnete sternförmige Ausnehmung zur verdrehsicheren Aufnahme des Adapters 26 auf. Durch einfaches Aufstecken des Schwenkhebls 2 3 umschließtdieser den Adapter 26 in seinem unteren Bereich 261 und ist mit diesem verdrehsicher und spielfrei verbunden, so daß die Momente verlustfrei von dem Adapter 26 auf den Schwenkhebel übertragbar sind. An den beiden anderen Seitenwänden 22 des Oberteils 103, an denen sich keine Präzisionskraftmeßdose 24 befindet, j st jeweils ein Widerlager 27 bzw. 28 vorgesehen. Das Widerlager 27 bzw. 28 weist eine nach oben offene, einem Bereich der weiteren Drehmomentmeßvorrichtung angepaßten Aussparung 271 bzw. 281 auf.

Mit dem erfindungsgemäßen Orehmoment-Kalibrierstand sind zwei verschiedene vorgehensweisen möglich.

Zum einen w^rd, wie in Figur 1 dargestellt, zur Kalibrierung der Drehmomentmeßwelle 15 das Momentenmeßsystem 16 5 zum Einsatz gebracht. Dazu wird die Drehmomentmeßwelle 15 mit ihrem unteren Wellenende in das Verbindungsmittel 13 der Kupplung 12 und der Adapter 26 mit dem aufgesteckten Schwenkhebel 2 3 über das Verbindungsmittel 14 auf das obe
re Wellenende der Drehmomentmeßwelle 15 gesteckt. Die an

"ü den Enden des Schwenkhebels 2 3 befindlichen Zugglieder 2 5 werden mit den Präzisionskraftmeßdosen 24 verbunden.

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Zur Messung von Momenten im entgegengesetzten Drehsinn wird der Schwenkhebel 23 einfach umgedreht, so daß Ober- und Unterseite ihre Position vertauschen. Die beiden Präzisionskraf^Lmeßdosen 24 werden entsprechend der damit geände ten Richtung der Zugglieder 25 an der jeweils gegenüberliegenden Seitenwand 22 des Oberteils 103 befestigt.

Das vom Schwenkmotor erzeugte Drehmoment wird über die Kupplung 12, die Drehmomentmeßwelle 15 und den Adapter 26 in das Momentenmeßsystem 16 übertragen. Entsprechend dem wirkenden, d.h. die Drehbewegung verhindernden Moment wird von den Zuggliedern 25 die an den Enden des Schalthebels 23 wirkende auf die Präzisionskraftmeßdosen 24 übertragen. Aus der Länge des Hebelarms und der über die Präzisionskraftmeßdosen 24 ermittelten Kraft ergibt sich das den Kalibrierwert bestimmende Drehmoment.

In einer anderen in Figur 2 dargestellten Ausführung der erfindungsgemäßen Kalibrierstandes, der insbesondere zur Kalibrierung von Drehmomentschlüsseln 29 oder anderen Drehmomentmeßeinrichtungen aufweisenden Werkzeugen oder Vorrichtungen geeignet ist, wird die bereits kalibrierte Drehmomentmeßwelle 15 als Vergleichsmeßgerät benutzt. Der Kalibriermeßstand entspricht dabei der anhand von Figur 1 beschriebenen Ausführung.

Anstelle des Momentenmeßsystems 16 wird nun ein Drehmomentschlüssel 29 in die Kalibriervorrichtung eingesetzt. Dazu wird auf das obere Wellenende der Drehmomentmeßwelle 15 das mit dem Adapter 26 verbundene Verbindungsmittel 14

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gesteckt . in dem von oben der Antriebszapfon des Drehmomentschlüssels i.9 eingesteckt wird. Die beiden Griffe 30 und 31 des Drehmomentschlüssels 29 werden durch Einlegen in die Widerlager 271 und 281 verdrehsicher fixiert. An- ^ schließend witd vom Schwenkmotor 11 ein Moment erzeugt, das über die Kupplung 12, die Drehmomentmeßwelle 15 und den Adapter 26 auf das Drehmomentschlüssel 29 übertragen wird. Die Drehmomentmeßwelle 15 liefert dabei den Kalibrierwert mit hoher Genauigkeit, da auch hierbei durch die vertikale Anordnung Querkräfte und Zwischenlager, die einen störenden Einfluß auf die Drehmomentübertragung haben könnten, entfallen. Bei dieser Anwendungsart ist die Kalibriervorrichtung ohne Umbau in beiden Drehrichtungen der Momente einsetzbar.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.

Claims

BAM40.C1 B.lTtt &Pgr; Ansprüche

1. Drehmoment-Kalibrierstand zum Kalibrieren von Drehmo mentmeßvorrichtungen, insbesondere von Drehmoment Meßwellen, mit einer Antriebsvorrichtung, einem Rahmen,

Lteln für den Prüfling und

zugsnormal dienenden Momentenmei?system, j dadurch gekennzeichnet,

daß die Antriebsvorrichtung (11), die zu kalibrierende Drehmomentmeßvorrichtung (15) und das als Bezugsnormai dienende Momentenmeßsystem (16) in Wirkrichtung übereinander angeordnet sind, wobei die Drehachsen der bei dem Meßvorgang wirksamen Momente in einer gemeinsamen vertikalen Achse zusammenfallen.

2. DrshiTiOrnsnt-Kslibrisrstand nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß das Momentenmeßsystem (16) aus einem, insbesondere zweiarmige axialsymmetrischen, Hebel (23) besteht, dessen Ender. über Zugglieder (25) mit je einer Präzisionskraftmeßdose (24) verbunden sind.

3. Drehmoment-Kalibrierstand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden 0 des Hebels (23) in tangentialer Richtung weisen und dabei insbesondere Bögen um die Drehachse alj Mittelpunkt bilden

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sowie daß die Zugglieder (25) als flexible, den Kreisbögen anschmiegbare Stahlbänder ausgebildet sind.

4. Drehmomenten-Kalibrierstand nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des oberen Endes der vertikal gerichteten Achse ein Adapter (26) mit koaxial angeordneten Drehmomentanschlußmitteln vorgesehen ist.

5. Drehmoment-Kalibrierstand nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Arm des Hebels (23) auf den Adapter (26) aufsteckbar bzw. seitlich einsteckbar ausgebildet ist und die Präzisionskraftmeßdosen (24) in die jeweils gegenüberliegende Position am Rahmen (103) ein- bzw. in tangential entgegengesetzte Wirkrichtung umsetzbar sind.

6. Drehmomenten-Kalibrierstand nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein zu kalibrierendes Momentenmeßgerät (29) oder ein mit einer Momentenmeßeinrichtung ausgerüste-

: ^r tes Werkzeug in den Adapter einerseits und in mit den Rahmen (10) verbundenen Widerlagern (271, 281) andererseits gegen Verdrehen fixiert einsetzbar ist.

7. Drehmomenten-Kalibrierstand nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich-

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net, daß der Rahmen (10) rohrförmig ausgebildet und konzentrisch um die vertikal gerichtete Achse herum angeordnet ist.

8. Crehntoment-Kalibrierstand nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichn ·.· t , daß die Antriebsvorrichtung als ny raulischer Schwenkmotor (11) mit Hydraulikpumpe (18) und Ventil (17) ausgebildet ist.