Klucze (czy też szerzej: narzędzia) dynamometryczne należą do szczególnej grupy narzędzi ręcznych łączących funkcję pomiarową z montażową. W zakładzie, który chce postępować zgodnie z instrukcjami serwisowymi, powinno się znaleźć kilka takich kluczy o różnych zakresach regulacji momentu obrotowego i co najmniej
jeden wkrętak dynamometryczny.

Jeśli zakład używa do montażu narzędzi pneumatycznych, wśród nich powinny się również znaleźć modele umożliwiające ustawienie maksymalnego momentu obrotowego.

W praktyce warsztatowej ze stosowaniem narzędzi dynamometrycznych bywa różnie. Autoryzowane serwisy mają obowiązek stosowania ich podczas montażu części oraz okresowego kontrolowania stanu technicznego i precyzji działania. Warsztaty niezależne postępują według własnej polityki, a ta często sprowadza się do cięcia kosztów, tymczasem narzędzia dynamometryczne są drogie i podatne na uszkodzenia.
Zdarzają się mechanicy, którzy nie wierzą, że wartość momentu obrotowego ma duże znaczenie (może poza dokręcaniem głowicy silnika). Inni, po latach praktyki, są przekonani, że potrafią wystarczająco precyzyjnie „wyczuć” każdą śrubę i nie potrzebują obiektywnego pomiaru. Tymczasem świat się zmienia, wzrasta precyzja produkcji podzespołów, czasami polityka producentów pojazdów przewiduje stosowanie materiałów o niższej niż dawniej wytrzymałości mechanicznej. Dlatego dzisiaj łatwiej niż dawniej można uszkodzić gwint, nadużywając siły przy dokręcaniu jakiegoś elementu.

Po co sprawdza się moment obrotowy?

Moment obrotowy w końcowej fazie dokręcania połączenia śrubowego mierzy się po to, żeby mieć pewność, że na łączone elementy będą działały siły o wartościach przewidzianych przez producenta. W zależności od sytuacji zasadnicza przyczyna może być różna, ale w większości przypadków chodzi o którąś z niżej wymienionych:

• Ograniczając maksymalny moment obrotowy zabezpieczamy się przed uszkodzeniem gwintu. Jeśli jest on wykonany na powierzchni otworu wywierconego w podzespole (np. głowicy silnika), zmniejszamy ryzyko poważnego uszkodzenia.
• Zachowując zalecaną kolejność dokręcania śrub i moment obrotowy, zabezpieczamy łączone elementy przed odkształceniem. Ma to znaczenie zwłaszcza w przypadku łączenia części o dużej powierzchni.
• Stosując zalecany moment obrotowy przy łączeniu elementów pomiędzy którymi układa się uszczelkę, upewniamy się, że uzyska ona odpowiedni kształt i zapewni wymaganą szczelność połączenia.

Zwykły sposób użycia klucza (albo innego narzędzia) dynamometrycznego polega na ustawieniu zadanego momentu obrotowego i delikatnym dokręcaniu śruby do chwili zadziałania sygnalizacji albo wysprzęglenia klucza.

Konstrukcja klucza dynamometrycznego

Na rynku są dostępne narzędzia dynamometryczne o różnej konstrukcji, sposobie działania i przeznaczeniu. Wybór jest tak szeroki, że można wybrać narzędzie o niemal dowolnej kombinacji właściwości i w kilku różnych kategoriach cenowych. Najczęściej spotyka się następujące konstrukcje kluczy dynamometrycznych.

• Zegarowe – wartość momentu siły można odczytać na skali wskaźnika zegarowego. Istnieją odmiany, w których można ustawić wartość momentu, która włączy sygnał ostrzegawczy.
• Wychylne – najmniej dokładne i najtańsze. Wskazówka związana z częścią klucza, w której zamocowana jest nasadka, porusza się względem skali zamontowanej przy rękojeści. Należy je uznać raczej za wskaźnik niż miernik momentu siły.
• Elektroniczne – najbardziej precyzyjne i najdroższe, wykorzystują tensometry do pomiaru sił działających na ruchome elementy klucza.
  Ze sprzęgłem ślizgowym – skutecznie zabezpieczają przed przyłożeniem zbyt dużej siły. Po osiągnięciu zadanej wartości momentu obrotowego końcówka klucza jest wysprzęglana i obraca się swobodnie, nie przenosząc siły przyłożonej do rączki klucza.
• Wyzwalane – w momencie osiągnięcia progu zadziałania wyzwalany jest jakiś sygnał, często akustyczny (np. kliknięcie), który ostrzega przed przekroczeniem dopuszczalnej wartości momentu.
• Łamane – po osiągnięciu ustawionej wartości momentu obrotowego końcówka klucza „łamie się” i obraca o pewien kąt względem rączki klucza. Osiągnięcie progu wyzwolenia jest bardzo dobrze wyczuwalne, ale konstrukcja klucza nie zabezpiecza przed przekroczeniem ustawionej wartości momentu.
• Bez skali – wstępnie ustawione. Wykorzystywane na liniach produkcyjnych, ale także w niektórych serwisach, na przykład rowerowych – tam, gdzie zazwyczaj używa się tylko kilku wartości momentu obrotowego.

Klucze cyfrowe i oprogramowanie

Oprócz tradycyjnych kluczy dynamometrycznych na rynku dostępne są narzędzia działające na nieco innej zasadzie. Zamiast sprężyny o regulowanej sile nacisku stosuje się w nich tensometry: elementy elektroniczne, których rezystancja zależy od przyłożonej siły. Sygnał elektryczny jest następnie zamieniany na postać cyfrową i przetwarzany przez mikrokontroler wbudowany w klucz. Można spotkać wiele opcji oferowanych przez klucze elektroniczne: zapamiętywanie wielu ustawień, ostrzeżenie o zbliżaniu się do zadanej wartości momentu obrotowego. Ułatwia to precyzyjne dokręcanie śrub. Oprócz podstawowej funkcji pomiaru siły niektóre klucze elektroniczne umożliwiają precyzyjny pomiar kąta obrotu. Jest to niezwykle przydatne, jeśli procedura montażu przewiduje dokręcenie śruby z zadanym momentem, a następnie dodatkowo obrót o określony kąt.
Klucze elektroniczne są bardzo dokładne. Moment obrotowy jest mierzony z niepewnością rzędu 1%. Inaczej niż w przypadku kluczy sprężynowych nie ma ryzyka zmniejszenia dokładności spowodowanego długotrwałym pozostawieniem klucza ustawionego na duży moment obrotowy.
Klucze cyfrowe mogą gromadzić dane pomiarowe i wysyłać je do zewnętrznych urządzeń. Ułatwia to nadzorowanie procesu produkcji i kontrolę postępowania według dokumentacji projektowej. W zależności od wersji klucze mogą wysyłać dane przez przewód USB, przez interfejs Bluetooth albo przez dedykowany interfejs bezprzewodowy pracujący w standardzie producenta klucza.
Transmisja danych w czasie rzeczywistym umożliwia archiwizowanie ich w systemie komputerowym, eksport do plików
(np. w formacie Excela) oraz przetwarzanie w czasie rzeczywistym (np. wyświetlanie wyniku na monitorze umieszczonym na stanowisku pracy). Akurat ta cecha ma większe zastosowanie w przemyśle (np. na taśmie produkcyjnej) niż w warsztacie samochodowym. Podobnie jest z możliwością zablokowania ustawienia klucza i wyłączenia klawiatury tak, żeby pracownicy nie mogli samodzielnie zmieniać zdefiniowanego przez nadzór momentu obrotowego.
Mimo że część dostępnych opcji nie znajduje zastosowania w serwisie, warto rozważyć wybór kluczy z odczytem cyfrowym, przede wszystkim ze względu na dużą dokładność i powtarzalność pomiarów. Producenci starają się promować nowoczesne rozwiązania, więc od czasu do czasu można spotkać bardzo atrakcyjne oferty.

Uszkodzenia

W warsztacie samochodowym nie spotyka się wielu narzędzi ręcznych wymagających równie delikatnego traktowania. Przyrządy pomiarowe: suwmiarki, czujniki, mierniki elektroniczne i zestawy diagnostyczne są delikatne, ale ich rola sprowadza się do pomiaru. Używając ich, niemal odruchowo zachowuje się szczególną ostrożność.
Narzędzia dynamometryczne łączą funkcję pomiarową z funkcją narzędzia montażowego. Oznacza to konieczność przyłożenia relatywnie dużej siły, która może spowodować uszkodzenie lub pogorszenie precyzji działania narzędzia, zwłaszcza jeśli zostanie wybrane narzędzie o nieodpowiednich parametrach (zbyt małym dopuszczalnym momencie obrotowym).
Żeby zminimalizować ryzyko uszkodzenia klucza, należy unikać stosowania go w zakresie maksymalnych przewidywanych przez producenta momentów obrotowych. W idealnym przypadku w warsztacie powinien znaleźć się zestaw kluczy, których zakresy pomiarowe zachodziłyby na siebie w taki sposób, żeby uzyskać pełne pokrycie we wszystkich spotykanych przypadkach, nie przekraczając 80–90% maksymalnego momentu obrotowego każdego z kluczy.
Do dobrych praktyk należy „luzowanie” klucza po użyciu tak, żeby wartość momentu obrotowego ustawiona na czas przechowywania narzędzia była jak najbardziej zbliżona do najniższej, którą da się ustawić. W ten sposób zmniejsza się ryzyko trwałego odkształcenia sprężyn i rozkalibrowania klucza. Innym dobrym zwyczajem jest odkładanie narzędzi dynamometrycznych zawsze w to samo bezpieczne miejsce i zabezpieczanie ich futerałem po zakończonej pracy.

Klucz dynamometryczny służy do zakręcania śrub. Nie wolno używać go do odkręcania śrub, które stawiają opór (są zapieczone, zardzewiałe). Jeśli na wrażliwy mechanizm klucza zadziała zbyt duża siła, w dodatku przyłożona odwrotnie, niż przewiduje to konstrukcja klucza, bardzo prawdopodobne jest uszkodzenie elementu ograniczającego moment obrotowy. W najlepszym przypadku uszkodzenie będzie odwracalne, ale żeby je usunąć, potrzebna będzie pomoc serwisu i ponowna kalibracja klucza.
Ze względu na dużą wartość narzędzia i wynikającą z niej tendencję do zmiany właściciela wielu producentów oferuje bezpłatną usługę znakowania narzędzi dynamometrycznych metodą grawerowania albo tłoczenia. Oprócz tego każdy egzemplarz ma nadany indywidualny numer seryjny (konieczny do wystawienia świadectwa legalizacji). Te informacje znajdują się na fakturze potwierdzającej zakup, ale warto je przechowywać również w innym miejscu, np. w ewidencji wyposażenia. Dokumenty księgowe mogą być wycofywane i niszczone po 5 latach od wystawienia. Dobrej jakości narzędzia, jeśli są rozsądnie eksploatowane, wytrzymają znacznie dłużej.

Kontrola i legalizacja

Klucze dynamometryczne służą do montażu podzespołów, ale każde użycie takiego klucza jest jednocześnie pomiarem. Z każdą wykonaną operacją (dokręceniem śruby) elementy narzędzia odpowiedzialne za pomiar momentu obrotowego są poddawane obciążeniom, które mogą powodować odkształcenie części i zmianę właściwości elementów sprężynujących i tensometrów mierzących działające siły. W rezultacie po pewnym czasie rzeczywisty moment obrotowy nie odpowiada wartości nastawionej na skali klucza (w przypadku kluczy tradycyjnych) lub zdefiniowanej w mikrokontrolerze (w kluczach cyfrowych). Dlatego klucze dynamometryczne, podobnie jak inne przyrządy pomiarowe, powinny być kontrolowane i legalizowane.
Każdy producent kluczy zaleca kontrolę i regulację kluczy po pewnej liczbie wykonanych operacji (zazwyczaj pomiędzy 5000 a 10 000 operacji), ale nie rzadziej niż raz do roku. Zdarza się, że producenci pojazdów udzielający warsztatowi autoryzacji wymagają częstszej kontroli narzędzi dynamometrycznych (na przykład nie rzadziej niż co 6 miesięcy). Stwarza to pewien problem logistyczny, ponieważ trzeba zaplanować kontrolę narzędzi tak, żeby nie zakłócała normalnego rytmu pracy warsztatu. Rozwiązaniem może być dodatkowy komplet kluczy, ale oznacza to niebagatelny wydatek.
W większych zakładach, w których używa się wielu kluczy na wielu stanowiskach roboczych, dobrym rozwiązaniem może być zainstalowanie przyrządu do kontroli kluczy. Jest on wyposażony w element pomiarowy sprzęgnięty z końcówką, na którą nakłada się kontrolowany klucz. Przyrząd ten mierzy moment obrotowy (a czasami również kąt obrotu) z dużą dokładnością i wyświetla wynik, który można porównać ze wskazaniami klucza. Jeśli różnica przekracza dopuszczalne odchylenie, klucz należy wycofać z użytku i poddać procedurze kalibracji.
Do kalibracji wykorzystuje się specjalistyczne (i kosztowne) urządzenia dostarczane przez producentów kluczy lub firmy niezależne. Z punktu widzenia warsztatu ich zakup nie wydaje się dobrym rozwiązaniem, ponieważ cena wielokrotnie przekracza cenę dobrej jakości kluczy, a dodatkowy koszt eksploatacji wynika z potrzeby… okresowej kontroli i kalibracji stanowiska. Lepszym rozwiązaniem jest znalezienie firmy, która świadczy tego typu usługi. Ceny sprawdzenia klucza oscylują w granicach kilkudziesięciu złotych. Za kalibrację i wydanie świadectwa trzeba zapłacić około 100 zł.

Nie tylko klucze

W warunkach warsztatu samochodowego najczęściej używa się kluczy dynamometrycznych dostosowanych do współpracy z różnego rodzaju końcówkami zamkniętymi (nasadkami) i otwartymi. Warto pamiętać, że oferta narzędzi dynamometrycznych jest znacznie szersza i obejmuje z jednej strony precyzyjne wkrętaki używane w serwisach elektroniki o zakresie ustawień rzędu pojedynczych niutonometrów (Nm) lub ich części. Z drugiej strony w przemyśle spotyka się klucze dynamometryczne z napędem pneumatycznym lub elektrycznym, których moment obrotowy sięga tysięcy Nm.

Piotr Kołaczek