Messtechnik

Drehzahl- und Geschwindigkeitsmessung

Inhaltsübersicht

Du möchtest Geschwindigkeiten mit Hilfe eines Tachos messen, bist aber mit dessen Funktionsweise nicht vertraut? Und andere Methoden fallen dir auf Anhieb auch nicht ein? Dann bleib jetzt dran.

Mechanisches-, Elektrodynamisches- und Zählverfahren

Da die Geschwindigkeit und die Drehzahl proportional zueinander stehen, genügt es uns, wenn wir auf die Drehzahlmessung eingehen. Es gibt dabei drei verschiedenen Methoden, um die Drehzahl zu erfassen: Das mechanische-, elektrodynamische- und das Zählverfahren.

Fangen wir mit dem mechanischen Verfahren an: Ein solches Messgerät ist zum Beispiel das Fliehkraftpendel. An den äußeren Seiten befinden sich Gewichte, die eine Fliehkraft ausüben. In der Mitte ist eine Feder, die diese Gewichte in den Nullzustand setzt. Alternativ können die Gewichte auch mit Hilfe einer Gewichtskraft ausgeglichen werden. Die Welle nimmt eine rotierende Bewegung auf.

Fliehkraftpendel  Mechanisches Verfahren
Fliehkraftpendel

Die Gleitmuffe fängt jetzt an sich durch die übertragene Kraft zu bewegen. Diese Auf- und Abbewegung kannst du aufzeichnen und erhältst eine skalare Anzeige, also einen Zahlenwert des Augenblickwerts. Der Zahlenwert ist direkt proportional zur eingehenden Rotation, sprich zu unserer Drehzahl. Damit kann das Fliehkraftpendel also als Drehzahlmesser benutzt werden.

Elektrodynamischer Drehzahlmesser

Kommen wir nun zum zweiten Verfahren, dem elektrodynamischen Drehzahlmesser. Bei diesem Verfahren verwenden wir ein Wirbelstromtachometer. Dieses besteht aus einer Antriebswelle, einem Dauermagneten, einem leitfähigen Material – beispielsweise einem Kupferzylinder – sowie einer Spiralfeder und einem Zeiger. Dieser Zeiger soll uns am Ende anzeigen, wie stark unsere Rotation, sprich wie hoch unsere Drehzahl ist. Doch beginnen wir mit der Welle: Diese beginnt zu rotieren und setzt damit den Magneten in Bewegung. Durch diese Bewegung entsteht im Kupferzylinder ein weiteres Magnetfeld, das wiederum über Wirbelströme eine Kraft erzeugt und den Zylinder damit in Bewegung versetzt. Normalerweise wäre das auch der Fall, aber an dieser Stelle kommt die Feder ins Spiel, die genau diese Rotation verhindern soll. Die Feder bringt eine Gegenkraft auf und hält damit den Zylinder in Position. Diese Kraft wird schließlich auf den Zeiger übertragen und so kann dort auf einer Skala die Drehzahl anzeigt werden.

Elektrodynamisches Verfahren
Elektrodynamisches Verfahren

Du erkennst bestimmt schon, dass der Ausschlag stärker sein muss, je stärker die Welle rotiert. Das liegt daran, dass die übertragene Kraft proportional zur Rotation des Magneten und somit zur Drehzahl ist. Durch diesen Zusammenhang fungiert der Zeiger unseres Wirbelstromtachometers als Anzeige für die Drehzahl. Super, damit haben wir schon das zweite Verfahren abgeschlossen!

Zählverfahren

Schauen wir uns jetzt noch die letzte Methode an: Die Drehzahlmessung mittels Zählung. Dabei legt man zunächst eine Messzeit fest. In dieser Messzeit werden einem Impulszähler Spannungsimpulse zugefügt. Diese entstehen durch eine umlaufende Welle, die magnetische oder optische Impulse liefert. Mit Hilfe von Sensoren können diese in elektrische Spannungsimpulse umgewandelt werden. Durch einen f/U-Wandler kannst du die zugeführte Impulsfrequenz anschließend in eine proportionale Gleichspannung umwandeln, um ein analoges Signal zu erhalten.

Drehzahlmessung  Zählverfahren
Drehzahlmessung mittels Zählung

Das klingt jetzt alles ein bisschen kompliziert, doch schauen wir uns dazu mal ein Beispiel an:

Beispiel

Bei der Übertragung von magnetischen Signalen können wir uns einen Aufbau mit Dauermagneten vorstellen. Dabei benötigen wir eine Spule, ein Polstück, einen elektrischen Ausgang und zu guter Letzt ein Zahnrad. Du siehst, dass sich zwischen zwei Zähnen stets eine Zahnlücke befindet. Fängt das Zahnrad an sich zu bewegen, kommt es in dieser Lücke zu Änderungen des Magnetfeldes. Diese Änderungen werden in einer elektronischen Verstärkerschaltung in Spannungsimpulse umgewandelt.

Beispiel  Drehzahlmessung  Zählverfahren
Beispiel

Je schneller sich das Rad also dreht, desto mehr Spannungsimpulse werden aufgezeichnet. Durch diesen Zusammenhang können wir diesen Aufbau ebenfalls als Drehzahlmesser verwenden. Damit haben wir die letzte Möglichkeit kennen gelernt und sind für alle Drehzahlmessungen gewappnet.

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