Drehzahl

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Einleitung

Drehzahl, auch als Umlauffrequenz bezeichnete periodische Bestimmungsgröße für die mechanische Leistung von Maschinen. Unter der Drehzahl versteht man die Anzahl der vollständigen Umdrehungen eines rotierenden Körpers in einer bestimmten Zeit. Nach SI-Einheiten (siehe internationales Einheitensystem) wird die Drehzahl in „pro Sekunde” (1/s) angegeben; um Verwechslungen mit anderen Größen gleicher Einheiten (z. B. Frequenz) zu vermeiden, wird meist Umdrehungen pro Minute (U/min) verwendet.

Kritische Drehzahlen sind dadurch gekennzeichnet, dass bei ihnen Resonanzerscheinungen durch Biegeschwingungen auftreten, die zum Bruch des Maschinenteils führen können, weil die Beanspruchung die des normalen Betriebs übersteigt.

Die synchrone Drehzahl ist ein Begriff aus der Elektrotechnik der Wechselstrommaschinen; sie wird bei verlustfreiem Leerlauf erreicht und berechnet sich aus der Netzfrequenz und der Polpaar-Anzahl der Statorwicklung.

Drehzahlfolgen wurden zur Vereinheitlichung universell einsetzbarer Werkzeugmaschinen und deren Zubehör festgelegt, die auf den genormten Drehzahlen elektrischer Antriebsmotoren beruhen, damit Anpassungsübersetzungen entfallen.

Die Drehzahl ist eine wichtige Steuer- und Regelgröße von Arbeitsmaschinen, die zu diesem Zweck direkt oder indirekt gemessen werden kann.

Direkt wird die Drehzahl einer Welle durch ein mechanisch angekuppeltes Zahnradgetriebe mit Zählwerk gemessen; wichtiger sind jedoch analoge Drehzahlaufnehmer, bei denen entweder eine drehzahlproportionale Spannung induziert wird (Wirbelstromtachometer, Tachogeneratoren) oder Impulse abgegriffen werden, deren Folgefrequenz der Drehzahl proportional ist und mit Hilfe der digitalen Zählertechnik bestimmt werden kann.

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Indirekte Drehzahl-Messmethoden:

2.1

Magnetfeldänderungen

Induktive Aufnehmer für die Messung von Drehzahlen sind mechanisch sehr robust. Damit ist es insbesondere im Maschinenbau möglich, die Drehzahl verschiedener Zahnräder gleichzeitig aufzunehmen, weil die geometrischen Abmessungen des induktiven Aufnehmers auf die des Zahnrads zugeschnitten werden können. Die Zähne des drehenden Zahnrads ändern den magnetischen Widerstand des Aufnehmers periodisch, an seinen Klemmen entsteht eine drehzahlproportionale Spannung.

Das Magnetfeld (siehe Magnetismus) kann auch durch die drehende Welle selbst erzeugt werden: An der interessierenden Stelle wird ein Permanentmagnet aufgeklebt. Die periodische Änderung des Magnetfelds wird zur drehzahlproportionalen Anzeige gebracht.

Als Messwertaufnehmer dienen entweder die gegenüber Umwelteinflüssen robusten Hall-Schaltkreise oder – allerdings etwas temperaturempfindliche – magnetoresistive Sensoren, die auf dem anisotropen magnetoresistiven Effekt ferromagnetischer Materialien mit eigener Magnetisierung beruhen.

2.2

Unterbrochene Lichtstrahlen

Ohne Beeinflussung des rotierenden Teils können mit optischen Aufnehmern alle mechanischen Größen an Festkörpern gemessen werden, die auf Licht reagieren. Ein sehr empfindlicher optischer Aufnehmer ist der Photowiderstand, bei dem die Hell-Dunkel-Widerstandsänderung mehrere hundert Kiloohm (kΩ) betragen kann.