Tachometer

Wirbelstrom-Tachometer (Fahrradtacho)

Deuta-Tachometer eines historischen DAAG-Postbusses aus dem Jahr 1925

Tachometer und Drehzahlmesser (VW Golf 3, Impulszählung)

Geschwindigkeitsmesser im MFA20 eines ICE 3

Walzentacho in einem Mercedes-Benz W110

Ein Tachometer (von griechisch: tachýs; „schnell“) ist ein Gerät zur Messung und Darstellung der Geschwindigkeit eines Landfahrzeugs. Üblicherweise erfolgt eine analoge Anzeige auf einer Skala durch die „Tachonadel" (Zeigertachometer). In seltenen Fällen wird eine – ebenfalls analoge – Balkenanzeige (Walzentacho) oder die digitale Darstellung mittels Ziffernanzeige (Digitaltacho) oder einer Balkenanzeige durch ein LC-Display verwendet. Werden die Werte aufgezeichnet, spricht man von einem Tachographen oder Fahrtenschreiber. Stammt das Geschwindigkeitssignal aus einem Rechner, an den womöglich mehrere Geschwindigkeitssensoren angeschlossen sind, heißt der sichtbare Teil fachsprachlich Anzeiger. Der Gesetzgeber bezeichnet das Ganze als “Geschwindigkeitsmessgerät”, den Teil, der die Anzeige enthält, als “Geschwindigkeitsmesser”.^[1] Meist ist mit dem Tachometer auch der Kilometerzähler (engl. Odometer) verbunden, da sie einen gemeinsamen Antrieb haben.

Funktionsprinzipien

Die meisten Tachometer sind vom Messprinzip her eigentlich Drehzahlmesser. Die ersten, rein mechanischen Drehzahlmesser beruhten auf der Zentrifugalkraft. Als Erfinder gilt der deutsche Maschinenbauingenieur Diedrich Uhlhorn, der dies 1817 zuerst für Textilmaschinen benutzte. Ab 1844 wurde dieses Messprinzip auf Lokomotiven eingesetzt.

Beim 1888 von dem Kroaten Josip Belušić unter dem Namen »Velocimeter« patentierten Wirbelstromtachometer dreht sich ein Dauermagnet (1) und erzeugt in einer davor angebrachten Metallscheibe oder Glocke aus Aluminium (2) Wirbelströme. Die zusätzliche Feldenergie der Wirbelströme würde vermieden, wenn die drehbar gelagerte Scheibe mitrotieren würde. Daran wird sie aber durch eine Rückstellfeder (3) gehindert. Das Magnetfeld steigt linear mit der Geschwindigkeit, die Feldenergie quadratisch, die Kraftwirkung als deren Ableitung wieder linear, ebenso wie die Rückstellkraft der Feder mit ihrer Winkelauslenkung. Damit ist die Auslenkung der mit einem Zeiger versehenen Scheibe proportional zur Drehzahl. Der Zeiger ist mit einer kalibrierten Skala hinterlegt (4). Das verwendete Magnetmaterial hat eine hohe Curie-Temperatur, um den Temperaturgang des Messfehlers klein zu halten.

Die Verbindung der Messstelle mit dem Tachometer geschah früher über eine biegsame Welle (Tachowelle). Diese war anfällig für Verschleiß und verursachte bei zu großer Reibung eine unruhige Anzeige. Bei langen Übertragungswegen, etwa in Schienenfahrzeugen, wurde statt der Tachowelle ein Drehmelder eingesetzt. Der Drehmeldeempfänger am Ende der elektrischen Verbindung saß im Anzeiger und trieb dort einen Wirbelstromtachometer an. Einfacher war, die Wechselspannung eines Tachogenerators gleichzurichten und die – bei geringer Drehzahl allerdings wellige – Gleichspannung mit einem Drehspulinstrument anzuzeigen.

Inkrementalgeber erzeugen eine geschwindigkeitsproportionale Frequenz, die mit einer Analogschaltung in eine Spannung umgesetzt werden kann. Erstes Serienfahrzeug mit einem derartigen System war der Porsche 911 Turbo. Der Geber im Ausgleichsgetriebe bestand aus einem magnetischen Polrad und einem Reedkontakt.^[2] Moderne Autos haben Geber an jedem Rad (für ABS, ASR, ESP, Navi), deren Frequenz mit einem Mikrocontroller erfasst wird. Primäres Messergebnis ist dabei die Anzahl von Impulsen innerhalb eines bestimmten Messintervalls oder besser die Periodendauer zwischen Signalflanken.

Auch die Anzeigen haben sich gewandelt. Zeiger werden über einen weit größeren Winkel völlig linear und temperaturunabhängig von einem Schrittmotor bewegt oder auf einem Display simuliert, oft in Verbindung mit diversen anderen Anzeigen, siehe Kombiinstrument und Multifunction-Display.

Messfehler und Toleranzen

Alle hier vorgestellten Methoden basieren nicht auf der direkten Messung der in einer bestimmten Zeit zurückgelegten Wegstrecke, sondern auf einer Drehzahlmessung und sind daher abhängig vom Abrollumfang der Räder. Werden größere oder kleinere Räder montiert, ist eine Tachojustierung nötig. Kleinere Fehlerbeiträge, die nicht proportional zur gefahrenen Geschwindigkeit sind, entstehen durch Fliehkräfte und durch Schlupf aufgrund steigenden Luftwiderstands.

Verschleiß führt bei Autos zu Messfehlern von wenigen Prozent, bei Schienenfahrzeugen beträgt er bis über 10 % und muss korrigiert werden. Unter ETCS beträgt die zulässige Grenze für den Messfehler unterhalb von 30 km/h konstant 2 km/h und nimmt darüber linear zu, bis auf 12 km/h bei 500 km/h. Für Kraftfahrzeuge in Europa und vielen anderen Ländern gilt, dass die angezeigte Geschwindigkeit nicht unterhalb der tatsächlich gefahrenen liegen, aber nach oben um max. 10 % v + 4 km/h abweichen darf.^[1]

Ein energieproportionaler Tachometer zeigt indirekt die Länge des Bremsweges an

Tachometer zeigen die Geschwindigkeit linear an. Die kinetische Energie des Fahrzeugs und seiner Insassen, und somit der Bremsweg, steigt jedoch mit dem Quadrat der Geschwindigkeit. Ein Tachometer, der als Indikator für das geschwindigkeitsbedingte Risiko dienen soll, müsste daher eine energieproportionale (oder bremswegproportionale) Anzeige haben (siehe Abbildung). Tatsächlich gab es ähnliche Konstruktionen bei den Modellen GS und CX von Citroën in den siebziger Jahren. Allerdings war im unteren Geschwindigkeitsbereich die Geschwindigkeit auf der analogen Skala schwer ablesbar. Heute könnte dieses Problem durch eine Kombination von Analog- und Digital-Anzeige gelöst werden.

Geschwindigkeitsanzeige

Geschwindigkeitsanzeigeanlage (ausgeschaltet)

Geschwindigkeitsanzeigen am Straßenrand dienen als Rückmeldung für Führer von Kraftfahrzeugen und ermahnen zur Einhaltung von Tempolimits.

Die Unfallforschung der Versicherer (UDV) führte in der 2010 veröffentlichten Untersuchung „Evaluation dynamischer Geschwindigkeitsrückmeldung“ ^[3] einen Vergleich dieser dynamischen Geschwindigkeitsanzeigen mit dem sogenannten Dialog-Display durch. Obwohl das Dialog-Display die gefahrene Geschwindigkeit nicht anzeigt und lediglich durch die Anzeige von „Danke“ und „Langsam“ lobt und tadelt, zeigten sich stärkere und dauerhafte Rückgänge der Durchschnittsgeschwindigkeiten.

Siehe auch

• Fahrtmesser (durch Luft) beim Flugzeug
• Doppler-Radar für Geschwindigkeit über Grund bei Flugzeugen, Schienenfahrzeugen sowie zur Erprobung des Fahrverhaltens von Automobilen)
• Trägheitsnavigation
• Geschwindigkeitsmessung beim Schiff (Logge)
• Fahrradcomputer beim Fahrrad.

 Commons: Tachometer – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Quellen

1. ↑ ^{a b} ECE-Regelung R 39
2. ↑ Jörg Austen, Sigmund Walter: Porsche 911 - Die technische Dokumentation. Motorbuch Verlag, Stuttgart, 1995, ISBN 3-613-01689-3, S. 71.
3. ↑ C. Schulze, T. Gehlert: Forschungsbericht VV 03: Evaluation dynamischer Geschwindigkeitsrückmeldung. 2010, ISBN 978-3-939163-27-5.