— Q U E S T I O N: Wie funktionieren die Anzeigen in Autos und Flugzeugen? Der Tachometer zeigt die Geschwindigkeit immer noch genau an, unabhängig davon, wie stark der Motor arbeitet, z. B. wenn ein Auto einen Hügel hinauf- oder hinunterfährt. Wie ist das möglich? Wie misst ein Flugzeug seine Geschwindigkeit? Misst es die Windströmung über den Flügeln? Wenn ja, wie kompensieren die Instrumente den Seitenwind? Und wie funktioniert eine Fluglageanzeige trotz der auf das Flugzeug einwirkenden g-Kräfte? – Drew U.
A N S W E R: Donnerwetter, Drew. Das sind verdammt viele Fragen. Ich zähle sechs Fragezeichen! Die Sache ist die, dass ich pro Kolumne und nicht pro Frage bezahlt werde, also ist das eine ziemlich große Belastung für einen einzelnen Answer Geek in einer einzigen Woche, vor allem, wenn man bedenkt, dass ein wichtiger Feiertag ansteht und so weiter. Ganz zu schweigen von der Tatsache, dass Sie bei der Einsendung Ihrer Frage nicht das Kästchen angekreuzt haben, mit dem Sie mir eine kleine Spende für all die Mühe hätten zukommen lassen können. Aber das macht ja niemand.
Andererseits sind das verdammt gute Fragen, die Sie gestellt haben. Wenn man darüber nachdenkt, steht eine ganze Menge auf dem Spiel, wenn es um die Genauigkeit all dieser Ziffernblätter und Messgeräte geht. Die Fähigkeit, die Geschwindigkeit genau zu messen, ist sowohl für die Sicherheit im Auto als auch im Flugzeug von entscheidender Bedeutung.
Zum Beispiel möchte man immer, dass der Pilot eine Vorstellung davon hat, wie schnell sich das Flugzeug bewegt, wenn man zur Landung ansetzt. Und eine genaue Anzeige der Geschwindigkeit Ihres Fahrzeugs ist sehr hilfreich, um diese lästigen Strafzettel zu vermeiden. Ich werde also Folgendes tun, Drew. Als gewissenhafter Antwortgeber werde ich alle Ihre Fragen beantworten, aber ich werde sie in zwei Hälften teilen. Diese Woche beschäftigen wir uns mit Autos, nächste Woche mit Flugzeugen.
Die Übersetzung der Zahlen
Beginnen wir also mit dem guten alten Tachometer, ja? Die Geschwindigkeit, mit der Ihr Auto unterwegs ist, mag zwar damit zusammenhängen, wie stark der Motor arbeitet und ob Sie bergauf oder bergab fahren, aber diese Faktoren haben überhaupt nichts mit der Messung der Geschwindigkeit zu tun. Stattdessen wird die Umdrehungsgeschwindigkeit einer Antriebswelle verwendet, um zu bestimmen, wie schnell sich Ihr Auto bewegt. Der Trick besteht darin, diese Drehung in die entsprechende Geschwindigkeit in Meilen pro Stunde umzurechnen.
Bei analogen Tachometern, bei denen eine Nadel auf eine Zahl auf einer Skala zeigt, wird das folgendermaßen gemacht. Auf der Antriebswelle befindet sich ein Schneckenrad, das wie eine Schraube mit einem Gewinde versehen ist. Dieses Schneckenrad dreht ein gekerbtes Zahnrad, das an einem Ende des Tachometerkabels sitzt. In diesem Kabel befindet sich ein rotierender Draht, der direkt durch die Drehung der Antriebswelle angetrieben wird.
Am anderen Ende des Drahtes im Tachometerkabel befindet sich nun ein Magnet. Dieser Magnet sitzt in einem sogenannten Schlepptopf, der aus einem nichtmagnetischen Metall, meist Aluminium, hergestellt ist. Der Magnet dreht sich, wenn sich der Draht dreht, und erzeugt so ein Magnetfeld, das den Schlepptopf zwingt, sich in dieselbe Richtung zu drehen. Am Schleppbecher ist eine Spindel befestigt, die mit dem Zeiger des Tachometers verbunden ist. Eine Spiralfeder auf der Spindel dient dazu, der Drehung des Schleppbechers entgegenzuwirken.
Wenn Sie beschleunigen, bewegt das verstärkte Magnetfeld den Schleppbecher weiter; wenn Sie langsamer werden, zieht die Feder den Zeiger zurück. Das ganze System ist so kalibriert, dass der Zeiger die richtige Geschwindigkeit anzeigt. Wenn Sie ganz aufhören, sich zu bewegen, zieht die Feder den Zeiger ganz auf Null zurück.
Digital funktioniert
Digitale Tachometer sind ein wenig anders. Ein Auto mit digitalem Tachometer verwendet einen Geschwindigkeitssensor, der in der Regel aus einem Magneten besteht, der von einer Drahtspule umgeben ist, ähnlich wie der Tonabnehmer bei einer E-Gitarre. Der Sensor ist direkt neben einem Zahnrad des Getriebes angebracht, und wenn sich das Zahnrad dreht, sausen seine Zähne vorbei und unterbrechen das Magnetfeld des Sensors. Der Vorgang ist vergleichbar mit der Art und Weise, wie eine schwingende Saite einen Gitarrentonabnehmer aktiviert. Die Bewegung des Zahnrads erzeugt einen elektrischen Strom, der direkt proportional zur Drehgeschwindigkeit des Zahnrads ist. Ein Computerchip verarbeitet den Strom und wandelt ihn in eine Zahl um, die der Geschwindigkeit entspricht, mit der Sie unterwegs sind, entweder in Meilen oder Kilometern pro Stunde.
Verstanden? Gut! Nächste Woche werden wir uns ansehen, wie die Fluggeschwindigkeit bestimmt wird. Zur Vorbereitung solltest du dir die Bernoulli-Gleichung zu Gemüte führen, denn so ungern ich das auch tue, ich glaube, ich muss ein wenig Mathematik einfließen lassen, um das Ganze zu verdeutlichen.
Todd Campbell ist Schriftsteller und Internetberater und lebt in Seattle. The Answer Geek erscheint wöchentlich, normalerweise donnerstags.