Tachometer

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Hintergrund

Ein Tachometer ist ein Gerät, das verwendet wird, um die Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeugs zu messen, normalerweise um ein vernünftiges Tempo aufrechtzuerhalten. Seine Entwicklung und der spätere Status als Standard in Automobilen führten zur Durchsetzung gesetzlicher Geschwindigkeitsbegrenzungen, eine Idee, die seit den Anfängen der pferdelosen Kutschen in der Praxis war, aber von der Öffentlichkeit weitgehend ignoriert wurde. Heutzutage ist kein Auto ohne einen intakten Tachometer ausgestattet; Es ist am Cockpit eines Fahrzeugs befestigt und teilt sich normalerweise ein Gehäuse mit einem Kilometerzähler, einem Mechanismus, der zur Aufzeichnung der gefahrenen Gesamtstrecke verwendet wird. Derzeit werden zwei grundlegende Typen von Autotachometern, mechanische und elektronische, hergestellt.

Verlauf

Das Konzept der Reisedatenerfassung ist fast so alt wie das Konzept der Fahrzeuge. Die frühen Römer markierten die Räder ihrer Streitwagen und zählten die Umdrehungen, schätzten die zurückgelegte Strecke und die durchschnittliche Tagesgeschwindigkeit. Im elften Jahrhundert entwickelten chinesische Erfinder einen Mechanismus mit einem Räderwerk und einem beweglichen Arm, der nach einer bestimmten Entfernung auf eine Trommel schlug. Die nautischen Geschwindigkeitsdaten wurden im 16. Jahrhundert durch eine Erfindung namens Chiplog aufgezeichnet, eine in regelmäßigen Abständen verknotete und gewichtete Leine, um im Wasser zu schleifen. Die Anzahl der in einer bestimmten Zeit ausgelassenen Knoten würde die Geschwindigkeit des Schiffes bestimmen, daher wird auch heute noch der nautische Begriff "Knoten" verwendet.

Das erste Patent für einen Drehzahlmesser mit rotierender Welle wurde 1916 dem Erfinder Nikola Tesla erteilt. Zu diesem Zeitpunkt wurden Tachometer jedoch bereits seit mehreren Jahren produziert. Die Entwicklung des ersten Tachometers für Autos wird oft A. P. Warner zugeschrieben, dem Gründer der Warner Electric Company. Um die Jahrhundertwende erfand er einen sogenannten Cutmeter, mit dem die Geschwindigkeit industrieller Schneidwerkzeuge gemessen wird. Da er erkannte, dass der Schnittmesser an das Auto angepasst werden könnte, modifiziert er das Gerät und startete eine große Werbekampagne, um seinen Tachometer der breiten Öffentlichkeit vorzustellen. Mehrere Konzepte von Geschwindigkeitsanzeigern wurden zu dieser Zeit von konkurrierenden Quellen eingeführt, aber Warners Design war sehr erfolgreich. Bis zum Ende des Ersten Weltkriegs produzierte die Warner Instrument Company neun von zehn Tachometern, die in Autos verwendet wurden.

Der Oldsmobile Curved Dash Runabout, der 1901 auf den Markt kam, war die erste Automobillinie, die mit einem mechanischen Tachometer ausgestattet war. Cadillac und Overland folgten bald, und Tachometer tauchten regelmäßig als werkseitig eingebaute Option in neuen Autos auf. Tachos dieser Zeit waren bei Tageslicht schwer abzulesen und ohne Lampe im Gehäuse nachts praktisch unleserlich. Das Antriebskabel war bei frühen Modellen entweder an den Vorderrädern oder hinten am Getriebe befestigt, aber die Integration des Antriebskabels in das Getriebegehäuse sollte erst in weiteren 20 Jahren erfolgen. Nach dieser Verbesserung blieb der grundlegende technische Aufbau eines Tachometers bis zum Aufkommen des elektronischen Tachometers Anfang der 1980er Jahre unangetastet.

Rohstoffe

Die bei der Herstellung von Tachometern verwendeten Materialien variieren je nach Art des Messgeräts und der beabsichtigten Anwendung. Ältere mechanische Modelle bestanden vollständig aus Stahl und anderen Metalllegierungen, aber in späteren Jahren wurden etwa 40% der Teile für einen mechanischen Tachometer aus verschiedenen Kunststoffpolymeren geformt. Neuere elektronische Modelle bestehen fast ausschließlich aus Kunststoff, und die Konstrukteure verbessern die verwendeten Polymere ständig. Zum Beispiel besteht das Gehäuse der Hauptbaugruppe eines Tachometers normalerweise aus Nylon, aber einige Hersteller verwenden jetzt das wasserbeständigere Polybutylenterephthalat (PBT)-Polyester. Der Schneckenantrieb und die Magnetwelle sind ebenfalls aus Nylon, ebenso wie das Räderwerk und die Spindeln des Tachometers. Die Displaylinse aus Glas der jüngeren Vergangenheit besteht nun aus transparentem Polycarbonat, einem starken, flexiblen Kunststoff, der hitze-, feuchtigkeits- und stoßfest ist.

Design

Bei einem mechanischen Tachometer ist ein rotierendes Kabel an einem Zahnradsatz im Getriebe des Automobils befestigt. Dieses Kabel ist direkt an einem Permanentmagneten in der Tachobaugruppe befestigt, der sich proportional zur Geschwindigkeit des Fahrzeugs dreht. Während sich der Magnet dreht, manipuliert er einen Aluminiumring und zieht ihn in die gleiche Richtung wie das sich drehende Magnetfeld; der Bewegung des Rings wird jedoch durch eine Spiralfeder entgegengewirkt. Am Aluminiumring befestigt ist der Zeiger, der die Geschwindigkeit des Fahrzeugs anzeigt, indem er das Gleichgewicht zwischen diesen beiden Kräften markiert. Wenn das Fahrzeug langsamer wird, lässt die magnetische Kraft auf den Aluminiumring nach und die Feder zieht den Zeiger des Tachometers auf Null zurück.

Elektronische Tachometer sind in neueren Fahrzeugen fast überall vorhanden. Bei dieser Art von Anzeige misst ein im Getriebe eingebauter Impulsgeber (oder Tachogenerator) die Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Es kommuniziert dies über elektrische oder magnetische Impulssignale, die entweder in eine elektronische Anzeige übersetzt oder zur Manipulation einer herkömmlichen magnetischen Messanordnung verwendet werden.

Der Herstellungsprozess
Prozess

Stahlbauteile

• 1 Zur Bildung von geschmolzenem Stahl wird Eisenerz mit Koks geschmolzen, einer kohlenstoffreichen Substanz, die entsteht, wenn Kohle im Vakuum erhitzt wird. Je nach Legierung können auch andere Metalle wie Aluminium, Mangan, Titan und Zirkonium eingebracht werden. Nachdem der Stahl abgekühlt ist, wird er zwischen Hochdruckwalzen zu Blechen geformt und an die Fertigungsanlage verteilt. Dort können die Einzelteile in Formen gegossen oder auf großen Walzmaschinen aus Stangenmaterial gepresst und geformt werden.

Kunststoffteile

• 2 Die verschiedenen Kunststoffe, die in einer Instrumentenfabrik ankommen, wurden zunächst aus organisch-chemischen Verbindungen hergestellt, die aus Erdöl gewonnen werden. Diese Polymere werden in Pelletform zur Verwendung im Spritzgussverfahren vertrieben. Um die kleinen Teile für eine Tachobaugruppe herzustellen, werden diese Pellets in den Trichter einer Formmaschine geladen und geschmolzen. Eine hydraulische Schnecke drückt den Kunststoff durch eine Düse und in eine vorgefertigte Form, wo der Kunststoff abkühlen und verfestigen kann. Anschließend werden die Teile gesammelt und zu Montagestationen transportiert.

Montage

• 3 Die Art der Montage und der Grad der menschlichen Interaktion hängen von der Qualität des Tachos ab. Einige billige Tachometersysteme werden als "Einwegsysteme" hergestellt, was bedeutet, dass die Instrumente nicht für eine einfache Demontage oder Reparatur gebaut sind. In diesem Fall wird der Beschlag durch ein sogenanntes Nieten befestigt, bei dem ein Kopfstift eingesetzt und am anderen Ende abgestumpft wird, wodurch eine dauerhafte Verbindung entsteht. High-End-Tachometersysteme bestehen aus zwei Hauptbaugruppen, die durch Schrauben befestigt sind; Der Vorteil besteht darin, dass die innere Hardware des Messgeräts für Reparatur und Neukalibrierung zugänglich ist.
• 4 Die innere Welle und die Tachobaugruppe werden dann mit Nieten oder Schrauben an ihrem Platz verschweißt. Die in mechanischen Tachos verwendeten Permanentmagnete werden vor dem Eintreffen im Werk komprimiert und vergossen und müssen daher nur noch auf dem Schneckengetriebe montiert werden. Bei elektronischen Tachometern werden auch Glasfaser-Kupfer-Schaltungen von den Herstellern hergestellt und müssen vor dem Einschrauben in das größere System programmiert werden. Diese größeren Bauteile werden zu einer separaten Montagestation transportiert, wo sie mit Bolzen- oder Flachsteckverbindern aus Kunststoff in das Gehäuse montiert werden. Jenseits seiner primären Die inneren Mechanismen eines Tachometers. Als Schutzhülle dient das Gehäuse auch als Plattform für die Anbringung von äußeren Merkmalen wie Zifferblatt, Nadel und Anzeigefenster. Auch hier erfordern diese Prozesse aufgrund des großen Outputs eine Automatisierung, aber bei jedem Schritt ist menschlicher Einsatz erforderlich, um die Produktkonsistenz zu prüfen und sicherzustellen.

Kalibrierung

• 5 Die Kalibrierung ist der Vorgang zur Bestimmung des wahren Wertes von Räumen in jedem graduierten Instrument. Dies ist ein besonders wichtiger Prozess bei der Herstellung von Tachometern, denn die Sicherheit des Fahrers hängt von einer genauen Anzeige ab. Bei einem mechanischen Messgerät erzeugen magnetische Kräfte das Drehmoment, das die Zeigernadel auslenkt. Bei der Kalibrierung dieser Art von Messgerät wird ein Elektromagnet verwendet, um die Stärke des im Tachometer montierten Permanentmagneten anzupassen, bis die Nadel mit dem Eingang des rotierenden Kabels übereinstimmt. Beim Kalibrieren eines elektronischen Messgeräts werden Anpassungen vorgenommen, wenn Kalibrierfaktoren in den Speicher des Messgeräts geschrieben werden. Das System kann dann das Gleichgewicht zwischen der Eingabe von der Übertragung und der Ausgabe der Nadel neu definieren. Neue automatisierte Systeme zur Kalibrierung von mechanischen und elektronischen Tachometern sind jetzt verfügbar und sparen eine immense Zahl der normalerweise für diesen Prozess erforderlichen Arbeitsstunden ein.

Qualitätskontrolle

Die wahrscheinlich direkteste Methode der Qualitätskontrolle ist der Kalibrierungsprozess. Autoteilehersteller arbeiten nach den von der International Organization for Standardization (ISO) entwickelten Messstandards, die sicherstellen, dass universelle Richtlinien zwischen den Messgeräteherstellern verwendet werden. Interne Qualitätssicherungsteams entwickeln Spezifikationen für jedes neue Produkt, bevor es ans Fließband geht, und dieselben Teams berichten später, ob diese Richtlinien in der Fabrikhalle eingehalten werden. Die schrittweise Montage beinhaltet auch eine Inspektion durch das Fabrikpersonal, um sicherzustellen, dass die Automatisierung reibungslos funktioniert.

Nebenprodukte/Abfälle

Bei der Herstellung von Lehren fallen keine Nebenprodukte an. Zu den Abfallstoffen zählen Metall- und Kunststoffabfälle, von denen einige in späteren Produktionsläufen wiederverwendet werden können. Da die Rohstoffe außerhalb der Fabrik aufbereitet werden, fallen bei der Herstellung keine nennenswerten Mengen gefährlicher Industrieabfälle an. Die Emissionen aus der Fabrikautomation werden staatlich reguliert und von Umweltschutzgruppen untersucht.

Die Zukunft

Designfirmen experimentieren derzeit mit Verbesserungen bei der Tachometeranzeige, um den Moment der Ablenkung zu vermeiden, den ein Fahrer braucht, um nach unten zu schauen und seine Geschwindigkeit zu messen. Auf die Windschutzscheibe projizierte Digitalanzeigen scheinen der nächste Entwicklungsschritt zu sein. Einige Prototypen für diese Tachometer lassen die Anzeige tatsächlich erscheinen, als ob sie über der Motorhaube schwebt. Da diese Art von Anzeige so aussieht, als ob sie mehrere Meter hinter dem Lenkrad liegt, können Fahrer die Geschwindigkeit kontinuierlich überwachen, ohne den Blick von der Straße nehmen zu müssen. Auch die Spiegel und Projektionseinrichtungen dieses Systems ließen sich ähnlich wie ein Rückspiegel an die Fahrerposition anpassen. Darüber hinaus werden Tachometer-Projektionssysteme irgendwann in Navigationstools integriert, so dass Richtungsinformationen mit Anzeigeinstrumenten angezeigt werden können.

Weitere Informationen

Andere

Devaraj, Ganesh et al. "Automatische Tachometerkalibrierung." Webseite zur Evaluierungstechnik. Dezember 2001. .

"Wie ein Drehzahlmesser/Tachometer mit einem Magnetsensor funktioniert." Handbuch. Stewart-Warner Co., April 2001.

"Wie ein elektrisches Messgerät zusammengesetzt ist." Handbuch. Stewart-Warner Co., April 2001.

"Wie Kilometerzähler funktionieren." Wie das Zeug funktioniert von Marshall Brain. Dezember 2001. .

"Beschleunigung durch die Zeit." Verkehrsthemen Elektronische Zeitung. November 1998. Dezember 2001. .

"Tachometer." Vollständige Computersoftware-Webseite. Dezember 2001. .

"Der schwimmende Tachometer." Siemens.com-Webseite. Dezember 2001. .

Kate Kretschmann