Drehzahl eines Zahnrades messen.

Ich möchte gerne die Drehzahl eines Zahnrades messen.
Das Zahnrad hat ca. 30cm Durchmesser und relativ große Zähne.
Das Zahrad läuft in einem Getriebe im Ölbad.
Um Nachfragen vorzubeugen, es geht um ein Fahrzeug ohne Tacho, welches aber einen bekommen soll.
Das Geriebe kann schon mal Temperaturen von über 150°C erreichen.

Ich möchte keine Magneten oder ähnliches an das Zahnrad drankleben (Abriebsammler, Fremdkörper im Gertiebe).

Ich dachte das Ganze sollte mit einem induktiven Näherungsschalter funktionieren. Hat da schon jemand Erfahrung damit ? Bin aber auch für andere Vorschläge aufgeschlossen.

Welcher Sensor wäre für diese Anwendung geeignet (evtl. aus einem KFZ)?
Was kostet der ?
Wo wären solche Sensoren zu beziehen ? (Bei Conrad hab ich schon mal geschaut, aber die sind mir eindeutig zu teuer).

wie du shcon geschriebn hast,.. am einfachsten mit induktion.. ne spule neben das zahnrad baunen , wahlweise 2 je nachdem wie das siganl ausgewertet werden soll und fertig... musst das dann halt noch in nem controller weiterverarbeiten, damit da nen sinnvolles ausgangssignal rauskommt..

Hi, wkrug,

ich will ja wirklich nicht schulmeisterlich wirken, aber

Zitat:

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Zitat von wkrug

... Das Zahnrad hat ca. 30cm Durchmesser und relativ große Zähne. ...

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Na wie gross ist gross? Also mit Modul 30 sind die dann wohl doch schon absolut gross, und bei Modul 50 hat sich der Konstrukteur schon verrechnet - bei Modul 5 finden aber die meisten Menschen, dass diese Zähne auch gross sind . . . .

Zitat:

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Zitat von wkrug

... Das Geriebe kann schon mal Temperaturen von über 150°C erreichen....

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Stimmt, dann ist es meist WIRKLICH ein Geriebe (ich fürchte, das reibt schauderhaft, wenn das Öl sooo heiss wird). Was sagt denn das Schmiermittel-Datenblatt dazu ? ! ?

Zitat:

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Zitat von wkrug

... Ich dachte das Ganze sollte mit einem induktiven Näherungsschalter funktionieren. Hat da schon jemand Erfahrung damit ? ...

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Soweit ich weiss, haben das die meisten Dampfturbinenbetreiber in den Kraftwerken - ich denke, dass die meisten Rotordrehvorrichtungen so funktionieren. Und das ist dort WIRKLICH eine brisante Baustelle.

Zitat:

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Zitat von wkrug

Wo wären solche Sensoren zu beziehen ? (Bei Conrad ... eindeutig zu teuer).

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Klar - Geiz is geil. Aber denk mal dran: Wer ein Steak zum Preis von Hundefutter kauft, darf sich nicht wundern, wenn er Hundefutter bekommt (musste selber für Deine Sensoren übersetzen).

Trotzdem die klare Antwort: Induktiv.

Hallo,

mich würde interessieren, warum der Sensor in das Getriebe hinein soll und nicht an die Welle ausserhalb.

grüsse,
vohopri

nabend,

ich würde dir empfelen das mit einem drehgeber zu machen

gruß JayPee

Zitat:

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musst das dann halt noch in nem controller weiterverarbeiten, damit da nen sinnvolles ausgangssignal rauskommt.

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Nö das ist schon klar. Auch eine kleine OP AMP Schaltung als Impulsformer würde mich nicht schrecken. Ich hab mit solchen Sensoren halt noch nie gearbeitet.
Das es mit einem induktiven Geber gehen könnte hab ich mir natürlich auch schon gedacht. Ich meine nur, geben die Zahnspitzen der Zahnräder ein ausreichend großes Signal um das vernünftig auszuwerten ?

Zitat:

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mich würde interessieren, warum der Sensor in das Getriebe hinein soll und nicht an die Welle ausserhalb

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Weil ich an die Welle nur nach dem Differential und dann auch nur im spritzbereich der Räder rankomme - ich denk mal das ist nicht unbedingt ein idealer Platz für einen Sensor. Bei dem großen Zahnrad könnte ich den Sensor von oben durch den Getriebedeckel, an einem relativ geschützten Platz, durchführen.
Wie heiss das Öl dort drin wirklich wird hab ich noch nicht gemessen.
An Getriebegehäuse hab ich mir auf jeden Fall schon richtig mal die Pfoten verbrannt, aber dafür reichen ja 70 - 80°C auch schon. Aber sicher ist halt sicher....

Zitat:

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Klar - Geiz is geil. Aber denk mal dran: Wer ein Steak zum Preis von Hundefutter kauft.....

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Das ist schon klar. Aber der große C ist nun nicht gerade als Billigheimer bekannt. Ich meinte auch nur wo man Qualitativ hochwertige Sensoren zu relativ günstigen Preisen erstehen kann ( "C" verlangt für so einen Sensor immerhin um die 70,-€ ) und welcher Sensor für diese Aufgabe am besten geeignet wäre (Hersteller, Typ).
Selberbasteln kommt hier auf keinen Fall in Frage und der Sensor sollte auch mechanisch, elektisch und thermisch eher stabil sein.

Zitat:

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ich würde dir empfelen das mit einem drehgeber zu machen

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Drehgeber gibts ja nun sehr viele verschiedene - wie meinst Du das genau.
Optisch wirds wegen der Ölfüllung nicht gehen. Magnetisch mag ich es wegen des Metallabriebes nicht machen (Solltest mal schauen wie viel Metallstaub da an der Magnet- Ablassschraube dranhängt).
Mechanisch was ankoppeln wird vermutlich gar nicht funktionieren, hab aber das Getriebe noch nicht in seine Einzelteile zerlegt und hätte das auch nicht unbedingt vor, wenns eine andere Möglichkeit gibt.

Hallo!

Ich habe eine Idee für einen Sensor: zwei Spulen, davon eine ist mit Wechselspannung versorgt und in der zweiten wird durch magnetische Kopplung (Zahn) eine Wechselspannung erzeugt. Ich denke, dass sich ein Stereotonkopf dafür eignen kann. Selbstgebaute Elektronik in kalter Umgebung sollte schon kein Problem sein.

MfG

wkrug,

wenn Du einen für den rauhen Einsatz geeigneten, ausgereiften Näherungsschalter brauchst und zu bezahlen bereit bist, dann suchst Du Dir am Besten hier was aus:

http://www.pepperl-fuchs.com/index.html

Diese Geräte haben sich im Industrieeinsatz stets bewährt. Die meisten Typen von Näherungsschalter, die Du dort findest, kannst Du auch ohne Weiteres im Spritzbereich einsetzen, ausserhalb der Ölwanne.

mare_crisium

Hi,
Im Prinzip kannst du jeden induktiven Geber benutzen.
Ein solcher besteht lediglich aus einer Wiklung und einem Magneten alles fest vergossen und meist IP65 was nicht schaden kann. Ein solcher Sensor ist auch recht recht günstig Bsp. Bosch DG6. Allerdings erzeugt dieser Sensor am Zahnrad nur ein Wechselsignal welches weiterverarbeitet werden muss aber das ist machbar. Problematischer ist die Amplitude dieser Wechselspannung, diese ist Drehzahlabhängig d.h. bei niedrigen Drehzahlen sehr gering und bei hohen Drehzahlen so groß das evtl. die Auswerteelektronik leidet. Ein großer Drehzahlbereich ist also schwirig zu händeln.
Man kann die Maximale Amplitude durch den Luftspalt zwischen Sensor und Zahnrad festlegen, aber dadurch wird auch die Signalamplitude bei niedriger Drehzahl beeinflusst.
Aber ein bischen ausprobieren schadet nie.

wie groß ist das zahnrad (zahnhöhe)?
schau dir das datenblatt an, da steht drinnen wie die geometrie aussehen muss damit der sensor arbeitet: http://www.honeywell-sensor.com.cn/p...g/Introd_1.pdf

Hallo mare_crisum, chientech, user529,

das sind die Informationen, die mich wirklich weiter bringen.
Pepperl Fuchs haben ja eine riesige Auswahl.

Die Datenblätter werd ich mir bei nächster Gelegenheit mal anschauen.

Nochmals vielen Dank für die Infos.

Zitat:

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Zitat von wkrug

Hallo mare_crisum, chientech, user529,

das sind die Informationen, die mich wirklich weiter bringen.
Pepperl Fuchs haben ja eine riesige Auswahl.

Die Datenblätter werd ich mir bei nächster Gelegenheit mal anschauen.

Nochmals vielen Dank für die Infos.

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Mach Dir aber keine Illusionen, daß Du diese Sensoren für viel weniger als 70€ bekommst.
Und wenn Du diese für 150° Temperaturbelastung haben möchtest, wird es erst richtig teuer.
Ich empfehle Dir, erst einmal deine Specs etwas konkreter zu definieren.

Gruß
pctoaster

Zitat:

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erst einmal deine Specs etwas konkreter zu definieren

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Genau damit tu ich mich ein bischen schwer.
Der Sensor soll in den Getriebedeckel eines Traktors kommen und die Zähne des Antriebszahrades für das Differential abfragen um daraus eine Geschwindigkeitsinformation abzuleiten.
Um die Temperaturen tatsächlich messen zu können müsste ich im Inneren des Getriebes einen Temperatursensor anbringen.
Die maximale Getriebetemperatur wird aber erst nach 4-5 Stunden schwerer Feldarbeit erreicht, drum war ich mit meinen 150°C sicher übervorsichtig.
Welches Modul das Zahnrad hat kann ich leider nicht sicher sagen, es ist halt ein geradeverzahntes Zahnrad mit genanntem Durchmesser, der Zahnabstand dürfte so um die 8mm betragen, ohne das ich das jetzt nachmessen kann.
Die Portalachsen nach dem Differential laufen in einem geschlossenem Achstrichter aus Guß, drum kommt man da auch sehr schwer ran.
Der nächste Punkt an den man wieder rankommt wäre die Radbefestigung.
Aber da fällt natürlich ständig Staub und Dreck auf den Sensor, ausserdem müsste ja dann die Geschwindigkeit beider Räder ermittelt werden (Kurvenfahrt, einseitiger Schlupf).
Ich war auch schon dran die Geschwindigkeit per GPS, also ohne Sensoren im Getriebe zu ermitteln.
Aber so wie ich das gehört habe funktioniert das dann nur ab ca. 6km/h und einer Refreshrate von maximal 1 Sekunde und das ist mir beides etwas zu wenig.

In vielen Autos wird seit Jahren die Kurbelwellen-Drehzahl mit einem Induktiv-Aufnehmer an Schwungscheibe, Zahn- oder Keilriemenscheibe erfasst. Neulich musste ich gerade wieder staunen, als ich unseren Corsa auf der Bühne hatte, wie der Sensor da so hinter dem Radlauf "im Dreck" hängt und auf die kaum ausgeprägten Zähnchen der Riemenscheibe guckt - und das tut er anscheinend trotz allem recht zuverlässig. 150 Grad würde ich dem Ding nicht zumuten wollen, aber passiv-induktiv und geringe Höhenunterschiede der Zähne widersprechen sich keinesfalls.

Zitat:

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Zitat von wkrug

Genau damit tu ich mich ein bischen schwer.

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Wieso denn - jetzt steht schon eine ganze Menge mehr da.

Die Zahnhöhe ist etwas mehr als der doppelte Modul, ungefähr:
hk [mm] = m*2,25+Spiel (Spiel im Zahngrund). Der Zahnabstand dividiert durch pi ist der Modul. Also mit der von Dir genannten (Schätz-)Genauigkeit können wir davon ausgehen, dass der Modul ungefähr 3 ist - - reichlich gering für Deine Zwecke. Die Zahnhöhe (vom Kopf = Zahnrad-Aussendurchmesser bis zum Zahngrund) müsste danach etwa 7 mm sein. Wenn es tatsächlich so ist, würde ich nicht von "grossen" Zähnen sprechen.

Ich nehme an, Du hast den "Zahnabstand" so gemessen wie dargestellt. Das ist bei einem runden Zahnrad nicht sooo einfach zu messen ;-), aber Deine Genauigkeit reicht erst mal. Dann müsste Dein Zahnrad aber rund 100 Zähne haben - irgendwie scheint mir das recht hoch zu sein. Sind die Zähne wirklich etwa 8 mm voneinander entfernt?

Wie gesagt: die acht Millimeter Zahnabstand sind schon reichlich wenig für Deine Zwecke. Da müsstest Du einen Näherungsinitiator haben, der auf die Lücke - die ist ja weniger als die genannten 8 mm, etwa 5,5mm bis 6 mm - noch EXAKT anspricht. Ich denke das ist nicht sooo gut möglich bei den von Dir genannten Umgebungsbedingungen. (Also die 150 °C glaub ich noch immer nicht).

Kommst Du nicht irgendwie aussen an Deine Antriebswelle dran - BEVOR die ins Differential kommt? Etwa hinter der Kupplung? Dann wär die Sache einfach: Mit Zweikomponentenkleber einen Fahrradtacho-Magneten aufkleben, den Sensor nahe dazu irgendwie befestigen - und jetzt noch abmessen, >>> WIEVIEL <<< Millimeter >>>WEGSTRECKE<<< Dein Traktor zurücklegt bei >>>ZEHN<<< Umdrehungen Deiner Antriebswelle. Das wäre dann der Faktor den Du dem Tacho eingibst - der Rest steht in der Bedienungsanleitung von Deinem Fahrradtacho :). ACHTUNG: der Trick mit den zehn Umdrehungen der Antriebswelle kommt daher, dass die Fahrradtachos unter drei Stundenkilometer nix anzeigen - deshalb misst Du dann die ZEHNFACHE Geschwindigkeit in kmh - musst also im Kopf durch zehn dividieren!!!! Vom Preis her sicher eine low cost Lösung - und Du hast dort nicht allzuviel Probleme mit Schmutz (was glaubst Du wie mein Fahrrad nach manchen Touren aussieht) und Temperatur (solagen das Öl nicht am Antriebswellen-Eingang ins Differential rausspritzt auf den Sensor).

Die Fahrradtacho-Lösung ist nicht sooo pfiffig am Rad. Das Rad ist relativ gross (selbst die Vorderräder) - und unter etwa drei Stundenkilometer zeigen die Tachos eh nix an - siehe oben.

Hilft das etwas weiter? (Ich hoffe, ich hab mich jetzt nirgendwo verrechnet - sitz grad am Sprung, aber wollte das noch loswerden).

Hallo,

möglicherweise hilft dir die Getriebeölspezifikation beim Eingrenzen der Temperatur.

Gruß

Jens

Zitat:

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Da müsstest Du einen Näherungsinitiator haben, der auf die Lücke - die ist ja weniger als die genannten 8 mm, etwa 5,5mm bis 6 mm - noch EXAKT anspricht.

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Nun ja, hat da jemand von Euch schon praktische Erfahrungen mit so geringen Abständen zwischen den Zähnen mit Näherungssensoren ?
Geht das noch oder kann man die Idee gleich knicken ?

Eine Geschwindigkeitsmessung an der Schwungscheibe macht nicht unbedingt Sinn, da hinterher ja noch das Schaltgetriebe folgt.
Also müsste ich zusätzlich eine Information über den eingelegten Gang haben. Da das komplette Schaltgestänge aber direkt im Getriebe ist ( Fendt hat das früher halt so gemacht ) komm ich da auch nur schwer ran.
Sensoren an den Schalthebeln direkt reisst man dann bei jedem Auf- und Absteigen ab, also auch nicht gerade prickelnd.

Als Alternative bliebe immer noch die Drehzahlerfassung am Rad selbst mit aufgeklebten Magneten und Sensoren. Dabei wäre auch der Anspruch an die Temperaturfestigkeit bei weitem nicht mehr so hoch.

Zu der Temperatur:
A. Ich habs nicht gemessen und werd das auch die nächsten paar Wochen nicht tun können.
B. Einige Ölhersteller geben die Viskosität ihrer Öle noch bei 150°C an.
In einem Artikel hab ich gelesen, das es in modernen Getrieben zu Temperaturen von bis zu 135°C kommen kann - Das lass ich mal so stehen.

Zitat:

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Zitat von wkrug

Einige Ölhersteller geben die Viskosität ihrer Öle noch bei 150°C an.
In einem Artikel hab ich gelesen, das es in modernen Getrieben zu Temperaturen von bis zu 135°C kommen kann - Das lass ich mal so stehen.

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Ok, es kann aber sein, dass diese Temperatur nur an kritischen Punkten auftritt. So tritt beispielsweise an einem Ventilspalt eines Regelventils eine kräftige Temperaturerhöhung auf (durch die Dissipation im Spalt) - und wenn diese Temperatur über der maximal zulässigen liegt, dann altert das Öl rapide.

Ok, aber das ist ja nicht wirklich Dein Problem.

Also mit so geringen Lücken habe ich keine Erfahrung.

Schau mal nach, ob Du bei irgendeinem namhaften Hersteller einen Initiator dieser Spezifikation bekommst: Ölumgebung, Temperatur, Breite der ZahnLÜCKE (ich vermute etwa 5 - 6 mm), Breite des Zahnes AN SEINEM KOPF (das dürften so 2,5 - 3 mm sein), geschätze minimale und maximale Schaltfrequenz (also wieviel Zähne pro Sekunde oder Minute an dem Ding vorbeikommen) und erzähl denen auch von der Einbausituation - es treten nämlich meiner Meinung nach erhebliche Vibrationen auf. Vielleicht gibts da einen geeigneten Sensor in Teflonmantel mit Edelstahlgewinde - ich glaube nicht, dass andere Materialien geeignet wären. Aber kosten tun die schon was - und dann brauchst Du noch eine Auswertung (wenn Du die nicht selber machen willst - wir sind ja hier unter zahllosen µC-Fans). Ich kenne Initiatoren mit etwa D8mm ich glaub sogar bis etwa D6mm runter - aber ich habe natürlich keinen Katalog im Kopf :).

Na und wenn alle Stricke reissen, klebst Du an beide Räder so etwa 20 Magnete gleichmässig verteilt - und machst die Lösung mit den Fahrrad-Tachos.

Zitat:

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und dann brauchst Du noch eine Auswertung (wenn Du die nicht selber machen willst - wir sind ja hier unter zahllosen µC-Fans)

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Die Auswertung mit dem Microcontroller (ATMEL AVR) ist für mich wirklich kein Problem.
Da soll auch noch ein Drehzahlmesser dazukommen (Magnetsensoren an der Schwungscheibe) und ein grafisches LCD Display.
Anhand der Untersetzung möchte ich auch den eingelegten Gang berechnen und anzeigen, aber das ist noch Zukunftsmusik.
Das einzige mit dem ich hier wirklich keine Erfahrung habe sind eben diese induktiven Geber und die "unwirtliche" Arbeitsumgebung.
Aber ihr habt mir hier schon sehr viel weiter geholfen.
Wenn ich weiß das ein entsprechender Sensor für meine Anwendung funktioniert sind mir 70,-€ auch nicht zu viel. Wenn ich aber erst mal 4...5 Sensoren probieren muß bis einer passt geht mir das dann doch zu sehr ins Geld. Immerhin geht es dabei um 1 maximal 2 Geräte von denen wir hier sprechen und keine Serie.

wie schnell fährt so ein teil?
nur so als schätzung: 5km/h=1,3m/sein reifen hat gut 1m durchmesser (hinterräder??) heißt 0,44U/s, bei einer zähnezahl von 100 gibt das eine frequenz von 44Hz. hast du davor noch ein getriebe oder stimmt das so??
das könnte ein passiver sensor in form einer spule mit einem magneten noch sehr einfach erreichen:
Bild hier  
die spule hat um die 40 wicklungen, ist um eine gebogene M3 schraube gewickelt und bringt rund 6mV bei 30Hz.
vorteil: preiswert und einfach
nachteil: geringere drehzahlen als 10Hz (schätzung) sicher sehr schwer auszuwerten

mfg clemens

hi,

nur mal so "quergedacht"...

Das ABS-System im KFZ wird, glaube ich, auch über induktive Näherungssensoren vom Rad mit Info´s versorgt.

Die "Zähne" eines solcherart abgetasteten Rades sind sicherlich kleiner als Deine.

Wärme müssen die Sensoren systembedingt auch verkraften können.

Schmutz und Feuchtigkeit müssen die auch "abkönnen".

Schrottplätze sind voll von Autos mit ABS-System.

Wäre das nicht mal einen Versuch wert?

Ggf. könntest Du ja mal den einen oder anderen Autobauer anmailen, wo die Grenzfrequenzen und Grenztemperaturen seiner verbauten Sensoren liegen und Dir dann das entsprechende Fahrzeug auf dem Schrott suchen.

Mit etwas Glück könntest du den passenden Sensor für "ein Appel und ein Ei" bekommen.

Gruß, Klingon77

Zitat:

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Das ABS-System im KFZ wird, glaube ich, auch über induktive Näherungssensoren vom Rad mit Info´s versorgt.

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Genau den selben Gedankengang hatte ich auch. Drum hab ich heute einfach mal einen befreundeten KFZ - Meister gefragt.
Der hat mir bestätigt, das die Zacken so eines ABS Rades ca 2x 13 mm sind.
Also wesentlich kleiner als mein Zahnrad.
Er konnte mir bloß nicht 100% sagen ob das Geberrad magnetisiert ist, oder ob es sich dabei tatsächlich um einen induktiven Geber handelt.
So ein Sensor sollte somit für mein Vorhaben geeignet sein.
Mit der befestigung hab ich noch ein Problem.
Der Sensor (Opel) hat eine Lasche mit Bohrung zur Befestigung und ist ansonsten ein Stab.
Bei der Bauform hab ich ein kleines Problem mit der Abdichtung am Geriebedeckel, aber es gibt ja auch noch andere Automarken.....