Drehrichtung

Grundbegriff und Beobachtungsrichtung

Drehrichtung, auch Drehsinn, Umlaufrichtung oder Umlaufsinn, bezeichnet die Richtung einer kreisförmigen Bewegung, zum Beispiel einer Rotation oder eines Umlaufs. Es gibt dabei grundsätzlich zwei mögliche Richtungen. Eine Bewegung kann rechtsdrehend sein, also im Uhrzeigersinn oder in geodätisch positivem Drehsinn. Sie kann auch linksdrehend sein, also gegen den Uhrzeigersinn oder in geodätisch negativem Drehsinn.

Die Angabe hängt vom Standpunkt und von der Sichtweise ab. Betrachtet man eine Kreisfläche, die sich um eine Achse senkrecht durch ihren Mittelpunkt dreht, dann ist die Drehrichtung „rechts“ oder „im Uhrzeigersinn“, wenn Punkte oberhalb des Mittelpunkts nach rechts laufen. Laufen sie nach links, ist die Drehrichtung „links“ oder „gegen den Uhrzeigersinn“.

Welche Richtung man als „oben“ festlegt, ist für die Drehrichtung nicht entscheidend. Auch wenn ein Betrachter auf dem Kopf steht, bleibt die Drehrichtung dieselbe. Entscheidend ist aber, von welcher Seite man die Kreisfläche betrachtet. Von der Rückseite aus kehrt sich die wahrgenommene Drehrichtung um.

Mathematische Festlegung

In der Mathematik wird die Drehrichtung oft als „mathematisch positiv“ oder „mathematisch negativ“ angegeben. Meist ist dabei das übliche rechtshändige Koordinatensystem gemeint. In diesem System bedeutet „mathematisch positiver Drehsinn“ eine Drehung gegen den Uhrzeigersinn. Es gibt aber auch ein seltener verwendetes linkshändiges Koordinatensystem. Dort sind die Bezeichnungen umgekehrt: „mathematisch positiver Drehsinn“ entspricht dann einer Drehung im Uhrzeigersinn.

Im zweidimensionalen xy-System gilt unabhängig davon, ob das Koordinatensystem rechts- oder linkshändig ist: Die positive Drehrichtung ist diejenige, durch welche die positive x-Achse auf kürzestem Weg auf die positive y-Achse überführt wird.

Im dreidimensionalen xyz-System gilt entsprechend: Bei einer Drehung um die z-Achse ist positiv, was die positive x-Achse auf kürzestem Weg zur positiven y-Achse bringt. Bei einer Drehung um die x-Achse ist positiv, was die positive y-Achse auf kürzestem Weg zur positive z-Achse bringt. Bei einer Drehung um die y-Achse ist positiv, was die positive z-Achse auf kürzestem Weg zur positiven x-Achse bringt.

Eine Merkhilfe verbindet Drehrichtung und Koordinatensystem: Schaut man von unten, also in Richtung der positiven z-Achse, auf die xy-Ebene, so dreht sie sich bei einem rechtshändigen Koordinatensystem nach rechts, also im Uhrzeigersinn. Bei einem linkshändigen Koordinatensystem dreht sie sich nach links, also gegen den Uhrzeigersinn.

Axialvektoren und technische Bezugssysteme

Drehungen und Drehgrößen können mit Axialvektoren dargestellt werden. Ein Axialvektor ist ein Vektor, dessen Richtung die Orientierung einer Drehgröße beschreibt, zum Beispiel bei Winkeln, Winkelgeschwindigkeiten, Winkelbeschleunigungen, Drehmomenten oder Drehimpulsen. Die Orientierung des Axialvektors, anschaulich die Richtung seiner Pfeilspitze, steht in Beziehung zur Drehrichtung. Je nach Koordinatensystem findet man sie mit der Linke-Faust-Regel oder der Rechte-Faust-Regel.

In der Geodäsie ist positiver Drehsinn gleichbedeutend mit einer Drehung im Uhrzeigersinn. Drehwinkel werden dort in der Regel von der Nord-Richtung aus gemessen. In der Navigation ist die Lage komplizierter: Je nach Fahrzeugtyp und verwendetem rechtshändigem Bezugssystem können sowohl Drehungen im Uhrzeigersinn als auch gegen den Uhrzeigersinn positiv sein.

Landfahrzeuge verwenden das ENU-System, also East-North-Up. Dort ist eine positive Drehung eine Drehung gegen den Uhrzeigersinn. Raum-, Luft- und Wasserfahrzeuge einschließlich U-Booten verwenden aus Gründen der Kompatibilität zur traditionellen Kompassrichtung das NED-System, also North-East-Down. Dort ist eine positive Drehung eine Drehung im Uhrzeigersinn. Der Unterschied entsteht dadurch, dass die xy-Ebene in beiden Systemen parallel zur Erdoberfläche liegt, die z-Achse aber bei Landfahrzeugen vom Erdmittelpunkt weg zeigt und bei Raum-, Luft- und Wasserfahrzeugen zum Erdmittelpunkt hin.

Alltägliche und technische Anwendungen

Die bekannteste Anwendung ist die Uhr. Weil die Zeiger der meisten Uhren rechtsdrehend sind, spricht man bei Rechtsdrehungen oft einfach von Drehungen im Uhrzeigersinn. Linksdrehende Uhren sind selten; ein Beispiel ist die große astronomische Uhr aus dem 16. Jahrhundert im Münsteraner Dom. Als möglicher Grund für die Verbreitung rechtsdrehender Uhrzeiger wird genannt, dass sich der Polstabschatten horizontaler Sonnenuhren auf der Nordhalbkugel ebenfalls in diese Richtung dreht. In Bolivien wurde 2007 beschlossen, die Uhr am Kongressgebäude links herum laufen zu lassen, als Zeichen der Unabhängigkeit von den Staaten der Nordhalbkugel.

Bei Schraubengewinden bedeutet ein rechtsdrehendes Gewinde, auch Rechtsgewinde genannt: Dreht man die Schraube im Uhrzeigersinn, bewegt sie sich vom Betrachter weg in das Gegengewinde hinein. In dieser Richtung wird sie festgezogen, in der Gegenrichtung gelöst. Schraubverschlüsse von Flaschen, Schraubgläsern, Tuben und vielen anderen Gefäßen haben fast immer ein Rechtsgewinde. Auch Absperrventile wie Wasserhähne werden im Uhrzeigersinn geschlossen und gegen den Uhrzeigersinn geöffnet. Linksgewinde werden nur für besondere Zwecke verwendet, zum Beispiel in Spannschlössern, an Gasflaschen für brennbare Gase, bei Teilen von Fahrrädern, bei Heizkörperthermostatventilen und bei Zentralverschlüssen von Sportwagenrädern auf der rechten Fahrzeugseite.

Im allgemeinen Maschinenbau wird die Drehrichtung von Maschinenelementen meist in Energieflussrichtung betrachtet. Bei einem Motor bedeutet das zum Beispiel: Man blickt von der Abtriebswelle weg. Bei rotierenden elektrischen Maschinen ist die Drehrichtung durch DIN EN 60034-8, VDE 0530-8 festgelegt. Dort gilt die Drehrichtung beim Blick auf die Stirnseite mit dem einzigen Wellenende. Diese Norm gilt für eigenständige rotierende elektrische Maschinen, aber nicht für vollständig in andere Geräte integrierte Motoren, etwa in Elektrowerkzeugen oder Haushaltsgeräten.

Weitere Fachbereiche

In der Meteorologie nennt man einen rechtsdrehenden Wind „rechtdrehend“ ohne s. Ein linksdrehender Wind heißt „rückdrehend“.

Bei Propellern von Wasserfahrzeugen richtet sich die Bezeichnung nach der Vorwärtsfahrt. Dreht ein Propeller bei Vorwärtsfahrt nach rechts, heißt er rechtsdrehend; dreht er nach links, heißt er linksdrehend. Bei Rückwärtsfahrt entsteht ein Radeffekt: Ein rechtsdrehender Propeller versetzt das Heck des Schiffes nach links, ein linksdrehender Propeller nach rechts. Bei Schiffen mit paarweise angeordneten Propellern laufen diese gegensinnig, damit sich die Drehmomente am Bootsrumpf gegenseitig aufheben.

In der Chemie bezeichnet man optisch aktive Substanzen als rechts- oder linksdrehend, wenn sie die Polarisationsebene von polarisiertem Licht in diese Richtung drehen. Die Bezugsrichtung ist die Blickrichtung entgegen der Bewegungsrichtung des Lichts. Beispiele sind die zirkular-polarisierende Schicht auf einem 3D-Fernseher sowie die enantiomeren, also spiegelbildlichen, Verbindungen L-(+)-Milchsäure und D-(−)-Milchsäure in rechts- oder linksdrehenden Joghurtkulturen.

In der Astronomie werden Spiralgalaxien unter anderem nach ihrer von der Erde aus gesehenen Drehrichtung beschrieben. Den Drehsinn erkennt man an Form und Anordnung der Spiralarme. Man unterscheidet linksdrehend erscheinende „S-förmige“ Galaxien und rechtsdrehend erscheinende „Z-förmige“ Galaxien.

Bei Windrädern ist die Drehrichtung nicht überall gleich. Die Rotoren klassischer Windmühlen drehen in Holland und Dänemark meist links, in Norddeutschland meist rechts. Moderne Windkraftanlagen sind im Regelfall rechtsdrehend.