Einleitung
Die Drehzahl ist eine wichtige Messgröße bei Motoren, Ventilatoren, Walzen, Antriebswellen und anderen rotierenden Maschinen. Wenn eine Welle oder bewegte Oberfläche sicher zugänglich ist, ermöglicht ein Kontaktdrehzahlmesser eine direkte mechanische Messung.
Im Gegensatz zu berührungslosen Drehzahlmessern mit Laser- oder optischer Erfassung benötigt ein Kontaktdrehzahlmesser direkten Kontakt zum Messobjekt. Die mechanische Bewegung wird in das Gerät übertragen, dort von einem Sensor erfasst, in ein elektrisches Signal umgewandelt und anschließend als U/min, m/min oder in einer anderen unterstützten Einheit angezeigt.
Das Verständnis dieses Messprinzips hilft dabei, geeignete Messaufsätze auszuwählen und Fehler durch Schlupf, Fehlstellung oder falschen Anpressdruck zu vermeiden.
Die wichtigsten Punkte
● Ein Kontaktdrehzahlmesser benötigt direkten Kontakt zur rotierenden Welle oder bewegten Oberfläche.
● Messspitze oder Messrad übertragen die mechanische Bewegung auf die interne Messeinheit.
● Ein Sensor wandelt die Drehbewegung in elektrische Impulse um.
● Die Elektronik berechnet aus der Impulszahl beziehungsweise Impulsfrequenz die Drehzahl.
● Mit einem geeigneten Messrad können auch lineare Geschwindigkeiten von Bändern, Förderanlagen und Walzen gemessen werden.
● Schlupf, Fehlstellung, schwankender Anpressdruck und der Oberflächenzustand beeinflussen das Messergebnis.
Was ist ein Kontaktdrehzahlmesser?
Ein Kontaktdrehzahlmesser ist ein Messgerät zur Bestimmung der Drehzahl oder Oberflächengeschwindigkeit durch direkten mechanischen Kontakt mit dem Messobjekt.
Ein typischer digitaler Kontaktdrehzahlmesser besteht aus Messaufsatz, Messwelle, internem Drehzahlsensor, Signalaufbereitung, Mikroprozessor und Anzeige.
Zur Messung einer Welle werden häufig konische oder konkave Messspitzen verwendet. Für lineare Geschwindigkeitsmessungen an Förderbändern, Riemen oder Walzen kann ein Messrad mit bekanntem Umfang beziehungsweise Durchmesser eingesetzt werden.
Da die Bewegung mechanisch übertragen wird, ist normalerweise keine Reflexmarke erforderlich. Farbe und Reflexionsvermögen der Oberfläche haben keinen direkten Einfluss auf die Messung.
Grundlegendes Funktionsprinzip
Der Messablauf lässt sich folgendermaßen zusammenfassen:
● Kontakt zum Messobjekt herstellen.
● Mechanische Bewegung auf das Messgerät übertragen.
● Bewegung in ein elektrisches Signal umwandeln.
● Drehungen beziehungsweise Impulse innerhalb eines definierten Zeitraums erfassen.
● Drehzahl berechnen und anzeigen.
Wird eine Messspitze auf das Ende einer rotierenden Welle gedrückt, treibt die Welle die Messspitze an. Diese überträgt die Bewegung auf die interne Messwelle des Drehzahlmessers.
Je nach Geräteausführung können optische, magnetische oder andere Sensortechnologien eingesetzt werden. Der Sensor erzeugt elektrische Impulse entsprechend der Drehbewegung.
Die Signalaufbereitung verarbeitet diese Impulse, während der Mikroprozessor daraus die Drehzahl berechnet und als U/min anzeigt.
Wie wird die mechanische Drehbewegung übertragen?
Eine stabile mechanische Verbindung ist die Grundlage der Kontaktmessung.
Bei einer Wellenmessung wird die geeignete Messspitze möglichst mittig an das rotierende Wellenende angelegt. Die Welle treibt die Messspitze und damit die interne Messwelle des Geräts an.
Unter idealen Bedingungen:
● folgt die Messwelle der Bewegung proportional;
● tritt kein nennenswerter Schlupf auf;
● liegen Messachse und Wellenachse möglichst auf einer Linie.
Schlupf führt dazu, dass sich die interne Messwelle langsamer dreht als die tatsächliche Welle. Das Messergebnis fällt dann zu niedrig aus.
Eine schlechte Ausrichtung kann zusätzlich Vibrationen und schwankende Messwerte verursachen.
Wie wird die Drehbewegung in ein elektrisches Signal umgewandelt?
Die mechanische Drehbewegung muss zunächst in ein elektronisch auswertbares Signal umgewandelt werden.
Im Inneren eines digitalen Kontaktdrehzahlmessers befindet sich deshalb ein Sensorsystem, das während der Rotation periodische elektrische Signale erzeugt.
Je nach Konstruktion kann eine Umdrehung einen oder mehrere Impulse erzeugen. Mit zunehmender Drehzahl steigt entsprechend die Impulsfrequenz.
Erzeugt das System beispielsweise einen Impuls pro Umdrehung und werden innerhalb einer Sekunde 20 Impulse erfasst, ergibt sich:
20 × 60 = 1200 U/min
Bei mehreren Impulsen pro Umdrehung berücksichtigt der Mikroprozessor den entsprechenden Umrechnungsfaktor automatisch.
Wie berechnet ein Kontaktdrehzahlmesser die Drehzahl?
Die Drehzahl wird üblicherweise in Umdrehungen pro Minute (U/min) angegeben.
Das Gerät muss dafür nicht eine volle Minute messen. Moderne digitale Drehzahlmesser erfassen die Impulsfrequenz innerhalb eines kürzeren Messintervalls und rechnen das Ergebnis auf eine Minute hoch.
Das Grundprinzip lautet:
U/min = Umdrehungen pro Sekunde × 60
Erzeugt der Sensor beispielsweise vier Impulse pro Umdrehung und werden 80 Impulse pro Sekunde erfasst:
80 ÷ 4 = 20 Umdrehungen pro Sekunde
20 × 60 = 1200 U/min
Diese Berechnung erfolgt automatisch im Gerät.
Wie funktionieren konische und konkave Messspitzen?
Unterschiedliche Wellenenden erfordern unterschiedliche Kontaktformen.
● Konische Messspitzen eignen sich besonders für Wellenenden mit Zentrierbohrung oder einer geeigneten Aufnahme.
● Konkave Messspitzen eignen sich für hervorstehende Wellenenden, die stabil in der Vertiefung der Spitze geführt werden können.
Bei beiden Ausführungen geht es darum, die Bewegung zuverlässig zu übertragen und die Messachse möglichst mit der Wellenachse auszurichten.
Die Auswahl sollte sich nach Form, Größe und Zugänglichkeit der Welle richten und nicht durch unnötig hohen Anpressdruck kompensiert werden.
Wie misst ein Messrad die lineare Geschwindigkeit?
Viele Kontaktdrehzahlmesser können zusätzlich die Oberflächengeschwindigkeit messen.
Hierfür wird ein Messrad mit bekanntem Umfang oder Durchmesser verwendet. Wird dieses gegen ein Förderband, einen Riemen oder eine andere bewegte Oberfläche gedrückt, dreht sich das Messrad entsprechend der Oberflächenbewegung.
Wenn kein nennenswerter Schlupf auftritt, ergibt sich die lineare Geschwindigkeit aus:
● der Anzahl der Radumdrehungen pro Minute;
● dem bekannten Radumfang.
Bei einem Radumfang von 0,1 m und 500 U/min ergibt sich beispielsweise:
500 × 0,1 = 50 m/min
Geeignete digitale Drehzahlmesser übernehmen diese Umrechnung automatisch.
Warum beeinflusst Schlupf die Messung?
Die Kontaktmessung beruht auf Reibschluss zwischen Messaufsatz und Messobjekt.
Ist der Anpressdruck zu gering, kann die Messspitze auf der Welle rutschen.
Auch Öl, Staub, Verschleiß oder andere Verunreinigungen auf einem Messrad können den Reibschluss verringern und zu einer zu niedrigen Anzeige führen.
Zu hoher Anpressdruck ist jedoch ebenfalls problematisch. Er kann zusätzliche mechanische Last erzeugen und insbesondere bei kleinen Motoren oder Antrieben mit geringem Drehmoment die tatsächliche Drehzahl beeinflussen.
Erforderlich ist daher ein gleichmäßiger, ausreichend hoher, aber nicht übermäßiger Anpressdruck.
Warum sollte die Messspitze auf die Wellenmitte ausgerichtet werden?
Die Position der Messspitze hat direkten Einfluss auf die Stabilität der Messung.
Liegt der Kontaktpunkt deutlich außerhalb der Wellenmitte, kann das Gerät während der Rotation seitlich schwingen. Dadurch verändert sich der Kontakt und der Messwert kann instabil werden.
Für eine zuverlässige Messung sollten:
● Messwelle und Maschinenwelle möglichst fluchten;
● die Messspitze nahe der Wellenmitte angesetzt werden;
● das Gerät während der Messung ruhig gehalten werden;
● stark schräge Kontaktwinkel vermieden werden.
Eine gute axiale Ausrichtung verbessert die Messstabilität und reduziert den Verschleiß des Messaufsatzes.
Welche Faktoren beeinflussen die Messgenauigkeit?
Die praktische Messgenauigkeit hängt sowohl vom Gerät als auch von den mechanischen Bedingungen ab.
● Schlupf an der Messspitze: kann zu zu niedrigen Messwerten führen.
● Fehlausrichtung: kann Vibrationen und schwankende Anzeigen verursachen.
● Zu geringer Anpressdruck: kann zu unterbrochenem Kontakt führen.
● Zu hoher Anpressdruck: kann das Messobjekt mechanisch belasten.
● Verschlissene Messspitzen: können den sicheren Kontakt beeinträchtigen.
● Verschlissene Messräder: Änderungen von Durchmesser oder Umfang können die Geschwindigkeitsberechnung verfälschen.
● Öl oder Verschmutzungen: erhöhen das Schlupfrisiko.
● Tatsächliche Drehzahlschwankungen: Laständerungen oder Antriebsregelungen können ebenfalls schwankende Anzeigen verursachen.
Typischer Messablauf
Bei der Drehzahlmessung einer Welle:
● Geeignete konische oder konkave Messspitze montieren.
● Maschine starten und auf stabilen Betrieb achten.
● Drehzahlmesser einschalten und U/min-Modus wählen.
● Messspitze langsam zur Mitte des rotierenden Wellenendes führen.
● Gerät möglichst axial zur Welle ausrichten.
● Leichten und gleichmäßigen Anpressdruck ausüben.
● Stabilen Messwert abwarten und ablesen.
● Gerät anschließend kontrolliert vom rotierenden Teil entfernen.
Für lineare Geschwindigkeitsmessungen wird das passende Messrad montiert und die gewünschte Geschwindigkeitseinheit ausgewählt.
Unterschied zwischen Kontakt- und berührungslosem Drehzahlmesser
Der wesentliche Unterschied besteht in der Erfassung der Bewegung.
Ein Kontaktdrehzahlmesser übernimmt die mechanische Drehbewegung direkt vom Messobjekt.
Ein berührungsloser Drehzahlmesser erfasst dagegen üblicherweise eine Reflexmarke optisch oder per Laser und benötigt keinen mechanischen Kontakt.
Kontaktmessungen eignen sich besonders für sicher zugängliche Wellenenden sowie für direkte Oberflächengeschwindigkeitsmessungen.
Berührungslose Messungen sind häufig bei hohen Drehzahlen, heißen Oberflächen oder schwer zugänglichen rotierenden Teilen geeigneter.
Die Wahl der Methode sollte sich nach Maschinenaufbau, Sicherheitsbedingungen und Messaufgabe richten.
Welche Geräte können gemessen werden?
Typische Anwendungen sind:
● Motorwellen.
● Ventilator- und Gebläsewellen.
● Pumpenwellen.
● Werkzeugmaschinenspindeln.
● Walzen.
● Förderbänder.
● Antriebsriemen.
● Druck- und Verpackungsmaschinen.
● Textilmaschinen.
● Rotierende Laborgeräte.
Bei offenen Hochgeschwindigkeitskomponenten oder schwer zugänglichen rotierenden Teilen sollte eine Kontaktmessung nur durchgeführt werden, wenn dies sicher möglich ist.
Was ist bei der Verwendung zu beachten?
Da sich das Messgerät in unmittelbarer Nähe bewegter Maschinenteile befindet, ist die Arbeitssicherheit besonders wichtig.
● Vor der Messung festen Sitz des Messaufsatzes prüfen.
● Hände, Kleidung, Kabel und andere Gegenstände von rotierenden Teilen fernhalten.
● Keine übermäßige seitliche Kraft auf die Welle ausüben.
● Sicherstellen, dass die erwartete Drehzahl innerhalb des zulässigen Messbereichs liegt.
● Bei offenen Lüfterflügeln, Kupplungen oder anderen gefährlichen rotierenden Teilen eine berührungslose Messung prüfen.
● Messaufsätze oder Messmodi erst wechseln, nachdem das Gerät vom rotierenden Teil entfernt wurde.
FAQ
Muss ein Kontaktdrehzahlmesser die Welle immer berühren?
Bei der Drehzahlmessung wird die Messspitze normalerweise direkt an das Wellenende angelegt. Für lineare Geschwindigkeiten berührt das Messrad die bewegte Oberfläche.
Warum gibt es verschiedene Messspitzen?
Unterschiedliche Wellenenden erfordern unterschiedliche Geometrien. Konische und konkave Aufsätze verbessern Zentrierung und mechanische Stabilität.
Kann ein Kontaktdrehzahlmesser die Geschwindigkeit eines Förderbands messen?
Ja. Mit einem geeigneten Messrad lässt sich die lineare Geschwindigkeit von Förderbändern und ähnlichen bewegten Oberflächen messen.
Warum zeigt das Gerät manchmal eine zu niedrige Drehzahl an?
Häufige Ursachen sind Schlupf, zu geringer Anpressdruck, verschlissene Aufsätze, schlechte Ausrichtung oder verschmutzte Kontaktflächen.
Ist höherer Anpressdruck genauer?
Nein. Zu geringer Druck kann Schlupf verursachen, zu hoher Druck kann das Messobjekt belasten und dessen tatsächliche Drehzahl verändern.
Kann ein Kontaktdrehzahlmesser sehr hohe Drehzahlen messen?
Nur innerhalb des zulässigen Bereichs von Gerät und Messaufsatz und unter sicheren Betriebsbedingungen. Für sehr hohe Drehzahlen ist eine berührungslose Messung häufig geeigneter.
Fazit
Ein Kontaktdrehzahlmesser wandelt mechanische Drehbewegung in ein elektronisch auswertbares Signal um.
Die Welle treibt eine konische oder konkave Messspitze an, die die Bewegung auf den internen Messmechanismus überträgt. Ein Sensor erzeugt elektrische Impulse, aus deren Frequenz der Mikroprozessor die Drehzahl berechnet. Mit einem Messrad kann nach demselben Prinzip auch die lineare Oberflächengeschwindigkeit bestimmt werden.
Da die Messung auf direktem mechanischem Kontakt beruht, beeinflussen Ausrichtung, Anpressdruck, Oberflächenzustand und Schlupf die Messqualität.
Die richtige Auswahl des Messaufsatzes, eine korrekte Messtechnik und die sichere Handhabung in der Nähe rotierender Maschinen sind daher entscheidend für zuverlässige Messergebnisse.
