Einleitung

Bei der industriellen Instandhaltung und Maschinenprüfung ist nicht nur die Drehzahl von Motoren, Wellen und Walzen relevant. Auch die Lineargeschwindigkeit von Förderbändern, Antriebsriemen, Walzenoberflächen und kontinuierlich bewegten Materialien ist ein wichtiger Messparameter.

Viele Kontaktdrehzahlmesser können durch den Einsatz unterschiedlicher Messaufsätze sowohl Drehzahlen als auch Lineargeschwindigkeiten erfassen. Für die Messung der Lineargeschwindigkeit wird üblicherweise ein spezielles Messrad für Oberflächengeschwindigkeit verwendet.

Das Messrad wird direkt an die bewegte Oberfläche angelegt. Durch deren Bewegung beginnt das Rad zu rotieren. Der Drehzahlmesser erfasst diese Rotation und berechnet anhand des bekannten Raddurchmessers beziehungsweise Radumfangs die pro Zeiteinheit zurückgelegte Strecke.

Das Grundprinzip lautet daher: Die lineare Bewegung wird in eine Drehbewegung des Messrads umgewandelt und anschließend in eine Lineargeschwindigkeit umgerechnet.

Die wichtigsten Punkte

● Kontaktdrehzahlmesser verwenden für Lineargeschwindigkeitsmessungen in der Regel ein Messrad.
● Die bewegte Oberfläche versetzt das Messrad durch direkten Kontakt in Rotation.
● Die Lineargeschwindigkeit wird aus Drehzahl und wirksamem Umfang des Messrads ermittelt.
● Typische Einheiten sind m/min, m/s und ft/min, abhängig vom Gerät.
● Raddurchmesser, Schlupf, Anpressdruck, Messposition und Ausrichtung beeinflussen die Messgenauigkeit.
● Nicht jeder Kontaktdrehzahlmesser kann die Lineargeschwindigkeit direkt anzeigen; Funktionsumfang und Messradspezifikation müssen zum Gerät passen.

Was ist Lineargeschwindigkeit?

Die Lineargeschwindigkeit beschreibt die Strecke, die ein Punkt oder eine Oberfläche innerhalb einer bestimmten Zeit zurücklegt.

Bewegt sich ein Förderband beispielsweise 60 m pro Minute, beträgt seine Lineargeschwindigkeit:

60 m/min

Bei einer Walze, Riemenscheibe oder einem rotierenden Rad liegt zwar eine Drehbewegung vor, gleichzeitig besitzt jeder Punkt auf dem Umfang eine bestimmte Tangential- beziehungsweise Lineargeschwindigkeit.

Typische Messobjekte sind:

● Förderbänder;
● Antriebsriemen;
● Walzenoberflächen;
● Riemenscheiben;
● Papiertransporte in Druckmaschinen;
● Bewegte Komponenten in Textilmaschinen;
● Kontinuierlich geförderte Kabel, Folien oder Papierbahnen.

Wie misst ein Kontaktdrehzahlmesser die Lineargeschwindigkeit?

Für die reine Drehzahlmessung wird bei einem Kontaktdrehzahlmesser meist ein konischer oder trichterförmiger Messaufsatz an die Mitte einer rotierenden Welle angesetzt. Für die Lineargeschwindigkeit kommt dagegen üblicherweise ein Messrad zum Einsatz.

Dieses wird leicht an die Oberfläche eines Förderbands, Riemens, einer Walze oder eines anderen bewegten Objekts gedrückt.

Während der Messung:

● treibt die bewegte Oberfläche das Messrad an;
● wird die Rotation an das Messsystem des Drehzahlmessers übertragen;
● erfasst das Gerät die Drehzahl des Messrads;
● wird die Drehzahl anhand der Strecke pro Radumdrehung umgerechnet;
● zeigt das Gerät die entsprechende Lineargeschwindigkeit an.

Hat ein Messrad beispielsweise einen Umfang von 0,1 m, entspricht eine vollständige Umdrehung theoretisch einer zurückgelegten Strecke von 0,1 m.

Bei 500 Umdrehungen pro Minute ergibt sich:

Lineargeschwindigkeit = 0,1 × 500 = 50 m/min

Die tatsächlichen Abmessungen des Messrads sind daher entscheidend für eine korrekte Messung.

Wie hängen Drehzahl und Lineargeschwindigkeit zusammen?

Sind Drehzahl und wirksamer Durchmesser eines rotierenden Bauteils bekannt, lässt sich dessen Umfangsgeschwindigkeit berechnen.

Die grundlegende Beziehung lautet:

v = π × D × n

Dabei gilt:

● v = Lineargeschwindigkeit;
● D = wirksamer Durchmesser des rotierenden Körpers oder Messrads;
● n = Drehzahl pro Zeiteinheit;
● π ≈ 3,1416.

Wird D in Metern und n in Umdrehungen pro Minute angegeben, ergibt sich v in m/min.

Beispiel: Eine Walze mit 0,2 m Durchmesser rotiert mit 300 U/min.

v = 3,1416 × 0,2 × 300

Damit ergibt sich:

v ≈ 188,5 m/min

Für die Umrechnung in m/s:

188,5 ÷ 60 ≈ 3,14 m/s

Bei einem Kontaktdrehzahlmesser mit integrierter Funktion zur Lineargeschwindigkeitsmessung erfolgt diese Umrechnung üblicherweise automatisch.

Warum wird ein passendes Messrad benötigt?

Die Lineargeschwindigkeit hängt nicht nur von der Anzahl der Radumdrehungen ab, sondern auch vom tatsächlichen Radumfang.

Bei gleicher Drehzahl von 100 U/min gilt:

● Ein Messrad mit größerem Umfang legt pro Umdrehung eine größere Strecke zurück;
● Ein kleineres Messrad entspricht einer geringeren Strecke pro Umdrehung.

Ist der Drehzahlmesser für eine bestimmte Messradgröße ausgelegt und wird ein abweichendes Rad verwendet, kann die gemessene Drehzahl korrekt sein, während die daraus berechnete Lineargeschwindigkeit einen proportionalen Fehler aufweist.

Ist das Gerät beispielsweise für einen Radumfang von 100 mm ausgelegt, tatsächlich wird jedoch ein Rad mit 120 mm Umfang verwendet, stimmen angenommene und tatsächliche Wegstrecke pro Umdrehung nicht mehr überein.

Daher sollte stets das vom Hersteller vorgesehene beziehungsweise zum Gerät passende Messrad verwendet werden.

Wie wird die Lineargeschwindigkeit korrekt gemessen?

Vor der Messung ist zu prüfen, ob das Gerät eine Funktion zur Lineargeschwindigkeitsmessung besitzt und ob das passende Messrad korrekt montiert ist.

● Vorgesehenes Messrad montieren;
● Gerät einschalten und den Modus für Lineargeschwindigkeit wählen;
● Gewünschte Einheit wie m/min, m/s oder ft/min einstellen;
● Maschine auf einen stabilen Betriebszustand bringen;
● Messrad leicht an die bewegte Oberfläche anlegen;
● Rollrichtung des Messrads möglichst exakt zur Bewegungsrichtung ausrichten;
● Gleichmäßigen, mäßigen Anpressdruck aufrechterhalten;
● Stabile Anzeige abwarten und Messwert dokumentieren;
● Bei Bedarf mehrere Messungen an derselben Position durchführen.

Nach Abschluss sollte das Messrad zunächst von der bewegten Oberfläche entfernt werden, bevor das Gerät ausgeschaltet oder umgesetzt wird.

Bei schnell laufenden oder offen zugänglichen bewegten Maschinenteilen sind geeignete Sicherheitsmaßnahmen einzuhalten. Hände, Kleidung und Messzubehör dürfen nicht in den Einzugsbereich bewegter Komponenten gelangen.

Wie sollte das Messrad die Oberfläche berühren?

Der Kontakt zwischen Messrad und Oberfläche hat direkten Einfluss auf die Messqualität.

Idealerweise rollt das Messrad gleichmäßig auf der Oberfläche ab, ohne sichtbar zu gleiten.

Bei einer schrägen Ausrichtung kann seitlicher Schlupf entstehen. Zu geringer Anpressdruck kann dazu führen, dass das Rad der Oberflächengeschwindigkeit nicht vollständig folgt. Zu hoher Druck kann das Messrad oder flexible Materialien verformen.

Geeignete Messbedingungen sind:

● Stabile Berührung der Oberfläche;
● Ausrichtung in Bewegungsrichtung;
● Kein deutliches Springen;
● Kein Schlupf;
● Gleichmäßiger, mäßiger Anpressdruck.

Welche Faktoren beeinflussen die Messgenauigkeit?

Da die Lineargeschwindigkeit mechanisch durch direkten Kontakt erfasst wird, spielen die tatsächlichen Messbedingungen eine wesentliche Rolle.

Schlupf am Messrad

Folgt das Messrad der Oberfläche nicht vollständig, ist seine Drehzahl in der Regel geringer als die tatsächliche Oberflächengeschwindigkeit. Der Messwert fällt dadurch meist zu niedrig aus.

Ungeeigneter Anpressdruck

Zu geringer Druck kann zu Schlupf oder Springen führen. Zu hoher Druck kann das Rad zusammendrücken oder den Lauf flexibler Materialien beeinflussen.

Verschleiß des Messrads

Durch langfristige Nutzung kann sich der Außendurchmesser verringern. Damit ändert sich auch die Wegstrecke pro Umdrehung, was einen systematischen Fehler verursacht.

Falsche Messradgröße

Stimmen Durchmesser oder Umfang nicht mit der Gerätekonfiguration überein, entsteht ein proportionaler Fehler bei der Lineargeschwindigkeit.

Falsche Ausrichtung

Das Messrad sollte exakt in Bewegungsrichtung rollen. Eine schräge Position kann seitliches Gleiten und instabile Messwerte verursachen.

Unebene Oberfläche

Stöße, Verbindungsstellen, Vibrationen oder periodische Bewegungen können einen gleichmäßigen Kontakt verhindern.

Schwankende Maschinengeschwindigkeit

Beschleunigt oder verzögert die Anlage oder verändert sich die Last, schwankt auch der angezeigte Wert. Reale Geschwindigkeitsänderungen sind daher von Messfehlern zu unterscheiden.

Was unterscheidet die Messung an einer Walze von der Messung eines Förderbands?

Beide Messungen können mit einem Kontaktdrehzahlmesser durchgeführt werden, erfassen jedoch unterschiedliche Größen.

Wird das Messrad direkt auf ein Förderband aufgesetzt, misst das Gerät die tatsächliche Bandgeschwindigkeit am jeweiligen Kontaktpunkt.

Bei Kontakt mit der Außenfläche einer Walze wird deren Umfangsgeschwindigkeit erfasst.

Besteht zwischen Walze und Förderband kein Schlupf, sollten beide Geschwindigkeiten theoretisch nahezu identisch sein.

Abweichungen können jedoch entstehen durch:

● Schlupf zwischen Band und Walze;
● Unzureichende Bandspannung;
● Verschmutzte Oberflächen;
● Schwankende mechanische Belastung.

Der Vergleich beider Messwerte kann daher zusätzlich zur Diagnose von Schlupf in einem Förder- oder Antriebssystem genutzt werden.

Kann die Lineargeschwindigkeit nur aus der Drehzahl berechnet werden?

Ja, sofern der wirksame Durchmesser des rotierenden Bauteils bekannt ist.

Bei einer Walze mit 500 U/min und 100 mm beziehungsweise 0,1 m Durchmesser ergibt sich:

v = 3,1416 × 0,1 × 500

Daraus folgt:

v ≈ 157,1 m/min

Diese Methode eignet sich für Walzen, Riemenscheiben und andere rotierende Komponenten mit genau bekanntem Durchmesser.

Bei Förderbändern, Papierbahnen, Kabeln, Folien und ähnlichen kontinuierlich bewegten Materialien ist eine direkte Messung mit einem Messrad meist einfacher, da der Durchmesser der Antriebswalze nicht bekannt sein muss.

Für welche Anwendungen eignet sich die Kontaktmessung der Lineargeschwindigkeit?

Die Lineargeschwindigkeitsfunktion eignet sich für Maschinen und Materialien, deren bewegte Oberfläche sicher erreichbar ist.

Typische Anwendungen sind:

● Geschwindigkeitsmessung an Förderbändern;
● Kontrolle von Antriebsriemen;
● Messung der Walzenoberflächengeschwindigkeit;
● Papiertransport in Druckmaschinen;
● Materialtransport in Textilmaschinen;
● Kabelfertigungsanlagen;
● Folienproduktion und Wickelmaschinen;
● Verpackungsmaschinen;
● Prüfung von Antriebssystemen bei Wartungsarbeiten.

Bei nicht sicher erreichbaren, sehr heißen oder extrem schnell bewegten Teilen sollte keine Kontaktmessung erzwungen werden. In solchen Fällen ist eine für die jeweilige Anwendung geeignetere Messmethode zu verwenden.

FAQ

Kann ein Kontaktdrehzahlmesser m/min direkt anzeigen?

Einige Geräte mit Lineargeschwindigkeitsfunktion können Werte direkt in m/min, m/s oder ft/min anzeigen. Die verfügbaren Einheiten hängen vom jeweiligen Gerät ab.

Wird für die Lineargeschwindigkeitsmessung immer ein Messrad benötigt?

Für die direkte Messung an Förderbändern oder bewegten Oberflächen wird üblicherweise ein Messrad benötigt. Sind Drehzahl und genauer Durchmesser eines rotierenden Bauteils bekannt, kann die Umfangsgeschwindigkeit auch berechnet werden.

Warum beeinflusst der Messraddurchmesser das Messergebnis?

Eine Radumdrehung entspricht einer Strecke, die dem Radumfang entspricht. Ändert sich der Durchmesser, ändert sich auch diese Strecke.

Kann ein verschlissenes Messrad weiterverwendet werden?

Geringer Verschleiß muss nicht sofort zu großen Abweichungen führen. Bei deutlich reduziertem Durchmesser, verhärteter Oberfläche, Beschädigung oder unzureichender Haftung sollte das Rad jedoch geprüft oder ersetzt werden.

Warum ergeben Wiederholungsmessungen am selben Förderband unterschiedliche Werte?

Mögliche Ursachen sind reale Geschwindigkeitsschwankungen, Schlupf, unterschiedliche Anpresskräfte, abweichende Messwinkel, Vibrationen oder unterschiedliche Messpositionen.

Misst das Gerät die Motordrehzahl oder die tatsächliche Förderbandgeschwindigkeit?

Bei direktem Kontakt mit dem Förderband wird dessen tatsächliche Oberflächengeschwindigkeit am Messpunkt erfasst. Diese kann aufgrund von Übersetzungen oder Schlupf von der Motordrehzahl abweichen.

Fazit

Ein Kontaktdrehzahlmesser misst die Lineargeschwindigkeit, indem ein Messrad die lineare Bewegung der Oberfläche in eine Drehbewegung umwandelt. Aus Drehzahl und wirksamem Radumfang bestimmt das Gerät anschließend die pro Zeiteinheit zurückgelegte Strecke.

Geräte mit integriertem Lineargeschwindigkeitsmodus können Messwerte direkt in m/min, m/s oder ft/min anzeigen. Alternativ lässt sich die Umfangsgeschwindigkeit aus Drehzahl und wirksamem Durchmesser berechnen.

Für zuverlässige Messergebnisse sind ein passendes Messrad, geringer Verschleiß, korrekter Anpressdruck, gute Ausrichtung und schlupffreier Kontakt entscheidend.