Einleitung
Laser-Drehzahlmesser, optische Drehzahlmesser und andere berührungslose Messgeräte nutzen Reflexband oder Reflexmarken als eindeutig erkennbare optische Referenz.
Passiert eine Reflexmarke den Messstrahl einmal pro Umdrehung, kann das Gerät aus der Frequenz der reflektierten Signale die Drehzahl in U/min bzw. RPM berechnen.
Grundsätzlich können auch zwei, drei oder mehr Reflexmarken auf einem rotierenden Bauteil angebracht werden. Bei den meisten Hand-Drehzahlmessern, die jedoch davon ausgehen, dass ein erkannter Impuls einer Umdrehung entspricht, ist dies für eine normale Drehzahlmessung nicht zu empfehlen.
Mehrere Reflexmarken können innerhalb einer Umdrehung mehrere Signale erzeugen und dadurch zu einem proportional zu hohen Messwert führen.
Das Wichtigste auf einen Blick
● Für die Standardmessung mit einem berührungslosen Drehzahlmesser wird normalerweise eine wirksame Reflexmarke pro Umdrehung empfohlen;
● Zwei erkennbare Reflexmarken können zwei Impulse pro Umdrehung erzeugen und ungefähr die doppelte Drehzahl anzeigen;
● Drei Reflexmarken können entsprechend ungefähr den dreifachen Messwert erzeugen;
● Geräte mit einstellbarem PPR-Wert beziehungsweise Impulsen pro Umdrehung können mehrere Reflexmarken korrekt berücksichtigen;
● Bei sehr niedrigen Drehzahlen können mehrere Marken gezielt eingesetzt werden, sofern die Impulszahl korrekt eingestellt oder rechnerisch berücksichtigt wird;
● Für typische Wartungs- und Servicemessungen ist eine einzelne, saubere und eindeutig erkennbare Reflexmarke meist die zuverlässigste Lösung.
Warum wird normalerweise nur eine Reflexmarke verwendet?
Ein berührungsloser Drehzahlmesser erkennt nicht unmittelbar eine vollständige mechanische Umdrehung. Er registriert vielmehr das periodische optische Signal, das entsteht, wenn eine Reflexmarke den Messbereich passiert.
Wird beispielsweise eine Reflexmarke auf der Seitenfläche einer Welle angebracht:
● Die Welle führt eine vollständige Umdrehung aus;
● Die Reflexmarke passiert den Messstrahl einmal;
● Das Gerät erkennt einen optischen Impuls;
● Aus dem Zeitabstand zwischen den Impulsen oder der Impulszahl innerhalb eines bestimmten Zeitraums wird die Drehzahl berechnet.
Damit gilt:
1 Reflexmarke = 1 wirksamer Impuls pro Umdrehung
Dadurch kann die Drehzahl ohne zusätzlichen Korrekturfaktor direkt berechnet werden.
Was geschieht bei zwei Reflexmarken?
Angenommen, eine Motorwelle dreht tatsächlich mit 600 U/min und trägt zwei Reflexmarken.
Während einer Umdrehung:
● Die erste Reflexmarke erzeugt beim Passieren des Messpunkts einen Impuls;
● Die zweite Reflexmarke erzeugt einen weiteren Impuls;
● Insgesamt entstehen zwei wirksame Impulse pro mechanischer Umdrehung.
Geht das Messgerät davon aus, dass jeder Impuls einer vollständigen Umdrehung entspricht, kann es die beiden Signale als zwei Umdrehungen interpretieren.
Der angezeigte Wert kann sich deshalb theoretisch auf etwa:
600 U/min × 2 = 1200 U/min
erhöhen.
Die tatsächliche Drehzahl der Welle hat sich dabei nicht verändert. Lediglich die Anzahl der erkannten Impulse pro Umdrehung wurde verdoppelt.
Was passiert bei drei oder mehr Reflexmarken?
Das gleiche Prinzip gilt auch bei einer höheren Anzahl von Markierungen.
Bei einer tatsächlichen Drehzahl von 500 U/min:
● 1 wirksame Reflexmarke → ca. 500 U/min;
● 2 wirksame Reflexmarken → möglicherweise ca. 1000 U/min;
● 3 wirksame Reflexmarken → möglicherweise ca. 1500 U/min;
● 4 wirksame Reflexmarken → möglicherweise ca. 2000 U/min.
Bei einem Gerät, das einen Impuls als eine Umdrehung interpretiert, gilt vereinfacht:
Anzeigewert ≈ tatsächliche Drehzahl × Anzahl der wirksamen Reflexmarken pro Umdrehung
Mehr Reflexmarken bedeuten daher nicht automatisch eine höhere Messgenauigkeit.
Wann können mehrere Reflexmarken sinnvoll sein?
Mehrere Reflexmarken sind grundsätzlich möglich, wenn das Messsystem weiß, wie viele Impulse einer vollständigen mechanischen Umdrehung entsprechen.
Professionelle Drehzahlmessgeräte, Zähler, Steuerungen oder Datenerfassungssysteme ermöglichen teilweise die Einstellung von PPR, also „Pulses per Revolution“ beziehungsweise Impulsen pro Umdrehung.
Sind beispielsweise vier Reflexmarken vorhanden und wird eingestellt:
PPR = 4
kann das Gerät vier erkannte Impulse korrekt als eine Umdrehung auswerten.
Bei einfachen Hand-Laser-Drehzahlmessern ohne entsprechende Einstellmöglichkeit sollten mehrere Reflexmarken dagegen normalerweise vermieden werden.
Können mehrere Reflexmarken bei sehr niedriger Drehzahl hilfreich sein?
In bestimmten professionellen Anwendungen kann dies sinnvoll sein.
Bei einer Drehzahl von lediglich 10 U/min entsteht mit einer einzelnen Reflexmarke nur ein Impuls pro Umdrehung. Dadurch ist der Zeitabstand zwischen zwei Signalen relativ groß.
Werden beispielsweise sechs Marken verwendet:
Tatsächliche Drehzahl = 10 U/min
Anzahl der Reflexmarken = 6
Impulsbasierter Anzeigewert = 60 U/min
Die tatsächliche Drehzahl ergibt sich aus:
60 ÷ 6 = 10 U/min
Voraussetzung ist jedoch, dass die Anzahl der wirksamen Reflexmarken genau bekannt ist und entweder im Messgerät eingestellt oder bei der Auswertung berücksichtigt wird.
Führen mehrere Reflexmarken immer zu einem exakten Vielfachen?
Nicht zwingend.
Werden alle Reflexmarken zuverlässig erkannt, kann ein annähernd ganzzahliges Vielfaches entstehen. In der Praxis beeinflussen jedoch weitere Faktoren die Signalerkennung:
● Unterschiedliche Größe der Reflexmarken;
● Teilweise verdeckte Markierungen;
● Verschmutzte oder beschädigte Reflexflächen;
● Zu geringer Abstand zwischen einzelnen Marken;
● Unstabile Ausrichtung des Messstrahls;
● Weitere reflektierende Bereiche am rotierenden Bauteil;
● Veränderungen von Messabstand, Messwinkel oder Umgebungslicht.
Daher können mehrere Reflexbereiche auch zu schwankenden oder springenden Messwerten führen.
Was ist zu beachten, wenn das Bauteil bereits mehrere reflektierende Bereiche besitzt?
Polierte Wellen, Kupplungen, Lüfter, Laufräder, Riemenscheiben und andere metallische Komponenten können mehrere stark reflektierende Flächen aufweisen.
Neben der eigentlichen Reflexmarke können beispielsweise folgende Bereiche Signale erzeugen:
● Polierte Metallflächen;
● Glänzende Kanten;
● Verchromte Bereiche;
● Helle Aufkleber oder Markierungen;
● Andere stark reflektierende Oberflächen.
Werden mehrere dieser Bereiche vom Sensor erkannt, können innerhalb einer einzigen Umdrehung mehrere Impulse entstehen.
Die vorgesehene Reflexmarke sollte deshalb einen möglichst deutlichen optischen Kontrast zur Umgebung aufweisen. Störende Reflexflächen können bei Bedarf abgedeckt oder mattiert werden.
Wie sollte das Reflexband angebracht werden?
Für übliche berührungslose Drehzahlmessungen wird empfohlen:
● Die Maschine vor dem Anbringen des Reflexbands vollständig stillsetzen;
● Pro vollständiger Umdrehung normalerweise nur eine wirksame Reflexmarke verwenden;
● Öl, Staub, Feuchtigkeit und andere Verunreinigungen von der Oberfläche entfernen;
● Reflexband flach und sicher befestigen;
● Eine ausreichend große, aber nicht unnötig ausgedehnte Reflexfläche verwenden;
● Bei Wellen kann die Reflexmarke auf der Seitenfläche angebracht und der Messstrahl auf die vorbeilaufende Markierung ausgerichtet werden;
● Andere stark reflektierende Flächen möglichst aus dem Messbereich ausschließen;
● Das Messgerät ruhig halten und den vorgesehenen Messabstand beachten.
Bei hohen Drehzahlen muss die Reflexmarke besonders sicher befestigt sein.
Was tun, wenn bereits mehrere Reflexmarken vorhanden sind?
Zunächst sollte geprüft werden, ob das Messgerät einen PPR-Wert oder eine vergleichbare Einstellung für Impulse pro Umdrehung unterstützt.
Falls ja, wird der Wert entsprechend der Anzahl wirksamer Reflexmarken eingestellt.
Falls nicht, bestehen zwei Möglichkeiten:
● Zusätzliche Reflexmarken entfernen oder abdecken, sodass nur eine Marke erkannt wird;
● Den Messwert rechnerisch durch die Anzahl der tatsächlich erkannten Marken teilen.
Zeigt das Gerät beispielsweise 2400 U/min bei vier gleichmäßig erkannten Reflexmarken an:
2400 ÷ 4 = 600 U/min
Für Wartungs- und Servicearbeiten ist eine einzelne Reflexmarke dennoch meist die unkompliziertere Lösung.
Verbessern mehrere Reflexmarken die Messgenauigkeit?
Bei einem üblichen berührungslosen Hand-Drehzahlmesser grundsätzlich nicht.
Für eine stabile Messung sind vielmehr folgende Faktoren entscheidend:
● Ausreichender optischer Kontrast;
● Saubere und intakte Reflexmarke;
● Stabile Ausrichtung des Messstrahls;
● Geeigneter Messabstand;
● Messung innerhalb des spezifizierten Drehzahlbereichs;
● Geeignete Umgebungslichtbedingungen;
● Auflösung, Ansprechverhalten und Signalverarbeitung des Messgeräts.
Bei instabilen Messwerten sollten daher zunächst diese Bedingungen überprüft werden, anstatt zusätzliche Reflexmarken anzubringen.
FAQ
Können zwei Reflexmarken auf einer Welle verwendet werden?
Ja, technisch ist das möglich. Für eine normale RPM-Messung wird es jedoch meist nicht empfohlen. Werden beide Marken erkannt, können zwei Impulse pro Umdrehung entstehen und der Messwert kann ungefähr doppelt so hoch sein wie die tatsächliche Drehzahl.
Warum steigt der Messwert bei zwei Reflexmarken?
Weil das Gerät die Frequenz der optischen Impulse erfasst. Wird jeder Impuls als vollständige Umdrehung interpretiert, führen zwei Impulse pro Umdrehung zu einem entsprechend höheren Anzeigewert.
Was tun, wenn mehrere Reflexmarken erforderlich sind?
Nach Möglichkeit sollte ein Messgerät mit PPR-Einstellung verwendet werden. Alternativ muss der angezeigte Wert anhand der Anzahl der wirksamen Reflexmarken korrigiert werden.
Muss bei drei Reflexmarken der Messwert durch drei geteilt werden?
Wenn alle drei Marken zuverlässig erkannt werden und das Gerät einen Impuls als eine Umdrehung interpretiert, ist dies theoretisch korrekt. Die Funktionsweise des jeweiligen Messgeräts sollte jedoch geprüft werden.
Erhöhen mehrere Reflexmarken die Genauigkeit?
Nein. Bei einem normalen Hand-Drehzahlmesser können zusätzliche Marken zu proportionalen Fehlern oder instabilen Messwerten führen.
Warum ist der Messwert trotz nur einer Reflexmarke zu hoch?
Möglicherweise erkennt der Sensor weitere reflektierende Bereiche der rotierenden Komponente, beispielsweise polierte Metallflächen, helle Aufkleber oder glänzende Kanten.
Fazit
Mehrere Reflexmarken können grundsätzlich auf einem rotierenden Bauteil angebracht werden. Für die Standardmessung mit den meisten Laser- und optischen Hand-Drehzahlmessern wird jedoch eine wirksame Reflexmarke pro Umdrehung empfohlen.
Das Messgerät berechnet die Drehzahl aus der Frequenz der erkannten optischen Impulse. Werden während einer Umdrehung mehrere Reflexmarken erkannt, kann das Gerät diese Signale als zusätzliche Umdrehungen interpretieren und einen entsprechend zu hohen Wert anzeigen.
Mehrere Reflexmarken sollten daher gezielt nur dann eingesetzt werden, wenn das Messsystem die Impulszahl pro Umdrehung berücksichtigen kann oder eine korrekte rechnerische Kompensation erfolgt.
Für die typische Messung an Motoren, Wellen, Lüftern, Rollen und anderen rotierenden Maschinen ist eine einzelne, saubere und zuverlässig erkennbare Reflexmarke in der Regel die einfachste und sicherste Lösung.
