Einleitung

Bei der berührungslosen Messung der Drehzahl von Motorwellen, Lüftern, Riemenscheiben, Scheiben oder anderen rotierenden Bauteilen wird häufig zunächst ein kleines Stück Reflexfolie auf der Oberfläche angebracht. Diese Folie dient nicht lediglich dazu, den Laserpunkt besser sichtbar zu machen. Ihre eigentliche Aufgabe besteht darin, eine eindeutig erkennbare optische Referenzmarke zu erzeugen.

Ein berührungsloser Drehzahlmesser erfasst nicht direkt die Anzahl vollständiger Umdrehungen. Stattdessen erkennt ein photoelektrischer Sensor periodische Änderungen des reflektierten Lichts. Jedes Mal, wenn die Reflexmarkierung den Messstrahl passiert, entsteht ein deutliches optisches Signal. Aus dessen Frequenz berechnet das Gerät anschließend die Drehzahl.

Die Reflexfolie ist daher ein wesentlicher Bestandteil einer stabilen optischen Drehzahlmessung.

Das Wichtigste auf einen Blick

● Reflexfolie erzeugt einen Bereich mit hoher Rückstrahlwirkung, der vom optischen Sensor zuverlässig erkannt werden kann.
● Beim Passieren des Messstrahls entsteht eine deutlich messbare Änderung des reflektierten Lichts.
● Bei einer einzelnen Reflexmarkierung entspricht normalerweise ein Impuls einer vollständigen Umdrehung.
● Der Drehzahlmesser berechnet die Drehzahl aus Anzahl und Frequenz der erfassten Impulse.
● Ein deutlicher optischer Kontrast zwischen Markierung und Umgebung verbessert die Signalerkennung.
● Größe, Anzahl, Position, Sauberkeit und Zustand der Reflexfolie können das Messergebnis beeinflussen.

Warum kann ein Drehzahlmesser Reflexfolie erkennen?

Ein berührungsloser Drehzahlmesser besitzt üblicherweise eine optische Sendeeinheit und einen photoelektrischen Empfänger. Während der Messung wird ein Laser- oder anderer Messstrahl auf die rotierende Oberfläche gerichtet.

Metall, Kunststoff, Gummi oder lackierte Oberflächen reflektieren Licht abhängig von Farbe, Struktur, Glanzgrad und Einfallswinkel unterschiedlich. Ein Teil des Lichts wird absorbiert, ein anderer Teil in verschiedene Richtungen gestreut. Dadurch kann das tatsächlich zum Empfänger zurückkehrende Signal stark schwanken.

Reflexfolie ist dagegen dafür ausgelegt, einen größeren Anteil des einfallenden Lichts in Richtung des Messgeräts zurückzuführen. Sobald der Messstrahl auf die Markierung trifft, empfängt der Sensor ein deutlich stärkeres Signal als von der umliegenden Oberfläche.

Diese klar erkennbare Änderung der Lichtintensität bildet die Grundlage der Drehzahlerfassung.

Wie berechnet der Drehzahlmesser die Drehzahl aus der Reflexmarkierung?

Während sich das Bauteil dreht, passiert die Reflexmarkierung wiederholt den Messstrahl.

Bei nur einer Reflexmarkierung lässt sich der Ablauf vereinfacht wie folgt darstellen:

● Die Reflexmarkierung passiert den Messbereich.
● Es entsteht ein deutliches optisches Rücksignal.
● Der photoelektrische Empfänger wandelt dieses Signal in einen elektrischen Impuls um.
● Ein Impuls entspricht einer vollständigen Umdrehung.
● Das Gerät zählt die Impulse innerhalb eines bestimmten Zeitraums.
● Aus der Impulsfrequenz wird die Drehzahl in U/min berechnet.

Passiert die Markierung den Messpunkt beispielsweise 20-mal pro Sekunde, ergibt sich bei nur einer Markierung:

Drehzahl = 20 × 60 = 1200 U/min

Der Drehzahlmesser ermittelt somit zunächst die Frequenz des periodischen optischen Signals und wandelt diese anschließend in Umdrehungen pro Minute um.

Warum wird normalerweise nur eine Reflexmarkierung verwendet?

Bei üblichen berührungslosen Drehzahlmessungen wird normalerweise nur eine wirksame Reflexmarkierung pro Umdrehung verwendet.

Der Grund: Das Gerät kann jedes eindeutige Reflexionsereignis als eine vollständige Umdrehung interpretieren. Werden zwei ähnlich stark reflektierende Markierungen auf demselben Bauteil angebracht, können während einer Umdrehung zwei Impulse entstehen.

Geht das Gerät von einem Impuls pro Umdrehung aus, kann der angezeigte Wert dadurch ungefähr doppelt so hoch wie die tatsächliche Drehzahl sein.

Bei einer realen Drehzahl von 1000 U/min können beispielsweise zwei Reflexmarkierungen etwa 2000 Impulse pro Minute erzeugen. Das Gerät könnte dann ungefähr 2000 U/min anzeigen.

Sofern keine spezielle Messmethode vorgesehen ist, bietet eine einzelne, klar definierte Reflexmarkierung pro Umdrehung die zuverlässigsten Bedingungen.

Warum ist ein deutlicher optischer Kontrast wichtig?

Für eine zuverlässige optische Drehzahlmessung ist nicht nur eine hohe Reflexion wichtig. Entscheidend ist vielmehr der Unterschied zwischen der Reflexmarkierung und der umliegenden Oberfläche.

Bei stark glänzenden oder spiegelnden Bauteilen können mehrere Bereiche intensive Reflexionen erzeugen. Dadurch können zusätzliche Signale entstehen, die Fehltriggerungen verursachen.

Ist die Grundfläche dagegen dunkel oder matt und die Reflexfolie deutlich rückstrahlender, lässt sich das Signal wesentlich eindeutiger erkennen.

Vereinfacht gilt:

● Die normale Oberfläche erzeugt ein relativ schwaches nutzbares Rücksignal.
● Die Reflexfolie erzeugt ein deutlich stärkeres Rücksignal.
● Beim Übergang entsteht eine klare Signaländerung.
● Der Drehzahlmesser wertet diese Änderung als Impuls aus.

Ein stabiler Signalunterschied ist daher wichtiger als eine möglichst helle Gesamtoberfläche.

Wie erzeugt Reflexfolie ein starkes Rücksignal?

Professionelle Reflexmaterialien nutzen häufig mikroskopisch kleine Glasperlen, Mikroprismen oder vergleichbare optische Strukturen.

Bei einer normalen Oberfläche wird einfallendes Licht in unterschiedliche Richtungen gestreut. Retroreflektierende Materialien sind dagegen so aufgebaut, dass ein größerer Anteil des Lichts annähernd in Richtung der Lichtquelle zurückgeführt wird.

Da Sender und Empfänger eines optischen Drehzahlmessers normalerweise nahe beieinander liegen, erhöht diese Retroreflexion die zum Sensor zurückkehrende Lichtmenge und verbessert die Signalstabilität.

Aus diesem Grund liefert spezielle Reflexfolie in der Regel zuverlässigere Ergebnisse als gewöhnliches weißes Klebeband, Papier oder Farbmarkierungen.

Wo sollte die Reflexfolie angebracht werden?

Die Markierung sollte an einer Stelle angebracht werden, die sich synchron mit dem zu messenden Bauteil dreht und vom Drehzahlmesser zuverlässig erfasst werden kann.

● Bei Motorwellen sollte eine geeignete, gut zugängliche Oberfläche gewählt werden.
● Bei Riemenscheiben, Schwungrädern oder Scheiben eignet sich eine ebene, gut anvisierbare Fläche.
● Bei Lüftern sollte eine Position gewählt werden, die eindeutig einer vollständigen Umdrehung zugeordnet werden kann und gleichzeitig eine sichere Messung ermöglicht.
● Die Oberfläche sollte sauber, trocken und eben sein, damit sich die Folie bei hoher Drehzahl nicht löst.
● Die Markierung darf während der Rotation nicht durch Abdeckungen oder andere Bauteile verdeckt werden.

Eine sehr große Reflexfläche ist nicht erforderlich. Entscheidend ist ein klares, stabiles und eindeutig zuordenbares Signal.

Was passiert, wenn die Reflexfolie zu groß oder zu klein ist?

Ist die Markierung zu klein, kann sie insbesondere bei größerem Messabstand, hoher Drehzahl oder relativ großem Lichtfleck möglicherweise nicht zuverlässig erfasst werden.

Eine sehr große Markierung verlängert die Dauer des starken Reflexionssignals während jeder Umdrehung. Unter normalen Bedingungen führt dies nicht zwangsläufig zu Fehlern, ist jedoch meist unnötig.

Wichtiger ist, dass innerhalb einer Umdrehung nicht mehrere voneinander getrennte reflektierende Bereiche entstehen, da diese als mehrere Impulse erkannt werden könnten.

Die Größe der Markierung sollte daher entsprechend Bauteilgröße, Messabstand, Lichtfleck und Gerätevorgaben gewählt werden.

Kann normales weißes Klebeband Reflexfolie ersetzen?

Unter günstigen Bedingungen können weißes Klebeband, weiße Farbe oder andere helle Markierungen bei einigen Geräten ausreichend Kontrast erzeugen, um einen Messwert zu erhalten.

Das bedeutet jedoch nicht, dass diese Materialien dieselbe Messstabilität wie spezielle Reflexfolie bieten.

Weiße Materialien reflektieren überwiegend diffus. Professionelle Reflexfolie bietet dagegen eine gezieltere Retroreflexion. Besonders bei größeren Messabständen, starkem Umgebungslicht, komplexen Oberflächen oder hohen Drehzahlen kann dieser Unterschied entscheidend sein.

Wenn der Hersteller Reflexfolie vorsieht oder reproduzierbare Messungen erforderlich sind, sollte geeignete Reflexfolie verwendet werden.

Welche Faktoren beeinflussen die Erkennung der Reflexfolie?

● Verschmutzte Oberfläche: Öl, Staub oder Feuchtigkeit können die Rückstrahlwirkung reduzieren.
● Unebene Verklebung: Falten oder abstehende Kanten können die Reflexionsrichtung verändern.
● Beschädigte Folie: Verschleiß kann die optische Leistung verringern.
● Ungünstiger Messwinkel: Wird die Markierung nicht stabil beleuchtet, kann die Anzeige schwanken.
● Zu großer Messabstand: Ein zu schwaches Rücksignal kann die sichere Erkennung verhindern.
● Weitere stark reflektierende Flächen: Sie können zusätzliche Impulse oder Störungen verursachen.
● Mehrere Reflexmarkierungen: Bei einer Auswertung von einem Impuls pro Umdrehung kann die Anzeige zu hoch ausfallen.
● Starkes Umgebungslicht: Bestimmte Lichtbedingungen können den optischen Kontrast verringern.

Bei fehlender Anzeige, stark schwankenden Messwerten oder offensichtlich zu hohen Drehzahlen sollten diese Punkte zuerst überprüft werden.

FAQ

Misst die Reflexfolie selbst die Drehzahl?
Nein. Die Reflexfolie ist lediglich eine passive optische Markierung. Lichtaussendung, Signalerfassung, Impulsverarbeitung und Drehzahlberechnung erfolgen im Drehzahlmesser.

Entspricht jedes Passieren der Reflexmarkierung einer Umdrehung?
Normalerweise ja, sofern nur eine wirksame Markierung pro vollständiger Umdrehung vorhanden ist.

Warum kann sich der Messwert bei zwei Reflexmarkierungen verdoppeln?
Weil während einer Umdrehung zwei optische Impulse entstehen. Werden beide als vollständige Umdrehung ausgewertet, kann sich ungefähr der doppelte Anzeigewert ergeben.

Muss die Reflexfolie in der Mitte der Welle angebracht werden?
Nein. Entscheidend ist, dass sie sich synchron mit dem Bauteil dreht und zuverlässig vom Messstrahl erfasst werden kann.

Ist eine möglichst helle Reflexfolie immer besser?
Nicht unbedingt. Neben einer ausreichenden Rückstrahlung ist ein stabiler Kontrast zur Umgebung entscheidend.

Kann verschmutzte Reflexfolie die Messung beeinflussen?
Ja. Staub, Öl, Feuchtigkeit und Verschleiß können das Rücksignal abschwächen und instabile oder fehlende Messwerte verursachen.

Fazit

Reflexfolie dient bei einem berührungslosen Drehzahlmesser als eindeutig erkennbare, periodisch wiederkehrende optische Referenzmarke.

Bei jedem Passieren des Messstrahls erzeugt sie ein stärkeres Rücksignal am photoelektrischen Empfänger. Der Drehzahlmesser wandelt diese Signaländerungen in Impulse um und berechnet aus deren Frequenz die Drehzahl.

Damit ist Reflexfolie weit mehr als lediglich eine helle Markierung. Reflexionsvermögen, Größe, Anzahl, Position, Zustand und Kontrast zur Umgebung können die Messstabilität beeinflussen. Für typische berührungslose Messungen sind eine saubere Markierung, ein wirksamer Reflexpunkt pro Umdrehung sowie die Einhaltung des empfohlenen Messabstands und Messwinkels wesentliche Voraussetzungen für zuverlässige Ergebnisse.