Einleitung

Bei der Messung der Drehzahl von Motorwellen, Lüftern, Riemenscheiben, Kupplungen oder anderen rotierenden Bauteilen mit einem Laser- oder optischen Drehzahlmesser wird häufig zunächst eine kleine Reflexmarkierung auf der rotierenden Oberfläche angebracht.

Dabei stellt sich häufig die Frage: Wenn der Drehzahlmesser bereits einen Laser- oder Lichtstrahl aussendet, warum ist zusätzlich Reflexfolie erforderlich?

Die Reflexfolie dient nicht in erster Linie als Zielmarkierung für den Laser. Ihre wichtigste Aufgabe besteht darin, eine deutliche und reproduzierbare Änderung des reflektierten Lichts zu erzeugen, die vom optischen Sensor zuverlässig erkannt werden kann.

Jedes Mal, wenn die Reflexmarkierung den Messstrahl passiert, registriert der Drehzahlmesser eine deutliche Änderung des optischen Signals. Diese wiederkehrenden Signale werden in Impulse umgewandelt und zur Berechnung der Drehzahl verwendet.

Bei berührungslosen Drehzahlmessern nach dem Reflexionsprinzip hat die Qualität dieses Signals daher direkten Einfluss auf die Stabilität der Messung.

Das Wichtigste im Überblick

● Reflexfolie erzeugt ein starkes und reproduzierbares Reflexionssignal und dient nicht nur als Zielpunkt des Lasers.
● Bei einer einzelnen Reflexmarkierung erzeugt eine vollständige Umdrehung normalerweise einen messbaren optischen Impuls.
● Der Drehzahlmesser berechnet die Drehzahl aus der Impulsfrequenz oder dem Zeitabstand zwischen den Impulsen.
● Dunkle, raue, schlecht reflektierende oder optisch unregelmäßige Oberflächen profitieren besonders von Reflexfolie.
● Bei einer üblichen Messung mit einem Impuls pro Umdrehung sollte normalerweise nur eine Reflexmarkierung verwendet werden.
● Die Reflexfolie muss sicher haften, flach aufliegen und zuverlässig vom Messstrahl erfasst werden.

Welche Funktion hat Reflexfolie bei der Drehzahlmessung?

Optische und Laser-Drehzahlmesser bestehen typischerweise aus einer Lichtquelle, einem optischen Empfänger, einem Photosensor und einer Signalverarbeitung.

Während der Messung richtet das Gerät einen Lichtstrahl auf das rotierende Bauteil und erfasst das zur Empfangseinheit zurückgeworfene Licht.

Die natürliche Reflexion einer rotierenden Oberfläche kann jedoch stark schwanken. Schwarzer Kunststoff absorbiert beispielsweise einen großen Teil des Lichts, raue Metalloberflächen streuen das Licht und gekrümmte Wellen verändern während der Rotation ständig den Reflexionswinkel.

Würde der Drehzahlmesser ausschließlich diese natürlichen Reflexionen auswerten, wäre es unter Umständen schwierig, eine vollständige Umdrehung von zufälligen Helligkeitsänderungen zu unterscheiden.

Eine Reflexmarkierung schafft deshalb einen klaren optischen Referenzpunkt.

● Trifft der Messstrahl auf die normale Oberfläche, ist das zurückkehrende Signal vergleichsweise schwach.
● Trifft er auf die Reflexfolie, steigt die Signalstärke deutlich an.
● Beim periodischen Vorbeilaufen der Reflexmarkierung erkennt der Sensor wiederkehrende Helligkeitsänderungen.
● Die Elektronik wandelt diese Änderungen in Impulse um und berechnet daraus die Drehzahl.

Die Reflexfolie bildet damit eine eindeutig erkennbare optische Referenzmarkierung auf dem rotierenden Bauteil.

Wie berechnet der Drehzahlmesser mithilfe der Reflexfolie die Drehzahl?

RPM steht für „Revolutions per Minute“, also Umdrehungen pro Minute.

Wird eine einzelne Reflexmarkierung auf einer rotierenden Welle angebracht, passiert diese Markierung den Messstrahl normalerweise einmal pro vollständiger Umdrehung. Jeder erkannte Durchgang kann somit als ein Impuls ausgewertet werden.

Bei einer Reflexmarkierung gilt grundsätzlich:

● 1 Umdrehung = 1 gültiger Impuls
● 100 Umdrehungen = 100 gültige Impulse
● Aus der Impulsrate berechnet das Gerät die Drehzahl

Je nach Geräteausführung erfolgt die Berechnung entweder anhand der Anzahl der Impulse innerhalb eines bestimmten Zeitraums oder anhand des Zeitabstands zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen.

Deshalb muss das Reflexionssignal klar und reproduzierbar sein. Zu schwache, instabile oder mehrfach auftretende Reflexionen pro Umdrehung können zu schwankenden oder falschen Messwerten führen.

Warum reicht die natürliche Reflexion des rotierenden Bauteils oft nicht aus?

Unter günstigen Bedingungen kann ein vorhandener stark reflektierender Bereich eines rotierenden Bauteils bereits vom Drehzahlmesser erkannt werden. In industriellen Anwendungen sind Oberflächen jedoch häufig nicht für eine zuverlässige optische Auswertung geeignet.

Typische Probleme sind:

● Schwarze oder dunkle Oberflächen absorbieren einen großen Anteil des einfallenden Lichts.
● Raue Oberflächen streuen das Licht in unterschiedliche Richtungen.
● Polierte Metalle können starke Spiegelreflexionen erzeugen, deren Richtung sich mit dem Winkel verändert.
● Beschriftungen, Kratzer, Öl oder unterschiedliche Farben können mehrere optische Signalwechsel verursachen.
● Wechselndes Umgebungslicht kann die Erkennung zusätzlich beeinflussen.

Eine geeignete Reflexfolie erzeugt dagegen einen definierten Bereich mit hohem optischen Kontrast und guter Wiederholbarkeit.

Sie verbessert somit nicht nur die Sichtbarkeit des Messpunkts, sondern unterstützt den Drehzahlmesser dabei, jede vollständige Umdrehung eindeutig zu erkennen.

Warum wird normalerweise nur eine Reflexmarkierung verwendet?

Bei einer Standardmessung mit einem Impuls pro Umdrehung sollte sich auf dem gemessenen Umfang normalerweise nur eine wirksame Reflexmarkierung befinden.

Werden zwei Reflexmarkierungen angebracht, kann der Sensor innerhalb einer Umdrehung zwei Impulse erkennen. Wenn das Gerät weiterhin von einem Impuls pro Umdrehung ausgeht, kann der angezeigte Wert ungefähr doppelt so hoch wie die tatsächliche Drehzahl sein.

Bei einer realen Drehzahl von 1.000 min⁻¹ gilt beispielsweise:

● Eine Reflexmarkierung erzeugt ungefähr 1.000 Impulse pro Minute.
● Zwei Reflexmarkierungen können ungefähr 2.000 Impulse pro Minute erzeugen.
● Ohne entsprechende Impulsfaktor-Einstellung könnte das Gerät ungefähr 2.000 min⁻¹ anzeigen.

Für normale Drehzahlmessungen sollte daher eine einzelne, eindeutig erkennbare Reflexmarkierung verwendet werden, sofern das Messgerät keine andere Impulskonfiguration unterstützt.

Wann ist Reflexfolie besonders wichtig?

Bei berührungslosen Drehzahlmessern, die nach dem optischen Reflexionsprinzip arbeiten, ist der Einsatz einer Reflexmarkierung grundsätzlich empfehlenswert.

Besonders wichtig ist sie unter folgenden Bedingungen:

● Schwarze Wellen: Dunkle Oberflächen reflektieren häufig zu wenig Licht für eine stabile Erkennung.
● Raue Metallflächen: Streulicht reduziert den zum Sensor zurückkehrenden nutzbaren Lichtanteil.
● Hohe Drehzahlen: Bei hohen Geschwindigkeiten ist eine klare und zuverlässige Impulserkennung besonders wichtig.
● Optisch ungleichmäßige Oberflächen: Aufkleber, Beschriftungen, Öl oder unterschiedliche Oberflächenstrukturen können zusätzliche Signalwechsel erzeugen.
● Größere Messentfernungen: Mit zunehmender Entfernung kann die beim Sensor ankommende reflektierte Lichtmenge abnehmen.
● Schwankende Anzeige: Bleibt die Anzeige trotz korrektem Abstand und korrekter Ausrichtung instabil, sollte die Reflexmarkierung überprüft werden.

Eine gute Reflexmarkierung verbessert die Signalerkennung, ersetzt jedoch weder den korrekten Messabstand noch die richtige Ausrichtung des Geräts.

Wo sollte die Reflexfolie angebracht werden?

Die Reflexfolie sollte auf einer Fläche angebracht werden, die sich exakt mit der zu messenden Drehzahl bewegt und vom Drehzahlmesser zuverlässig erfasst werden kann.

Geeignete Positionen können beispielsweise sein:

● Ein zugänglicher Abschnitt der Motorwelle.
● Eine Kupplung mit derselben Drehzahl wie die Welle.
● Eine Riemenscheibe oder rotierende Scheibe.
● Eine Lüfternabe, ein Laufrad oder ein anderes direkt mit der Zielrotation verbundenes Bauteil.

Entscheidend ist, dass die ausgewählte Stelle tatsächlich die gewünschte Drehzahl repräsentiert.

Befindet sich das Messobjekt hinter einem Getriebe, Riemenantrieb oder Zahnradtrieb, kann seine Drehzahl von der Motordrehzahl abweichen. Die Messstelle muss deshalb entsprechend der mechanischen Konstruktion ausgewählt werden.

Wie wird Reflexfolie richtig angebracht und verwendet?

Obwohl die Reflexfolie klein ist, beeinflusst ihre Anbringung unmittelbar die Qualität des Messsignals.

● Die Maschine vor dem Aufbringen der Reflexfolie vollständig anhalten.
● Staub, Öl, Feuchtigkeit und andere Verunreinigungen von der Klebefläche entfernen.
● Die Folie glatt und sicher aufbringen und hochstehende Kanten, Falten oder Beschädigungen vermeiden.
● Die Reflexfläche nicht unnötig groß wählen.
● Bei einer Standardmessung normalerweise nur eine Reflexmarkierung verwenden.
● Den vom Hersteller vorgesehenen Messabstand und Messwinkel einhalten.
● Den Messwert erst nach Stabilisierung der Anzeige dokumentieren.

Bei schnell rotierenden Maschinen ist eine sichere Haftung besonders wichtig, da schlecht befestigte Reflexfolie durch Zentrifugalkräfte abgelöst werden kann.

Verbessert eine größere Reflexfläche die Messung?

Nicht zwangsläufig.

Die Reflexfläche muss groß genug sein, damit sie zuverlässig erkannt wird. Eine größere Fläche führt jedoch nicht automatisch zu besseren Messergebnissen.

Wenn die Reflexfläche einen zu großen Teil des Umfangs abdeckt, bleibt das starke Reflexionssignal während eines größeren Anteils jeder Umdrehung bestehen. Unter bestimmten Bedingungen kann dadurch die zeitliche Abgrenzung des Impulses weniger eindeutig werden.

Eine geeignete Reflexmarkierung sollte:

● zuverlässig erkannt werden,
● sich optisch deutlich vom Hintergrund unterscheiden,
● pro Umdrehung ein dominantes Signal erzeugen,
● den Empfehlungen des Geräteherstellers entsprechen.

Deshalb ist speziell für Drehzahlmessungen vorgesehene Reflexfolie gegenüber beliebigem großflächigem Glanzmaterial vorzuziehen.

Kann weißes Papier oder gewöhnliches Klebeband Reflexfolie ersetzen?

Normales weißes Papier, weißes Klebeband oder glänzendes Standardklebeband sollte nicht als regulärer Ersatz für Reflexfolie verwendet werden.

Helle Materialien können unter günstigen Bedingungen bei kurzen Entfernungen oder niedrigen Drehzahlen ein messbares Signal erzeugen. Ihre Reflexionseigenschaften, Richtwirkung, Oberflächenkonstanz und Haftfestigkeit sind jedoch nicht für die Drehzahlmessung definiert.

Spezielle Reflexfolie bietet unter anderem folgende Vorteile:

● gleichmäßigere und deutlichere optische Reflexion,
● höheren Kontrast zu typischen Maschinenoberflächen,
● zuverlässigere Haftung auf rotierenden Bauteilen,
● bessere Erkennung innerhalb des vorgesehenen Messbereichs.

Für wiederholbare Wartungsmessungen oder dokumentierte Drehzahldaten sollte deshalb geeignete Reflexfolie verwendet werden.

Beeinflusst Reflexfolie die Messgenauigkeit?

Die Reflexfolie bestimmt normalerweise nicht die spezifizierte Grundgenauigkeit des Drehzahlmessers. Sie hat jedoch großen Einfluss auf die Zuverlässigkeit der Signalerkennung.

Eine saubere und korrekt positionierte Reflexmarkierung unterstützt die Erfassung stabiler Impulse.

Probleme können auftreten, wenn:

● die Reflexfolie lose oder teilweise abgelöst ist,
● Öl, Staub oder Schmutz die Reflexion reduziert,
● die Reflexfläche beschädigt ist,
● pro Umdrehung mehrere stark reflektierende Bereiche vorhanden sind,
● der Messstrahl die Reflexfläche nicht zuverlässig erfasst,
● der Messabstand außerhalb des zulässigen Bereichs liegt,
● der Messwinkel zu wenig Licht zum Sensor zurückführt.

Bei schwankenden, plötzlich verdoppelten, zu niedrigen oder zeitweise ausfallenden Messwerten sollten daher sowohl die Geräteeinstellung als auch die Reflexmarkierung überprüft werden.

Welche Sicherheitsaspekte sind bei Reflexfolie zu beachten?

Drehzahlmessungen erfolgen häufig an Motoren, Wellen, Kupplungen, Lüftern oder Riemenscheiben mit hoher Rotationsgeschwindigkeit. Entsprechende Sicherheitsmaßnahmen sind daher unerlässlich.

● Reflexfolie nur bei stillstehender und gegen unbeabsichtigtes Anlaufen gesicherter Maschine anbringen oder ersetzen.
● Rotierende Wellen, Kupplungen, Lüfter und Riemenscheiben niemals berühren.
● Das Messgerät nicht unnötig nahe an rotierende Teile heranführen, nur um ein stärkeres Signal zu erhalten.
● Einen sicheren Abstand einhalten und gleichzeitig innerhalb des zulässigen Messbereichs des Geräts bleiben.
● Vor dem Betrieb prüfen, ob die Reflexfolie sicher haftet.
● Bei Laser-Drehzahlmessern den Laserstrahl niemals auf die Augen von Personen richten.

Ein wesentlicher Vorteil der berührungslosen Messung besteht darin, die Drehzahl aus sicherer Entfernung erfassen zu können. Dieser Vorteil sollte bei Einrichtung und Messung konsequent genutzt werden.

FAQ

F: Benötigen alle Drehzahlmesser Reflexfolie?
Nein. Reflexfolie wird hauptsächlich bei berührungslosen optischen oder Laser-Drehzahlmessern verwendet. Berührende Drehzahlmesser erfassen die Bewegung über Messspitzen oder Messräder und benötigen normalerweise keine Reflexmarkierung.

F: Benötigt ein Laser-Drehzahlmesser immer Reflexfolie?
Bei den meisten handgeführten Laser-Drehzahlmessern, die reflektierte Lichtimpulse auswerten, wird die Verwendung einer Reflexmarkierung gemäß Herstellerangaben empfohlen. Stark reflektierende Oberflächen können teilweise direkt messbar sein, eine definierte Reflexmarkierung verbessert jedoch in der Regel die Stabilität.

F: Warum zeigt das Gerät nach dem Aufbringen der Reflexfolie manchmal die doppelte Drehzahl an?
Prüfen Sie, ob innerhalb einer Umdrehung zwei erkennbare Reflexbereiche vorhanden sind. Zwei Reflexmarkierungen oder eine Reflexmarkierung zusammen mit einem weiteren stark reflektierenden Oberflächenmerkmal können zwei Impulse pro Umdrehung erzeugen.

F: Kann verschmutzte Reflexfolie weiterverwendet werden?
Wenn Öl, Staub oder Schmutz die Reflexion deutlich verringert, sollte sie gereinigt oder ersetzt werden.

F: Muss die Reflexfolie in der Mitte oder am Rand des rotierenden Bauteils sitzen?
Eine bestimmte geometrische Position ist nicht zwingend erforderlich. Entscheidend ist, dass die Markierung synchron mit dem Messobjekt rotiert und den Messstrahl zuverlässig passiert.

F: Werden bei hoher Drehzahl höhere Anforderungen an die Reflexfolie gestellt?
Ja. Bei hohen Drehzahlen muss die Reflexmarkierung sicher haften und einen klaren optischen Kontrast bieten. Die sichere Befestigung verhindert außerdem ein Ablösen durch Zentrifugalkräfte.

Zusammenfassung

Reflexfolie dient bei optischen und Laser-Drehzahlmessern als klar definierte optische Referenz. Durch einen deutlich reflektierenden Bereich auf dem rotierenden Bauteil kann jede Umdrehung in einen stabil erkennbaren Lichtimpuls umgesetzt werden, aus dessen Frequenz der Drehzahlmesser die Drehzahl berechnet.

Ihre Aufgabe geht damit deutlich über eine einfache Zielmarkierung für den Laser hinaus. Besonders bei dunklen, rauen, schlecht reflektierenden oder optisch unregelmäßigen Oberflächen verbessert sie die Zuverlässigkeit der Umdrehungserkennung.

Für zuverlässige Ergebnisse sollten geeignete Reflexfolie, eine einzelne dominante Reflexmarkierung pro Umdrehung sowie der korrekte Messabstand, Messwinkel und Strahlverlauf berücksichtigt werden. Das Anbringen oder Ersetzen der Reflexfolie darf ausschließlich bei stillstehender und sicherer Maschine erfolgen.