Optische Tachometer verstehen
Ein optischer Drehzahlmesser ist ein berührungsloses Geschwindigkeitsmessgerät, das Licht – eine sichtbare LED, einen Laser oder Infrarotlicht – in Verbindung mit einem Fotodetektor nutzt, um die Drehbewegung zu erfassen, entweder durch Erfassung von Reflexionen an einer mit Markierungen versehenen Welle reflektierendes Band oder durch die Erfassung der Unterbrechung eines Lichtstrahls. Er erfüllt zwei Aufgaben gleichzeitig: Er meldet die Drehzahl in Umdrehungen pro Minute (U/min) und liefert einen Taktimpuls pro Umdrehung, der als Phase Referenz in Schwingungsanalyse, Feldauswuchten, und Ordnungsverfolgung. Der Begriff umfasst sowohl handgeführte Lasergeräte – die gängigste Variante – als auch fest installierte optische Sensoren, die auf verschiedenen Lichtquellen basieren. Optische Drehzahlmesser sind eng verwandt mit Laser-Tachometer, doch die optische Kategorie ist weiter gefasst und umfasst auch Lichtquellen, die keine Laser sind.
1. Arten von optischen Drehzahlmessern
1.1 Reflektierender Typ (am häufigsten)
- Lichtquelle und Detektor sind in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht.
- Das Gerät erfasst das Licht, das von einem Streifen reflektierendem Klebeband auf der Welle reflektiert wird.
- Es funktioniert über einen Bereich von Abstandsweiten, typischerweise 50–500 mm.
- Handlaser-Drehzahlmesser nutzen dieses Verfahren.
- Einfach, praktisch und handlich – ideal für die Überprüfung vor Ort.
1.2 Lichtschranken-Typ
- Lichtquelle und Detektor sind separate Einheiten, die einander gegenüberliegen.
- Das sich drehende Objekt unterbricht den Strahl, während es sich dreht.
- Jedes Blatt, jede Speiche oder jedes Element, das den Strahl kreuzt, erzeugt einen Impuls.
- Dadurch ist bei Bedarf eine Messung mit mehreren Impulsen pro Umdrehung möglich.
- Häufig bei fest installierten Systemen anzutreffen.
1.3 Glasfasertyp
- Licht wird über Glasfaserkabel gesendet und empfangen.
- Die Elektronik befindet sich entfernt vom Messpunkt.
- Geeignet für beengte Platzverhältnisse, starke elektromagnetische Störungen oder explosionsgefährdete Bereiche.
- Für explosionsgefährdete Bereiche sind eigensichere Ausführungen erhältlich.
2. Lichtquellen
Die Wahl des Emitters bestimmt den Arbeitsabstand, die Spotgröße und die Unempfindlichkeit gegenüber Umgebungslicht.
- Laser (rot oder IR): ein kohärenter, fokussierter Strahl, der einen großen Arbeitsabstand und einen kleinen Lichtfleck für präzise Positionierung ermöglicht – die beste Leistung und die übliche Wahl bei Handgeräten.
- LED (sichtbar oder IR): inkohärentes Licht mit kürzerer Reichweite und größerem Lichtfleck, dafür aber kostengünstiger; häufig bei fest installierten Sensoren anzutreffen.
- Infrarot (IR): für das Auge unsichtbar, weniger anfällig für Umgebungslicht und daher besser in hellen Umgebungen geeignet, mit dem Sicherheitsvorteil, dass kein Laserstrahl sichtbar ist.
3. Anwendungen
3.1 Drehzahlmessung
- Schnelle Drehzahlmessungen im Rahmen von Zustandsüberprüfungen.
- Überprüfung des Typenschilds Betriebsdrehzahl.
- Erkennung von Drehzahlschwankungen unter Last.
- Calculating Schlupffrequenz in Induktionsmotoren.
3.2 Phasenreferenz für die Schwingungsanalyse
Genau diese Funktion macht den optischen Tachometer für einen Schwingungsspezialisten unverzichtbar. Durch den Abgleich der Schwingungswellenform mit dem einmal pro Umdrehung auftretenden Impuls wandelt das Analysegerät eine Zeitverzögerung in einen Phasenwinkel um:
- Es liefert den Trigger für phasenstarre Messungen.
- Es ist unerlässlich, dass Auswuchten, wobei die Phase die Winkelposition jedes einzelnen bestimmt Korrekturgewicht.
- Es ermöglicht die Ordnungsverfolgung bei Anlagen mit variabler Drehzahl.
- It supports Bode-Diagramm Entstehung während des Anlaufs und des Auslaufs.
3.3 Synchrone Messungen
- Auslösung eines Stroboskop So wirkt eine sich drehende Markierung wie eingefroren.
- Synchronisation im Zeitbereich averaging um nicht-synchrones Rauschen zu unterdrücken.
- Einmalige Abtastung pro Umdrehung für die ordnungsbasierte Verarbeitung.
4. Advantages
Der optische Ansatz überzeugt durch drei Eigenschaften:
- Berührungsloser Betrieb: Da nichts mit dem rotierenden Teil in Berührung kommt, entsteht weder Reibung noch Belastung an der Welle, es gibt keine durch den Sensor auferlegte Drehzahlbegrenzung und keinen Verschleiß des Sensorelements.
- Benutzerfreundlichkeit: Klebeband anbringen, anlegen und messen – die Ergebnisse liegen sofort vor, und das Gerät ist absolut mobil.
- Vielseitigkeit: Es funktioniert bei praktisch jedem rotierenden Objekt über einen breiten Drehzahlbereich, verfügt über einen einstellbaren Arbeitsabstand und eignet sich sowohl für temporäre Messungen als auch für dauerhafte Installationen.
5. Installation und Umgebungsfaktoren
Bei einer Festinstallation sollten Sie den Sensor im empfohlenen Abstand montieren, seine optische Achse senkrecht zur Welle ausrichten, das reflektierende Klebeband an einer gut zugänglichen Stelle anbringen, die Optik bei Bedarf mit einer Abdeckung vor Verschmutzung schützen und die Möglichkeit zur Einstellung von Entfernung und Ausrichtung vorsehen. Es gibt mehrere Umgebungsfaktoren, die die Leistung beeinträchtigen und beachtet werden müssen:
- Umgebungslicht: Helles Sonnenlicht kann den Detektor überfluten – verwenden Sie eine IR-Quelle oder blenden Sie das Messobjekt ab.
- Kontamination: Ölnebel und Staub auf der Optik schwächen das Signal ab.
- Vibration: Befestigen Sie den Sensor so, dass er nicht gegenüber der Welle vibriert.
- Temperatur: Halten Sie sich an den zulässigen Temperaturbereich des Sensors, der in der Regel zwischen −20 und +60 °C liegt.
6. Bewährte Verfahren und Fehlerbehebung
Für zuverlässige Messwerte im Handbetrieb stützen Sie das Gerät auf einer stabilen Oberfläche ab, richten Sie es auf die Mitte des Reflexionsbands, halten Sie den vom Hersteller empfohlenen Abstand ein, schützen Sie es vor grellem Licht und führen Sie mehrere Messungen durch, um die Konsistenz zu überprüfen. Wenn der Impuls als Phasenreferenz verwendet wird, betrachten Sie die Position des Reflexionsbands als 0°-Markierung – notieren und dokumentieren Sie diese –, stellen Sie ein stabiles, sauberes Signal sicher, überprüfen Sie, ob pro Umdrehung ein einziger Impuls anliegt, und kontrollieren Sie die Wellenform auf einem Oszilloskop, falls etwas zweifelhaft erscheint. Die häufigsten Fehler lassen sich einfach beheben:
- No signal: Überprüfen Sie den Abstand, reinigen Sie die Optik, vergewissern Sie sich, dass das Klebeband vorhanden ist, und überprüfen Sie die Batterie.
- Instabile Messwerte: den Abstand verringern, das Klebeband verbessern und vor Streulicht schützen.
- Mehrere Impulse (doppelte Drehzahl): Entfernen Sie überschüssige Klebebandstücke, Keilnutreflexe oder andere reflektierende Stellen, die pro Umdrehung einen zweiten Impuls auslösen.
Bei einem tragbaren Auswuchtgerät ist der optische Drehzahlmesser kein Zubehör, sondern das Herzstück des gesamten Arbeitsablaufs. Der Balanset-1A… wird beispielsweise mit einem optischen Lasertachometer ausgeliefert, der durch ein kleines Stück reflektierendes Klebeband ausgelöst wird und bei einem Abstand von 50–500 mm sowie einem Drehzahlbereich von 250–90.000 U/min arbeitet; sein Impuls, der einmal pro Umdrehung erfolgt, liefert die Phasenreferenz, die die Software benötigt, um jedes Ausgleichsgewicht zu berechnen und die Restunwucht danach. Konzeptionell verhält es sich wie ein berührungsloses Lichtschranke und erfüllt denselben Zweck wie eine fest installierte Keyphasor.
Optische Drehzahlmesser – insbesondere solche mit Lasertechnik – sind bei der Schwingungsanalyse und beim Auswuchten unverzichtbar geworden. Dank ihrer berührungslosen Funktionsweise, ihrer einfachen Handhabung, ihrer Genauigkeit und ihrer Doppelfunktion als Drehzahlsensor und Phasenreferenz sind sie unverzichtbare Werkzeuge für Schwingungsspezialisten, Zuverlässigkeitsingenieure und Wartungstechniker, die vor Ort an rotierenden Maschinen arbeiten.
