Ausgangssituation: Drehzahl und Bewegungsrichtung einer Antriebswelle überwachen

In einer industriellen Förderanlage wird die Bewegung über einen Motor und eine Antriebswelle übertragen. Ein metallisches Zahnrad auf der Welle bietet geeignete Schaltflächen für die berührungslose Erfassung. Die Anlagensteuerung benötigt zuverlässige Informationen über:

• die aktuelle Bewegung beziehungsweise Drehzahl der Welle
• Stillstand, Schlupf oder eine Unterschreitung der Sollgeschwindigkeit
• eine mögliche Überschreitung der zulässigen Geschwindigkeit
• die Drehrichtung bei vorwärts und rückwärts laufenden Prozessen
• eine unerwartete Bewegungsumkehr oder einen Rücklauf

Ziel: Eindeutige Impulssignale für die sichere Überwachung von Geschwindigkeit, Stillstand und Drehrichtung.

Herausforderung: Bewegung allein reicht als Information nicht aus

Mit einem einzelnen Sensor lässt sich feststellen, ob sich ein metallisches Ziel am Erfassungspunkt vorbeibewegt. Aus der Impulsfrequenz kann die Steuerung die Drehzahl berechnen. Die Reihenfolge der Bewegung und damit die Drehrichtung ist aus nur einem Impulssignal jedoch nicht eindeutig erkennbar.

Zusätzlich können in industriellen Anlagen weitere Herausforderungen auftreten:

• ❌ Schlupf zwischen Motor, Antrieb und Fördermittel bleibt bei einer reinen Motorüberwachung unentdeckt
• ❌ Kurze Geschwindigkeitsänderungen oder ein beginnender Stillstand müssen rechtzeitig erkannt werden
• ❌ Unerwünschter Rücklauf kann zu Materialstau und Prozessstörungen führen
• ❌ Öl, Staub, Feuchtigkeit und Vibrationen belasten Sensor und Montage
• ❌ Mechanische Taster oder Drehgeber können verschleißen oder zusätzlichen Montageaufwand verursachen

Folgen: Falsche Materialbewegungen, unerkannte Blockaden, Beschädigungen an Antriebskomponenten und ungeplante Anlagenstopps.

Lösung: Zwei versetzt angeordnete induktive Sensoren

Zur kombinierten Drehzahl- und Drehrichtungsüberwachung werden zwei induktive Sensoren nebeneinander am Zahnrad oder an einem anderen geeigneten metallischen Impulsgeber montiert. Die Sensoren erfassen dieselben Schaltflächen mit einem definierten zeitlichen Versatz.

Die angeschlossene Steuerung vergleicht die Reihenfolge der beiden Sensorsignale:

• Signal A vor Signal B: Drehrichtung 1
• Signal B vor Signal A: Drehrichtung 2
• keine Impulse: Stillstand oder blockierter Antrieb
• veränderte Impulsfrequenz: Drehzahlabweichung, Schlupf oder Überdrehzahl

Zentrale Eigenschaften:

✅ Berührungslose Erfassung ohne mechanischen Verschleiß
✅ Gleichzeitige Überwachung von Drehzahl und Drehrichtung
✅ Erkennung von Stillstand, Schlupf und unerwünschtem Rücklauf
✅ Direkte Signalauswertung durch SPS oder Auswerteeinheit
✅ Unempfindlich gegenüber Staub, Öl und vielen anderen Umwelteinflüssen
✅ Einfache Nachrüstung an vorhandenen Zahnrädern, Wellen oder Förderanlagen

Alternative für die reine Drehzahlüberwachung:Proxitron Drehzahlwächter besitzen eine integrierte Impulsauswertung. Sie überwachen Drehzahlgrenzen oder einen definierten Sollwertbereich, können per Teach-In eingestellt werden und bieten eine einstellbare Anlaufüberbrückung.

Funktionsprinzip der Drehzahl- und Drehrichtungserkennung

Bewegen sich die Zähne eines Zahnrads an den induktiven Sensoren vorbei, erzeugt jeder Sensor eine Folge elektrischer Schaltimpulse. Die Anzahl der Impulse innerhalb eines bestimmten Zeitraums ist abhängig von der Geschwindigkeit und der Anzahl der erfassten Metallflächen.

Aus der Impulsfrequenz berechnet beziehungsweise bewertet die Steuerung die Drehzahl:

• steigende Impulsfrequenz bedeutet eine höhere Drehzahl
• sinkende Impulsfrequenz weist auf eine langsamere Bewegung hin
• ausbleibende Impulse signalisieren Stillstand oder Blockade

Da die beiden Sensoren versetzt angeordnet sind, erreichen die Zähne zuerst Sensor A oder Sensor B. Die Reihenfolge der Signalflanken zeigt der Steuerung, in welche Richtung sich das Zahnrad und damit die überwachte Welle bewegt.

Die genaue Sensorposition, der Abstand der Sensoren und die Auswertung müssen auf Zahngeometrie, Geschwindigkeit und Maschinensteuerung abgestimmt werden.

Vorteile für den Betrieb

Prozesssicherheit

• frühzeitige Erkennung von Stillstand, Schlupf und Drehzahlabweichungen
• zuverlässige Kontrolle der tatsächlichen Bewegung direkt an der Welle
• Erkennung einer unerwünschten Drehrichtungsänderung

Anlagenschutz

• rechtzeitiges Abschalten bei Blockade, Überlastung oder Überdrehzahl
• Vermeidung von Schäden an Motoren, Getrieben und Fördermitteln
• weniger mechanischer Verschleiß durch berührungslose Erfassung

Automatisierung

• eindeutige Impulssignale für SPS und Anlagensteuerung
• Überwachung von Sollgeschwindigkeit und Bewegungsrichtung
• einfache Einbindung in Start-, Stopp- und Sicherheitsabläufe

Wirtschaftlichkeit

• wartungsarme Sensorlösung ohne mechanisch bewegte Komponenten
• Nutzung vorhandener Zahnräder oder metallischer Maschinenteile möglich
• reduzierte Stillstandszeiten durch frühzeitige Fehlererkennung

Typische Einsatzbereiche

• Drehzahlüberwachung von Motoren und Antriebswellen
• Drehrichtungserkennung an reversierenden Förderanlagen
• Stillstandsüberwachung von Förderbändern und Rollenbahnen
• Erkennung von Schlupf oder Bandabriss
• Überwachung von Getrieben, Kupplungen und Zahnkränzen
• Kontrolle von Pumpen, Lüftern und Ventilatoren
• Drehzahlkontrolle an Mühlen, Mischern und Zentrifugen
• Rücklauferkennung bei Hebezeugen, Aufzügen und Transportanlagen
• Bewegungsüberwachung in Maschinenbau, Recycling- und Schüttgutanlagen

Fazit

Induktive Sensoren ermöglichen eine robuste und verschleißfreie Überwachung rotierender Maschinenteile. Ein einzelner Sensor liefert Impulse zur Ermittlung von Bewegung und Drehzahl. Mit zwei versetzt angeordneten Sensoren kann die Steuerung zusätzlich die Drehrichtung eindeutig erkennen.

Durch den Einsatz induktiver Sensoren lassen sich:

• Drehzahl, Stillstand und Geschwindigkeitsabweichungen zuverlässig überwachen
• unerwünschter Rücklauf und falsche Bewegungsrichtungen erkennen
• Störungen frühzeitig melden und Maschinenschäden vermeiden
• Antriebs- und Förderprozesse stabiler automatisieren

Für eine reine Grenzwert- oder Sollwertüberwachung stehen Proxitron Drehzahlwächter mit integrierter Auswertung, Teach-In-Einstellung und einem Überwachungsbereich von 5 bis 6.000 Impulsen pro Minute zur Verfügung. Mehr über Proxitron Drehzahlwächter erfahren.