Was ist ein Encoder?
Ein Encoder ist ein elektromechanisches Gerät, das mechanische Bewegungen – vor allem Drehbewegungen – in elektrische Signale umwandelt. Diese Signale ermöglichen es Systemen, Position, Geschwindigkeit und Drehrichtung präzise zu bestimmen. Encoder sind daher entscheidende Komponenten in der Automatisierung, Robotik, Fertigung und in präzisen Messsystemen.
Rotary Encoders
Drehgeber erfassen die Winkelbewegung. Sie sind in zwei Hauptausführungen erhältlich:
Absolute Drehgeber
Geben für jede eindeutige Wellenposition einen spezifischen Ausgangscode aus, was eine präzise Nachverfolgung auch nach einem Stromausfall ermöglicht.
Inkrementale Drehgeber
Erzeugen Impulse während der Wellenrotation und benötigen eine externe Referenz, um die absolute Position nachzuvollziehen.
Encoder-Technologien
Encoder nutzen hauptsächlich zwei Detektionstechnologien:
Optische Encoder
Verwenden LED-Licht und Fotodetektoren zum Auslesen von Mustern auf Scheiben oder Skalen. Sie bieten hohe Präzision und Auflösung, sind jedoch anfällig für Staub und Umwelteinflüsse.
Magnetische Encoder
Arbeiten mit Magnetfeldern und Sensoren zur Positionsbestimmung. Sie sind besonders geeignet für raue oder staubige Umgebungen, haben jedoch meist eine etwas geringere Auflösung als optische Encoder. Encoder, die den Wiegand-Effekt nutzen, erzeugen Energieimpulse ohne externe Stromversorgung und ermöglichen dadurch eine höhere Zuverlässigkeit und wartungsfreien Betrieb.
Singleturn vs Multiturn Encoders
Singleturn Encoder
Messen die absolute Position innerhalb einer Umdrehung (360 Grad). Ideal für Anwendungen, bei denen keine Mehrfachdrehungen erforderlich sind.
Multiturn Encoder
Erfassen die absolute Position über mehrere Umdrehungen hinweg. Nützlich für Anwendungen, die eine kontinuierliche Positionsverfolgung über mehrere Umdrehungen erfordern.
Einen detaillierten Vergleich finden Sie hier: Absolute vs. Inkrementale Drehgeber
Encoder-Signalausgänge
Serielle Schnittstellen
SSI (Synchronous Serial Interface)
Weit verbreitete Punkt-zu-Punkt-Schnittstelle, die absolute Positionsdaten synchron mit einem Taktsignal überträgt. Bietet hohe Auflösung und Störsicherheit. Mehr
BiSS C (Bidirectional Synchronous Serial)
Offenes Protokoll mit bidirektionaler Kommunikation. Ermöglicht Datenaustausch in Echtzeit und Gerätekonfiguration. Mehr
BiSS Line
Schlankere Version von BiSS C mit Zwei-Draht-Verbindung für Strom und Daten. Ideal für platzkritische Anwendungen. Mehr
IO-Link
Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsprotokoll für die nahtlose Integration von Sensoren und Aktoren in Industrie-4.0-Umgebungen, inklusive Diagnose- und Konfigurationsdaten. Mehr
Feldbus-Schnittstellen
CANopen
Robustes Protokoll auf Basis des CAN-Standards. Weit verbreitet in Automatisierung und mobiler Maschinensteuerung. Mehr
PROFIBUS
Standardisiertes Feldbussystem für effiziente Kommunikation zwischen Steuerungen und Geräten. Unterstützt komplexe Netzwerktopologien. Mehr
DeviceNet
CAN-basiertes Protokoll zur Kommunikation zwischen Industriegeräten und Steuerungen. Erleichtert die Systemintegration.
SAE J1939
Kommunikations- und Diagnoseprotokoll für Fahrzeugkomponenten. Besonders im Nutzfahrzeug- und Offroad-Bereich verbreitet.
Ethernet-basierte Schnittstellen
EtherNet/IP:
Industrielles Ethernet-Protokoll mit CIP (Common Industrial Protocol). Ermöglicht Echtzeitsteuerung und Datenaustausch. Mehr
PROFINET:
Vielseitiger Ethernet-Standard für Echtzeitkommunikation, Diagnose und Gerätekonfiguration. Mehr
EtherCAT:
Ethernet-basiertes Feldbussystem für hochschnelle, deterministische Kommunikation. Ideal für komplexe Automatisierungssysteme mit präziser Synchronisation.
POSITAL bietet eine große Auswahl an Kommunikationsschnittstellen, wodurch Encoder nahtlos in unterschiedlichste Steuerungsarchitekturen integriert werden können.
Digitale Ausgänge
TTL (Transistor-Transistor-Logik)
Nutzt RS422-Treiber zur Übertragung von Niederspannungssignalen (typisch 5 V). Optimal für Kurzstrecken mit minimalem elektrischen Rauschen.
HTL (High Threshold Logic)
Verwendet Push-Pull-Treiber für höhere Spannungssignale (typisch 24 V). Geeignet für längere Strecken dank besserer Störfestigkeit.
Diese Ausgänge werden vor allem bei inkrementalen Encodern genutzt und liefern zuverlässiges Feedback für Geschwindigkeit und Position.
Analoge Ausgänge
Analoge Schnittstellen bieten kontinuierliche Spannungs- oder Stromsignale proportional zur Position und ermöglichen eine einfache Integration in Systeme, die ein Echtzeit-Analogfeedback erfordern.
Mechanische Bauformen von Encodern
Encoder sind in verschiedenen mechanischen Ausführungen erhältlich, um vielfältige Anforderungen zu erfüllen:
Shaft Encoders
Feature a solid shaft coupled directly to the rotating component.Hollow-Shaft Encoders
Allow a shaft from equipment to pass through the encoder, simplifying installation.Modular Encoders
Designed with separate sensor and scale components, facilitating flexible and space-efficient installations.
Typical Applications of Encoders
Encoders are ubiquitous across numerous industries:
Industrial Automation:
Essential for position feedback in robotic arms, assembly lines, and automated machinery.Aerospace and Defense:
Provide critical control and feedback in navigation systems and avionics.Mobile Machinery:
Used extensively in construction equipment, agricultural machinery, and material handling vehicles for precise control and navigation.Many Other Applications:
Encoders are versatile and widely used across various additional sectors requiring precise motion control.
Choosing the Right Encoder
Selecting the appropriate encoder involves evaluating multiple criteria, including:
Resolutions
Revolutions
Communication Interfaces
Flange Design/Size
Shaft/Flange Options
Material