Linearencoder sind in Anwendungen von zentraler Bedeutung, die eine hochpräzise und genaue Messung linearer Verschiebungen erfordern. Sie werden in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt, von der Fertigung und Robotik bis hin zu medizinischen Geräten und Messtechnik, und gewährleisten eine präzise Steuerung und Messung in verschiedenen komplexen Systemen.

Bedeutung linearer Encoder in der modernen Technologie

In der heutigen technologiegetriebenen Welt ist Genauigkeit und Präzision bei Messungen und Bewegungen von größter Bedeutung. Linearencoder spielen bei der Erfüllung dieser Anforderungen eine entscheidende Rolle, da sie genaue Positionsrückmeldungen liefern, die für den reibungslosen Betrieb zahlreicher Hightech-Systeme unerlässlich sind.

Auch in der Robotik sind Linearencoder unverzichtbar. Roboter sind auf diese Geräte angewiesen, um sich präzise zu bewegen und Aufgaben mit hoher Präzision auszuführen. Ob bei der Montage winziger Komponenten in der Elektronikfertigung oder bei der Durchführung heikler chirurgischer Eingriffe – die Genauigkeit der Linearencoder ist für erfolgreiche Ergebnisse entscheidend.

In der Messtechnik, der Wissenschaft des Messens, liefern Linearencoder das hochauflösende Feedback, das für genaue Messungen erforderlich ist. Dies ist bei Qualitätskontrollprozessen von entscheidender Bedeutung, da selbst kleinste Abweichungen zu erheblichen Problemen führen können.

Auch medizinische Geräte profitieren erheblich von der Präzision linearer Encoder. Bildgebungssysteme beispielsweise erfordern eine exakte Positionierung, um klare und genaue Bilder zu erzeugen, die für die Diagnose und Behandlungsplanung von entscheidender Bedeutung sind.

Arten von Linearencodern

Linearencoder gibt es in verschiedenen Typen, die jeweils für bestimmte Anwendungsanforderungen konzipiert sind. Die beiden Hauptkategorien sind inkrementelle Linearencoder und absolute Linearencoder. Das Verständnis der Unterschiede zwischen diesen Typen ist entscheidend für die Auswahl des richtigen Encoders für Ihre Anwendung.

Inkrementelle Linearencoder
Inkrementelle Linearencoder funktionieren, indem sie bei Bewegung des Encoders Impulse erzeugen. Diese Impulse werden gezählt, um die Position relativ zu einem Startpunkt zu bestimmen. Das Grundprinzip besteht aus einer Skala mit gleichmäßig verteilten Linien und einem Lesekopf, der sich entlang der Skala bewegt und Signale erzeugt, wenn er diese Linien erkennt.

Zu den Hauptmerkmalen inkrementeller Linearencoder gehören:

• Relative Positionierung: Sie liefern Informationen über Positionsänderungen von einem Referenzpunkt und nicht von einer absoluten Position.
• Einfachheit und Kosteneffizienz: Aufgrund ihres einfacheren Designs sind Inkrementalgeber im Allgemeinen weniger teuer als Absolutgeber, was sie zu einer beliebten Wahl für Anwendungen macht, bei denen die Kosten ein wesentlicher Faktor sind.
• Hohe Auflösung: Inkrementalgeber können sehr hohe Auflösungen bieten und ermöglichen so präzise Steuerungs- und Messfunktionen.

Inkrementalgeber werden häufig in Anwendungen wie CNC-Maschinen eingesetzt, wo sie das notwendige Feedback für eine präzise Steuerung der Werkzeugbewegung liefern. Sie sind auch in verschiedenen Automatisierungs- und Roboteranwendungen üblich, bei denen eine genaue relative Positionierung ausreicht.

Absolute Linearencoder
Absolute Linearencoder hingegen liefern an jedem Punkt entlang der Skala einen eindeutigen Positionswert. Das bedeutet, dass jede Position entlang der Skala ein eindeutiges Signal hat, sodass das System beim Start sofort die genaue Position kennt, ohne dass eine erneute Referenzierung erforderlich ist.

Zu den Hauptmerkmalen absoluter Linearencoder gehören:

• Absolute Positionierung: Sie bieten jederzeit echte Positionsinformationen, selbst nach Stromausfall oder Systemneustart. Dies macht sie äußerst zuverlässig und gewährleistet eine gleichbleibende Leistung.
• Höhere Komplexität und Kosten: Aufgrund ihres komplexeren Designs und der Notwendigkeit einer anspruchsvolleren Elektronik sind Absolutwertgeber tendenziell teurer als Inkrementalgeber.
• Verbesserte Sicherheit und Zuverlässigkeit: Die Möglichkeit, absolute Positionsdaten bereitzustellen, erhöht die Sicherheit und Zuverlässigkeit, insbesondere bei kritischen Anwendungen, bei denen es wichtig ist, jederzeit die genaue Position zu kennen.

Absolute Encoder eignen sich ideal für Anwendungen, bei denen die Beibehaltung von Positionsinformationen von entscheidender Bedeutung ist, wie etwa bei medizinischen Bildgebungsgeräten, Präzisionsmessgeräten und High-End-Automatisierungssystemen. Sie stellen sicher, dass das System immer über genaue Positionsdaten verfügt, wodurch das Fehlerrisiko verringert und die Gesamtleistung verbessert wird.

Funktionsweise linearer Encoder

Um zu verstehen, wie Linearencoder funktionieren, muss man sich mit ihren grundlegenden Funktionsprinzipien sowie den Prozessen der Signalerzeugung und -verarbeitung befassen. Diese Elemente sind für den Betrieb und die Nützlichkeit von Linearencodern in verschiedenen Anwendungen von grundlegender Bedeutung.

Grundlegendes Funktionsprinzip:
Der Kern der Funktionsweise eines linearen Encoders ist die Interaktion zwischen der Skala und dem Lesekopf. Die Skala, die ein Materialstreifen mit gleichmäßig verteilten Markierungen oder Mustern sein kann, dient als Referenz für die Position. Der Lesekopf bewegt sich entlang dieser Skala und erkennt die Markierungen, um die Position zu bestimmen.

Hier ist eine vereinfachte Aufschlüsselung des grundlegenden Funktionsprinzips:

• • Skalenbewegung: Die Skala bzw. das Lineal ist am Objekt befestigt, dessen Position gemessen wird. Wenn sich dieses Objekt bewegt, bewegt sich auch die Skala.
  • Abtastkopferkennung: Der Abtastkopf, der Sensoren enthält, bewegt sich entlang der Skala. Diese Sensoren erkennen die Markierungen auf der Skala.
  • Signalerzeugung: Wenn der Lesekopf die Markierungen erkennt, erzeugt er Signale, die der Position der Skala entsprechen. Diese Signale liegen häufig in Form von Lichtimpulsen (optische Encoder), Magnetfeldern (magnetische Encoder) oder elektrischen Änderungen (kapazitive oder induktive Encoder) vor.

Diese Interaktion stellt sicher, dass jede lineare Bewegung des Objekts genau erfasst und in elektronische Signale übersetzt wird, die die Position darstellen.

Signalerzeugung und -verarbeitung

Der Prozess der Signalerzeugung und -verarbeitung in Linearencodern ist entscheidend für die Umwandlung der physischen Bewegung in präzise digitale Daten, die von Steuerungssystemen verwendet werden können.

Signalerzeugung:

• • • Optische Encoder: Verwenden eine Lichtquelle und einen Fotodetektor. Die Skala hat transparente und undurchsichtige Abschnitte, und wenn sich der Lesekopf bewegt, gelangt Licht hindurch oder wird blockiert, wodurch Lichtimpulse erzeugt werden, die in elektrische Signale umgewandelt werden.
    • Magnetische Encoder: Verwenden einen Magnetstreifen mit abwechselnden Nord- und Südpolen. Der Lesekopf enthält magnetische Sensoren, die Änderungen im Magnetfeld erkennen, während er sich entlang der Skala bewegt, und entsprechende Signale erzeugen.
    • Kapazitive Encoder: Verwenden eine Skala mit unterschiedlichen Kapazitätsmustern. Wenn sich der Lesekopf bewegt, werden Kapazitätsänderungen erkannt und in elektrische Signale umgewandelt.
    • Induktive Encoder: Verwenden Spulen und leitfähige Muster. Durch die Bewegung des Lesekopfes ändert sich die Induktivität und es werden elektrische Signale erzeugt.

Signalverarbeitung:

• • Erste Umwandlung: Die vom Abtastkopf erzeugten Rohsignale sind analoger Natur. Diese Signale werden zunächst durch eine Analog-Digital-Umwandlung in eine digitale Form umgewandelt.
  • Interpolation: Um eine höhere Auflösung zu erreichen, werden die digitalen Signale häufig interpoliert. Dabei wird die Grundsignalperiode in feinere Schritte unterteilt, was eine präzisere Positionsmessung ermöglicht.
  • Filterung und Konditionierung: Die digitalen Signale können einer Filterung unterzogen werden, um Rauschen zu entfernen, und einer Konditionierung, um sicherzustellen, dass sie für das empfangende Steuersystem das richtige Format und den richtigen Pegel aufweisen.
  • Ausgabegenerierung: Schließlich werden die verarbeiteten Signale als digitale Daten ausgegeben, die vom Steuerungssystem der Maschine verwendet werden können, um die genaue Position des Messobjekts zu bestimmen.

Vorteile der Verwendung linearer Encoder

Linearencoder bieten eine Vielzahl von Vorteilen, die sie in vielen hochpräzisen Anwendungen unverzichtbar machen. Sehen wir uns einige der wichtigsten Vorteile an:

Hohe Präzision und Genauigkeit
Einer der größten Vorteile von Linearencodern ist ihre Fähigkeit, eine hohe Präzision und Genauigkeit bei der Positionsmessung zu gewährleisten. Dies ist bei Anwendungen wie der CNC-Bearbeitung von entscheidender Bedeutung, da selbst geringfügige Abweichungen die Qualität des Endprodukts beeinträchtigen können.

Zuverlässigkeit und Haltbarkeit
Linearencoder sind robust und zuverlässig und daher für anspruchsvolle Industrieumgebungen geeignet. Viele sind so konstruiert, dass sie rauen Bedingungen wie Staub, Vibrationen und Temperaturschwankungen standhalten.
Einfache Integration
Linearencoder sind so konzipiert, dass sie sich nahtlos in vorhandene Systeme integrieren lassen. Egal, ob Sie ein altes System aufrüsten oder ein neues installieren, Linearencoder lassen sich problemlos integrieren und bieten sofortige Verbesserungen bei Präzision und Kontrolle.

Verbesserte Leistung
Durch die Bereitstellung präziser Positionsrückmeldungen tragen Linearencoder zur Verbesserung der Gesamtleistung der Systeme bei, in denen sie verwendet werden. Dies führt zu verbesserter Effizienz, qualitativ hochwertigeren Ergebnissen und einer besseren Ressourcennutzung.

Sofortige Positionsrückmeldung
Im Gegensatz zu einigen anderen Arten von Positionssensoren bieten Linearencoder eine sofortige und kontinuierliche Rückmeldung. Diese Echtzeitdaten sind für dynamische Systeme, die ständige Anpassungen und Überwachung erfordern, wie z. B. Roboter- und Automatisierungssysteme, unverzichtbar.

Nachteile und Einschränkungen

Obwohl Linearencoder zahlreiche Vorteile bieten, sind mit ihnen auch bestimmte Einschränkungen verbunden, die berücksichtigt werden müssen:

Kostenüberlegungen
Hochpräzise Linearencoder, insbesondere absolute Typen, können recht teuer sein. Die Kosten umfassen nicht nur das Gerät selbst, sondern auch die damit verbundenen Installations- und Integrationskosten. Bei budgetsensiblen Anwendungen kann dies eine erhebliche Einschränkung darstellen, sodass es notwendig ist, den Präzisionsbedarf mit Kostenbeschränkungen abzuwägen.

Umweltempfindlichkeit
Bestimmte Arten von Linearencodern, insbesondere optische Encoder, können empfindlich auf Umweltfaktoren wie Staub, Schmutz und Temperaturschwankungen reagieren. Diese Bedingungen können die Fähigkeit des Encoders zur genauen Positionserkennung beeinträchtigen, was möglicherweise zu Fehlern führt. Um diese Probleme zu mildern, sind Schutzmaßnahmen wie Gehäuse oder regelmäßige Wartung erforderlich.

Komplexität der Installation
Die Installation linearer Encoder kann komplex sein und erfordert eine präzise Ausrichtung, um genaue Messungen zu gewährleisten. Jede Fehlausrichtung kann zu Fehlern und Leistungseinbußen führen. Dies bedeutet, dass für die Installation und Kalibrierung häufig Fachpersonal erforderlich ist, was die Gesamtkosten und Komplexität erhöht.

Wartungsanforderungen
Regelmäßige Wartung ist notwendig, um die optimale Leistung linearer Encoder sicherzustellen. Dazu gehört das Reinigen von Maßstab und Lesekopf, das Überprüfen der Ausrichtung und das Sicherstellen, dass der Encoder innerhalb der angegebenen Umgebungsbedingungen arbeitet. Wenn keine routinemäßige Wartung durchgeführt wird, kann dies zu Leistungseinbußen und schließlich zu Ausfällen führen.

Begrenzte Reichweite
In einigen Anwendungen kann die lineare Reichweite des Encoders ein begrenzender Faktor sein. Obwohl viele lineare Encoder große Entfernungen abdecken können, ist ihre Reichweite praktisch begrenzt. Für Messungen über extrem große Entfernungen sind möglicherweise alternative Lösungen erforderlich.

Elektrische Störgeräusche
Linearencoder, insbesondere solche mit analogen Signalausgängen, können anfällig für elektrische Störgeräusche sein. Diese Störungen können die Signale verzerren und zu ungenauen Positionsdaten führen. Um die Auswirkungen von elektrischen Störgeräuschen zu minimieren, sind Abschirmung und ordnungsgemäße Erdung unerlässlich.

Fazit:
Linearencoder sind unverzichtbare Werkzeuge der modernen Technologie und bieten die Präzision und Zuverlässigkeit, die für eine Vielzahl von Anwendungen erforderlich sind. Von CNC-Maschinen und Robotern bis hin zu medizinischen Geräten und Messtechnik sorgen diese Geräte für eine genaue Positionsrückmeldung und verbessern so die Leistung und Effizienz unzähliger Systeme.

Wenn man die Arten von Linearencodern, ihre Funktionsprinzipien und ihre Signalverarbeitungsmethoden versteht, kann man ihre entscheidende Rolle in verschiedenen Branchen einschätzen.

Bei der Auswahl des richtigen Linearencoders müssen diese Faktoren gegeneinander abgewogen werden, um die spezifischen Anwendungsanforderungen zu erfüllen. Ganz gleich, ob Sie die Einfachheit und Kosteneffizienz inkrementeller Encoder oder die absolute Positionsgenauigkeit absoluter Encoder benötigen, es gibt eine Linearencoder-Lösung, die Ihren Anforderungen entspricht.

Mit der Weiterentwicklung der Technologie werden auch die Fähigkeiten von Linearencodern weiterentwickelt, die in Zukunft noch mehr Präzision, Haltbarkeit und intelligente Integration versprechen. Indem Sie sich auf dem Laufenden halten und den geeigneten Encoder für Ihre Anwendungen auswählen, können Sie das volle Potenzial dieser bemerkenswerten Geräte ausschöpfen und so optimale Leistung und Innovation in Ihrem Bereich sicherstellen.

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Nachfolgend sind die den Eltra-Absolutencodern zugrunde liegenden Technologien sowie ihre Unterschiede und Funktionen aufgeführt.

Optische Encoder

Ein moderner absoluter optischer Encoder ist ein äußerst komplexes Gerät. Bei der Entwicklung eines hochauflösenden optischen Encoders sind die Designer mit einer Vielzahl widersprüchlicher Faktoren konfrontiert, die die Genauigkeit und Zuverlässigkeit des Encoders auf lange Sicht stark beeinträchtigen.

Prinzip der optischen Messung

Die Schlüsselkomponente optischer Encoder ist die auf der Welle montierte Encoderscheibe . Diese Scheibe besteht aus transparentem Material mit einem konzentrischen Muster aus transparenten und undurchsichtigen Bereichen. Das Infrarotlicht der LED trifft durch eine Codescheibe auf eine Reihe von Fotorezeptoren. Wenn sich die Welle dreht, wird die einzigartige Kombination von Fotorezeptoren durch Licht beleuchtet, das durch das Muster auf der Scheibe gelangt ist.

Bei Multiturn-Modellen ist im Getriebemechanismus ein zusätzlicher Satz Codescheiben eingebaut. Wenn sich die Hauptwelle des Sensors dreht, drehen sich diese ineinandergreifenden Scheiben wie ein Kilometerzählermechanismus. Die Drehposition jeder Scheibe wird optisch kontrolliert und die Ausgabe erfolgt über Informationen zur Anzahl der Umdrehungen der Encoderwelle.

Funktionalität

Die optischen Absolutencoder von Eltra verwenden hochintegrierte Opto-ASIC-Technologie und bieten eine Auflösung von bis zu 16 Bit (65536 Schritte) pro Umdrehung. Bei Multiturn-Modellen wird der Messbereich durch mechanisch gekoppelte Codescheiben auf bis zu 16384 (214) Umdrehungen erhöht.

Optisches Encoder-Design

Das Hauptproblem besteht darin, dass in einem Design eine große Anzahl optischer, mechanischer und elektronischer Komponenten völlig unterschiedlicher Natur vorhanden sind. Die Mechanik ist daher anfällig für mechanischen Verschleiß.

Die Qualität optischer Elemente wird im Wesentlichen durch folgende Faktoren beeinflusst:

• Verschmutzung,
• Anlaufen,
• Änderungen der Strahlungsintensität.

Die hohe Auflösung des Encoders erfordert die Verwendung einer optischen Platte mit hoher Schablonendichte. Für eine optische/physikalische Auflösung (und nicht interpoliert!) von 12 Bit ist eine Platte mit Sektoren erforderlich, die den Kreis in 4096 Teile/Markierungen unterteilen.

Je kompakter der Encoder und je kleiner der Scheibendurchmesser, desto höher sind die Anforderungen an die Encoderoptik.

Um eine solche Musterdichte auf einer Platte zu erkennen, muss die Lesematrix in unmittelbarer Nähe der Platte platziert werden. Der minimale Abstand zwischen der rotierenden Platte und dem Lesearray stellt sehr hohe Anforderungen an die Mechanik. Ein minimaler Rundlauf/ein minimales Spiel der Welle führt dazu, dass die Platte während der Rotation die Lesematrix berührt und infolgedessen die auf der Platte aufgebrachte Schablone beschädigt.

Durch Verschleiß der mechanischen Teile des Drehgebers oder Undichtigkeiten des Gehäuses kommt es zudem zur Verschmutzung der Optik durch Verschleißprodukte und von außen eindringenden Staub und in der Folge zur Verfälschung der Messergebnisse.

Die optische Platte ist ein wichtiger Bestandteil des Encoders. Unter dem Einfluss von Zeit, Temperaturschwankungen und vielen anderen Faktoren können sich die Materialeigenschaften der Platte im Laufe der Zeit ändern, beispielsweise anlaufen und sich verformen .

1. Anlaufen kann in Kombination mit einem Intensitätsverlust der LED-Hintergrundbeleuchtung die Betriebszuverlässigkeit drastisch reduzieren und/oder einen vollständigen Betriebsausfall verursachen.
2. Durch eine Verformung besteht die Gefahr eines Kontakts zwischen der Scheibe und der Matrix während der Drehung der Encoderwelle mit den gleichen Folgen.

Vorteile optischer Encoder

Die Hauptvorteile optischer Encoder sind:

• Bereitstellung einer hohen Auflösung und Genauigkeit;
• hervorragende dynamische Eigenschaften;
• Eignung für den Einsatz in Bereichen mit hohen magnetischen Feldern.

Da die Drehung der Encoderscheiben ein rein mechanischer Vorgang ist, können diese Geräte ihre absoluten Positionsdaten nicht verlieren, wenn das Instrument vorübergehend ausgeschaltet wird. Pufferbatterien sind nicht erforderlich!

Optische Absolut-Encoder von Eltra.

Das Unternehmen produziert sowohl optische Multiturn- als auch Singleturn-Encoder. Die elektronische Schnittstelle kann Profibus, SSI oder Profinet sein.

Die Hauptserien sind:

• Optischer Multiturn : AAM58B, AAM58C, AAM58F, EAM58A, EAM58B, EAM58C, EAM58D, EAM58E, EAM63A, EAM63B, EAM63C, EAM63D, EAM63E, EAM58F, EAM63F, EAM63G, EAM63AX, EAM63DX, EAM90A, EAM90B, EAM90C, EAM90D, EAM90E, EAMX80A, EAMX80D.
• Optisch Singleturn : EA58F, EA63F, EA63G, EA58B, EA58C, EA63A, EA63D, EA63E, EA63AX, EA63DX, EA90A, EA115A, EAX80A, EAX80D.

Magnetische Encoder

Magnetische Encoder ermitteln die Winkelposition mithilfe der Magnetfeldtechnologie. Ein auf der Encoderwelle montierter Permanentmagnet erzeugt ein Magnetfeld, das von einem Sensor gemessen wird und einen eindeutigen absoluten Positionswert generiert.

Innovative Multiturn-Technologie

Die Multiturn-Magnetencoder von Eltra nutzen eine innovative Technologie, um die Anzahl der Umdrehungen zu erfassen, selbst wenn die Umdrehung bei ausgeschaltetem System erfolgt.

Um diese Aufgabe zu erfüllen, wandeln Encoder die Wellendrehung in elektrische Energie um. Die Technologie basiert auf dem Wiegand-Effekt : Wenn der Permanentmagnet auf der Encoderwelle um einen bestimmten Winkel gedreht wird, ändert sich die magnetische Polarität im „Wiegand-Draht“ abrupt, wodurch ein kurzfristiger Spannungsstoß in der Wicklung um den Draht entsteht. Dieser Impuls markiert die Drehung der Welle und versorgt gleichzeitig den elektronischen Schaltkreis mit Strom, der dieses Ereignis registriert.

Der Wiegand-Effekt tritt unter allen Bedingungen auf, selbst bei sehr langsamer Rotation, und macht Pufferbatterien überflüssig.

Vorteile magnetischer Encoder

Magnetische Encoder sind:

• zuverlässig,
• langlebig und

Das batterie- und getriebelose Design bietet mechanische Einfachheit und geringere Kosten als optische Encoder. Ihre kompakten Abmessungen ermöglichen den Einsatz in sehr beengten Räumen.

Magnetische Absolut-Encoder von Eltra.

Eltra bietet sowohl optische Singleturn- als auch Multiturn-Encoder mit Sack- und Hohlwelle an.

Die wichtigsten Familien sind:

• Magnetische Multiturn-Encoder-Serie : EAM36A, EAM36G, EAM36F, EAMW58B, EAMW58C, EAMW63D.
• Magnetische Singleturn-Encoder : EA36A, EA36G, EA36F, EMA22A, EMS22A, EMA50A, EMA50B (BY), EMA50F, EMA50G, EMA55A (AY), EML50A, EML50B (BY), EML50F, EML50G.

Drehgeber – optisch oder magnetisch?

Drehgeber wandeln den Drehwinkel einer Welle in ein elektrisches Signal um und arbeiten nach einem optischen oder magnetischen Funktionsprinzip.

Eine weit verbreitete Überzeugung ist:

• Optische Encoder messen genauer , während
• Magnetische Encoder sind stabiler und langlebiger im Design

Ist das wirklich wahr?

Experten gehen jedoch davon aus, dass dies nicht der Fall ist. Derzeit sind optische Encoder magnetischen Encodern in puncto Genauigkeit nicht mehr überlegen.

Die Technologie der magnetischen Encoder hat es in den letzten Jahren ermöglicht, die Lücke zu optischen Encodern in Bezug auf alle wichtigen elektrischen Parameter vollständig zu schließen. Heutige magnetische Encoder erreichen bereits eine Auflösung von 16 Bit bei einer Genauigkeit von 0,09° und damit eine Leistung, die bisher nur mit optischen Encodern erreicht werden konnte. Im Jahr 2013 kam es zu einer echten Revolution im Verhältnis der Technologien, als ein magnetischer Encoder vorgestellt wurde, der in allen wichtigen Parametern traditionelle optische Systeme erreicht.

Wie konnten die Fähigkeiten magnetischer Encoder so deutlich gesteigert werden?

Der Schlüssel zum Erfolg war ein technologisch qualitativer Sprung, bei dem die erfolgreiche Kombination der Hard- und Software des Magnetsystems eine wichtige Rolle spielte.

Magnetische Encoder der neuen Generation basieren auf Hall-Sensoren , deren analoge Signale von einem schnellen 32-Bit-Mikrocontroller in Echtzeit verarbeitet werden.

Eine genaue Kalibrierung wird gewährleistet durch:

• komplexe Software-Algorithmen,
• neue Hightech-Chips.

All dies garantiert höchste Genauigkeit der neuen Serie magnetischer Encoder.

Was optische Encoder betrifft , gibt es auch hier Weiterentwicklungen, allerdings ohne nennenswerte Sprünge in den erzielten Ergebnissen. Im Prinzip wird diese Technologie in der Form verwendet, wie sie vor 50 Jahren existierte.

Heutige optische Encoder sind:

• kleiner,
• mit höherer Auflösung,
• teilweise mechanisch belastbarer,
• stabiler als die vorherige Encoder-Generation.

Die grundlegenden Probleme hinsichtlich der Empfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit, Schmutz und mechanischer Beanspruchung bestehen jedoch weiterhin.

Optische Systeme reagieren von Natur aus empfindlich auf alles, was die zuverlässige Signalübertragung von der Lichtquelle auf dem Weg zu den empfindlichen Fotorezeptoren beeinträchtigen könnte. In dieser Hinsicht waren magnetische Encoder schon immer führend. Ob Staub, Nebel oder starke Erschütterungen – nichts kann die Leistung eines magnetischen Encoders so schnell beeinträchtigen.

Sind optische Encoder hinsichtlich der Immunität gegen magnetische Felder magnetischen vorzuziehen ?

Die Störfestigkeit der magnetischen Encoder von Eltra ist dank spezieller Abschirmmechanismen gegen magnetische Felder gut kontrolliert. Selbst in der Nähe starker Störquellen wie elektronischen Motorbremsen arbeiten magnetische Encoder problemlos.

Somit haben optische Encoder keine Vorteile mehr hinsichtlich der magnetischen Stabilität. Optische Encoder können als teure Lösung für Anwendungen betrachtet werden, bei denen eine extrem hohe Auflösung erforderlich ist, beispielsweise 20 Bit pro Umdrehung. In den meisten Fällen ist die Genauigkeit magnetischer Encoder ausreichend.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass magnetische Encoder deutlich mehr Möglichkeiten und Gestaltungsfreiheit bieten. Sie sind viel kompakter und leichter als optische Encoder, die bei Multiturn-Modellen aufgrund des Vorhandenseins eines ziemlich großen Getriebes, das aus mehreren optischen Platten besteht, viel massiver sind als magnetische.

Magnetische Encoder können aufgrund ihrer Kompaktheit in sehr begrenzte Räume in einer Maschine oder einem anderen Gerät integriert werden. Ein weiterer nicht unerheblicher positiver Faktor ist der günstigere Preis. Kurz gesagt, es ist überhaupt nicht überraschend, dass magnetische Encoder derzeit der Haupttrend sind.

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Encodertypen oder wie man den richtigen Encoder auswählt

Arten von Encodern

Es gibt zwei gängige Typen von Drehgebern: inkrementelle und absolute.

Inkrementalgeber (Quadraturgeber)

Inkrementalgeber erzeugen Impulssignale, wenn sich ein Rad oder eine Welle um eine bestimmte Winkeldistanz dreht. Dieser Typ gibt zwei separate Signale in einer Quadraturanordnung aus und kann so sowohl die Distanz als auch die Drehrichtung der Welle anzeigen.

Einige Inkrementalgeber zeigen nicht nur Richtung und Entfernung an, sondern verfügen auch über eine Indexfunktion an einem einzelnen Drehpunkt. Die Indexfunktion ermöglicht es der Welle, zu einem bekannten Punkt zurückzukehren. Andere Encoder verfügen über eine Eingabetaste, die eine neue Benutzeroberfläche hinzufügt.

Die Hauptvorteile von Inkrementalgebern sind:

1. Zuverlässigkeit,
2. erleichterte Installation,
3. relativ niedrige Kosten.

Um einen Inkrementalgeber auszuwählen, müssen folgende Hauptpunkte festgelegt werden:

• die erforderliche Messgenauigkeit,
• der Schaftdurchmesser und dessen Modellvariante,
• die Art des Kabelausgangssteckers und seine Länge,
• Elektrische Eigenschaften.

Inkrementalgeber sind einer der am häufigsten vorkommenden Sensoren in modernen komplexen technischen Systemen. Ihr Einsatz ist bei allen leistungsstarken elektrischen Antrieben präziser Bewegungssysteme oder Systemen sinnvoll, bei denen hohe Geschwindigkeiten und Start-Brems-Modi eine entscheidende Rolle spielen.

Hier sind nur einige Beispiele ihrer Verwendung:

• Medizinische Ausrüstung
• Automatisierte Test- und Diagnosegeräte
• Selbstfahrende Robotergeräte
• Zutrittskontrollsysteme

Absolutwertgeber

Inkrementalgeber kennen die Position der Welle meist nicht (abgesehen vom Indexpunkt). Absolutgeber verwenden dagegen eine interne Anzeige, um die Winkelposition direkt zu messen, und behalten diese Messfunktion auch bei ausgeschalteter Stromversorgung bei.

Multiturn-Absolutwertgeber können neben der Ermittlung der Wellenposition auch feststellen, wie viele Umdrehungen der Geber in die eine oder andere Richtung gemacht hat.

Absolutwertgeber sind aufgrund ihrer präzisen und eindeutigen Messungen, die sie sofort übertragen können, ein wichtiges Bindeglied zwischen dem mechanischen Teil der Maschine und ihrer Steuereinheit. Diese Qualität wird in modernen Unternehmen des Maschinenbaus und der Robotik erfolgreich eingesetzt.

Absolutwertgeber werden nach folgenden Parametern unterteilt:

• Einzelumdrehung oder Mehrfachumdrehung
• Anzahl der Impulse pro Umdrehung bzw. Anzahl der Bits
• Mit Welle, mit Hohlrotor oder mit durchgehendem Hohlrotor
• Wellen- bzw. Wellenbohrungsdurchmesser

Bei der Auswahl eines Absolutwertgebers sollten Sie auf folgende Parameter achten:

• Die Anzahl der Bits pro Umdrehung. Die Genauigkeit des Systems hängt von diesem Indikator ab.
• Art der Wellenverbindung zum Drehgeber.
• Encoder-Ausgabetyp (Die gängigsten Arten von Signalausgängen sind Parallelcode, SSI, DeviceNet, Profibus-DP, CANopen, LWL-Schnittstellen).
• Elektrische Eigenschaften. Der Betrieb des Systems und die Genauigkeit der Signalentfernung hängen von diesem Indikator ab.
• Schutzgrad des Encoders gegen das Eindringen von Staub und Feuchtigkeit.

Der Absolutwertgeber ist als vielseitiger, konfigurierbarer Sensor für ein breites Anwendungsspektrum konzipiert. Folgende Einsatzgebiete werden unterschieden: Medizinbereich, alternative Energien, Telekommunikationssysteme, Verpackungs- und Lebensmittelindustrie und viele andere.

Optische und magnetische Encoder

Je nach Anwendung ist das Prinzip der Drehwinkelbestimmung wichtig. Es kann sich auf den Preis auswirken oder darauf, wie gut ein Drehgeber mit äußeren Störungen oder Verschmutzungen zurechtkommt.

Die Haupttypen sind:

1. Optischer Encoder . Zum optischen Lesen verfügen Encoder über eine Lichtquelle, die durch eine Scheibe oder ein anderes an der Welle befestigtes Mittel schrittweise unterbrochen wird. Dieses Licht überträgt Impulse für inkrementelle Encoder und überträgt Positionsdaten für absolute Encoder.
2. Magnetischer Encoder . Sie sind viel billiger als optische und kompakter. Die meisten von ihnen verwenden analoge Hall-Effekt-Geräte, die auf einer Leiterplatte montiert sind. Hall-Sensoren werden von einem zweipoligen Magneten angetrieben, der am Ende einer Welle montiert ist. Er erzeugt zwei gegenphasige Wechselstromsignale mit einem Zyklus pro Umdrehung der Welle.

Zusätzliche Funktionen, Merkmale und Eigenschaften von Encodern

Bei Encodern mit derselben Klasse und Rotationsdefinition kann es zu großen Leistungsunterschieden kommen. Diese Unterschiede spiegeln sich häufig in den Encoderpreisen wider. Daher müssen die folgenden Parameter berücksichtigt werden:

Encoderauflösung .

Anzahl der Impulse bzw. Encoderpositionen pro Umdrehung.

Die Auflösung eines Rotationsencoders entspricht der maximalen Anzahl von Punkten, die er pro Umdrehung messen kann.

Bei einem Inkrementalgeber hängt die Auflösung direkt von der Anzahl der Impulse ab, die er pro Umdrehung liefert.

Bei einem absoluten Encoder gibt die Auflösung die Anzahl der Umdrehungen an, die das Gerät schreiben kann, bevor es zur Nullposition „rollt“. Ein 16-Bit-Encoder hätte beispielsweise eine Auflösung von 65.536 Punkten pro Umdrehung.

Der Encoder PPR muss entsprechend der erwarteten Auflösung ausgewählt werden, die zur Anwendung und der Genauigkeit der mechanischen Komponenten des Messkreises passen muss.

Der Sensor ist an ein elektronisches Gerät, einen Controller oder ein Messgerät angeschlossen, das die Berücksichtigung einer maximalen Eingangsfrequenz ermöglicht. Tatsächlich erzeugt ein Inkrementalgeber mit hoher Auflösung mehr Impulse pro Umdrehung als ein Inkrementalgeber mit niedriger Auflösung. Abhängig von der von der Anwendung eingestellten Geschwindigkeit kann der Encoderausgang eine höhere Frequenz aufweisen, als das an den Encoder angeschlossene Gerät verarbeiten kann. In diesem Fall müssen Sie einen Encoder mit niedrigerer Auflösung verwenden.

Geschwindigkeit

Encoder haben eine maximale mechanische Drehzahl in U/min sowie einen maximalen Frequenzgang. Beides muss berücksichtigt werden, ebenso wie die Frequenzgangfähigkeiten der Ausleseelektronik.

Zuverlässigkeit

Während viele Encoder eine relativ saubere Umgebung erfordern, sind andere für den industriellen Einsatz gehärtet. Diese Eigenschaft kann mit der Rotationserkennungsmethode oder dem Gerätegehäusetyp zusammenhängen. Daher müssen Sie bei der Auswahl die Arbeitsumgebung berücksichtigen.

Eltra bietet eine große Auswahl an Hochleistungs-Encodern. Bei einigen Serien ist es auch möglich, ein verstärktes Metallgehäuse zu bestellen.

Elektronische Ausgangstypen des Encoders

Hier einige der gängigsten Ausgabetypen von Eltra-Encodern.

1. Leitungstreiber und RS422 (Differentialausgang). Der Leitungstreiber kann den Ausgang aktiv auf niedrig und hoch zwingen, sodass er Strom von der Last beziehen und aufnehmen kann. Dadurch wird ein höherer Strom erzeugt, während längere Übertragungsdistanzen aufrechterhalten werden. Wie der Name schon sagt, ist diese Art von Encoderausgang für eine Reihe von industriellen Anwendungen beliebt, insbesondere dort, wo der Geräuschpegel recht hoch ist.

Der RS-422-Ausgang (TTL) liefert einen konstanten 5-V-Signalpegel unabhängig von der Versorgungsspannung.

2. Open-Collector-Ausgang. Dieser Ausgangstyp ermöglicht den Empfang eines Signals mit einem Spannungspegel, der nicht von der Encoder-Versorgungsspannung, sondern von der Spannung der zusätzlichen Stromquelle bestimmt wird. Dazu muss zwischen den Stromkreisen und dem Ausgang ein externer Widerstand angeschlossen werden, dessen Widerstandswert vom Spannungswert der zusätzlichen Stromquelle bestimmt wird.

Eltra verwendet in seinen Modellen NPN Open Collector und PNP Open Collector

3. Gegentakt (HTL) . Dieser Ausgangstyp basiert auf RPP- und PPP-Transistoren und hat eine niedrige Ausgangsimpedanz, wodurch der an die Last gelieferte Strom erhöht werden kann. Dadurch wird die Ladekapazität erhöht und die Lade- und Entladevorgänge der Ladekapazität werden beschleunigt, wodurch auch die Geschwindigkeit erhöht wird.
4. Analoger Encoder . Dies ist ein absoluter Positionssensor, der am Ausgang ein 0-10-V-Signal hat; 4 – 20 mA; 0 – 5 V; 0,5 – 4,5 V; 0 – 20 mA. Das Gerät wird zum Messen von Winkel, Neigung, linearer Position und Verschiebung verwendet. Sie haben in der industriellen Automatisierung an Popularität gewonnen und werden jetzt aktiv durch Encoder mit digitalen Signalen ersetzt. Analoge Sensoren behaupten jedoch weiterhin ihre Nische aufgrund ihrer hohen Zuverlässigkeit, einfachen Signalverarbeitung und einheitlichen Abmessungen.
5. SSI (Synchronous Serial Interface). Ermöglicht die Übertragung der absoluten Positionsdaten des Encoders über eine serielle Leitung, die durch eine Uhr synchronisiert wird. Das Funktionsprinzip eines Encoders mit SSI-Schnittstelle ist dem des Standardencoders sehr ähnlich. Seine Hauptbestandteile sind eine Lichtquelle, eine Scheibe mit transparenten und undurchsichtigen Fenstern, Vergleichs-/Triggerschaltungen, fotoelektrische Empfänger, ein Parallel-/Seriell-Wandler, eine monostabile Schaltung, eine Eingangsschaltung für ein Taktsignal und ein Ausgangstreiber für ein Datensignal.

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