Encoder-Fachbegriffe
Diese Seite sammelt systematisch und erläutert ausführlich die in der Encoder-Technik häufig verwendeten und wichtigen Fachbegriffe. Sie deckt elektrische Parameter, Signalausgänge, mechanische Struktur, Kommunikationsprotokolle, Umgebungsbeständigkeit, Genauigkeitskalibrierung, funktionale Sicherheit, Lastgrenzen und viele weitere Aspekte ab. Sie richtet sich an Ingenieurinnen, Systemintegratorinnen, F&E-Personal, technische Einkäufer sowie alle, die sich vertieft mit Encodern beschäftigen möchten.
Encoder-Ausgang und Signalterminologie
| Begriff | Englische Abkürzung | Definition |
|---|---|---|
| Auflösung | Resolution | Anzahl der vom Encoder pro Bewegungseinheit erzeugten Signale zur Beurteilung der Messgenauigkeit. Kann in PPR, CPR, Bit, LPI, CPI etc. angegeben werden |
| PPR | Pulses Per Revolution | Impulse pro Umdrehung, häufig bei inkrementellen Drehencodern; gibt die Anzahl der Impulse innerhalb einer kompletten Umdrehung an |
| CPR | Counts Per Revolution | Zähl-Schritte pro Umdrehung, oft inklusive Vervielfachung. Bei Vierfachauswertung gilt z. B. CPR = PPR × 4 |
| DPI | Dots Per Inch | „Punkte“ pro Zoll. Häufig bei hochauflösenden optischen Scans und linearen Messungen verwendet |
| CPI | Counts Per Inch | Zähl-Schritte pro Zoll (1 Inch) zur Bestimmung der Auflösung eines linearen Encoders |
| LPI | Lines Per Inch | Anzahl der Linien pro Zoll auf einem Gitter; wird ebenfalls zur Beschreibung der Auflösung von linearen Encodern oder Scannern genutzt |
| A/B-Phase | A/B Channels | Zwei phasenverschobene Rechtecksignale eines inkrementellen Encoders, um 90° versetzt (Quadratursignale). Dienen der Richtungs- und Zählunterscheidung |
| Z-Phase | Zero Pulse / Index | Referenzimpuls, der bei einem inkrementellen Encoder einmal pro Umdrehung ausgegeben wird und als Nullpunkt-Referenz dient |
| N-Kanal | N Channel | Bei manchen Herstellern alternative Bezeichnung für die Z-Phase |
| U/V/W | – | Kommutierungssignale für Servomotoren zur elektronischen Kommutierung bzw. Phasenerkennung |
| TTL | Transistor-Transistor Logic | Standardmäßiges digitales 5V-Pegel, geeignet für hochfrequente Impulsausgabe über kurze Distanzen |
| HTL | High Threshold Logic | Logikpegel 10–30 V, hohe Störfestigkeit, geeignet für industrielle Umgebungen |
| Open Collector | OC | Open-Collector-Ausgang, erfordert externen Pull-up-Widerstand; flexible Anpassung des Pegels |
| Push-Pull | – | Push-Pull-Ausgang, kann die Last in beide Richtungen treiben, kein externer Pull-up-Widerstand nötig, oft in Industrie-Encodern zu finden |
| Line Driver | LD / RS422 | Differenzieller Standardausgang, verbessert die Störfestigkeit und ermöglicht Fernübertragung bei hohen Geschwindigkeiten |
| Spannungsausgang | Voltage Output | Analog-Ausgang (z. B. 0–5 V, 0–10 V), geeignet für einfache analoge Messwertaufnahmen |
| Stromausgang | Current Output | Häufig 4–20 mA als analoges Ausgangssignal, robust gegen Störungen, für lange Distanzen geeignet |
| PWM | Pulse Width Modulation | Übertragung von Positions- oder Winkelinformationen mittels Pulsbreitenmodulation; Anwendung in Spezial- bzw. kundenspezifischen Fällen |
| 1Vpp/11µApp | – | Analoge Sinus-/Kosinus-Ausgänge, typisch für optische oder magnetische Gitter-Encoder bei hochauflösenden Unterteilungen |
Encoder-Typen, Funktionsprinzipien und Erfassungsmethoden
| Begriff | Definition |
|---|---|
| Inkremental-Encoder | Gibt kontinuierliche Impulse zur Positionsänderung aus; ein Controller oder Zähler akkumuliert die Impulse, um die absolute Position zu ermitteln |
| Absolut-Encoder | Jeder Position ist ein eindeutiger Code zugeordnet; der Encoder speichert die Position auch bei Spannungsverlust. Für hochzuverlässige oder komplexe Mehrachssysteme geeignet |
| Singleturn-Encoder | Erfasst nur die Position innerhalb einer Umdrehung, ohne die Anzahl der Umdrehungen zu zählen |
| Multiturn-Encoder | Mit integriertem Getriebe, Magnet- oder Induktivstruktur zur Erfassung mehrerer Umdrehungen; es existieren mechanische und elektronische Varianten |
| Optischer Encoder | Realisiert eine berührungslose Messung über Lichtquelle, Gitter und Photodetektor; bietet hohe Auflösung und Genauigkeit |
| Magnetischer Encoder | Erkennt Änderungen des Magnetfelds anhand von Hall- oder magnetoresistiven Effekten; unempfindlicher gegen Staub, Öl und Schmutz, geeignet für raue Umgebungen |
| Kapazitiver Encoder | Basierend auf Kapazitätsänderungen zwischen Kondensatorplatten; kompakte Bauform, ideal für enge Bauräume und leichte Systeme |
| Induktiver Encoder | Ermittelt Winkel oder Weg über elektromagnetische Induktion, hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber EMV-Störungen und Vibrationen |
| Encoder-Kit | Auch als Kit Encoder bezeichnet, modulare Bauweise ohne Gehäuse, für den Einbau in Motoren oder Robotergelenke etc. |
| Seilzug-Encoder | Nutzt ein Stahlseil und eine Trommel zur Messung langer linearer Wege (Hebebühnen, Tore, Kräne usw.) |
| Dreh-Encoder | Erfasst den Drehwinkel und die Drehgeschwindigkeit einer Welle; weit verbreitet bei Motoren, Drehtischen und Servoantrieben |
| Linear-Encoder | Misst translatorische Bewegungen, häufig in CNC-Maschinen, 3D-Koordinatenmessgeräten oder Halbleiterproduktionsanlagen verwendet |
| Mehrkanal-Encoder | Liefert mehrere Signalarten parallel (z. B. A/B/Z + UVW + serielle Schnittstelle), um Motor-Kommutierung, Positionsbestimmung und Netzwerkkommunikation zu vereinen |
| Programmierbarer Encoder | Ausgabetyp, Auflösung, Drehrichtung usw. können softwareseitig oder via spezieller Geräte konfiguriert werden |
| Codierformat | Codeverfahren bei Absolut-Encodern, wie Gray Code, Binary, BCD, Excess Code etc. |
Kommunikationsprotokolle und industrielle Schnittstellen
| Protokoll/Schnittstelle | Definition |
|---|---|
| SSI | Synchronous Serial Interface: Synchrone serielle Schnittstelle für Absolut-Encoder-Daten; einfach im Aufbau und störunempfindlich |
| BiSS-C | Offenes, schnelles synchrones Protokoll im Vollduplexmodus, unterstützt Mehrachs-Topologien in Kette; häufig in hochwertigen Absolut-Encodern |
| EnDat | Bidirektionale serielle Schnittstelle von Heidenhain, inklusive Prüffunktion und hochauflösender Rückführung |
| CANopen | Offenes Protokoll auf Basis des CAN-Busses, verwaltet per Objektverzeichnis, Multi-Node-Netzwerk, in Europas Automatisierung weit verbreitet |
| Profibus-DP | Feldbus-Standard mit hoher Baudrate und zyklischem Datenaustausch, häufig in großen Prozessleitsystemen und diskreter Fertigung eingesetzt |
| DeviceNet | Von Allen-Bradley definiertes CAN-Bus-Protokoll, fokussiert auf einfache Geräte und Controller-Vernetzung |
| EtherCAT | Echtzeit-Ethernet-Protokoll von Beckhoff, unterstützt verteilte Uhren und Mehrachs-Synchronisation; für Hochgeschwindigkeits- und Hochpräzisionssteuerungen geeignet |
| PROFINET | Von Siemens propagierter Industrial-Ethernet-Standard, kombiniert IT-Technologien mit Echtzeitkommunikation; für Fabrik- und Prozessautomatisierung |
| IO-Link | Punkt-zu-Punkt-Protokoll zwischen Sensoren und Aktoren, unterstützt intelligente Diagnose und Fernparametrierung |
| Ethernet/IP | Von Rockwell empfohlenes CIP-Protokoll (Common Industrial Protocol), geeignet für verteilte Antriebe, Feldebene und SCADA |
| Modbus RTU/TCP | Offenes Master/Slave-Kommunikationsprotokoll, geeignet für erweiterbare Remote-I/O und dezentrale Systeme |
| UART | Universelle asynchrone serielle Schnittstelle (z. B. RS232/RS485), häufig in einfachen oder kostengünstigen Encodermodulen zu finden |
| SPI/I²C | Chipbasierte serielle Schnittstellen, passend für Miniatur-Encoder oder niedrigen Stromverbrauch |
| SERCOS | SErial Real-time COmmunication System, echtzeitfähiges Motion-Control-Protokoll über Lichtwellenleiter oder Ethernet; typisch in CNC- und hochpräzisen Servosystemen |
Einbauformen und mechanische Schnittstellen
| Begriff | Definition |
|---|---|
| Vollwelle | Der zentrale Encoder-Stummel ist massiv; zur Drehmomentübertragung ist eine Kupplung oder Klemmung erforderlich |
| Hohlwelle | Der Encoder verfügt über eine hohle Welle, die direkt auf die Motorwelle gesteckt werden kann, was Kupplungselemente reduziert |
| Teilhohlwelle | Einseitig geschlossene Hohlwelle, verbindet kompakte Bauweise mit einfacher Montage |
| Flanschmontage | Befestigung über Front- oder Synchronflansch, DIN-genormt, z. B. runde oder quadratische Flansch-Schnittstelle |
| Synchronflansch | Runder Standardmontageflansch (Synchro Flange), der per Klemme oder Schrauben befestigt wird |
| Servo-Klemmflansch | Flansch mit Klemmnut oder Positionierbohrungen, ermöglicht schnelles Zentrieren und Fixieren an Servomotoren oder mechanischen Systemen |
| Befestigungslochkreis | Distanz zwischen den Gehäuseschraublöchern des Encoders, muss zum Montageuntergrund der Maschine passen |
| Montagetiefe | Einstecktiefe der (Hohl-)Welle. Zu wenig Tiefe verursacht Spiel, zu viel Tiefe könnte Beschädigungen hervorrufen |
| Kupplung | Verbindungselement zwischen Vollwellen-Encoder und Motor-/Maschinenwelle. Beispiele: flexible Kupplung, Balgkupplung, starre Kupplung usw. |
| Radial-/Axiallast | Maximale radiale bzw. axiale Last, die auf das Encoder-Lager wirken darf; Überschreitungen beeinträchtigen Lebensdauer und Genauigkeit |
Umweltbeständigkeit und Zuverlässigkeit
| Begriff | Definition |
|---|---|
| IP-Schutzart | Gemäß IEC 60529 definierter Schutz gegen Staub und Wasser (z. B. IP65, IP67, IP68). Je höher, desto besser ist der Schutz |
| Betriebstemperatur | Temperaturbereich, in dem der Encoder mit spezifizierter Genauigkeit läuft (z. B. -20 °C bis +85 °C) |
| Lagertemperatur | Temperaturbereich zur Lagerung ohne Betrieb |
| Vibrationsfestigkeit | Widerstandsfähigkeit des Lageraufbaus und der inneren Struktur gegen Schwingungen, typischerweise in g angegeben |
| Schockfestigkeit | Kurzzeitige Beschleunigung/stoßartige Einwirkung in g, die noch toleriert wird |
| EMV (Electromagnetic Compatibility) | Elektromagnetische Verträglichkeit; umfasst Störfestigkeit gegen elektromagnetische Einflüsse und die Emission eigener Störungen |
| ESD | Widerstand gegen elektrostatische Entladung (Electrostatic Discharge), bestimmt die Empfindlichkeit gegenüber statischen Entladungen |
| SIL-Level | Safety Integrity Level (z. B. SIL2 oder SIL3) für sicherheitskritische Anwendungen (Aufzug, Robotik, Zugsteuerung, etc.) |
| MTBF | Mean Time Between Failures; mittlere Zeit zwischen Ausfällen, gibt die Gesamtzuverlässigkeit der Baugruppe an |
| RoHS / REACH | Richtlinie zur Beschränkung gefährlicher Stoffe / EU-Chemikalienverordnung zur Registrierung – betrifft Umwelt- und Sicherheitskonformität der verwendeten Materialien |
Genauigkeit, Fehler und Systemkalibrierung
| Begriff | Definition |
|---|---|
| Systemgenauigkeit | Maximale Abweichung zwischen Encoder-Ausgabe und tatsächlicher Position, inklusive Encoderfehler, Montagefehler, Reglerfehler und anderer Einflüsse |
| Auflösungsvermögen | Kleinste detektierbare Positionsänderung, höhere Auflösung ermöglicht das Erfassen minimaler Bewegungen |
| Wiederholgenauigkeit | Maß für die Konsistenz der Messwerte bei wiederholter Anfahrt derselben Position, vorrangig durch mechanisches Spiel und Signalrauschen beeinflusst |
| Linearitätsfehler | Nichtlinearität zwischen Encoder-Ausgang und Realposition, wird in der Regel durch Kalibrierung oder Software-Kompensation reduziert |
| Nullpunktfehler | Differenz zwischen dem Z- oder Referenzimpuls und dem tatsächlichen mechanischen Nullpunkt. Korrigierbar durch mechanische Justage oder Software |
| Encodierfehler | Feine Abweichungen durch Fertigungstoleranzen der Codescheibe, ungleichmäßige Magnetpole, falsche Montage usw. |
| Kalibrierfaktor | Parameter zur Systemjustierung oder Linearkompensation, um die Gesamtgenauigkeit zu verbessern |
| PID-Rückführung | In einem Servosystem fungiert der Encoder als Sensor im geschlossenen Regelkreis. Durch proportionale, integrale und differentielle Anteile wird die Bewegung exakt der Vorgabe gefolgt |
| Hysterese | Positionsfehler beim Richtungswechsel, bedingt durch mech. Spiel oder Reibung. Tritt z. B. bei manchen inkrementellen Encodern und Getriebesystemen auf |
Weitere gängige Fachbegriffe und Ergänzungen
| Begriff | Definition |
|---|---|
| Gray-Code (Gray Code) | Codierverfahren, bei dem sich benachbarte Codewörter nur in einem Bit unterscheiden; verringert Umschaltprellen; gängiges Verfahren bei Absolut-Encodern |
| Binärcode (Binary Code) | Absolut-Encoder-Ausgang direkt in Binärform, einfach vom Controller auszuwerten |
| BCD-Code (Binary-Coded Decimal) | Kodierung dezimaler Ziffern in Gruppen zu je 4 Bits. Bei manchen älteren Absolut-Encodern oder Messgeräten noch in Gebrauch |
| Excess Code | Ein Offset-Code, der für glattere Codewechsel sorgt; in manchen alten Absolut-Encodern oder Sondersystemen anzutreffen |
| Mehrgang-Zahnrad | Mechanische Multiturn-Absolut-Encoder nutzen ein internes Übersetzungszahnrad, um Umdrehungen zu erfassen |
| Elektronischer Multiturn | Erfasst die Anzahl der Umdrehungen über interne Schaltung oder magnetische Speicherung; ohne mechanische Zahnräder; häufig in bürstenlosen Servomotoren verbaut |
| UVW-Phase | Inkrementelle Kommutierungssignale zur Synchronisation dreiphasiger Motorwicklungen, oft in Servomotoren und BLDC-Antrieben verwendet |
| S/N-Verhältnis (Signal to Noise Ratio) | Verhältnis von Signal zu Rauschen; Maß für die Klarheit und Stabilität des Encoder-Ausgangssignals |
| Maximaldrehzahl | Höchste zulässige Drehzahl, bei der der Encoder noch sicher arbeiten und seine Genauigkeit halten kann; darüber drohen Signalfehler oder erhöhte Lagerabnutzung |
| Maximale Linear-Geschwindigkeit | Höchste Verfahrgeschwindigkeit, die ein Linear-Encoder fehlerfrei erfassen kann; bei Überschreitung reicht die Bandbreite für Inkrementalsignale oder Datenübertragung ggf. nicht mehr aus |
| Redundanter Encoder | Doppelter Sensor oder doppelte Signalausgabe in sicherheitskritischen Anwendungen (z. B. SIL3). Übernimmt die Positionserfassung, falls der Haupte Encoder ausfällt |
Referenzstandards und Erweiterungen
- IEC 60050-351: Terminologie für industrielle Mess- und Steuerungstechnik
- ISO 13849: Sicherheitsnorm für Maschinenfunktionen (in sicherheitstechnischen Encodern gebräuchlich)
- IEC 60529: Definition der Gehäuseschutzarten (IP-Schutzklassen)
- IEC 61800-5-2: Sicherheitsanforderungen für Antriebssysteme mit variabler Drehzahl, häufig bei Servoantrieben mit Safety-Funktionen
- CiA 406: Gerätespezifikation für CANopen-Encoder
- IEC 61158: Protokollfamilie industrieller Feldbusse
- EnDat, BiSS, SERCOS: Bedeutende serielle Encoder-Kommunikationsprotokolle
Hinweis: Die Begriffe können je nach Hersteller oder Branchenstandard leicht variieren. Bei konkreten Produkten empfiehlt sich ein Abgleich mit dem entsprechenden Handbuch. Diese Seite wird fortlaufend aktualisiert, um neue Technologien und Anwendungsfälle abzudecken. Wir freuen uns über Ihre Ergänzungen und Korrekturen auf Encoder.wiki!