Drehgeber, auch Winkelsensoren, Winkelgeber oder Encoder genannt, sind unabdingbare
Komponenten in der Industrieautomatisierung, im Maschinenbau und in vielen anderen technischen Anwendungsbereichen. Sie ermöglichen die präzise Messung von Drehbewegungen und Positionen. Maschinen können damit effizient gesteuert und kontrolliert werden.
Was ist ein Drehgeber?
Ein Drehgeber ist ein Sensor, der die Drehbewegung einer Achse in ein elektrisches Signal
umwandelt. Dieses Signal kann von Steuerungssystemen genutzt werden, um die Position,
Geschwindigkeit oder Richtung einer Bewegung exakt zu erfassen. Drehgeber sind entscheidend für automatisierte Systeme in vielen Anwendungen. Sie ermöglichen eine präzise und zuverlässige Erfassung von Bewegungsdaten.
Anwendungsgebiete von Drehgebern:
- Industrielle Automation: Positionskontrolle von Robotern, Maschinensteuerung
- Fahrzeugtechnik: Lenkwinkelerfassung, Motorsteuerung, Pedalerieposition
- Medizintechnik: Präzisionssteuerung in Diagnosegeräten, Operationsroboter
- Erneuerbare Energien: Drehzahl- und Blattwinkelüberwachung von Windkraftanlagen
Wie funktioniert ein Drehgeber?
Drehgeber bestehen typischerweise aus drei Komponenten:
- Die Massverkörperung kann zum Beispiel aus einem Magnetgeber oder einer Codierscheibe bestehen und ist mit der drehenden Achse der Maschine verbunden.
- Die Sensorik erfasst die Bewegung und wandelt sie in ein elektrisches Signal um.
- Die elektronische Schnittstelle überträgt die Signale an eine Steuerung oder ein Display.
Die Funktion von Drehgebern basiert auf verschiedenen Messprinzipien, die in zwei Hauptkategorien unterteilt werden:
Inkrementelle Drehgeber
Funktionsweise:
Ein inkrementeller Drehgeber erzeugt eine bestimmte Anzahl von Impulsen pro Umdrehung. Durch Zählen dieser Impulse kann die Drehzahl oder relative Position bestimmt werden.
Vorteile:
- Hohe Auflösung möglich
- Einfache Bauweise und Kosteneffizienz
- Bestens geeignet für Geschwindigkeitserfassung
Nachteile:
❌ Kein Absolutwert (bei Stromausfall geht die Position verloren)
Anwendungsbeispiel:
🔵 In CNC-Maschinen zur Erfassung der Drehzahl einer Spindel
Absolute Drehgeber
Funktionsweise:
Absolute Drehgeber messen die exakte Winkelposition einer Achse und geben diese als digitalen Wert aus. Es gibt sie in den Varianten Singleturn (misst Position in einer Umdrehung) oder Multiturn (misst Position und Anzahl Umdrehungen).
Vorteile:
- Speichert Position auch nach Stromausfall
- Direkte Winkelmessung möglich
- Höhere Sicherheit durch exakte Positionsdaten
Nachteile:
❌ Komplexer und teurer als inkrementelle Drehgeber
Anwendungsbeispiel:
🔵 In Roboterarmen, um die exakte Position jedes Gelenks auch nach einem Neustart beizubehalten.
Des Weiteren gibt es zwei grundlegende Unterschiede im mechanischen Aufbau von Drehgebern:
Drehgeber mit Eigenlagerung
Diese Art von Drehgebern verfügt über eine eigene, gelagerte Achse, an der die Massverkörperung angebracht ist.
Vorteile:
- Die Massverkörperung wird präzise geführt, der Drehgeber kann ab Hersteller genau kalibriert werden
- Einfache Montage in der Kundenapplikation
- Massverkörperung und Sensorik bilden eine komplette Einheit
Nachteile:
❌ Einschränkung der zulässigen Rotationsgeschwindigkeit (abhängig von der Lagerung)
❌ Einsatz von Kupplungen erforderlich, damit keine Kräfte auf die Sensorlager übertragen werden
❌ Relativ grosse Bauhöhe aufgrund der integrierten Lagerung
Lagerlose Drehgeber
Bei diesen Drehgebern dreht die Massverkörperung, zum Beispiel der Magnetgeber, frei. Er ist nicht mit der eigentlichen Sensoreinheit verbunden.
Vorteile:
- Kein Verschleiss
- Keine mechanische Begrenzung der Drehgeschwindigkeit
- Keine Kupplungen nötig
- Flacher Aufbau
Nachteile:
❌ Die Massverkörperung muss zur Sensoreinheit ausgerichtet werden (innerhalb gewisser Toleranzen:x – y – z, Exzentrizität und Verkippung).
❌ Die Genauigkeit ist geringer als bei einem Drehgeber mit Eigenlagerung.
❌ Je nach Sensortechnologie muss der Einbauraum vor Verschmutzungen geschützt werden.
Drehgeber-Technologien
Je nach Messprinzip kommen verschiedene Sensortechnologien zum Einsatz:
- Optische Drehgeber: Die Bewegung wird mit einer Lichtquelle und einer codierten Scheibe erfasst – präzise, aber empfindlich gegenüber Staub und Schmutz.
- Magnetische Drehgeber arbeiten mit Hall-Sensoren oder magnetoresistiven Sensoren – robuster als optische Varianten, ideal für raue Umgebungen, kompakt im Aufbau.
- Induktive Drehgeber basieren auf elektromagnetischer Induktion – unempfindlich gegenüber magnetischen Störfeldern.
- Kapazitive Drehgeber verwenden elektrische Felder zur Messung – robust und langlebig, aber komplex im Aufbau.
Welche Technologie ist die beste?
Die Wahl der Technologie hängt ganz von der Anwendung ab. Optische Drehgeber sind ideal für hochpräzise Anwendungen, während magnetische und induktive Varianten für den Einsatz in rauen Umgebungen bevorzugt werden.
Auswahlkriterien für den richtigen Drehgeber
Bei der Wahl eines Drehgebers für eine bestimmte Anwendung sind mehrere Faktoren zu
berücksichtigen:
- Auflösung – Wie viele unterscheidbare Positionen pro Umdrehung werden benötigt?
- Umgebungsbedingungen – Temperatur, Feuchtigkeit, Staubbelastung
- Messgenauigkeit – Ist eine relative oder absolute Positionserfassung erforderlich?
- Einbaubedingungen – Wie viel Platz steht zur Verfügung? Wie sollen der Drehgeber und die Massverkörperung befestigt werden?
- Schnittstelle und Protokolle – Kompatibilität mit vorhandenen Steuerungssystemen (z. B.
CANopen, IO-Link, SSI, SPI, SENT, Analog)
Tipp: Contelec bietet eine breite Palette massgeschneiderter Drehgeberlösungen an – absolut
messend und inkrementell, magnetisch und induktiv, Singleturn und Multiturn.
Warum Contelec?
Contelec steht für hochpräzise Drehgeberlösungen, die auf modernsten, laufend weiterentwickelten Sensortechnologien basieren:
- Massgeschneiderte Lösungen vom Prototyp bis zur Serienproduktion
- Höchste Präzision: Swiss-made-Sensorik für industrielle Anwendungen
- Flexibilität und Individualisierung: Anpassbare Drehgeber für spezifische Anforderungen
- Zuverlässigkeit und Langlebigkeit: Entwickelt für anspruchsvolle Einsatzgebiete
Ob eine höchst präzise Winkelmessung oder eine robuste Drehgeberlösung für extreme Bedingungen – Contelec bietet für jede Anwendung die optimale Lösung.
Fazit: Drehgeber als Schlüsselkomponente für moderne Steuerungssysteme Drehgeber sind essenzielle Bauteile für die präzise Steuerung von Maschinen und Prozessen. Ob inkrementell oder absolut, induktiv oder magnetisch – die richtige Wahl des Sensors hängt von den Anforderungen der Anwendung ab.
Mit massgeschneiderten Lösungen und innovativer Technik bietet Contelec die perfekte Drehgebertechnologie für alle individuellen Anforderungen.
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