{"id":842,"date":"2026-06-24T09:16:04","date_gmt":"2026-06-24T09:16:04","guid":{"rendered":"https:\/\/oldhamcoupling.net\/why-oldham-couplings-are-ideal-for-encoder-and-resolver-connections\/"},"modified":"2026-06-24T09:16:05","modified_gmt":"2026-06-24T09:16:05","slug":"why-oldham-couplings-are-ideal-for-encoder-and-resolver-connections","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/oldhamcoupling.net\/de\/why-oldham-couplings-are-ideal-for-encoder-and-resolver-connections\/","title":{"rendered":"Warum Oldham-Kupplungen ideal f\u00fcr Encoder- und Resolver-Verbindungen sind"},"content":{"rendered":"

Von allen Einsatzorten einer Oldham-Kupplung in einem Bewegungssteuerungssystem ist keiner so anspruchsvoll \u2013 und offenbart so deutlich die besonderen St\u00e4rken dieser Kupplung \u2013 wie die Verbindung zwischen einer rotierenden Welle und einem Drehgeber, beispielsweise einem Inkrementalgeber, einem Absolutwertgeber oder einem Resolver. Diese Ger\u00e4te wandeln die Winkelposition der Welle in ein elektrisches Signal um, dessen Qualit\u00e4t direkt von der Qualit\u00e4t der mechanischen Kupplung zwischen Welle und Eingangsrotor des Ger\u00e4ts abh\u00e4ngt. Eine Kupplung mit Spiel, Nachgiebigkeit oder Lagerbelastungen verf\u00e4lscht das Signal und beeintr\u00e4chtigt so das gesamte Steuerungssystem.<\/p>\n

Dieser Artikel erkl\u00e4rt, warum die Oldham-Kupplung \u2013 insbesondere in ihrer Miniaturform \u2013 zum Standard f\u00fcr Encoder- und Resolverwellenverbindungen in Pr\u00e4zisionsbewegungssystemen weltweit geworden ist.<\/p>\n

\n \"Miniatur-Oldham-Kupplung
Miniatur-Oldham-Kupplungen mit Bohrungsdurchmessern ab 3 mm sind speziell f\u00fcr Encoder- und Resolver-Anschl\u00fcsse konzipiert, bei denen jede Bogensekunde Spiel z\u00e4hlt.<\/figcaption><\/figure>\n

Was Encoder und Resolver tats\u00e4chlich messen<\/h2>\n

Ein Drehgeber oder Resolver ist im Prinzip ein Messwandler: Er wandelt die Winkelposition einer Welle in ein elektrisches Ausgangssignal um, das von einer Bewegungssteuerung interpretiert werden kann. Inkrementalgeber geben eine Impulsfolge mit einer definierten Anzahl von Impulsen pro Umdrehung aus; die Steuerung z\u00e4hlt die Impulse, um die relative Positions\u00e4nderung zu bestimmen. Absolutwertgeber geben ein digitales Wort aus, das die Winkelposition der Welle innerhalb einer Umdrehung (Einzelumdrehung) oder \u00fcber mehrere Umdrehungen (Mehrumdrehung) direkt darstellt. Resolver geben ein Paar sinusf\u00f6rmiger Spannungen aus, deren Amplitudenverh\u00e4ltnis den Wellenwinkel kodiert.<\/p>\n

In allen F\u00e4llen ist die elektrische Ausgangsleistung nur so genau wie die mechanische Eingangsleistung. Verursacht die Kopplung zwischen der Abtriebswelle und der Eingangswelle des Encoders einen Winkelfehler \u2013 und sei er noch so klein \u2013, wird dieser dem Regler wie eine tats\u00e4chliche Wellenbewegung gemeldet. Der Regler reagiert dann auf fehlerhafte Positionsdaten, was zu Positionsfehlern, Drehzahlschwankungen oder Instabilit\u00e4ten im Regelkreis f\u00fchrt, die softwareseitig nicht korrigiert werden k\u00f6nnen, da der Regler den Fehler nicht erkennt.<\/p>\n

Das R\u00fcckkopplungsproblem bei R\u00fcckkopplungskopplungen<\/h2>\n

Betrachten wir eine Servoachse mit einem am Motor montierten Encoder zur Positionsr\u00fcckmeldung. Wenn die Kupplung zwischen Motorwelle und Encoder ein Spiel von 0,1 Grad aufweist, ergibt sich f\u00fcr den Regler bei jeder Richtungsumkehr folgendes:<\/p>\n

Der Motor beginnt sich in die neue Richtung zu drehen. Der Encoder meldet jedoch in den ersten 0,1 Grad keine Bewegung, da das Spiel zun\u00e4chst ausgeglichen werden muss, bevor die Kupplung die Bewegung auf den Encoderrotor \u00fcbertr\u00e4gt. W\u00e4hrend dieses Totbereichs erfasst die Steuerung keine Positions\u00e4nderung und erh\u00f6ht daher das Drehmoment weiter, um den Positionsfehler zu beheben. Bis das Spiel ausgeglichen ist und der Encoder eine Bewegung meldet, hat der Motor den Zielwert leicht \u00fcberschritten. Die Steuerung muss nun die Drehrichtung leicht umkehren, um dies zu korrigieren \u2013 und bei dieser Umkehrung tritt der 0,1-Grad-Totbereich erneut auf.<\/p>\n

Das Ergebnis ist ein Grenzzyklus: eine kleine, anhaltende Schwingung um die Sollposition, die der Regler aufgrund des Kupplungsspiels, das das Anlagenmodell diskontinuierlich macht, nicht d\u00e4mpfen kann. Auf einer bearbeiteten Oberfl\u00e4che \u00e4u\u00dfert sich dies als charakteristische Abflachung oder Richtungsumkehrmarke. In einem geschwindigkeitsgeregelten System erzeugt es eine Geschwindigkeitswelligkeit mit der Umkehrfrequenz.<\/p>\n

Selbst 0,01 Grad Spiel \u2013 ein scheinbar vernachl\u00e4ssigbarer Wert \u2013 k\u00f6nnen in einem hochaufl\u00f6senden Encodersystem messbare Beeintr\u00e4chtigungen verursachen. Ein Encoder mit 5.000 Zeilen hat eine native Aufl\u00f6sung von 0,072 Grad pro Quadraturschritt; 0,01 Grad Spiel entsprechen etwa einem Positionsunsicherheitsschritt pro Umdrehung.<\/p>\n

Warum die Null-R\u00fcckschlag-Eigenschaft der Oldham-Kupplung hier von entscheidender Bedeutung ist<\/h2>\n

Die Zapfen-Nut-Verbindung der Oldham-Kupplung gew\u00e4hrleistet eine formschl\u00fcssige Verbindung ohne Winkelspiel. Bei Richtungswechsel der Antriebswelle folgt die Geberwelle unmittelbar \u2013 innerhalb der mechanischen Spieltoleranz der Kupplung, die bei einer pr\u00e4zisen Miniatur-Oldham-Kupplung in Bogensekunden und nicht in Bogenminuten gemessen wird.<\/p>\n

Durch diese unmittelbare, spielfreie Reaktion meldet der Encoder jederzeit die tats\u00e4chliche Wellenposition, auch bei Richtungsumkehr. Der Regelkreis erh\u00e4lt saubere, pr\u00e4zise R\u00fcckmeldedaten und kann innerhalb seiner vorgesehenen Bandbreite ohne die durch Spiel bedingten Grenzfrequenzschwankungen oder Verst\u00e4rkungsbegrenzungen arbeiten.<\/p>\n

Zum Vergleich: Eine Balgkupplung bietet ebenfalls spielfreie Kupplung \u2013 allerdings weist sie, wie weiter unten erl\u00e4utert, bei Encoder-Anwendungen eine entscheidende Einschr\u00e4nkung auf, die bei der Oldham-Kupplung nicht besteht.<\/p>\n

\n \"Oldham-Kupplung,
Die spielfreie Kraft\u00fcbertragung gew\u00e4hrleistet, dass der Encoder jederzeit die tats\u00e4chliche Wellenposition meldet, sodass der Servoregler mit maximaler Bandbreite ohne Positions-Totzonen arbeiten kann.<\/figcaption><\/figure>\n

Elektrische Isolation: Schutz der Encoderelektronik<\/h2>\n

Drehgeber und Resolver sind elektronische Pr\u00e4zisionsinstrumente. Ihre internen optischen Scheiben, Magnetsensoren oder Transformatorwicklungen sind f\u00fcr den Betrieb in einer st\u00f6rungsfreien Umgebung ausgelegt. Viele sind so empfindlich, dass bereits geringe Streustr\u00f6me von wenigen Milliampere, die durch die Geberwelle und das Geh\u00e4use flie\u00dfen, die interne Elektronik besch\u00e4digen oder das Ausgangssignal verf\u00e4lschen k\u00f6nnen.<\/p>\n

In motorbetriebenen Systemen weist die Motorwelle aufgrund kapazitiver Kopplung durch die parasit\u00e4re Wicklungs-Rotor-Kapazit\u00e4t h\u00e4ufig ein anderes elektrisches Potenzial als Erde auf. Frequenzumrichter und Servoverst\u00e4rker mit Pulsweitenmodulation (PWM) und Schaltfrequenzen von mehreren Kilohertz erzeugen besonders aggressive Wellenspannungsverl\u00e4ufe. Ist der Encoder \u00fcber eine Metallkupplung elektrisch mit der Motorwelle verbunden, k\u00f6nnen diese Wellenspannungen Lagerstr\u00f6me und Schaltvorg\u00e4nge \u00fcber die empfindliche Elektronik des Encoders verursachen.<\/p>\n

Die Oldham-Kupplung mit Polymer-Mittelscheibe gew\u00e4hrleistet eine vollst\u00e4ndige galvanische Trennung zwischen Antriebs- und Geberwelle. Da die Acetal- oder Nylonscheibe nichtleitend ist, kann kein Strom zwischen den beiden Wellen durch die Kupplung flie\u00dfen. Diese einzigartige Eigenschaft l\u00e4sst sich mit keiner Ganzmetallkupplung ohne zus\u00e4tzliche Isolationselemente nachbilden.<\/p>\n

In der Praxis beseitigt diese elektrische Isolation eine ganze Klasse von Encoder-Ausf\u00e4llen, die regelm\u00e4\u00dfig in Antriebssystemen mit Metallkupplungen auftreten \u2013 vorzeitiger Lagerausfall im Encoder, verf\u00e4lschte Ausgabe aufgrund von induziertem Rauschen und Sch\u00e4den an CMOS-Schaltungen im Inneren des Encodergeh\u00e4uses durch elektrostatische Entladung.<\/p>\n

Warum Balgkupplungen Oldham-Kupplungen nicht ersetzen k\u00f6nnen (siehe hier)<\/h2>\n

Balgkupplungen sind ebenfalls spielfrei und werden h\u00e4ufig in Encoder-Anschl\u00fcssen eingesetzt. Sie weisen jedoch in dieser Anwendung eine entscheidende Schw\u00e4che auf: Bei seitlichem Wellenversatz \u00fcbertragen sie radiale Reaktionskr\u00e4fte auf die internen Lager des Encoders.<\/p>\n

Die Lager von Encodern und Resolvern sind typischerweise Miniatur-Pr\u00e4zisionslager \u2013 Rillenkugellager der Baureihen 6900 oder 6800 mit Bohrungsdurchmessern von maximal 10 mm. Diese Lager sind ausschlie\u00dflich f\u00fcr die Aufnahme der vom Encoderhersteller aufgebrachten axialen Vorspannung ausgelegt, die zur Aufrechterhaltung der axialen Rotorposition dient. Sie sind nicht f\u00fcr die Aufnahme signifikanter Radiallasten geeignet.<\/p>\n

Eine Balgkupplung mit 0,3 mm seitlichem Versatz \u00fcbt eine radiale R\u00fcckstellkraft von mehreren Newton auf die Geberwelle aus. Bei einem Geberlager, das f\u00fcr eine axiale Vorspannung von wenigen Newton ausgelegt ist, reduziert diese Radialkraft die Lagerlebensdauer drastisch \u2013 potenziell von Zehntausenden auf wenige Hundert Stunden. Zudem erh\u00f6ht sie das Reibungsmoment, das die Kupplung \u00fcberwinden muss, um den Geberrotor anzutreiben, was bei manchen Gebertypen zu geschwindigkeitsabh\u00e4ngigen Winkelfehlern f\u00fchren kann.<\/p>\n

Die Oldham-Kupplung \u00fcbt unabh\u00e4ngig vom seitlichen Versatz praktisch keine Radialkraft auf die Encoderlager aus. Der Versatz wird vollst\u00e4ndig von der Gleitscheibe aufgenommen, und die Encoderlager erfahren nur ihre vorgesehene Vorspannung. Aus diesem Grund empfehlen Encoderhersteller f\u00fcr ihre Produkte durchweg Oldham-Kupplungen oder Kupplungen, die nach demselben Gleitscheibenprinzip funktionieren.<\/p>\n

\n \"Oldham-Kupplung
Im Gegensatz zu Balgkupplungen absorbiert die Gleitscheibe des Oldham-Gebers jegliche seitliche Abweichung, ohne dabei Radialkr\u00e4fte auf die empfindlichen Miniaturlager des Encoders zu \u00fcbertragen.<\/figcaption><\/figure>\n

Geringe Tr\u00e4gheit: Aufrechterhaltung der Encoder-Antwortgenauigkeit<\/h2>\n

Die Tr\u00e4gheit der Kupplung tr\u00e4gt direkt zur Tr\u00e4gheit bei, die der Geberrotor und die Welle beschleunigen und abbremsen m\u00fcssen. In einem Servosystem mit hoher Bandbreite \u2013 mit Achsenbeschleunigungen von 10 m\/s\u00b2 oder mehr auf einem Lineartisch, was Tausenden von Grad pro Sekunde zum Quadrat an der Geberwelle entspricht \u2013 wirkt eine Kupplung mit hoher Tr\u00e4gheit als Tiefpassfilter zwischen der Wellenbewegung und der vom Geber gemeldeten Position.<\/p>\n

Miniatur-Oldham-Kupplungen mit ihren leichten Aluminiumnaben und kleinen Polymerscheiben weisen im Vergleich zu anderen spielfreien Kupplungen im gleichen Bohrungsgr\u00f6\u00dfenbereich eine der niedrigsten Tr\u00e4gheitskonstanten auf. F\u00fcr Encoder-Anwendungen sind Kupplungstr\u00e4gheitswerte im Bereich von 0,1 bis 1,0 g\u00b7cm\u00b2 typisch \u2013 so niedrig, dass sie die Genauigkeit des Encoder-Ansprechverhaltens selbst bei hohen Servobandbreiten kaum beeintr\u00e4chtigen.<\/p>\n

Spezifische Anwendungsszenarien<\/h2>\n

Motorwelle zu externem Encoder (doppelte R\u00fcckkopplung):<\/strong> Hochleistungs-Servosysteme verwenden neben dem motorseitigen Encoder mitunter einen zweiten, direkt lastseitig montierten Encoder (z. B. am Ende einer Kugelumlaufspindel). Die Oldham-Kupplung verbindet die Kugelumlaufspindelwelle mit diesem lastseitigen Encoder und gleicht so jegliche seitliche Abweichung zwischen Spindelachse und Encoder-Mittellinie aus. Gleichzeitig liefert sie das saubere, spielfreie Signal, das f\u00fcr eine sinnvolle Regelung mit doppelter R\u00fcckkopplung erforderlich ist.<\/p>\n

Drehtisch zu Winkelgeber:<\/strong> Hochpr\u00e4zise Drehtische verwenden einen Winkelgeber mit gro\u00dfem Durchmesser (z. B. einen Heidenhain RON oder SICK HIPERFACE), der direkt auf der Abtriebswelle des Tisches montiert ist. Die Verbindung zwischen dem Tischlagerzapfen und dem Gebereingang muss ausreichend steif sein, um Torsionsschwingungen zu vermeiden und gleichzeitig den thermischen und mechanischen Rundlauf des Lagersystems aufzunehmen, ohne den Geber zu belasten. Miniatur-Oldham-Kupplungen im Bohrungsbereich von 20\u201350 mm erf\u00fcllen diese Funktion.<\/p>\n

Getriebeausgang zum Positionsgeber:<\/strong> Viele Industrieroboter, Drehantriebe und Indexantriebe nutzen einen Encoder an der Getriebeausgangswelle anstelle des Motoreingangs, um die Lastposition direkt zu messen. Die Kupplung zwischen Getriebewelle und Encoder muss den Winkel- und Seitenschlag des Getriebeausgangslagers ausgleichen \u2013 eine Aufgabe, die die Oldham-Kupplung mit ihrer standardm\u00e4\u00dfigen seitlichen Versatzkapazit\u00e4t erf\u00fcllt.<\/p>\n

Spindeldrehzahlgeber an Werkzeugmaschinen:<\/strong> Drehmaschinen und Bearbeitungszentren verwenden h\u00e4ufig einen Encoder an der Spindel, um die Spindeldrehzahl f\u00fcr Gewindeschneidzyklen zu messen und eine R\u00fcckmeldung bei Drehzahl\u00fcberschreitung zu geben. Die Spindellager weisen einen deutlich gr\u00f6\u00dferen Rundlauffehler auf als Pr\u00e4zisionsservolager; eine Oldham-Kupplung gleicht diesen Rundlauffehler aus, ohne den Encoder zu belasten.<\/p>\n

Auswahl- und Installationsleitfaden<\/h2>\n

F\u00fcr Encoder- und Resolver-Anwendungen werden typischerweise die folgenden Parameter f\u00fcr die Auswahl herangezogen:<\/p>\n