Aktuatoren

Aktuatoren sind Antriebselemente, die elektronische Signale in mechanische Bewegung, Temperatur, Druck oder andere physikalische Größen umwandeln. Damit greifen sie in das Regelsystem ein und setzen Sollgrößen. Bei den umzuwandelnden Signalen kann es sich beispielsweise um Befehle handeln, die von einem Steuerungscomputer ausgehen. Der Umwandlungsvorgang selbst wird als Aktorik bezeichnet.

Anwendungsbereiche von Aktuatoren

Aktuatoren sind in der Regel- und Steuertechnik unerlässlich. Sie bilden das Gegenstück zu Sensoren und sind wichtige Stellglieder in einem elektronischen Regelkreis. Aktuatoren sorgen für die Umsetzung von Signalen in mechanische Arbeit, wie zum Beispiel das Schließen und Öffnen von Ventilen. Im Bereich der Robotik spricht man vom Aktuator auch als Effektor. Roboter nutzen Effektoren zur Ausführung von Steuerungsbefehlen für eine Effekterzeugung. Dabei kann es sich zum Beispiel um das Ergreifen und Bearbeiten von Werkstücken handeln. Im Bereich der Medizin wird der Begriff Effektor auch für die Bezeichnung für bewegungserzeugende neuronal gesteuerte Bestandteile eines Organismus, wie Drüsen oder Muskeln, genutzt. Jene Körperelemente werden, vergleichbar mit Aktuatoren in der Physik, von elektrischen Signalen, in diesem Fall Neuronen, gesteuert.      

 

Aktuatoren in der Mechanik

Das Prinzip der Aktorik wird auch im Bereich der Mechanik für die Konstruktion von Antrieben genutzt. Dies sind vor allem Hub- und Verstellsysteme mit elektromechanischem Antrieb. Die Steuerung wird dabei von einem geschlossenen oder offenen Regelkreis ausgeführt. Das Prinzip der Aktorik kommt auch bei der Ausgleichswage bei einem stehenden Pendel zum Einsatz oder beim Schreib-Lese-Kopf einer Festplatte.

 

Aktuatorprinzipien

Aktuatoren kann man nach drei verschiedenen Aktuatorprinzipien unterscheiden, je nachdem welche physikalischen Kräfte sie zur Signalumwandlung einsetzen. Bimetall-Aktuator sowie Hydraulik oder Pneumatik kommen bei induktiv arbeitenden Elektromotoren zum Einsatz. Davon sind elektrochemische und elektromechanische Aktuatoren zu unterscheiden, die mit Zylindern arbeiten. Als dritte Variante gibt es Aktuatoren, die das Piezoelektronische Prinzip nutzen. Dazu gehören rheologische und magnetostriktive Aktuatoren. 

 

Aktuatoren zur Prozessregulierung

Aktuatoren aus dem Feld der Neuen Materialien sind in der Lage, auf die Veränderung bestimmter Umgebungsgrößen zu reagieren. Sie können auf diese Weise elektrische Regelstrecken ersetzen. Derartige Aktuatoren werden unter anderem aus Dehnstoffelementen und Formgedächtnis-Legierungen hergestellt. Sie sind in der Lage, Temperaturveränderungen zu erkennen und können für Temperaturregler eingesetzt werden. Für Chemostate stehen Smarte Hydrogele als Aktuatoren zur Verfügung. Sie können Stoff- oder Ionenkonzentrationen oder auch den pH-Wert automatisch regulieren.