Vom Weggeber zum Systembaustein Perspektiven der Aktorik #####

Während in der anwendungsorientierten Forschung bei der Umsetzung physikalischer und chemischer Effekte in eine kontrollierte mechanische Bewegung immer neue Varianten erprobt werden, geht die industrielle Entwicklung in Richtung einer Integration von Geschwindigkeits- und Positionssensorik, Regelelektronik und Kommunikationsschnittstelle.

Vom Weggeber zum Systembaustein

Während in der anwendungsorientierten Forschung bei der Umsetzung physikalischer und chemischer Effekte in eine kontrollierte mechanische Bewegung immer neue Varianten erprobt werden, geht die industrielle Entwicklung in Richtung einer Integration von Geschwindigkeits- und Positionssensorik, Regelelektronik und Kommunikationsschnittstelle.

Aktoren und Sensoren sind in einem Regelkreis die Elemente, über die der Prozess, also die "reale Welt" oder die Regelstrecke, an den Regler angekoppelt wird. Bei dem Regler handelt es sich heute meist um eine elektronische Steuerung auf der Basis eines Mikrocontrollers. Die Fortschritte der Halbleitertechnologie haben dabei die Leistungsexplosion möglich gemacht, die heute den Einsatz rechenintensiver Methoden der Regelungstechnik oder die Realisierung komplexer vermaschter Regelkreise auch für Standardprodukte ermöglicht.

Ein Vergleich mit der Entwicklung bei den Sensoren zeigt ähnliche Tendenzen, hier geht es darum, die Messwertaufnahme – den Sensor – und die Wandlung der zu bestimmenden Messgröße gemeinsam in Silizium-Halbleitertechnologie zu integrieren. So lassen sich heute auch neue Messprinzipien mittels mikromechanisch hergestellter Elemente verwirklichen und Kalibrierung, Linearisierung, Kompensation von Temperaturgang etc., also die Messwertaufbereitung, werden ebenso mit integriert wie eine Schnittstelle für die Kommunikation. Ein idealer Vertreter dieser "neuen Sensoren" stellt seine Daten und den Zugriff auf zusätzliche Funktionen in Form einer "Internet-Homepage" an einer Ethernet-Schnittstelle zur Verfügung.

Die Aktorik ist ein "weites Feld", denn neben der unmittelbaren Umsetzung der magnetischen und hydraulisch/pneumatischen Kräfte gibt es eine ganze Reihe von Effekten, die auf der Umsetzung der Veränderungen elektrischer und magnetischer Felder sowie chemischer Potentiale in andere physikalische Größen, häufig des Volumens, beruhen. Ein aktuelles Lehrbuch der "Aktorik" [1] nennt neben den bekannten elektrostatischen und elektromagnetischen Aktoren Dehnstoffelemente und Thermobimetalle und die Aktoren, deren Funktion meist auf Effekten kristalliner Festkörper beruht: piezoelektrischer, elektrostriktiver und photostriktiver Effekt. Hierzu zählen auch die Formgedächtnismetalllegierungen (Nitinol) und die magnetostriktiven Aktoren (Terfonol-D). Pneumatische und hydraulische Aktoren werden unter dem Begriff der Fluidik zusammengefasst, neueste Entwicklungen nutzen auch die speziellen Eigenschaften elektrorheologischer, magnetorheologischer und dilatanter Flüssigkeiten; letztere zeigen einen reversiblen Sprung der Viskosität bei einer kritischen Schergeschwindigkeit. Elektrochemische Aktoren (ECA) nutzen z.B. den Druckaufbau bei der Abgabe von Gasen wie Wasserstoff, chemomechanische Aktoren (CMA) basieren auf Volumenänderungen bei kontinuierlich oder sprunghaft ablaufende Phasenübergängen.