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Aktuatoren sind Komponenten, die Energie in mechanische Bewegung umwandeln, um einen Mechanismus oder ein System zu bewegen oder zu steuern. Sie sind auf eine Energiequelle wie elektrischen Strom, Hydraulikdruck oder Pneumatikdruck angewiesen und werden durch ein Steuersignal wie Spannung, Strom, Druck oder menschliche Kraft aktiviert. Aktuatoren sind in vielen Subsystemen von unbemannten Luftfahrzeugen (UAVs) und anderen Roboterfahrzeugen zu finden.
Linearantriebe der L-Serie von Ultra Motion
Aktuatoren können in der Regel linear sein und Energie in eine geradlinige Bewegung umwandeln, oder rotierend, wobei sie einen Servo- oder bürstenlosen Motor verwenden, um eine Drehbewegung zu erzeugen und ein mechanisches Drehmoment zu liefern.
Rotationsaktuatoren bieten entweder einen begrenzten Winkelhub oder sind in der Lage, sich kontinuierlich zu drehen, was für elektrooptische Zielerfassungssysteme und andere Positionierungs- und Scansysteme auf UAVs nützlich ist.
Aktuatoren werden häufig auch zum Bewegen von Flug- und Lageregelungsflächen an UAVs verwendet, wie z. B. Höhenruder, Querruder, Klappen und Bugrad. Weitere Anwendungen in unbemannten Flugzeugen sind das Öffnen und Schließen der Drosselklappe bei Verbrennungsmotoren sowie von Türen und Luken.
Aktuatoren können mit einer elektromagnetischen Kupplung kombiniert werden, die manuell ein- und ausgekuppelt werden kann. Ein solches System findet sich in optional bemannten Fahrzeugen (OPVs), die es dem Piloten ermöglichen, zwischen unbemanntem und bemanntem Flugmodus zu wechseln.
Für Tiefsee- und Tauchboot-Anwendungen können wasserdichte Aktuatoren in Gehäusen aus Marinebronze oder salzwasserbeständigem Aluminium untergebracht werden. Diese Aktuatoren sind für den Betrieb unter extremen Druck- und Tauchbedingungen ausgelegt und kommen in ferngesteuerten Unterwasserfahrzeugen (ROVs), autonomen Unterwasserfahrzeugen (AUVs) und anderen Unterwasserrobotern zum Einsatz.
Betätigungssysteme können durch den Einbau mehrerer Motoren, Steuerungen, Stromquellen und anderer Komponenten Redundanz bieten und so eine Systemarchitektur schaffen, die gegenüber einzelnen Ausfallpunkten tolerant ist. Diese Systeme sind für sicherheitskritische Anwendungen wie unbemannte Hubschrauber von Bedeutung.
DA 30-HT-MCCS Bürstenloser Antrieb von Volz Servos
Elektrische Antriebe sind motorbetriebene Geräte, die elektrischen Strom in lineare oder rotierende mechanische Bewegung umwandeln. Die lineare Bewegung wird über eine Schraubenbaugruppe erzeugt, die direkt, über Riemen oder über Getriebe angetrieben werden kann, während rotierende Aktuatoren die Ausgangsbewegung des Motors nutzen, um Drehmoment zu erzeugen.
Elektrische Aktuatoren sind kompakt, relativ leise und lassen sich leichter in elektrische Systeme integrieren als pneumatische oder hydraulische Aktuatoren. Sie bieten eine sehr präzise Positionierung und eine hohe Wiederholgenauigkeit. Mit Hilfe von Encodern lassen sich Position, Geschwindigkeit, Drehmoment und aufgebrachte Kraft vollständig steuern.
Je nach Ausführung können die Anschaffungskosten für elektrische Aktuatoren höher sein als für pneumatische und hydraulische Aktuatoren. Außerdem sind sie für bestimmte Umgebungen wie brennbare oder elektromagnetisch empfindliche Bereiche möglicherweise ungeeignet.
Zu den verschiedenen Motortypen, die in elektrischen Aktuatoren verwendet werden, gehören: Gleichstrom, Gleichstrom-Servo, bürstenloser Gleichstrom, bürstenloser Gleichstrom-Servo, Wechselstrom, Wechselstrom-Servo und Schrittmotor.
ServoMax 20 Robuster Servoantrieb von Contromax
Servoantriebe sind elektrische Antriebe, die zusätzliche Schaltungen und einen geschlossenen Regelkreis verwenden, um zusätzliche Präzision und Kontrolle zu bieten. Das Rückmeldesignal wird in der Regel von einem Potentiometer oder Drehgeber erzeugt und durch den Vergleich des Ausgangssignals des Servos mit einem Referenzeingangssignal erzeugt.
Servos ermöglichen eine präzise Steuerung von Position und Geschwindigkeit, selbst wenn der Motor in Bewegung ist. Die Bewegungsrichtung kann geändert werden, ohne dass die Polarität der Stromversorgung umgekehrt werden muss.
Pneumatische Aktuatoren verwenden Druckluft oder andere Gase aus einem externen Kompressor oder einer Handpumpe, um einen Kolben in einem Zylinder zu bewegen. Sie können einfachwirkend sein, wobei der Kolben mittels einer Feder in seine Ausgangsposition zurückkehrt, oder doppeltwirkend, wobei Druckluft auf beide Seiten des Kolbens geleitet werden kann.
Pneumatische Antriebe sind relativ einfach aufgebaut und erfordern nur wenig Wartung. Aufgrund von Druckverlusten und der Kompressibilität der Luft sind sie jedoch weniger effizient als andere Methoden zur Erzeugung linearer Bewegungen. Außerdem benötigen sie einen Kompressor, der auch dann kontinuierlich läuft und Druck erzeugt, wenn keine Bewegung erforderlich ist.
Hydraulikantriebe funktionieren ähnlich wie Pneumatikantriebe, verwenden jedoch Flüssigkeit anstelle von Gas, um einen Kolben zu bewegen. Aufgrund der Inkompressibilität von Flüssigkeiten können Hydraulikantriebe eine größere Ausgangskraft liefern als Pneumatikantriebe gleicher Größe.
Hydraulikantriebe können aufgrund von Flüssigkeitsleckagen an Effizienz einbüßen. Außerdem benötigen sie viele Zusatzteile, wodurch sie sperrig und komplizierter in der Wartung sind.
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