Aktor

Ein Aktor ist das Bauteil, das aus einem Signal eine Bewegung, einen Schaltvorgang oder eine andere physikalische Wirkung macht. Er steht am Ende der Wirkungskette und bildet das Gegenstück zum Sensor: Der Sensor macht einen physikalischen Zustand messbar, der Aktor macht eine Entscheidung wirksam.

Gebräuchlich sind beide Schreibweisen, Aktor und Aktuator. In der deutschsprachigen Automatisierungstechnik überwiegt Aktor; Aktuator ist die Eindeutschung des englischen actuator und in Robotik und Medizintechnik häufiger.

Die Stelle in der Wirkungskette

Eine Automatisierung besteht im Kern aus drei Schritten: messen, entscheiden, stellen.

Der Sensor misst. Eine speicherprogrammierbare Steuerung oder ein Regler entscheidet. Der Aktor stellt. Schließt sich die Kette, weil das Ergebnis des Stellens wieder gemessen wird, liegt ein Regelkreis vor; bleibt sie offen, eine Steuerung.

In der Automatisierungspyramide gehören Sensor und Aktor zur untersten Ebene, der Feldebene. Beide sind die einzigen Bestandteile, die den physikalischen Prozess überhaupt berühren.

Bauformen

Aktoren werden nach der Energieform unterschieden, mit der sie arbeiten:

In der Gebäudetechnik dominieren elektrische und thermische Aktoren, in der Fertigung pneumatische, im Maschinen- und Anlagenbau hydraulische, wo große Kräfte gebraucht werden.

Schaltend oder stetig

Für die Ansteuerung ist eine andere Unterscheidung wichtiger als die Energieform:

Schaltende Aktoren kennen zwei Zustände — ein oder aus, offen oder geschlossen. Sie hängen an einem digitalen Ausgang. Ein Magnetventil und ein Schütz gehören hierher.

Stetige Aktoren nehmen jede Zwischenstellung ein. Sie brauchen einen analogen Ausgang und ein Stellsignal, meist 0 bis 10 Volt oder 4 bis 20 Milliampere. Ein Regelventil und ein Frequenzumrichter arbeiten so.

Der Strombereich 4 bis 20 mA hat dabei einen praktischen Vorteil: Weil der kleinste gültige Wert nicht null ist, lässt sich ein Leitungsbruch von einem gültigen Nullwert unterscheiden — 0 mA bedeutet einen Fehler, 4 mA bedeutet „null Prozent".

Eine Zwischenform ist die Pulsweitenmodulation, bei der ein schaltender Ausgang durch wechselnde Einschaltdauer eine stetige Wirkung erzeugt. Heizungen und Lüfter werden häufig so angesteuert.

Rückmeldung

Ein Aktor, der nur angesteuert wird, verrät nicht, ob er getan hat, was von ihm verlangt wurde. Ein Ventil kann klemmen, ein Antrieb kann blockieren, eine Sicherung kann ausgelöst haben.

Deshalb bekommen Aktoren in kritischen Anwendungen eine Rückmeldung: Endlagenschalter an Ventilen und Zylindern, ein Hilfskontakt am Schütz, ein Wegaufnehmer am Stellantrieb. Für die Steuerung ist das ein zusätzlicher Eingang, der nach einer eingestellten Zeit geprüft wird — meldet er die erwartete Stellung nicht, liegt eine Störung vor.

Ohne Rückmeldung bleibt eine Anlage blind für die häufigste Fehlerart: Der Befehl wurde gegeben, aber nichts ist passiert.

Sicherer Zustand

Beim Entwurf muss festgelegt werden, welche Stellung ein Aktor bei Spannungsausfall oder Druckverlust einnimmt. Die Wahl hängt vom Prozess ab und ist eine Sicherheitsentscheidung, keine technische Nebensache.

Ein Ventil, das stromlos schließt, unterbricht die Zufuhr — richtig für Brenngas. Ein Ventil, das stromlos öffnet, hält eine Kühlung aufrecht — richtig für eine Anlage, die sonst überhitzt. Dieselbe Bauart kann beides, je nach Federlage.

Dasselbe gilt für das Wiederanlaufen: Dass ein Aktor nach Rückkehr der Spannung von selbst in seine letzte Stellung zurückgeht, ist in vielen Anlagen gerade nicht erwünscht.

Busanbindung

Klassisch wird jeder Aktor einzeln verdrahtet — eine Ader je Signal bis zum Schaltschrank. Das ist aufwendig und der ursprüngliche Grund für die Entwicklung der Feldbusse.

Heute hängen Aktoren häufig an einem Bus und werden über Protokolle wie Modbus, PROFIBUS, CAN oder — in der Gebäudeautomation — KNX, EIB und BACnet angesprochen. Ein KNX-Schaltaktor im Verteiler bedient mehrere Stromkreise und bekommt seine Befehle über zwei Adern statt über eine Leitung je Lampe.

IO-Link geht einen Schritt weiter und bindet den einzelnen Aktor oder Sensor digital an, sodass neben dem Stellwert auch Parameter und Diagnosedaten übertragen werden.

Normen

• IEC 61131-2 – Speicherprogrammierbare Steuerungen, Betriebsmittelanforderungen (Signalpegel der Ein- und Ausgänge)
• IEC 60947-5-1 – Niederspannungsschaltgeräte, Steuergeräte und Schaltelemente
• IEC 61131-9 – Punkt-zu-Punkt-Kommunikation für Kleingeräte (IO-Link)