Als Aktuatoren oder Aktoren werden elektromechanische Komponenten bezeichnet, die elektrischen Strom in physische oder mechanische Grössen (Bewegung, Druck, Temperatur) übersetzen. Sie können also gewissermassen als Gegenstück zu den Sensoren gesehen werde, die physische oder mechanische Grössen in elektrische Impulse übersetzen. Je nach Aktuator werden verschiedene physikalische Effekte genutzt. Dieses können elektromagnetische Impulse über Piezoeffekte oder auch ganz neuartige sogenannte elektroaktive Polymere sein. Um uns eine Übersicht zu verschaffen gliedern wir die von uns genutzten Aktuatoren in verschiedene Gruppen. Sehr viele der hier vorgestellten Aktuatoren verlangen mehr Spannung und Strom, als dies ein Arduino an einem Ausgang liefern kann. Deswegen empfiehlt sich entweder die Verwendung eines Transistors as Switches (wenn mit Gleichstrom gearbeitet wird) oder die Verwendung eines Relays as Switches (wenn mit Netzspannung gearbeitet wird).
Bewegung
Solenoids
Solenoids oder sogenannte Zylinderspulen werden vor allem bei Veriegelungssystemen (Türen, Fenstern usw.) eingesetzt. Ihre Funktion basiert auf der Elektrodynamik und sie bestehen aus einer Spule, einem Eisenkern und einer Rückstellfeder. Wenn eine Spannung an der Spule anliegt, dann wird der Eisenkern sehr schnell bewegt – fällt die Spannung ab, so sorgt die Rückstellfeder dafür, dass der Eisenkern in die Ausgangsstellung zurückgestellt wird. Mit einem Solenoid lässt sich sehr schön haptisches Feedback erzeugen aber auch für Verriegelungen sind Solenoids sehr gut geeignet. Um ein Solenoid mit dem Arduino anzusteuern verwenden wir einen Transistors as Switches.
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Servomotoren
Als Servomotoren werden Motoren bezeichnet, die eine genaue Positionierung erlauben. Diese Motoren werden vor allem in der Robotik und im RC Bereich eingesetzt. Es gibt sie in vielfachen Ausführungen und sie können teilweise sehr teuer werden. Die Servos, welche wir im Physical Computing einsetzen sind meist aus dem RC Bereich und lassen sich sehr leicht über ein PWM-Signal und der Verwendung der Arduino Servo Library steuern.
Haptic Feedback
Vibrationsmotoren
Vibrationsmotoren sind kleine Gleichstrommotoren, welche durch ein Gewicht eine Vibration erzeugen. Sie werden unter anderem in Mobiltelefonen und Game Controllern eingesetzt. Mit dem Arduino können sie über einen Transistors as Switches angesteuert werden.
Haptuators
Haptuatoren erzeugen ein sehr präzises haptisches Feedback über zwei gegenüberliegende Solenoids. Wir verwenden für kleine Anwendungen die Modelle von Tactile Labs für grössere Anwendungen kommen die Modelle von Clark Synthesis zum Einsatz. Die Haptuatoren benötigen ein Audio-Signal und sollten über einen entsprechenden Verstärker angesteuert werden.
Heiz- und Kühlelemente
Peltier Element
Ein Peltier Element ist ein elektronisches Bauteil, was sowohl zum Kühlen als auch zum Heizen verwendet werden kann. Es nutzt den Peltier Effekt, welcher eine Temperaturänderung beim Anlegen einer Spannung ermöglicht. Diese Elemente können wir mit Hilfe eines Transistors as Switches am Arduino betreiben. Soll das Peltier Element auf der selben Seite sowohl kühlen als auch heizen eignet sich der Einsatz einer H-Brücke.
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PTC Heizelemente
PTC Heizelemente basieren auf einem keramischen Material, welches bei Anlegen einer Spannung seinen Widerstand verändert und in Wärme umwandelt. Der Vorteil gegenüber Heizfolien besteht darin, dass bei erreichen einer Grenztemperatur der Widerstand nahezu unendlich gross wird. damit verlangen sie keine aktive Regelung der Maximaltemperatur. Auch hier verwenden wir einen Transistors as Switches und die Elemente mit dem Arduino ansteuern zu können.
Leuchten
LEDs
LEDs oder Light Emitting Diods sind die am meisten verwendeten Leuchtelemente in der Elektronik. Das kommt daher, dass sie sehr effizient (wenig Stromaufnahme) und sehr wartungsfrei arbeiten. Der Leuchteffekt einer LED basiert auf einem Halbleiter Element, welches beim Anlegen einer Spannung zum leuchten angeregt wird. Je nach Farbwert der LED kommen unterschiedliche Halbleitermaterialien zum Einsatz. So gibt es rote, grüne, blaue, gelbe LEDs. Um weisses Licht zu emittieren werden immer die drei Grundfarben Rot, Grün und Blau in einem geeigneten Verhältnis gemischt. Mittlerweile existiert eine grosse Bandbreite von unterschiedlichen Bauformen (SMD, Through Hole usw.) und Helligkeiten. Je nach Bauform und Helligkeit kann die Spannungs- und Stromaufnahme sich erheblich unterscheiden, weshalb immer das Datenblatt zu Rate gezogen werden sollte. Für das Betreiben einer LED am Arduino gilt folgende Faustregel: Wenn Spannung kleiner als 5V und Stromaufnahme kleiner als 40mA, dann direkt betreiben und ansonsten einer Transistors as Switches verwenden.
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