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Sensorik und Aktorik
Datenerfassung
digitale Messung und Vermessung

Überall dort, wo große Mengen an messbaren Daten anfallen macht der Einsatz von Sensoren und Aktoren Sinn.

Sensoren sind Messgrößenwandler, mit welchen sich physikalische, chemische oder optische Messgrößen in elektrische Signale umwandeln lassen. Die gewonnenen Daten bzw. Signale können mit elektronischen Geräten dargestellt und für Aufgaben der Aktorik und der Steuer-, Regelungs- oder Automatisierungstechnik verwendet werden.

Die Aktorik ist ein Teilgebiet der Antriebstechnik. Mit Aktoren werden Signale in Bewegungen oder andere physikalische Größen, wie z. B. Druck und Temperatur umgewandelt und dadurch Kräfte ausgeübt oder mechanische Arbeit geleistet. Sie funktionieren über steuerungs- und regeltechnische Prinzipien.

Die Kombination aus Sensor und Aktor (auch Prozessorik genannt) wird benötigt, um Maschinen und Prozesse automatisiert steuern zu können.

Ansprechpartner

Knuth Ensenmeier

Handwerkskammer für Schwaben

Sensoren erfassen physikalische Größen und liefern Informationen über physikalische Größen. Sie werden zum steuern, dokumentieren und überwachen von Prozessen eingesetzt und folgen einer Messkette:

Messgrößenaufnahme → Signalverarbeitung → Ausgabe → Nutzungsmöglichkeiten

Der Aktor verändert physikalische Größen. Er erhält das Eingangssignal aus der Ausgangsgröße des Sensors. Durch einen Signalumformer wird dieses Eingangssignal in eine Stellgröße umgeformt und einem Steller zugeführt. Der Steller (z. B. ein Elektromotor) liefert dann die Stellenergie. Das Stellglied (z. B. Getriebe) eines Aktors wandelt die Stellenergie in Prozessenergie für Rotations- oder Translationsbewegungen, Kräfte oder Drehmomente um.

Sensorik und Aktorik sind wesentliche Schlüsseltechnologien in der Automatisierungstechnik und finden mittlerweile auch in vielen weiteren Branchen Anwendung. Die Funktionsweise eines Roboters beruht beispielsweise auf dem intelligenten Zusammenspiel von Sensorik und Aktorik. Die Technologien übernehmen vielfältige Aufgaben, wie z. B. Steuerung, Prozessüberwachung,  Prozessregelung, Qualitätskontrolle, Sicherheitsüberwachung und Bewegungsführung.  Die gewonnenen Daten können verglichen und die Prozesse in Echtzeit automatisiert angepasst werden.

 

Auch in der Arbeitswelt der Handwerker gibt es viele denkbare Ansätze für den sinnvollen Einsatz von Aktorik und Sensorik. So sind die Technologien oft Bestandteil hilfreicher Assistenzsysteme, wie z. B. bei der RFID-Technologie, der Robotik (Cobots) oder des 3D-Scans. Sensoren können weiterhin als Temperatursensoren in Form von Wärmebildkameras eingesetzt werden und dabei berührungslos Wärmestrahlung messen. Mit Wegsensoren lassen sich innerhalb eines Raumes bestimmte Abstände relativ einfach messen. Mit dem Messen der Luftqualität kann der Kontakt mit Schadstoffen in der Luft vermieden werden.

Datenerfassung
Durch die Anwendung von Sensoren kann der Trocknungszustand einer Wand nach einem Wasserschaden überwacht werden. Gleichzeitig informiert der Sensor bei einem bestimmten vordefinierten Wert den Handwerker oder den Kunden, ab wann die Renovierung fortgesetzt werden kann.

Mit dem neuen CAT S61 Smartphone können integrierte Sensoren die Luftqualität in der Umgebung messen. Diese Technologie ist für Handwerker, wie etwa Maler, Lackierer oder Gebäudereiniger relevant, die im Arbeitsalltag oftmals mit schädlichen Dämpfen in Berührung kommen. Über eine App lässt sich die Auswertung der Luftqualität einsehen. Die Sensorik im Smartphone misst den Wert nicht über die Temperatur, sondern ermittelt die Feuchtigkeit und den Anteil der flüchtigen organischen Verbindungen in der Luft. Die App wiederum wertet aus, ob sich der Handwerker in einer gesunden oder ungesunden Umgebungsluft befindet. Weißt die Raumluft eine schlechte Qualität auf, kann der Nutzer außerdem auf Wunsch eine Warnmeldung erhalten. In diesem Zusammenhang können zusätzlich intelligente Fensterschaltungen installiert werden, die mit Hilfe von Temperatur- und Feuchtesensoren messen können, wann über einen Aktor die Lüftungsfunktion anspringen soll oder die Fenster sich öffnen sollen.

Messung / Vermessung
Für das Handwerk der Orthopädie-Schuhtechnik ist das Messen von statischer und dynamischer Druckverteilung am Fuß eine grundlegende Prozedur. Mittels der Druckverteilungsmessung können wichtige anatomische Merkmale des Fußes ermittelt werden. Nachdem die Messung beendet ist, werden die Daten an den Computer übertragen und über eine Software können Einlagen hergestellt werden.

Um den Trocknungszustand für das Holz im Tischlereibetrieb feststellen zu können wurde eine speziell hierfür ausgelegte Sensorik entwickelt. Mit Hilfe der Feuchtesensoren werden die Rohhölzer im Lager permanent überwacht. Die Sensoren informieren die Mitarbeiter dann, sobald der Zeitpunkt für die Weiterverarbeitung erreicht ist.

Des Weiteren kann mit einem Infrarotsensor in einem Schweißerhelm erkannt werden, wann geschweißt wird. Störende Umwelteinflüsse, wie die Belüftung des Raums oder die Lichtverhältnisse können automatisiert angepasst werden, sobald das Schweißgerät eingeschaltet wird.

Die Verbesserung der Mikroelektronik hat im Wesentlichen dafür gesorgt, dass sich die Anwendungsgebiete von Sensoren und Aktoren in den letzten Jahren deutlich erweitert  haben. Moderne Sensoren sind schneller, leistungsfähiger und präziser, weswegen sie mittlerweile branchenübergreifend genutzt werden. Durch die größer werdende Verbreitung auf dem Markt sind die Preise für die Technologie gesunken, weswegen deren Einsatz auch für kleine und mittlere Handwerksbetriebe zunehmend attraktiv wird. Die Zeit- und Personal-Ersparnis durch automatisierte Prozesse und Kontrollvorgänge ist enorm und kann den Fachkräftemangel ein Stück weit ausgleichen. Gleichzeitig profitiert der Betrieb vom Wegfall einiger Arbeitsschritte und durch eine gewisse Arbeitserleichterung.

Da durch die zunehmende Verbreitung von „Smart Homes“ der Anteil an Sensoren und Aktoren im Haus zunehmen wird diese Technologie vor allem für Handwerker im SHK- und Elektrobereich immer interessanter. Sie werden in Zukunft durch Installationen und Instandhaltungsmaßnahmen immer häufiger mit diesem Thema konfrontiert werden.

[Czichos, 2015]: Czichos,H.: Mechatronik, Grundlagen und Anwendungen technischer Systeme. 3., überarbeitete und erweiterte Auflage. Springer Vieweg Verlag. Wiesbaden. 2015

[Gille, 2018]: Gille, D.: Praxisbeispiele: Das bauen Handwerker mit Sensorik. Homepageartikel vom 09.08.2018 auf handwerk.com, Link: https://www.handwerk.com/praxisbeispiele-das-bauen-handwerker-mit-sensorik abgerufen am 01.02.2019

https://www.handwerk.com/praxisbeispiele-das-bauen-handwerker-mit-sensorik

https://www.deutsche-handwerks-zeitung.de/gemacht-fuer-handwerker/150/3101/375227

https://www.zaenker-web.de/fussdruckmessung.html