Wie werden Aktuatoren bei Sicherheitstüren eingesetzt? Funktionsweise und Implementierungsvorteile erläutert

Aktuatoren sind Antriebseinheiten, die elektrische Energie, Druckluft oder andere Energieformen in mechanische Bewegung umwandeln und damit Geräte und Anlagen in Gang setzen. Sie werden nicht nur in Automatisierungsanlagen von Fabriken eingesetzt, sondern finden auch Anwendung beim Verriegeln und Entriegeln von automatischen Türen und Sicherheitstüren.

Bei Sicherheitstüren übernehmen Aktuatoren die Aufgabe, in Verbindung mit Zutrittskontrollsystemen den Verriegelungsmechanismus entsprechend dem Authentifizierungsergebnis zu bewegen. Wenn jedoch Aktuatoren ausgewählt werden, ohne die jeweiligen Typen und Funktionsweisen zu verstehen, besteht das Risiko, dass die erforderliche Kraft oder die Lebensdauer nicht ausreicht.

In diesem Artikel werden die Funktionsweise und die Typen von Aktuatoren, ihre Hauptanwendungsgebiete, die Einsatzmöglichkeiten in Sicherheitstüren sowie die wichtigsten Auswahlkriterien ausführlich erläutert.

Was ist ein Aktuator?

Aktuatoren kommen in einem breiten Spektrum von Anwendungen zum Einsatz, von alltäglichen Geräten wie automatischen Türen über Industrieroboter bis hin zu Medizingeräten und hochentwickelten Maschinen. Für manche ist es jedoch vielleicht schwer zu verstehen, welche konkrete Funktion sie erfüllen und worin der Unterschied zu einem Motor besteht.
Zunächst werden die grundlegende Funktion eines Aktuators und der Unterschied zu einem Motor, mit dem er oft verwechselt wird, erläutert.

Ein Aktuator ist ein Antriebsgerät, das Energie wie Elektrizität, Pneumatik oder Hydraulik in mechanische Bewegung umwandelt und damit Maschinen oder Anlagen antreibt. Er hat die Aufgabe, je nach Anwendungszweck bestimmte Bewegungen zu erzeugen, beispielsweise Drehbewegungen, Linearbewegungen oder Drehwinkel.
Sie werden beispielsweise zum Öffnen und Schließen von Ventilen, zum Antrieb von automatischen Türen oder zum Antrieb von Robotergelenken eingesetzt. Bei Sicherheitstüren erzeugen Aktuatoren je nach Aufbau – beispielsweise bei elektrischen Schlössern oder automatischen Öffnungs- und Schließmechanismen – die für das Ver- und Entriegeln sowie das Öffnen und Schließen erforderlichen Bewegungen.
Auf diese Weise wandeln Aktuatoren Energie in anwendungsspezifische Bewegungen um und unterstützen so den Betrieb von Maschinen und Anlagen.

Um es am Beispiel einer Sicherheitstür zu veranschaulichen: Der Motor ist der „Teil, der die Kraft erzeugt“, während der Aktuator der „Mechanismus ist, der die erzeugte Kraft in die für das Verriegeln und Entriegeln erforderlichen Bewegungen umwandelt“. Bei einem elektrischen Aktuator wird die Drehbewegung des Motors über Zahnräder oder Gewindespindeln in eine lineare Bewegung des Verriegelungsmechanismus – wie beispielsweise des Riegels oder der Falle – umgewandelt, wodurch durch die Betätigung des Verriegelungsmechanismus das Verriegeln und Entriegeln der Tür ermöglicht wird.

Aktuatoren treiben Maschinen und Anlagen an, indem sie von außen zugeführte Energie in eine dem jeweiligen Zweck entsprechende Bewegung umwandeln. In Kombination mit Sensoren und Steuergeräten lassen sich zudem Bewegungszeitpunkte und -positionen präzise steuern.
Im Folgenden werden der Mechanismus, mit dem Aktuatoren Energie in Bewegung umwandeln, sowie deren Zusammenarbeit mit Steuerungssystemen erläutert.

Aktuatoren verfügen über einen Mechanismus, der Energie wie Elektrizität, Druckluft oder Hydraulik in Dreh- oder Linearbewegungen umwandelt. Das Grundprinzip besteht darin, die Energie auf die Antriebsquelle zu übertragen und die Bewegungsrichtung sowie die Bewegungsamplitude je nach Anwendungszweck anzupassen.
Bei elektrischen Aktuatoren wandelt ein Motor elektrische Energie in eine Drehbewegung um, die über Getriebe oder Gewindespindeln in eine lineare Bewegung oder eine Drehbewegung umgewandelt wird. Pneumatische und hydraulische Aktuatoren erzeugen Kraft, indem sie Druck auf die Luft oder das Hydrauliköl im Zylinder ausüben und so den Kolben bewegen.
Obwohl sich die verwendeten Energieformen und der Aufbau unterscheiden, haben sie doch gemeinsam, dass sie die für den jeweiligen Zweck geeignete Bewegung erzeugen.

Durch die Zusammenarbeit mit Sensoren und Steuergeräten lassen sich bei Aktuatoren der Zeitpunkt, die Geschwindigkeit und die Position der Bewegung präzise einstellen. Um Maschinen und Anlagen wie vorgesehen zu betreiben, ist es wichtig, diese nicht nur anzutreiben, sondern auch zum richtigen Zeitpunkt genau zu steuern.
Bei Sicherheitstüren wird der Aktuator durch ein Signal vom Zutrittskontrollsystem aktiviert und verriegelt oder entriegelt die Tür je nach Authentifizierungsergebnis. Je nach Systemkonfiguration ist es auch möglich, den Türstatus über das Netzwerk zu überprüfen und den Öffnungs- und Schließverlauf zu verwalten.
Durch die Zusammenarbeit von Aktuator und Steuerungssystem lassen sich Komfort und Sicherheit miteinander vereinbaren.

Aktuatoren werden je nach Antriebsart in elektrische, pneumatische und hydraulische Aktuatoren unterteilt. Da sich die verschiedenen Typen hinsichtlich ihrer Steuerbarkeit, der erzeugbaren Kraft und der erforderlichen Ausrüstung unterscheiden, ist es wichtig, den Aktuator entsprechend dem Einsatzzweck und den Installationsbedingungen auszuwählen.
Die Merkmale der drei wichtigsten Typen sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst.

Elektrische Systeme eignen sich für präzise Steuerungen, pneumatische Systeme für schnelle Bewegungen und hydraulische Systeme für Anwendungen, bei denen große Kräfte erforderlich sind. Im Folgenden werden die jeweiligen Funktionsweisen und Merkmale ausführlich erläutert.

Pneumatische Antriebe sind Vorrichtungen, die Maschinen und Anlagen mit der Kraft von Druckluft antreiben. Durch das Einleiten von Druckluft in den Zylinder und die Bewegung des Kolbens wird eine lineare Bewegung erzeugt.
Da sie schnell arbeiten und einen relativ einfachen Aufbau aufweisen, eignen sie sich für Anwendungen, bei denen wiederholte Bewegungen erforderlich sind, wie beispielsweise der Transport auf Fertigungslinien oder das Ausstoßen von Bauteilen. Für den Einsatz sind jedoch Druckluftversorgungsanlagen, darunter vor allem Kompressoren, erforderlich.
Sie finden breite Anwendung in Lebensmittelbetrieben, Produktionsanlagen und anderen Bereichen, in denen Geschwindigkeit und Wartungsfreundlichkeit aufgrund des einfachen Aufbaus im Vordergrund stehen.

Hydraulikantriebe sind Vorrichtungen, die Maschinen und Anlagen durch die Kraft von unter hohem Druck stehendem Hydrauliköl antreiben. Das Hydrauliköl wird von der Hydraulikpumpe in den Zylinder geleitet und erzeugt durch das Drücken des Kolbens eine große Kraft.
Da sich damit auch bei kleinen Mechanismen leicht große Kräfte entfalten lassen, eignen sie sich für Anwendungen, bei denen schwere Objekte bewegt werden müssen. Typische Anwendungsbeispiele sind Baumaschinen wie Bagger und Kräne sowie Industriepressen.
In gewöhnlichen Sicherheitstüren kommen sie zwar selten zum Einsatz, bei Anlagen, die große Kräfte erfordern – wie beispielsweise große Tore –, stellen sie jedoch eine Option dar.

Aktuatoren werden in verschiedenen Bereichen als Bauteile eingesetzt, die die für Maschinen und Anlagen erforderlichen Bewegungen erzeugen. Da je nach Anwendungszweck unterschiedliche Anforderungen an Leistung, Genauigkeit und Bewegungsgeschwindigkeit gestellt werden, wird die jeweils geeignete Bauart ausgewählt.
Im Folgenden stellen wir als typische Anwendungsbereiche Industriegeräte und FA-Anlagen, Medizingeräte und Präzisionsgeräte sowie automatische Türen und Sicherheitstüren vor.

Aktuatoren finden in Fertigungslinien und FA-Anlagen in Fabriken breite Anwendung. FA ist die Abkürzung für „Factory Automation“ und bezeichnet ein System zur Automatisierung von Produktionsprozessen in Fabriken.
Sie werden beispielsweise in Förderbändern zum Transport von Bauteilen, in Roboterarmen sowie in Vorrichtungen für die Positionierung von Produkten an festgelegte Positionen eingesetzt. Elektrische Aktuatoren eignen sich für feine Positionsanpassungen, pneumatische Aktuatoren hingegen für schnelle, wiederholte Bewegungen – je nach den jeweiligen Eigenschaften werden sie gezielt eingesetzt.
Aktuatoren sind wichtige Komponenten, die die Automatisierung von Produktionsprozessen und die Steigerung der Arbeitseffizienz unterstützen.

Aktuatoren kommen auch in Medizingeräten und Präzisionsgeräten zum Einsatz, bei denen präzise und feine Bewegungen erforderlich sind. Da bereits geringste Positionsabweichungen die Leistung der Geräte beeinträchtigen können, ist eine hohe Steuerbarkeit erforderlich.
Beispiele hierfür sind die Gelenkbewegungen von Operationsrobotern, der Antrieb von medizinischen Pumpen sowie die Positionierung von Proben in Untersuchungsgeräten. Durch den Einsatz kompakter Aktuatoren lassen sich diese auch auf engstem Raum leicht integrieren.
Die Tatsache, dass sie sowohl hochpräzise Bewegungen als auch eine kompakte Bauweise ermöglichen, ist der Grund für ihren Einsatz in Medizingeräten und Präzisionsgeräten.

Aktuatoren werden auch zum Öffnen und Schließen von automatischen Türen sowie zum Verriegeln und Entriegeln von Sicherheitstüren eingesetzt. Es handelt sich um Vorrichtungen, die entsprechend den von Sensoren oder Authentifizierungsgeräten empfangenen Signalen die Bewegung von Türen oder Verriegelungsmechanismen steuern.
Bei automatischen Türen arbeiten sie mit Bewegungssensoren zusammen, erkennen die Annäherung einer Person und steuern das Öffnen und Schließen der Tür. Bei Sicherheitstüren werden sie mit Zugangskontrollsystemen wie IC-Karten oder biometrischen Authentifizierungsverfahren kombiniert und verriegeln oder entriegeln die Tür je nach Authentifizierungsergebnis.
Man kann sagen, dass es eine wichtige Aufgabe des Aktuators ist, den Komfort bei der Türbedienung zu erhöhen und gleichzeitig einen sicheren Zugang zu gewährleisten.

Sicherheitstüren müssen zuverlässig und zum richtigen Zeitpunkt verriegelt und entriegelt werden, um unbefugtes Betreten und Verlassen der Räumlichkeiten zu verhindern. Durch den Einsatz von Aktuatoren lässt sich der Verriegelungsmechanismus entsprechend den Signalen von Authentifizierungsgeräten oder Zutrittskontrollsystemen steuern und so das Verriegeln und Entriegeln automatisieren.
Im Folgenden werden die wichtigsten Vorteile des Einsatzes von Aktuatoren in Sicherheitstüren erläutert.

Durch den Einsatz von Aktuatoren lässt sich das Ver- und Entriegeln von Sicherheitstüren automatisieren. Dabei wird die vom Motor erzeugte Kraft über Zahnräder oder Gewindespindeln auf den Verriegelungsmechanismus übertragen und diesen betätigen.
Im Gegensatz zu manuellen Schlössern erfolgt das Ver- und Entriegeln auf Basis von Signalen, beispielsweise von Authentifizierungsgeräten, wodurch versehentliches Nichtverriegeln verhindert wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Verriegelungsmechanismus nicht von menschlicher Bedienung abhängt, sondern unter festgelegten Bedingungen automatisch betätigt wird.
Für den Fall, dass Maßnahmen bei Stromausfällen oder in Notfällen erforderlich sind, ist eine Konstruktion wichtig, die eine Notstromversorgung sowie einen Mechanismus zum manuellen Entriegeln umfasst.

Durch die Anbindung an ein Zutrittskontrollsystem können Aktuatoren die Sicherheit von Sicherheitstüren erhöhen. Das System überprüft die Identität der Nutzer anhand von IC-Karten, PIN-Codes oder biometrischen Daten und betätigt den Verriegelungsmechanismus, sobald die Authentifizierung erfolgreich war.
Da nur autorisierte Nutzer Zutritt erhalten, lassen sich die Risiken, die mit der Ausgabe und dem Kopieren physischer Schlüssel verbunden sind, leichter minimieren. Je nach System können auch Aufzeichnungen über die Nutzer und die Zeitpunkte des Zutritts gespeichert werden.
Durch die Kombination von Zugangsbeschränkungen und Protokollierung lässt sich das Sicherheitsmanagement der Einrichtung verbessern.

Durch den Aufbau eines netzwerkgestützten Systems lassen sich mehrere Sicherheitstüren gemeinsam verwalten. Der Vorteil besteht darin, dass der Administrator von einem einzigen Ort aus das Ver- und Entriegeln sowie die Überprüfung des Türzustands vornehmen kann.
In Einrichtungen mit vielen zu verwaltenden Türen, wie beispielsweise Bürogebäuden oder Fabriken, lässt sich so der Aufwand für die individuelle Überprüfung vor Ort reduzieren. Je nach System sind auch Benachrichtigungen bei Störungen sowie die Überprüfung des Öffnungs- und Schließverlaufs möglich.
Die Fernsteuerung und zentrale Verwaltung tragen dazu bei, die Sicherheit der gesamten Anlage zu gewährleisten und gleichzeitig die Verwaltungsabläufe zu optimieren.

Bei Antrieben für Sicherheitsanwendungen reicht es nicht aus, dass sie lediglich die erforderliche Kraft aufbringen. Um einen langfristig stabilen Betrieb zu gewährleisten, müssen bei der Auswahl die Konstruktion der Tür, die Nutzungshäufigkeit sowie die Einbaubedingungen berücksichtigt werden.
Im Folgenden werden die vier Punkte erläutert, die bei der Auswahl zu beachten sind: Drehmoment, Lebensdauer, leiser Betrieb und Stromverbrauch.

Ein Aktuator ist ein Antriebsgerät, das Energie wie Strom oder Druckluft in mechanische Bewegung umwandelt und so das Öffnen, Schließen und die Positionierung von Vorrichtungen ermöglicht. Bei Sicherheitstüren trägt er durch die Automatisierung des Ver- und Entriegelens sowie die Anbindung an Zugangskontrollsysteme zur Verbesserung der Sicherheit und der Verwaltungseffizienz bei.
Die erforderlichen Leistungsmerkmale hängen jedoch vom Gewicht der Tür, der Nutzungshäufigkeit und den Einbaubedingungen ab. Um einen stabilen Betrieb zu gewährleisten, ist es wichtig, Faktoren wie Drehmoment, Lebensdauer, Geräuscharmut und Stromverbrauch zu prüfen und einen für den jeweiligen Einsatzzweck geeigneten Aktuator auszuwählen.
Insbesondere bei elektrischen Aktuatoren ist die Leistung des im Inneren verwendeten Motors ein entscheidender Faktor, der die Betriebsstabilität und Lebensdauer beeinflusst. Wählen Sie den geeigneten Motor entsprechend dem Einsatzzweck des Aktuators und den gewünschten Leistungsmerkmalen aus.

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