📖 Page 06 von 8 · ~20 Min

Aktoren: wie ein MCU die Welt bewegt ⚙️

Sensoren waren der Input, jetzt zur Output-Seite: Aktoren bewegen physische Dinge. Servos drehen, Steppers positionieren, DC-Motoren rasen, Linear-Aktuatoren schieben, Relais schalten. Auf dieser Page lernst du die vier Hauptarten + welcher Treiber-Chip für was nötig ist — plus eine Live-Demo, wie PWM einen Servo steuert.

🦾 Servos für Position 🪜 Steppers für Präzision 🏎 DC für Speed

01Die 4 Hauptarten von Aktoren

Du brauchst Bewegung, Kraft oder Schaltung — je nach Bedarf der richtige Aktor:

🦾 Servo-Motor

Steuerung: PWM (50 Hz, 1–2 ms Puls)
Bewegung: Position 0–180° (oder Continuous)
Strom: ~150 mA klein, ~1 A gross

Dreht sich an eine bestimmte Position. Du sagst „45°", er fährt hin und hält. Klassiker für Roboterarme, Kameragimbals, RC-Lenkungen.

🪜 Stepper-Motor

Steuerung: Step + Dir Pulse (oder 4-phase)
Bewegung: Präzise Winkel-Schritte (1.8° typ.)
Strom: 0.5–4 A (braucht Treiber!)

Macht diskrete Schritte. 200 Schritte = 1 Umdrehung. Perfekt für 3D-Drucker, CNC, Linear-Achsen — wo Genauigkeit zählt.

🏎 DC-Motor

Steuerung: PWM für Speed, H-Bridge für Richtung
Bewegung: Kontinuierliche Rotation
Strom: 0.5–10 A je nach Grösse

Dreht einfach durch. Keine Positionierung, nur Speed. Roboter-Räder, Lüfter, Pumpen. Mit Encoder → DIY-Servo.

⚡ Relais / MOSFET

Steuerung: Digital HIGH/LOW
Bewegung: Keine — schaltet Strom
Last: 230V (Relais) oder 12V (MOSFET)

Schaltet grosse Lasten ein/aus, die ein MCU direkt nicht packt: Lampen, Heizungen, Pumpen, ganze Geräte über 230V.

🤔

Faustregel: Brauchst du eine Position (Lenkrad, Roboterarm)? → Servo. Präzision (Drucker, CNC)? → Stepper. Geschwindigkeit (Räder, Lüfter)? → DC. Nur ein/aus mit hoher Last? → Relais.

02Live-Demo: PWM-Signal → Servo-Position 🎚

Bewege den Slider, schau zu, wie sich das PWM-Signal (oben) ändert — und gleichzeitig der Servo-Arm (unten) eine andere Position einnimmt. Das ist der Trick, mit dem alle Hobby-Servos angesteuert werden.

PWM Signal (50 Hz)

Servo Position

Servo Winkel 90°

Puls-Breite

1.50 ms

Duty Cycle

7.5 %

Arduino-Wert

servo.write(90)

🤓

Was passiert mathematisch: Ein Standard-Hobbyservo erwartet alle 20 ms (50 Hz) einen Puls. Die Breite dieses Pulses bestimmt die Position: 1.0 ms = 0°, 1.5 ms = 90°, 2.0 ms = 180°. Die Library Servo.h macht das ganze Math für dich — du sagst nur servo.write(90), sie generiert die richtigen Pulse.

Arduino#include <Servo.h>

Servo myServo;

void setup() {
  myServo.attach(9);     // Pin 9
}

void loop() {
  for (int a = 0; a <= 180; a++) {
    myServo.write(a);
    delay(15);
  }
}
    

03Stepper-Treiber: A4988, DRV8825 & Co.

Stepper-Motoren ziehen viel Strom (oft 1–2 A pro Spule). Direkt an einen MCU? Geht überhaupt nicht — du brauchst einen Treiber-Chip:

📦

A4988

Klassiker. 2 A pro Spule. Microstepping bis 1/16. Standard in 3D-Druckern.

📦

DRV8825

Bigger Brother. 2.5 A. Microstepping bis 1/32. Etwas heisser, etwas teurer.

📦

TMC2208 / TMC2209

Silent-Drivers. Macht Stepper fast unhörbar. Aktuelle 3D-Drucker-Wahl.

Arduino — Stepperconst int stepPin = 3;
const int dirPin = 4;

void setup() {
  pinMode(stepPin, OUTPUT);
  pinMode(dirPin, OUTPUT);
}

void loop() {
  digitalWrite(dirPin, HIGH);    // Richtung CW
  for(int i = 0; i < 200; i++) { // 200 Steps = 1 Umdr.
    digitalWrite(stepPin, HIGH);
    delayMicroseconds(1000);
    digitalWrite(stepPin, LOW);
    delayMicroseconds(1000);
  }
  delay(1000);
}
    

04H-Bridge: Wie ein DC-Motor in beide Richtungen läuft

Ein DC-Motor dreht je nach Polung in eine Richtung. Willst du vor + zurück + Speed-Kontrolle, brauchst du eine H-Bridge:

Wie funktioniert das? Vier Transistoren (T1–T4) bilden den Buchstaben „H" um den Motor. T1 + T4 an → Strom fliesst nach rechts → Motor dreht vorwärts. T2 + T3 an → Strom nach links → Motor rückwärts. Mit PWM auf den Transistoren → Speed-Kontrolle. Niemals T1+T3 oder T2+T4 gleichzeitig — das ist ein Kurzschluss!

💡

Fertige Module: Du musst nicht 4 Transistoren von Hand verlöten — Module wie L298N (für 2 A), TB6612FNG (für 1 A, effizienter) oder DRV8833 haben das alles drin. Anschluss: 2 Pins für PWM-Speed + 2 für Richtung pro Motor.

05⚠️ Power-Regeln: damit du deinen MCU nicht killst

Die meisten Anfänger-Fails kommen beim Aktor-Anschluss. Hier die 5 Regeln, die du nie vergessen darfst:

MCU-Pin kann ~20 mA

Direkt am Pin: nur LEDs, kleine Buzzer. Alles grössere (Motoren, Relais, Servos) → externer Treiber oder Transistor.

Servos eigene Stromversorgung

Selbst kleine SG90-Servos ziehen Strom-Spitzen von 500 mA. Wenn du sie aus dem USB-5V deines Arduinos versorgst → Brown-out, Reset, Frust. Eigenes 5V-Netzteil → glücklich.

Common Ground!

Wenn du eine externe Spannungsquelle für Motoren nimmst: GND von Motor-Netzteil muss mit GND von MCU verbunden sein. Sonst zucken Signale wild.

Flyback-Diode bei Relais & DC-Motoren

Beim Abschalten induktiver Lasten entstehen Spannungsspitzen, die deinen Transistor killen. Eine 1N4007-Diode parallel zur Spule → fängt das ab.

Treiber wärmen — Kühlkörper

A4988 ohne Kühlkörper wird bei 1A schon nach 30 Sekunden zu heiss und schaltet ab (Thermal Shutdown). Mini-Heatsinks gibt's für CHF 2.

06Mini-Projekte mit Aktoren

Was kannst du damit machen? Inspiration für dein nächstes Lab-Projekt:

🐕

Roboter-Hund

12 Servos für 4 Beine je 3 DOF. Open-Source-Projekt: PetoiBittle, OpenCat.

🤖

Roboterarm

4–6 Servos in Reihe (Basis, Schulter, Ellbogen, Greifer). MeArm, SO-101.

🚗

Roboter-Auto

2 DC-Motoren mit H-Bridge + Räder + Ultraschall-Sensor → autonomes Fahrzeug.

📷

Camera-Gimbal

2 Servos (Pan + Tilt) + GoPro/Phone → Time-Lapse-Tracker.

🪴

Smart-Garden

Bodenfeuchte-Sensor + Mini-Pumpe (Relais) → wässert Pflanze automatisch.

🎯

CNC / Plotter

3× Stepper (X/Y/Z) + Treiber + Marker → DIY-Zeichenmaschine.

🚀

Build-Tipp: Fang klein an. Erstes Servo zum Drehen kriegen → 30 Min. Roboterarm zusammenbauen → 1 Tag. Selbstfahrendes Auto → 1 Wochenende. Pi-trainierter Hund → ein Monat. Jedes Projekt baut auf dem vorigen auf.

🎯Key Takeaways aus Page 06

4 Aktor-Arten: Servo (Position), Stepper (Präzision), DC-Motor (Speed), Relais (Schalten).
Servos brauchen PWM (50 Hz, 1–2 ms Puls). Library Servo.h macht's einfach.
Stepper brauchen Treiber-Chip (A4988, DRV8825, TMC2209). Step + Dir Pins.
DC-Motor mit H-Bridge → vor/zurück + PWM-Speed. L298N, TB6612FNG.
Power-Regeln: eigene Versorgung für Aktoren, common GND, Flyback-Diode, Kühlkörper.