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TU Berlin

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SmartStack: Entwicklung und Fertigung Dielektrischer Elastomer-Wandler

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Dielektrische Elastomer-Wandler (DE-Wandler) bilden eine noch sehr junge Klasse innerhalb der elektromechanischen Wandler. Der Aufbau ähnelt dem eines komprimierbaren Plattenkondensators und setzt sich aus mehreren Schichten zusammen. Die Schichten bestehen aus alternierend aufgebrachtem Elektrodenmaterial und einem Dielektrikum mit Schichtdicken im unteren Mikrometerbereich. Im angestrebten Produktionsprozess werden zunächst einige Schichten als so genannte Submodule hergestellt und diese dann in einem späteren Herstellungsschritt durch Stapeln zu einem DE-Wandler zusammengefügt. Das resultierende Funktionsprinzip basiert auf dem elektrostatischen Druck und ermöglicht Dehnungen (Komprimierung) von einigen Prozent der Bauhöhe bei einer elektrischen Spannung von etwa 1.000 V. DE Stapelwandler sind darauf ausgelegt bei verhältnismäßig hoher Dehnung und der aktuell vorhandenen Geometrie eine Aktuationskraft im einstelligen Newton Bereich zu generieren. DE-Wandler bieten verschiedene Vorteile gegenüber konventionellen Aktoren: Da die Energie zum Laden der DE-Wandler wie in einem Kondensator gespeichert wird und somit, zumindest zum Teil, wiedergewonnen werden kann, ist eine energieeffiziente Betriebsart möglich. Außerdem benötigen diese Aktoren keine seltenen Erden und (quasi) keine Edelmetalle, wodurch eine Kosten- und Gewichtsreduktion erzielt werden kann.

Anwendungsgebiete können z.B. von der Realisierung proportional gesteuerter Stellglieder (wie z.B. Proportionalventile) bis hin zur Soft-Robotik liegen. Gemeinsam mit weiteren fünf Projektpartnern aus Industrie und Forschung wird das Ziel verfolgt, den Herstellungsprozess von DE-Wandlern kontinuierlich zu optimieren.  Ausgehend vom Rohmaterial für die Fertigung bis hin zur Anwendung der DE-Wandler beim Endkunden werden verschiedene Teilaspekte adressiert. Dabei sind das Design der DE-Wandler, das Fertigungsverfahren sowie Charakterisierung und Bewertung der Materialien Kernbestandteile des Projekts SmartStack. Der schwerpunktmäßige Beitrag des Fachgebiets liegt hierbei auf der Entwicklung eines industrietauglichen Fertigungsprozesses für die Herstellung von DE-Wandlern.

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