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TU Berlin

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Aktoren auf Basis dielektrischer Elastomere (DE)

Dielektrische Elastomere (DE)

Funktionsprinzip der DE-Aktoren
Lupe

Dielektrische Elastomere gehören zu den elektroaktiven Polymeren (EAP). DE-Wandler bestehen aus einem elastischen Polymer (z.B. Polyurethan oder Silikon) als Dielektrikum, dessen Oberflächen mit dehnfähigen Elektroden beschichtet sind. Diese Wandler können aktorisch  – hierbei erfolgt eine Formänderung des DE über das Anlegen eines elektrischen Feldes – und generatorisch betrieben werden, wobei eine direkte Umwandlung von mechanischer Dehnungsenergie in elektrische Energie auf kapazitiver Basis durch Ladungsverschiebung erfolgt.

DE-Wandler als Aktoren

Im Projekt Dielastar gefertigter DE-Stapelaktor mit zwei mechanischen Anbindungen
Lupe

Im Rahmen des BMBF-Verbundprojekts Dielastar wird im Fachgebiet intensiv an DE-basierten Multilayeraktoren geforscht. Hierfür wird neben der mathematischen Modellierung und simulationsbasierten Optimierung ein automatisierter Fertigungsprozess für DE-Stapel- und Rollenaktoren realisiert. Ziel der Prozesse ist, die als Halbwerkzeug vorliegenden Polymerfolien während des Stapel- und Rollprozesses mit strukturierten Elektroden zu versehen und anschließend als Aktormodul zu vereinzeln, zu kontaktieren und mit mechanischen Anbindungen für die mechatronische Systemintegration zu versehen.  Erste mit dem Prozess gefertigte Aktoren weisen homogene und reproduzierbare Eigenschaften auf. Weiterhin werden geeignete Leistungselektroniken zur Speisung der DE-Multilayeraktoren entwickelt und hierauf basierende Regelungskonzepte für die anvisierten Anwendungsfelder entworfen. Eine ausführliche Beschreibung der Forschungsaktivitäten finden Sie hier.

DE-Wandler als Generatoren

Die DE-basierte Energiegewinnung basiert auf der Abfolge von vier sequentiellen Schritten, mit denen mechanische Dehnungsenergie in elektrische Energie gewandelt wird:

  • In einer ersten Phase wird der DE-Generator auf Grund einer äußeren Krafteinwirkung, z.B. durch Wasserwellen, gedehnt.
  • Bei maximaler Dehnung des DE-Generators wird die Anordnung mit elektrischen Ladungen unterhalb der Durchbruchsfeldstärke beaufschlagt.
  • Bei Verringerung der äußeren Kraft relaxiert das DE wegen der elastischen Wirkung des Polymers. Während dieser Phase erhöht sich die im DE-Generator gespeicherte elektrische Energie. Dieser Vorgang stellt den Wandlungsprozess von mechanischer in elektrischer Energie dar.
  • Sobald der DE-Generator vollständig relaxiert ist, wird die Anordnung entladen, wodurch der DE-Generator seine Ausgangslänge erreicht. Der Energiegewinnungszyklus beginnt erneut.

Im Vordergrund der Forschungstätigkeit steht die Modellierung und Optimierung des Wandlerkonzeptes zur Nutzung regenerativer Wellenenergie sowie die Entwicklung optimierter Algorithmen für die Steuerung des Energiegewinnungszyklus

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