Elektromechanische Konstruktionen

SmartStack

Dielektrische Elastomer-Wandler (DE-Wandler) repräsentieren eine neue Klasse elektromechanischer Wandler, die beim Anlegen eines elektrischen Feldes unter Ausnutzung elektrostatischer Anziehungskräfte eine mechanische Deformation hervorrufen. Kernbestandteile sind hierbei dünnschichtige Dielektrika-Schichten aus Polymeren im unteren Mikrometerbereich sowie dünne und nachgiebige Elektrodenschichten, die zu einem mehrschichtigen DE-Wandler-Verbund verarbeitet werden können. Vorteile dieser neuartigen Technologie sind unter anderem vergleichsweise hohe Auslenkungen und Kräfte für kontinuierliche Vorstellungen, eine energieeffiziente Betriebsweise und die Verwendung ressourcenschonender Ausgangsmaterialien. Durch die gute Skalierbarkeit der DE-Technologie ergeben sich vielfältige Anwendungsmöglichkeiten, z.B. als miniaturisierte Verstellmechanismen in Stapelbauweise oder zur Aktuierung von nachgiebigen Strukturen mit DE-Laminaten.

Um beim Betrieb der DE-Wandler bei vollständiger Nutzung der Materialien elektrische Spannungen von unter 1000V zu gewährleisten, sind sehr dünnschichtige Elastomerfolien erforderlich. Im Rahmen des BMBF-Projekts SmartStack wurde an der TU Berlin ein automatisiertes Fertigungsverfahren entwickelt, dass als Ausgangsbasis industriell vorgefertigte Elastomerfolien mit Schichtdicken ≤ 20µm nutzt und diese in einem alternierenden Prozess, bestehend aus Laminierung der DE-Folien und strukturiertem Elektrodenauftrag durch Jetting, zu mehrschichtigen DE-Laminaten verarbeitet. Die völlig flexibel strukturierbaren DE-Mehrschichtwandler bilden unter anderem die Ausgangsbasis für die Herstellung von DE-Stapelwandler, wie sie im Projekt SmartDrive verfolgt werden, oder zur Realisierung von mehrschichtigen DE-Lautsprechern im Projekt SmartSound.

Ansprechpartner: Tim Krüger, Ozan Çabuk

Veröffentlichungen

Cabuk, O., Masjosthusmann, L., Krüger, T., Maas J.: Selective vaporization and recovery system for contactless electrode printing of solvent-based electrodes, Proc. SPIE 12042, Electroactive Polymer Actuators and Devices (EAPAD) XXIV, 120420U (20 April 2022); https://doi.org/10.1117/12.2613956

Hubracht, A., Maas, J.: "In-situ capacitive test procedure for multilayer dielectric elastomers to prove dielectric properties", Proc. SPIE 12042, Electroactive Polymer Actuators and Devices (EAPAD) XXIV, 1204215 (20 April 2022); https://doi.org/10.1117/12.2614834

Krüger, T., Maas, J.: Optimized mechanical interface design for multilayer DE stack-transducers; Proc. SPIE 12042, Electroactive Polymer Actuators and Devices (EAPAD) XXIV, 120420E (20 April 2022); https://doi.org/10.1117/12.2613318

Krüger, T., Cabuk, O., Maas, J.: Thin film based sheet-to-sheet manufacturing process for multilayer dielectric elastomer transducers; Konferenz EuroEAP 2022; Chianciano Terme - Tuscany, Italy, (07/06/2022 - 09/06/2022); https://doi.org/10.1117/12.2583573

Cabuk, O., Krüger, T., Maas, J.: Printing of stretchable electrodes for multilayer dielectric elastomer transducers; Konferenz EuroEAP 2022; Chianciano Terme - Tuscany, Italy, (07/06/2022 - 09/06/2022)

Krüger, T., Maas, J.: Automated and scalable sheet-to-sheet manufacturing process for fabrication of dielectric elastomer laminates based on thin films; SPIE Smart Structures/NDE, Online Only, California, United States, 2021. https://doi.org/10.1117/12.2583573

Hubracht, A., Cabuk, O., Krüger, T. and Maas, J.: Fabrication and characterization of thin film-based multilayered dielectric elastomer stack transducers via submodules, SPIE Smart Structures/NDE, Online Only, California, United States, 2021. https://doi.org/10.1117/12.2584768

Cabuk, O., Maas, J.: Investigation of a deposition method for the application of electrode layers for dielectric elastomer transducers. Proc. SPIE 11587, Electroactive Polymer Actuators and Devices (EAPAD) XXIII, 115871Q, 22 March 2021. https://doi.org/10.1117/12.2583427

Çabuk, O., Wegener, M., Gruber, B., Seidel, S., Maas, J.: Inkjet Printing and Characterization of Applied Electrodes for Dielectric Elastomer Transducer; SPIE Smart Structures/NDE, Online Only, California, United States, 2020. https://doi.org/10.1117/12.2558545

Masoud, A., Krüger, T., Maas, J.: Influence of the electrode on the actuation of thin-film DE transducers; SPIE Smart Structures/NDE, Online Only, California, United States, 2020. https://doi.org/10.1117/12.2559096

Krüger, T., Maas, J.: Impact of uncertainties on the actuation of DE multilayer transducers; SPIE Smart Structures/NDE, Online Only, California, United States, 2020. https://doi.org/10.1117/12.2559114

Hubracht et al. (2021): „Dielektrische Elastomerwandler im sensorlosen Selfsensing-Betrieb“, ALPHA-Informationsgesellschaft mbH, Jahresmagazin Mess- und Sensortechnik 2021/2022.