Strom aus der Meereswelle - Wacker Chemie AG


Strom aus der Meereswelle

Da elektroaktive Polymere mechanische in elektrische Energie umsetzen, eignen sich Siliconfolien auch für die Anwendung in Sensoren.

Bis zu 20 Mikrometer dünn

Wird solch eine Basiseinheit als dielektrischer Elastomeraktor betrieben, muss eine Spannung angelegt werden. Die Höhe dieser Betriebsspannung hängt vor allem von der Foliendicke ab: Je dünner die Elastomerfolie, desto niedriger die Spannung. Bei den derzeit in der Entwicklung befindlichen Aktoren liegen die Folienstärken typischerweise zwischen 20 und 60 Mikrometern. Das ist deutlich dünner als ein menschliches Haar. Gearbeitet wird mit Spannungen von einigen Kilovolt. Bei solchen Spannungen nimmt die Schichtdicke der Folie materialabhängig um etwa 5 bis 30 Prozent ab. Gleichzeitig vergrößert sich die Fläche typischerweise um bis zu 50 Prozent.

Liegt Spannung an, verändert sich eine einzelne Aktor-Basiseinheit nur um wenige Mikrometer in der Dicke. Für die technische Nutzung ist das zu wenig. Werden jedoch die Basiseinheiten in großer Zahl übereinandergestapelt und elektrisch parallelgeschaltet, ergeben sich Effekte in einer Größenordnung von mehreren Millimetern oder sogar Zentimetern. Mithilfe solcher Stapel oder „Stacks“, die in beliebiger Form angeordnet werden können, lassen sich also vielfältige Bewegungsformen erzeugen.

Relais , Schalter und Ventile

EAP-Aktoren wiegen wenig, lassen sich präzise regeln und arbeiten äußerst effizient. Das hat sich insbesondere in der Elektrobranche herumgesprochen. Relais, Schalter und Ventile auf der Basis von dielektrischen Elastomeraktoren stehen kurz vor der Marktreife und könnten innerhalb der nächsten zwei bis fünf Jahre auf den Markt kommen. Auch in der Automobilindustrie steht der Einsatz von EAP-Aktoren bevor, wo sie elektrische Stellmotoren ersetzen sollen. Im Unterschied zu herkömmlichen elektromagnetischen Relais benötigen EAP-Relais nur während des Schaltvorgangs Strom. Da Relais in unzähligen Geräten und Einrichtungen vorhanden sind, besteht hier ein großes Energie-Einsparpotenzial. Auch die Ventiltechnik könnte von der EAP-Technologie profitieren. So lässt sich der Durchfluss eines Fluids mithilfe von EAP-basierten Aktoren exakt einstellen, was mit einem herkömmlichen Fluidventil nicht ohne Weiteres möglich ist.

Ohne jede Materialermüdung

Eine wichtige Rolle spielt auch die außergewöhnlich hohe Beständigkeit der Folien. Ihre dielektrischen, mechanischen und elastischen Eigenschaften sind weder von der Höhe der anliegenden Spannung noch von der Temperatur abhängig. Sie verändern sich auch nicht im Laufe der Zeit – ein Vorteil der Siliconfolien gegenüber dielektrischen Folien aus organischen Kunststoffen. „Das silicontypische Eigenschaftsprofil der Folien macht die EAP-Bauteile robust, langlebig und wartungsarm“, erklärt der WACKER-Chemiker Dr. Andreas Köllnberger. „Prüfungen an Prototypen haben gezeigt, dass Siliconfolien über zehn Millionen Druckbelastungszyklen ohne geringste Materialermüdung überstehen.“