Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Stapelaktor mit elektroaktiven Elastomeren dämpft Schwingungen und soll Energie gewinnen

27.10.2011
In stark schwingenden technischen Systemen müssen große Bewegungen ausgeglichen und gedämpft werden.

Klassischerweise geschieht dies mit Elastomerbauteilen. Wissenschaftler aus dem Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF haben sich gefragt, was wäre, wenn diese elastischen Komponenten intelligent wären und sich aktiv verformen könnten? Wenn sie Massen heben und zum Schwingen anregen könnten? Dann könnten sie viel effektiver störende Schwingungen bekämpfen, indem sie Gegenschwingungen erzeugen. Sie könnten auch aus den Schwingungen, die sie dämpfen, elektrische Energie gewinnen.


Ein Demonstrator des neuartigen Stapelaktors als CAD-Darstellung. Grafik: Fraunhofer LBF.

Die Darmstädter Forscher haben nun einen neuartigen Stapelaktor entwickelt, der die speziellen Eigenschaften der elektroaktiven Elastomere nutzt und völlig neue Anwendungsszenarien erschließt.

Das Ziel der Forscher: Mit Funktionswerkstoffen aktive Lösungen realisieren, um die Dämpfungscharakteristik zu verbessern und gleichzeitig den notwendigen Bauraum zu reduzieren. Besonders empfehlen sich hierfür elektroaktive Elastomere (EAE). Sie sind in den letzten Jahren ins Interesse von industriellen Anwendern gerückt. Bislang gibt es allerdings wenig kommerzielle Anbieter von fertigen EAE-Komponenten und die meisten Untersuchungen wurden mit manuell gefertigten Labormustern gemacht. Daher gilt es, standardisierte, zu-verlässige und für den industriellen Einsatz geeignete Systeme zu entwickeln.

Die Forscher des Fraunhofer LBF nutzen die speziellen Eigenschaften der elektroaktiven Elastomere, um einen neuartigen Stapelaktor zu designen. Ein Demonstrator zeigt das Potential dieses Ansatzes. Zurzeit wird am Aufbau eines größeren Systems gearbeitet.

Große Dehnung – geringe Kräfte
Wie Piezokeramiken gehören elektroaktive Elastomere zu den „smart materials“, die sich bei Anlegen eines elektrischen Feldes mechanisch verformen. Im Vergleich zu Piezowandlern zeichnen sich EAE-Wandler durch vergleichsweise große Dehnungen bei deutlich geringeren Kräften aus. Je nach eingesetztem Elastomermaterial ergeben sich unterschiedliche Kenngrößen. Die weit verbreiteten dielektrischen Silikone sind bezüglich Kraftaufbau und Dehnungsvermögen mit natürlichen Muskeln vergleichbar und werden daher oft als „artificial muscles“ bezeichnet.

In der Lösung des Fraunhofer LBF werden dünne, metallische Elektroden, die fein perforiert sind, zum Anlegen der elektrischen Spannung eingesetzt. Dadurch kann das Elastomer bei anliegendem elektrischem Feld lokal in diese Mulden entweichen, eine makroskopische Kompressibilität des Aufbaus ist gewährleistet. Durch die gute elektrische Leitfähigkeit der Elektroden können resistive Verluste weitgehend minimiert und der Aktor bei höheren Frequenzen betrieben werden.

Da die Elektroden dehnstarr sind, ist eine mechanische An-bindung an die umgebende Struktur ohne Leistungsverlust möglich. Über die Lochgeometrie und die Lage der Elektroden zueinander kann die Aktorperformance gezielt eingestellt und optimiert werden. Mit Hilfe von numerischen Modellen und diversen Optimierungsverfahren soll so eine für den jeweiligen Einsatz optimale Geometrie berechnet und gefertigt werden.

Vielfältige Einsatzmöglichkeiten
Ein solcher Wandler lässt sich prinzipiell nicht nur als Aktor nutzen, sondern auch als adaptive Steifigkeit, als Sensor- und Generatorelement. Bei Anlegen einer elektrischen Spannung kommt es aufgrund der größer werdenden Kontaktflächen zu einer Steifigkeitszunahme, die beispielweise zur Verstellung eines adaptiven Tilgers einsetzbar ist, aber auch zu einer deutlichen Zunahme der Kapazität, die sensorisch und auch generatorisch genutzt werden kann. Damit sind insbesondere Anwendungen im Bereich Energy-Harvesting mit kleinen Amplituden denkbar, wo mechanische Umgebungsenergie aus Vibrationen in elektrische Energie gewandelt wird. Aber auch große Bewegungen, wie sie beispielsweise von Meereswellen hervorgerufen werden, wollen die Forscher zur Energiegewinnung nutzen.

Der Demonstrator des Fraunhofer LBF hat 50 aktive Schichten mit je 140 Mikrometer Schichtdicke und einer Grundfläche von 60 x 60 Millimetern. Mit einer Ansteuerungsspannung von 1,5 Kilovolt sind quasistatische Dehnungen von mehreren Prozent möglich. Durch eine Reduktion der Schichtdicke ist eine zusätzliche Steigerung der Performance zu erwarten.

Anke Zeidler-Finsel | Fraunhofer-Institut
Weitere Informationen:
http://www.lbf.fhg.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Körperenergie als Stromquelle
22.08.2017 | Karlsruher Institut für Technologie

nachricht „Cool“ bleiben im Büro: Wasser als Kältemittel im Alltag bald vor Durchbruch?
22.08.2017 | Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Platz 2 für Helikopter-Designstudie aus Stade - Carbontechnologie-Studenten der PFH erfolgreich

Bereits lange vor dem Studienabschluss haben vier Studenten des PFH Hansecampus Stade ihr ingenieurwissenschaftliches Können eindrucksvoll unter Beweis gestellt: Malte Blask, Hagen Hagens, Nick Neubert und Rouven Weg haben bei einem internationalen Wettbewerb der American Helicopter Society (AHS International) den zweiten Platz belegt. Ihre Aufgabe war es, eine Designstudie für ein helikopterähnliches Fluggerät zu entwickeln, das 24 Stunden an einem Punkt in der Luft fliegen kann.

Die vier Kommilitonen sind im Studiengang Verbundwerkstoffe/Composites am Hansecampus Stade der PFH Private Hochschule Göttingen eingeschrieben. Seit elf...

Im Focus: Wissenschaftler entdecken seltene Ordnung von Elektronen in einem supraleitenden Kristall

In einem Artikel der aktuellen Ausgabe des Forschungsmagazins „Nature“ berichten Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe in Dresden von der Entdeckung eines seltenen Materiezustandes, bei dem sich die Elektronen in einem Kristall gemeinsam in einer Richtung bewegen. Diese Entdeckung berührt eine der offenen Fragestellungen im Bereich der Festkörperphysik: Was passiert, wenn sich Elektronen gemeinsam im Kollektiv verhalten, in sogenannten „stark korrelierten Elektronensystemen“, und wie „einigen sich“ die Elektronen auf ein gemeinsames Verhalten?

In den meisten Metallen beeinflussen sich Elektronen gegenseitig nur wenig und leiten Wärme und elektrischen Strom weitgehend unabhängig voneinander durch das...

Im Focus: Wie ein Bakterium von Methanol leben kann

Bei einem Bakterium, das Methanol als Nährstoff nutzen kann, identifizierten ETH-Forscher alle dafür benötigten Gene. Die Erkenntnis hilft, diesen Rohstoff für die Biotechnologie besser nutzbar zu machen.

Viele Chemiker erforschen derzeit, wie man aus den kleinen Kohlenstoffverbindungen Methan und Methanol grössere Moleküle herstellt. Denn Methan kommt auf der...

Im Focus: Topologische Quantenzustände einfach aufspüren

Durch gezieltes Aufheizen von Quantenmaterie können exotische Materiezustände aufgespürt werden. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommen Theoretische Physiker um Nathan Goldman (Brüssel) und Peter Zoller (Innsbruck) in einer aktuellen Arbeit im Fachmagazin Science Advances. Sie liefern damit ein universell einsetzbares Werkzeug für die Suche nach topologischen Quantenzuständen.

In der Physik existieren gewisse Größen nur als ganzzahlige Vielfache elementarer und unteilbarer Bestandteile. Wie das antike Konzept des Atoms bezeugt, ist...

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Die Zukunft des Leichtbaus: Mehr als nur Material einsparen

23.08.2017 | Veranstaltungen

Logistikmanagement-Konferenz 2017

23.08.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Oktober 2017

23.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Spot auf die Maschinerie des Lebens

23.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Die Sonne: Motor des Erdklimas

23.08.2017 | Physik Astronomie

Entfesselte Magnetkraft

23.08.2017 | Physik Astronomie