Aktoren / Antriebe
Künstlicher Muskel wird elastisch
Als ressourcenschonende Alternative zu Elektromotoren oder hydraulischen Antrieben gelten dielektrische Elastomer-Aktoren, so genannte künstliche Muskeln. Forschern des Fraunhofer IWS in Dresden ist es nun gelungen, die Metall beschichteten Flächen der Elektroden durch elektrisch leitende Gummischichten zu ersetzen.
Der Aufbau der dielektrischen Elastomer-Aktoren, kurz DEA, ist im Prinzip sehr einfach: Zwischen zwei flächigen mit Metall beschichteten Oberflächen, die als Elektroden fungieren, liegt ein elektrisch isolierendes Dielektrikum aus elastomeren Materialien wie Gummi. Legt man eine elektrische Spannung an, entsteht ein elektrostatischer Druck, der das weiche Gummimaterial zur Dehnung zwingt. Der einfache Aufbau war zugleich das Problem: Die Metallschichten reißen bei Dehnungen auf dem weichen Gummimaterial und werden so zerstört.
Material elektrisch leitend und isolierend
Bisher war die Suche nach einem Elastomer, das zugleich elektrisch leitend und isolierend ist, wenig erfolgreich. Der TU Dresden und den Forschern der Fraunhofer-Institute IWS (Werkstoff- und Strahltechnik) und IKTS (Kermaische Technologien und System) in Dresden haben solch ein "halbleitendes" Material kreiert: Sie mischen dazu winzige Mengen elektrisch leitfähiger Carbon-Nano-Fibrillen in ein Elastomer, das nahezu identische Dehneigenschaften wie das elektrisch isolierende Gummimaterial aufweist. Damit wird das Elastomer leitfähig. Ein isolierender Gummikörper wurde mit diesem leitfähigen Material beschichtet, der in Dehnversuchen auch Millionen Zyklen standhält.
Die Elastomer-Aktoren bestehen aus einer Vielzahl leitfähiger und isolierender 0,03 mm dicken Elastomer-Schichten, die im Wechsel übereinander angeordnet sind. Als Fertigungstechnologien eignen sich sowohl Dickschicht- und Drucktechniken als auch großflächige Rolle-zu-Rolle-Technologien. Getestet wurde bereits ein Multilagen-Ring-Aktor mit elf aktiven Schichten und einer Fläche von 465 cm². Nach 140 000 Betriebszyklen war der Ring-Aktor noch einsatzbereit und erreichte Kräfte von rund 100 N.
Die Entwicklung der DEAs ist Teil des Forschungs- und Entwicklungsprojekts "Candela" und wurde aus Mitteln des BMBF finanziert und vom Projektträger VDI Technologiezentrum betreut.
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