DELFA Systems GmbH, Im Altseiterstal 7, 66538 Neunkirchen

Was sind eigentlich Dielektrische Elastomere?

Dielektrische Elastomere, auch DE genannt, gehören zu den smarten Materialien und können elektrische in mechanische Energie umwandeln und umgekehrt. Neben den beiden Grundanwendungen als Sensor und Antrieb, auch Aktor oder Aktuator genannt, können die Eigenschaften in einem intelligenten Antrieb mit inhärenten Sensoreigenschaften kombiniert werden.

Ihre Vorteile:

Sensorik

Erfahren DEs durch eine externe Kraft eine Verformung, ändern diese ihr elektrischen Eigenschaften. Dadurch kann die Einwirkungsstärke gemessen und das System kann als Druck-, Kraft- oder Wegsensor genutzt werden. Durch die Kopplung mit unserer intelligenten Sensorelektronik können außerdem die aufgenommenen Daten weiterverarbeitet, ausgewertet und zusätzliche Informationen generiert werden.

Antriebe

Durch das Anlegen einer elektrischen Spannung verformen sich die DEs weil sich die elektrisch leitfähigen Schichten gegenseitig anziehen. Diese Umwandlung von elektrischer zu mechanischer Energie kann durch Integration des Kernelements in unser System technisch nutzbar gemacht werden. Die zur Systemlösung integrierte Elektronik wandelt ein entsprechendes Analogsignal, z.B. von 0 bis 10 V in die im Inneren benötigten Spannung um. Somit kann der Antrieb ohne Mehraufwand entweder als Digitalantrieb (ON/OFF) oder als Proportionalantrieb eingesetzt werden.

Intelligente Antriebe​

Durch die Kopplung der beiden beschriebenen Basisfunktionen kann mit unserer Technologie ein intelligenter Antrieb aufgebaut werden. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung an den Antrieb entsteht eine Bewegung und damit eine Verformung des DE-Elements. Diese Verformung ändert wie im Sensorbetrieb das elektrische Verhalten, welches als Positionsrückmeldung dient. Mit diesen inhärenten Sensoreigenschaften des Materials kann ohne externe Sensorik ein positionsgeregelter Antrieb aufgebaut werden. Die Kopplung zu einem intelligenten Antrieb geschieht innerhalb der dazugehörigen Elektronik, welche die Spannungsversorgung zur Antriebsfunktionalität sowie die Intelligenz für Sensorik, Auswertung und Kommunikation enthält.

FAQ

Die Dielektrischen Elastomere (DE) gehören zu der übergeordneten Gruppe der Elektroaktiven Polymere. Den Grundbaustein bildet eine hauchdünne Elastomerfolie (Dielektrikum), welche beidseitig mit einem elektrisch leitfähigen Material beschichtet ist. Zum einen erlaubt diese kondensatorähnliche Struktur über eine Kapazitätsänderung das flexible Messen der auf die Folie wirkenden Verformung. Zum anderen kann durch Anlegen einer elektrischen Spannung der sogenannte Maxwelldruck zur effektiven Bewegungserzeugung genutzt werden. Die Kombination dieser beiden Effekte ermöglicht den Schritt zum intelligenten und selbstregelnden Antriebssystem mittels Self-sensing.

Sensoren von DELFA Systems bestehen im Wesentlichen aus einer dünnen, beschichteten Silikonfolie die sich flexibel in verschiedene Formen bringen oder an Oberflächen anschmiegen lässt. Vor Ort können sie dann Druck, Dehnung, Verformung und vieles mehr messen. Mehr über mögliche Einsatzgebiete finden Sie unter Anwendungsbereiche.

Die Bandbreite der Anwendungen reicht von haptischem Feedback über intelligente Oberflächen bis hin zu intelligenten Antrieben für z.B. Ventile. Aufgrund der Vereinigung von sensorischen und aktorischen Eigenschaften eignet sich die DE Technologie optimal für I4.0 und IoT Anwendungen. Zudem können auch vorhandene pneumatische oder elektromagnetische Antriebe vorteilhafte ersetzt werden. Hierbei werden die Nachteile herkömmlicher Linearantriebe wie der hohe Energieverbrauch, die hohe Wärmeentwicklung oder zusätzlich benötigte Sensoren bei positionsgeregelten Antrieben aufgehoben.

Die Erzeugung von Bewegung mit den von DELFA Systems hergestellten Antrieben basiert immer auf einer Verformung der Elastomerfolie und einer hieraus resultierenden Kapazitätsänderung. Diese Kapazitätsänderung ist proportional zur Bewegung und erlaubt somit eine ständige Positionsmessung ohne zusätzliche Sensoren. Dieser Effekt des Antriebs wird als Self-sensing bezeichnet, da der Antrieb sich selbst überwachen kann.

Nein. Für die von DELFA Systems hergestellten Dielektrischen Elastomere (DE) greifen wir im Wesentlichen auf kostengünstige Materialien wie Silikon (als Elastomer) und Ruß (für die leitfähige Schicht) zurück. Zudem kombinieren wir bei unserem patentierten Herstellungsprozess ausschließlich Verfahren, die sich in anderen Bereichen bereits in der Massenfertigung bewiesen haben. Des Weiteren verfügen wir im Elektronikbereich über genügend Flexibilität, die es uns ermöglicht, unsere Systeme an Ihre Einbausituation anzupassen, was Ihren Integrationsaufwand minimiert.

Bei den von DELFA Systems angebotenen Dielektrischen Elastomeren (DE) handelt es sich um eine kapazitive Antriebstechnologie, welche zwar hohe Spannungen jedoch nur geringe Ströme im Mikroamperebereich benötigt. Dadurch liegt die benötigte Leistung typischerweise im Milliwattbereich. Das kapazitive Verhalten ermöglicht zudem, dass Positionen nahezu stromlos gehalten werden können. Dies führt gerade im Dauerbetrieb zu einer sehr geringen Leistungsaufnahme und damit auch zu einer vernachlässigbaren Erwärmung der Bauteile.

Zum Betrieb der von DELFA Systems hergestellten Antriebssysteme werden zwar hohe Spannungen benötigt, jedoch liegen die fließenden Ströme dafür im Mikroamperebereich. Um dennoch eine einfache und sichere Integration unserer Antriebe zu erlauben, verfügen diese über eine integrierte Leistungselektronik, die mit üblichen Versorgungsspannungen von 12 bis 48 Volt auskommt. Dadurch lassen sich auch auf einfachste Weise elektromagnetische Antriebe in bestehenden Anlagen ersetzen, ohne an der Ansteuerungsperipherie Änderungen vornehmen zu müssen.

Unsere Sensorelektronik enthält in der Standardausführung einen Microcontroller, welcher die Sensordaten zur Verfügung stellt. In Kombination mit der flexibel anpassbaren Peripherie, kann die Schnittstelle sowie die Kommunikation von analog bis digital anwendungsspezifisch adaptiert werden.

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