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Aufbau eines Teststandes zur Untersuchung der Lebensdauer von dielektrischen Elastomerstapelaktoren bei unterschiedlichen Ansteuersignalformen

Tessmann, Alexander (2013):
Aufbau eines Teststandes zur Untersuchung der Lebensdauer von dielektrischen Elastomerstapelaktoren bei unterschiedlichen Ansteuersignalformen.
TU Darmstadt Institut EMK / FG M+EMS, [Bachelor Thesis]

Abstract

An der Technischen Universtität Darmstadt werden am Fachgebiet Mikro- und Feinwerktechnik Dielektrische Elastomerstapelaktoren (DEA) und ihre Anwendungsbereiche untersucht. Die Lebensdauer der DEA ist jedoch noch nicht vollständig erforscht. Erste Untersuchungen zur Lebensdauer der Aktoren unter Sinussignal-Einspeisung wurden am Institut bereits durchgeführt. Es werden bei Betriebsfrequenzen von f = 10Hz - 200Hz Zyklenzahlen von 400·10^6 - 500·10^6 erreicht. Es gibt aber einige Anwendungszwecke für die es nützlich sein kann, die Lebensdauer unter Rechtecksignal-Einspeisung zu ermitteln. Im Rahmen dieser Bachelorarbeit wird der bestehende Messstand dahingehend erweitert, dass DEAs unter Rechtecksignal-Einspeisung erforscht werden können.

Die Auslenkung des DEAs ist ein ausschlaggebendes Kriterium um zu ermitteln, ob ein DEA defekt ist. Es ist aber nicht möglich am Messplatz die Auslenkung an einer Vielzahl von Aktoren zu messen. Deswegen ist es notwendig, ein weiteres Kennzeichen der Funktionsfähigkeit von DEAs zu ermitteln. Als Ersatzschaltbild lässt sich ein DEA mit den drei elektrischen Komponenten Serienwiderstand R_S, Parallelwiderstand R_P und Kapazität C zusammenfassen. Wird der Aktor mit einer Rechteckspannung gespeist, so entsteht ein Stromverlauf, aus dem die Netzwerkparameter des Ersatzschaltbildes berechnet werden können. Die Rechtecksignal-Einspeisung bringt einen relativ hohen Strom mit sich, der zu einer Alterung an den Kontaktstellen führt. An alternden Aktoren wird der Serienwiderstand R_S größer und die Kapazität C kleiner.

In dieser Arbeit werden Anforderungen an einen Lebensdauermessplatz für DEAs untersucht. Es werden unterschiedliche Möglichkeiten zur Messung von Spannungs- und Stromverlauf sowie zur Bestimmung der Netzwerkparameter bewertet. Das aufgestellte Gesamtkonzept wird entwickelt. Im letzten Schritt wird der Lebensdauermessplatz in Betrieb genommen. Das Ergebnis dieser Arbeit ist ein Konzept, dass erwiesenermaßen die Netzwerkparameter mehrerer DEAs zuverlässig messen kann. In LabView wird eine Messsoftware programmiert, die den Messplatz steuert, mit dem Spannungssignal versorgt und Messwerte aufnimmt. Die Messergebnisse unter Einspeisung von Niederspannungsignalen sind sehr schwankungsarm (σ^2<1). Die Anbindung des Lebensdauermessplatzes an Hochspannung und der Funktionstest an DEAs stehen letztlich noch aus.

Item Type: Bachelor Thesis
Erschienen: 2013
Creators: Tessmann, Alexander
Title: Aufbau eines Teststandes zur Untersuchung der Lebensdauer von dielektrischen Elastomerstapelaktoren bei unterschiedlichen Ansteuersignalformen
Language: German
Abstract:

An der Technischen Universtität Darmstadt werden am Fachgebiet Mikro- und Feinwerktechnik Dielektrische Elastomerstapelaktoren (DEA) und ihre Anwendungsbereiche untersucht. Die Lebensdauer der DEA ist jedoch noch nicht vollständig erforscht. Erste Untersuchungen zur Lebensdauer der Aktoren unter Sinussignal-Einspeisung wurden am Institut bereits durchgeführt. Es werden bei Betriebsfrequenzen von f = 10Hz - 200Hz Zyklenzahlen von 400·10^6 - 500·10^6 erreicht. Es gibt aber einige Anwendungszwecke für die es nützlich sein kann, die Lebensdauer unter Rechtecksignal-Einspeisung zu ermitteln. Im Rahmen dieser Bachelorarbeit wird der bestehende Messstand dahingehend erweitert, dass DEAs unter Rechtecksignal-Einspeisung erforscht werden können.

Die Auslenkung des DEAs ist ein ausschlaggebendes Kriterium um zu ermitteln, ob ein DEA defekt ist. Es ist aber nicht möglich am Messplatz die Auslenkung an einer Vielzahl von Aktoren zu messen. Deswegen ist es notwendig, ein weiteres Kennzeichen der Funktionsfähigkeit von DEAs zu ermitteln. Als Ersatzschaltbild lässt sich ein DEA mit den drei elektrischen Komponenten Serienwiderstand R_S, Parallelwiderstand R_P und Kapazität C zusammenfassen. Wird der Aktor mit einer Rechteckspannung gespeist, so entsteht ein Stromverlauf, aus dem die Netzwerkparameter des Ersatzschaltbildes berechnet werden können. Die Rechtecksignal-Einspeisung bringt einen relativ hohen Strom mit sich, der zu einer Alterung an den Kontaktstellen führt. An alternden Aktoren wird der Serienwiderstand R_S größer und die Kapazität C kleiner.

In dieser Arbeit werden Anforderungen an einen Lebensdauermessplatz für DEAs untersucht. Es werden unterschiedliche Möglichkeiten zur Messung von Spannungs- und Stromverlauf sowie zur Bestimmung der Netzwerkparameter bewertet. Das aufgestellte Gesamtkonzept wird entwickelt. Im letzten Schritt wird der Lebensdauermessplatz in Betrieb genommen. Das Ergebnis dieser Arbeit ist ein Konzept, dass erwiesenermaßen die Netzwerkparameter mehrerer DEAs zuverlässig messen kann. In LabView wird eine Messsoftware programmiert, die den Messplatz steuert, mit dem Spannungssignal versorgt und Messwerte aufnimmt. Die Messergebnisse unter Einspeisung von Niederspannungsignalen sind sehr schwankungsarm (σ^2<1). Die Anbindung des Lebensdauermessplatzes an Hochspannung und der Funktionstest an DEAs stehen letztlich noch aus.

Uncontrolled Keywords: Mikro- und Feinwerktechnik Elektromechanische Konstruktionen Produktlebensdauer Langzeitaufzeichnung Kapazitätsberechnung Messen mit LabView Elektrisches Ersatzschaltbild Polymeraktor Dieelektrische Elastomer-Stapelaktoren (DEA)
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design > Microtechnology and Electromechanical Systems
Date Deposited: 20 May 2014 07:57
Additional Information:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv Institut EMK. Anfrage über Sekretariate

Bibliotheks-Siegel: 17/24 EMKB1833

Art der Arbeit: Bachelorarbeit

Beginn Datum: 19-08-2013

Ende Datum: 18-11-2013

Identification Number: 17/24 EMK B 1833
Referees: Schlaak, Prof. Dr. Helmut F.
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