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Entwicklung einer Prüfanlage zur Untersuchung elektromechanischer Ermüdung von dielektrischen Elastomeraktoren

Fischer, Jonas (2014):
Entwicklung einer Prüfanlage zur Untersuchung elektromechanischer Ermüdung von dielektrischen Elastomeraktoren.
TU Darmstadt, Institut EMK, FG M+EMS, [Master Thesis]

Abstract

Dielektrische Elastomerwandler (DEW) gehören zu einer aufstrebenden Art elektromechanischer Wandler. Die Lebensdauer eines DEW ist maßgeblich von der Beständigkeit des Dielektrischen Elastomeres (DE) abhängig, daher sind Erkenntnisse bezüglich des Alterungsverhaltens von DE erstrebenswert. DE zeichnen sich durch sehr große Reißdehnungen von bis zu 600% und sehr geringen Reißspannung von 1,1N/mm2 aus. Übliche Schichtdicken von DE betragen in der Regel 30 �m bis 150 �m. Durch die speziellen Materialeigenschaften und die dünne Schichtdicke eignen sich auf dem Markt verfügbare Geräte für Ermüdungsuntersuchungen an DE nicht. In dieser Arbeit wird daher ein Messplatz für Ermüdungsuntersuchungen von DE entwickelt. Mittels einer Literaturrecherche werden die Besonderheiten der Materialeigenschaften vertiefend behandelt, die für die Ermüdungsuntersuchungen von DE bedeutsam sind und zu Problemen und Schwierigkeiten führen können. So sind beispielsweise die Ergebnisse der Ermüdungsuntersuchungen stark von Betriebsbedingungen, wie Prüffrequenz oder Belastungsweise, abhängig. Zusätzlich werden bei der Ermüdung ablaufende Prozesse erläutert und Möglichkeiten der Ermüdungsuntersuchung vorgestellt. In dieser Arbeit wird das Ermüdungsverhalten von DE mittels der Wöhlerkurve beschrieben. Ausgehend von den Erkenntnissen der Literaturrecherche werden Anforderungen an einen Messplatz, mit dem die Wöhlerkurve aufgenommen werden kann, hergeleitet. Es werden methodisch Konzepte erarbeitet, mit denen die gestellten Anforderungen realisiert werden können. Ausgewählt wird ein Konzept, bei dem mehrere Ermüdungsuntersuchungen unabhängig voneinander gleichzeitig ablaufen. Für dieses Konzept wird ein mechanischer Aufbau erarbeitet und die für die Realisierung benötigten Bauteile werden beschrieben. Eine Software zum Bedienen des Messplatzes wird zusätzlich noch programmiert. Um die Funktionsweise des Messplatzes zu überprüfen, werden die ersten Punkte einer Wöhlerkurve aufgenommen. Dazu wird der DE mit vier verschiedenen Dehnungen belastet und die jeweilige Zyklenzahl, nach der die Probe versagt, aufgenommen. In der unten dargestellten Grafik befindet sich der Gesamtaufbau und Punkte einer damit aufgenommenen Wöhlerkurve.

Item Type: Master Thesis
Erschienen: 2014
Creators: Fischer, Jonas
Title: Entwicklung einer Prüfanlage zur Untersuchung elektromechanischer Ermüdung von dielektrischen Elastomeraktoren
Language: German
Abstract:

Dielektrische Elastomerwandler (DEW) gehören zu einer aufstrebenden Art elektromechanischer Wandler. Die Lebensdauer eines DEW ist maßgeblich von der Beständigkeit des Dielektrischen Elastomeres (DE) abhängig, daher sind Erkenntnisse bezüglich des Alterungsverhaltens von DE erstrebenswert. DE zeichnen sich durch sehr große Reißdehnungen von bis zu 600% und sehr geringen Reißspannung von 1,1N/mm2 aus. Übliche Schichtdicken von DE betragen in der Regel 30 �m bis 150 �m. Durch die speziellen Materialeigenschaften und die dünne Schichtdicke eignen sich auf dem Markt verfügbare Geräte für Ermüdungsuntersuchungen an DE nicht. In dieser Arbeit wird daher ein Messplatz für Ermüdungsuntersuchungen von DE entwickelt. Mittels einer Literaturrecherche werden die Besonderheiten der Materialeigenschaften vertiefend behandelt, die für die Ermüdungsuntersuchungen von DE bedeutsam sind und zu Problemen und Schwierigkeiten führen können. So sind beispielsweise die Ergebnisse der Ermüdungsuntersuchungen stark von Betriebsbedingungen, wie Prüffrequenz oder Belastungsweise, abhängig. Zusätzlich werden bei der Ermüdung ablaufende Prozesse erläutert und Möglichkeiten der Ermüdungsuntersuchung vorgestellt. In dieser Arbeit wird das Ermüdungsverhalten von DE mittels der Wöhlerkurve beschrieben. Ausgehend von den Erkenntnissen der Literaturrecherche werden Anforderungen an einen Messplatz, mit dem die Wöhlerkurve aufgenommen werden kann, hergeleitet. Es werden methodisch Konzepte erarbeitet, mit denen die gestellten Anforderungen realisiert werden können. Ausgewählt wird ein Konzept, bei dem mehrere Ermüdungsuntersuchungen unabhängig voneinander gleichzeitig ablaufen. Für dieses Konzept wird ein mechanischer Aufbau erarbeitet und die für die Realisierung benötigten Bauteile werden beschrieben. Eine Software zum Bedienen des Messplatzes wird zusätzlich noch programmiert. Um die Funktionsweise des Messplatzes zu überprüfen, werden die ersten Punkte einer Wöhlerkurve aufgenommen. Dazu wird der DE mit vier verschiedenen Dehnungen belastet und die jeweilige Zyklenzahl, nach der die Probe versagt, aufgenommen. In der unten dargestellten Grafik befindet sich der Gesamtaufbau und Punkte einer damit aufgenommenen Wöhlerkurve.

Uncontrolled Keywords: Mikro- und Feinwerktechnik Elektromechanische Konstruktionen Elektroaktive Polymere EAP Materialermüdung Lebensdaueruntersuchung Wöhlerkurve Materialeigenschaften Silikon Dielektrische Materialien
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: 11 Jun 2014 06:07
Additional Information:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv Institut EMK. Anfrage über Sekretariate

Bibliotheks-Siegel: 17/24 EMKM 1845 Art der Arbeit: Masterarbeit

Beginn Datum: 15-10-13

Ende Datum: 14-04-14

Identification Number: 17/24 EMK M1845
Referees: Schlaak, Prof. Helmut F.
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