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Entwicklung eines Messplatzes zur Charakterisierung der Durchbruchfeldstärke dünner Silikonfolien in variablen Umgebungsmedien

Braisz, Lukas (2015):
Entwicklung eines Messplatzes zur Charakterisierung der Durchbruchfeldstärke dünner Silikonfolien in variablen Umgebungsmedien.
TU Darmstadt, Institut EMK / FG M+EMS, [Bachelor Thesis]

Abstract

Dünne Silikonfolien finden Anwendung in dielektrischen Elastomerwandlern (DEW), die als Aktor, Generator und Sensor genutzt werden können. Diese Technologie wird in den letzten Jahren verstärkt am Institut für Elektromechanische Konstruktionen (EMK) untersucht. Durch die geringen Schichtdicken der Silikonfolien von 20μm bis 100μm entstehen in DEW hohe Energiedichten, die durch ein elektrisches Feld verursacht werden. Das elektrische Feld darf dabei nicht die Durchbruchfeldstärke der Silikonfolie überschreiten, da diese ansonsten zerstört wird. Aus diesem Grund wird im Rahmen dieser Arbeit ein Messstand entwickelt, mit dessen Hilfe dünne Silikonfolien auf ihre elektrische Durchbruchfeldstärke untersucht werden können. Dazu wird die Silikonfolie zwischen zwei Elektroden platziert. Die Messung findet in einem variablem Umgebungsmedium statt, um entstehende Feldüberhöhungen an den Elektroden zu vermeiden. Es erfolgt zunächst eine Recherche zu bereits existierenden Messplätzen und Normen zur Charakterisierung von Elastomeren. Mögliche Umgebungsmedien werden verglichen und aufgelistet. Im ersten Schritt werden mehrere Lösungsmöglichkeiten erarbeitet, bewertet und die Entscheidung für ein Gesamtkonzept getroffen. Dafür werden Vorversuche getätigt und der Versuchsablauf der Messung in einem Flussdiagramm analysiert. Im ausgearbeiteten Konzept wird die Silikonfolie zwischen einer Masseelektrode und zehn Hochspannungselektroden mit einer definierten Gewichts- und Federkraft auf Vorspannung gebracht. Durch den parallelen Einsatz der Hochspannungselektroden können zehn Messungen mit einem Silikonfolienzuschnitt erfolgen. Das Umgebungsmedium bettet die Hochspannungselektroden auf der Oberseite der Silikonfolie ein. Dabei können flüssige und feste Umgebungsmedium eingesetzt werden. Durch eine Stufenspannungsprüfung wird die Durchbruchfeldstärke nacheinander an jedem Messpunkt ermittelt. Bei der Ausarbeitung der Komponenten wird auf eine nutzerfreundliche und sichere Gestaltung wert gelegt: Die Messungen erfolgen nacheinander an zehn Messstellen. Der Versuchsaufbau wird vom Nutzer vor Beginn der Messungen mit einer Silikonfolie und dem Umgebungsmedium präpariert und muss während den Messungen nicht mehr verändert werden. Dadurch einsteht eine hohe Vergleichbarkeit der einzelnen Messergebnisse. Durch den kompakten Aufbau kann das Umgebungsmedium in Vakuum entgast werden oder in einem Ofen bei hoher Temperatur aushärten.

Item Type: Bachelor Thesis
Erschienen: 2015
Creators: Braisz, Lukas
Title: Entwicklung eines Messplatzes zur Charakterisierung der Durchbruchfeldstärke dünner Silikonfolien in variablen Umgebungsmedien
Language: German
Abstract:

Dünne Silikonfolien finden Anwendung in dielektrischen Elastomerwandlern (DEW), die als Aktor, Generator und Sensor genutzt werden können. Diese Technologie wird in den letzten Jahren verstärkt am Institut für Elektromechanische Konstruktionen (EMK) untersucht. Durch die geringen Schichtdicken der Silikonfolien von 20μm bis 100μm entstehen in DEW hohe Energiedichten, die durch ein elektrisches Feld verursacht werden. Das elektrische Feld darf dabei nicht die Durchbruchfeldstärke der Silikonfolie überschreiten, da diese ansonsten zerstört wird. Aus diesem Grund wird im Rahmen dieser Arbeit ein Messstand entwickelt, mit dessen Hilfe dünne Silikonfolien auf ihre elektrische Durchbruchfeldstärke untersucht werden können. Dazu wird die Silikonfolie zwischen zwei Elektroden platziert. Die Messung findet in einem variablem Umgebungsmedium statt, um entstehende Feldüberhöhungen an den Elektroden zu vermeiden. Es erfolgt zunächst eine Recherche zu bereits existierenden Messplätzen und Normen zur Charakterisierung von Elastomeren. Mögliche Umgebungsmedien werden verglichen und aufgelistet. Im ersten Schritt werden mehrere Lösungsmöglichkeiten erarbeitet, bewertet und die Entscheidung für ein Gesamtkonzept getroffen. Dafür werden Vorversuche getätigt und der Versuchsablauf der Messung in einem Flussdiagramm analysiert. Im ausgearbeiteten Konzept wird die Silikonfolie zwischen einer Masseelektrode und zehn Hochspannungselektroden mit einer definierten Gewichts- und Federkraft auf Vorspannung gebracht. Durch den parallelen Einsatz der Hochspannungselektroden können zehn Messungen mit einem Silikonfolienzuschnitt erfolgen. Das Umgebungsmedium bettet die Hochspannungselektroden auf der Oberseite der Silikonfolie ein. Dabei können flüssige und feste Umgebungsmedium eingesetzt werden. Durch eine Stufenspannungsprüfung wird die Durchbruchfeldstärke nacheinander an jedem Messpunkt ermittelt. Bei der Ausarbeitung der Komponenten wird auf eine nutzerfreundliche und sichere Gestaltung wert gelegt: Die Messungen erfolgen nacheinander an zehn Messstellen. Der Versuchsaufbau wird vom Nutzer vor Beginn der Messungen mit einer Silikonfolie und dem Umgebungsmedium präpariert und muss während den Messungen nicht mehr verändert werden. Dadurch einsteht eine hohe Vergleichbarkeit der einzelnen Messergebnisse. Durch den kompakten Aufbau kann das Umgebungsmedium in Vakuum entgast werden oder in einem Ofen bei hoher Temperatur aushärten.

Uncontrolled Keywords: Mikro- und Feinwerktechnik Elektromechanische Konstruktionen Materialeigenschaften Silikon Durchbruchfeldstärke Elektroaktive Polymere EAP
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: 30 Nov 2015 13:02
Additional Information:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv Institut EMK. Anfrage über Sekretariate

Bibliotheks-Siegel: 17/24 EMKB 1914

Art der Arbeit: Bachelorarbeit

Beginn Datum: 20-05-2015

Ende Datum: 20-10-2015

Identification Number: 17/24 EMKB1914
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