Karsten, Roman (2016)
Integrierte dielektrische Elastomerwandler für aktive Schwingungsdämpfung.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung

Kurzbeschreibung (Abstract)

Dielektrische Elastomere sind adaptive Materialsysteme, welche als Aktoren, Sensoren oder als Generatoren eingesetzt werden können. Ein dielektrischer Elastomeraktor ist wie ein nachgiebiger Kondensator aufgebaut. Er besteht aus zwei elastischen Elektroden. Dazwischen befindet sich ein weiches Elastomer, welches als Dielektrikum und Rückstellfeder dient. Eine angelegte elektrische Spannung bewirkt die Ausbildung des elektrostatischen Drucks auf die Elektroden, wodurch sich der Aktor zusammenzieht und aufgrund der Volumenkonstanz des Elastomers sich gleichzeitig lateral ausdehnt. Am Institut für Elektromechanische Konstruktionen wurde ein vollautomatisierter Prozess für die Herstellung von Stapelaktoren entwickelt. Diese Multilayer-Technologie ermöglicht eine Erhöhung der longitudinalen Auslenkung des Aktors bei gleichbleibender elektrischer Spannung. Im Rahmen dieser Arbeit wird der Einsatz der dielektrischen Elastomerstapelaktoren (DESA) für die aktive Schwingungsunterdrückung erforscht. Dafür wird eine neuartige Geometrie des Lagerelementes entworfen, welche die Grundform eines pneumatischen Lagerelements übernimmt. Der DESA ist nur am Rand mit einer hohlen Halterung befestigt, im Inneren ist Luft eingeschlossen. Dank dieser Geometrie kann sich ein DESA ungehindert lateral ausdehnen und dadurch einen hohen vertikalen Hub erzeugen, was insbesondere für die Schwingungskompensation im unteren Frequenzbereich wichtig ist. Die Geometrie des Lagerelements wird mit ANSYS FEM-Software optimiert und der Einfluss einzelner Parameter analysiert. Die entwickelten Lagerelemente werden in eine aktive Dämpfungsmatte zusammengefasst. Sie besteht aus 5 DESA und ihre Abmessungen betragen 140 x 140 x 20 mm3. Die aufgebaute aktive Dämpfungsmatte bietet eine günstige Alternative zu den auf dem Markt vorhandenen aktiven Isolationsplattformen. Ihre Besonderheit ist die Kombination von passiven und aktiven Eigenschaften einer Lagerung. Im unteren Frequenzbereich unterdrücken die Aktoren aktiv die Vibrationen. Dagegen werden die hochfrequenten Störungen ab ca. 100 Hz passiv aufgrund der Materialdämpfung des Elastomers, welches als Grundmaterial für die Herstellung der DESA dient, eliminiert. Außerdem hat die entwickelte aktive Dämpfungsmatte eine einfache feinmechanische Konstruktion im Vergleich zu gängigen Systemen. Für die Detektion der störenden Schwingungen wird ein neuartiger resistiver Wegsensor entwickelt und auf die Innenseite des DESA aufgebracht. Der Verformungskörper des Sensors ist der Aktor selbst. Die Dehnungsmessstreifen (DMS) des Sensors, die als eine Viertelbrücke verschaltet sind, werden aus gestempeltem Graphitpulver hergestellt. Der Sensor kann sowohl für statische als auch für dynamische Messungen der Auslenkung eingesetzt werden, insbesondere in der Resonanz hat er eine hohe Empfindlichkeit. Die entwickelte aktive Dämpfungsmatte mit dem integrierten resistiven Sensor wird in einen geschlossenen Regelkreis mit einem Skyhook-Regler integriert, um aktiv die störenden Vibrationen zu kompensieren. Des Weiteren werden in dieser Arbeit zwei Typen der Inertialmassenerreger auf Basis von DESA entwickelt und aufgebaut, die sowohl für die aktive Schwingungskompensation als auch für haptische Anwendungen eingesetzt werden können.

Frage zum Eintrag

Redaktionelle Details anzeigen