Rasch, Julian (2017)
Machbarkeitsstudie zur Herstellung Dielektrischer Elastomer-Stapelwandler mittels Tauchbeschichtung.
Technische Universität Darmstadt
Bachelorarbeit, Bibliographie

Kurzbeschreibung (Abstract)

In dieser Machbarkeitsstudie wird die Herstellung Dielektrischer Elastomerwandler (DEW) mittels Tauchbeschichtung untersucht. Dazu wird zunächst der Aufbau und die Funktionsweise eines DEW untersucht sowie wichtige Kenngrößen für einen effizienten Wandler ermittelt. Anschließend wird das Tauchbeschichtungsverfahren allgemein betrachtet, die auftretenden Parameter erläutert und die bei dem Verfahren entstehende Schicht durch einen mathematischen Zusammenhang zwischen Prozessparametern und entstehender Schichtdicke beschrieben. Darauf aufbauend folgt die Beschreibung des Tauchbeschichtungsverfahrens mit konkretem Blick auf die Herstellung von DEW und eine Anpassung des aufgestellten mathematischen Zusammenhangs für die Tauchbeschichtung mit Elastomerlösungen. Mit dem angefertigten Versuchsaufbau werden anschließend über 100 Elastomerschichtproben durch Tauchbeschichtung hergestellt, ausgewertet und mit den Vorhersagen des mathematischen Zusammenhangs verglichen. Der Versuchsaufbau ermöglicht dabei durch Steuerung per Computer das Durchführen von Tauchbeschichtungsvorgängen mit einstellbaren Geschwindigkeiten zwischen 1 mm/s und 1500 mm/s. Die hergestellten Elastomerschichten werden daraufhin durch eine kontaktbehaftete Messung mithilfe eines Dektak 8 Profilometers untersucht und die Messdaten durch die integrierte Software aufbereitet. Die so ermittelten Schichtdickenverläufe der Elastomerschichten werden in der anschließenden Auswertung auf Reproduzierbarkeit und Homogenität untersucht und mit den Vorhersagen des mathematischen Zusammenhangs verglichen. In dem untersuchten Bereich können homogene Schichten zwischen 900 nm und 25 um mit einer maximalen Abweichung von 10 Prozent um ihren Schichtdickendurchschnitt hergestellt werden. Für die Herstellung der Elektrodenschicht werden verschiedene Elektrodenlösungen angesetzt und auf Leitfähigkeit sowie Eignung für die Tauchbeschichtung untersucht. Die im Tauchbeschichtungsverfahren hergestellten Elektroden zeigen dabei einen Flächenwiderstand von nur 7 kOhm/square und sind damit ausreichend leitfähig, um auch bei dynamischen Anwendungen im kHz Bereich eingesetzt werden zu können. Ergänzend wird für die Herstellung der Elektroden durch Tauchbeschichtung eine mögliche Anordnung vorgestellt, um eine einfache Kontaktierung der Elektrodenschichten zu ermöglichen. Weiterhin zeigt die Arbeit erstmals die Herstellung strangartiger DEW ohne zusätzliche Prozessschritte. Diese Geometrie ist derzeit mit anderen Verfahren gar nicht oder nur durch erhöhten Verfahrensaufwand zur Umformung von Folienwandlern herstellbar. Ein entsprechender Versuchsaktor mit einer aktiven Schicht und einer Länge von 48 mm demonstriert erfolgreich seine Funktionsfähigkeit durch das Anheben eines 70 g Gewichtes um 2 mm. Damit ist erstmals bewiesen, dass funktionsfähige DEW im Tauchbeschichtungsverfahren hergestellt werden können.

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