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Automatisierte Herstellung Dielektrischer Elastomer-Stapelwandler mittels Tauchbeschichtung

Hoffmann, Niklas Johannes (2018):
Automatisierte Herstellung Dielektrischer Elastomer-Stapelwandler mittels Tauchbeschichtung.
Institut EMK / FG M+EMS, [Master Thesis]

Abstract

In dieser Arbeit wird die automatisierte Herstellung Dielektrischer Elastomerstapelwandler (DESW) mittels Tauchbeschichtung untersucht. Dafür wird zunächst der Aufbau und die Funktionsweise eines Dielektrischen Elastomerwandlers (DEW) beschrieben und wie aus einem DEW ein DESW wird. Es wird ebenso auf wichtige Kenngrößen der Geometrie eingegangen und elektromechanische Zusammenhänge dargelegt. Nachdem voraussichtliche Vorteile der Tauchbeschichtung in Bezug auf die Herstellung von DESW erläutert wurden, wird das Tauchbeschichtungsverfahren im Allgemeinen und seine mathematischen Gesetzmäßigkeiten beschrieben. Zum Abschluss der Einleitung werden die Anforderungen an den Herstellungsprozess und die fertigen Wandler verdeutlicht. Um die Arbeit einzuordnen werden aktuelle Herstellungsverfahren für DESW kurz skizziert. Außerdem wird der Forschungsstand zur Herstellung von DESW mittels Tauchbeschichtung aufgezeigt. Eine Analyse zeigt, welche Komponenten für eine automatisierte Herstellung mittels Tauchbeschichtung benötigt werden. Der Beschreibung des angefertigten Versuchsaufbaus schließt sich die Prozessbeschreibung an. Diese zeigt, wie einzelne Elastomerschichten, Elektroden und vollständige Wandler hergestellt werden und vermessen werden. Der per Computer gesteuerte Versuchsaufbau erlaubt die Einstellung von verschiedenen Parametern wie z.B. die Anzahl aktiver Schichten, Auszuggeschwindigkeiten etc. Dabei fokussiert sich die Untersuchung der Elastomerschichten auf die Homogenität und Reproduzierbarkeit der Schichtdicken. Die Schichten werden untereinander verglichen. Zusätzlich wird ihr Verlauf entlang des Umfangs und der Länge eines Wandlers untersucht. Diese Messungen zeigen, dass bei letzterem keine feste Aussage möglich ist, da für die Schichtdicken kein Grenzwert feststellbar ist. Entlang des Umfangs und von Schicht zu Schicht kann eine maximale Abweichung von unter 20 Prozent um den Mittelwert herum festgestellt werden. Für die Elektroden ist die zuverlässige Herstellbarkeit mittels Tauchbeschichtung für DESWinteressant. Bisher konnten nur einzelne Elektrodenschichten erzeugt werden. Für die Anwendung bei Multilayer-Wandlern sind mögliche Lösungsansätze gefunden worden. Weitere Versuchsreihen mit optimierten Parametern sind notwendig. In dieser Arbeit konnten neue Vorgehensweisen zur Strukturierung und Kontaktierung der Elektroden erprobt werden. Dies wurde mit Graphitelektroden getestet, die durch einen Pinsel aufgetragen waren. Um eine strangartige Geometrie zu erreichen werden bei bisherigen Herstellungsmethoden flache Schichten mit aufwendigen Prozessschritten umgeformt. In dieser Arbeit können mittels Tauchbeschichtung strangartige DESW ohne weitere Umformschritte hergestellt worden. Ihre Vermessung zeigt eine quadratische Abhängigkeit zwischen elektrischer Feldstärke und Auslenkung. Die erreichten Auslenkungen der Wandler stimmen mit konventionell hergestellten Wandlern überein.

Item Type: Master Thesis
Erschienen: 2018
Creators: Hoffmann, Niklas Johannes
Title: Automatisierte Herstellung Dielektrischer Elastomer-Stapelwandler mittels Tauchbeschichtung
Language: German
Abstract:

In dieser Arbeit wird die automatisierte Herstellung Dielektrischer Elastomerstapelwandler (DESW) mittels Tauchbeschichtung untersucht. Dafür wird zunächst der Aufbau und die Funktionsweise eines Dielektrischen Elastomerwandlers (DEW) beschrieben und wie aus einem DEW ein DESW wird. Es wird ebenso auf wichtige Kenngrößen der Geometrie eingegangen und elektromechanische Zusammenhänge dargelegt. Nachdem voraussichtliche Vorteile der Tauchbeschichtung in Bezug auf die Herstellung von DESW erläutert wurden, wird das Tauchbeschichtungsverfahren im Allgemeinen und seine mathematischen Gesetzmäßigkeiten beschrieben. Zum Abschluss der Einleitung werden die Anforderungen an den Herstellungsprozess und die fertigen Wandler verdeutlicht. Um die Arbeit einzuordnen werden aktuelle Herstellungsverfahren für DESW kurz skizziert. Außerdem wird der Forschungsstand zur Herstellung von DESW mittels Tauchbeschichtung aufgezeigt. Eine Analyse zeigt, welche Komponenten für eine automatisierte Herstellung mittels Tauchbeschichtung benötigt werden. Der Beschreibung des angefertigten Versuchsaufbaus schließt sich die Prozessbeschreibung an. Diese zeigt, wie einzelne Elastomerschichten, Elektroden und vollständige Wandler hergestellt werden und vermessen werden. Der per Computer gesteuerte Versuchsaufbau erlaubt die Einstellung von verschiedenen Parametern wie z.B. die Anzahl aktiver Schichten, Auszuggeschwindigkeiten etc. Dabei fokussiert sich die Untersuchung der Elastomerschichten auf die Homogenität und Reproduzierbarkeit der Schichtdicken. Die Schichten werden untereinander verglichen. Zusätzlich wird ihr Verlauf entlang des Umfangs und der Länge eines Wandlers untersucht. Diese Messungen zeigen, dass bei letzterem keine feste Aussage möglich ist, da für die Schichtdicken kein Grenzwert feststellbar ist. Entlang des Umfangs und von Schicht zu Schicht kann eine maximale Abweichung von unter 20 Prozent um den Mittelwert herum festgestellt werden. Für die Elektroden ist die zuverlässige Herstellbarkeit mittels Tauchbeschichtung für DESWinteressant. Bisher konnten nur einzelne Elektrodenschichten erzeugt werden. Für die Anwendung bei Multilayer-Wandlern sind mögliche Lösungsansätze gefunden worden. Weitere Versuchsreihen mit optimierten Parametern sind notwendig. In dieser Arbeit konnten neue Vorgehensweisen zur Strukturierung und Kontaktierung der Elektroden erprobt werden. Dies wurde mit Graphitelektroden getestet, die durch einen Pinsel aufgetragen waren. Um eine strangartige Geometrie zu erreichen werden bei bisherigen Herstellungsmethoden flache Schichten mit aufwendigen Prozessschritten umgeformt. In dieser Arbeit können mittels Tauchbeschichtung strangartige DESW ohne weitere Umformschritte hergestellt worden. Ihre Vermessung zeigt eine quadratische Abhängigkeit zwischen elektrischer Feldstärke und Auslenkung. Die erreichten Auslenkungen der Wandler stimmen mit konventionell hergestellten Wandlern überein.

Uncontrolled Keywords: Mikro- und Feinwerktechnik Elektromechanische Konstruktionen Elektroaktive Polymere Herstellungsparameter Polymer-Stapelaktor Dünnschichttechnologie 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: 03 Apr 2018 11:22
Referees: Schlaak, Prof. Helmut F.
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