Dielektrische Elastomerfolien als Grundlage für Elastomersensoren, -aktoren und -generatoren.

Dielektrische Elastomerfolien als Grundlage für Elastomersensoren, -aktoren und -generatoren.

Magnetorheologische Elastomere (MRE) sind durch ihren einfachen Aufbau eine gute Alternative zu konventionellen Elektromotoren oder elektromagnetischen Schaltern. Dieses Material besteht aus Eisenpartikeln, die in Elastomeren eingebettet sind. Durch Magnetfelder lässt sich deren Steifigkeit und Form verändern und komplexe Bewegungen können erzeugt werden. Sie können als Dichtungen oder Ventile oder auch als weiche, haptische Elementen in Schaltelementen eingesetzt werden.
Dielektrische Elastomeraktoren (DEA) bestehen aus Elastomerfolien mit stark dehnbaren entgegengesetzt geladenen Elektroden auf beiden Seiten.

3D-Druckverteilungsmessung, zum Beispiel in Strümpfen.

3D-Druckverteilungsmessung, zum Beispiel in Strümpfen.

Wird eine elektrische Spannung angelegt, ziehen sich die beiden Elektroden an und die Folie wird dünner und gleichzeitig in ihrer Fläche größer. Diese Aktoren sind sehr leicht und geräuschlos und lassen sich daher gut als künstliche Muskeln in Prothesen oder Robotergreifern verwenden. Als dünne Membran eignen sich DEA aber auch für besonders leichte Lautsprecher.
Wird Druck oder Zug auf die dielektrische Elastomerfolie ausgeübt, ändert sich mit dem Dicke-Fläche-Verhältnis auch die elektrische Kapazität als Messgröße. So erhält man dielektrische Elastomersensoren (DES), die durch ihre hohe Flexibilität, Dehnbarkeit und thermischer wie auch chemischer Beständigkeit unter anderem in Textilien integriert werden können. Mit Matten aus DES kann zum Beispiel die Druckverteilung in Sitzen oder Matratzen gemessen werden. Sie erlauben aber auch eine dreidimensionale Druckmessung durch einen speziell für Diabetiker entwickelten Strumpf. »Bisherige Systeme sind als Einlegesohlen auf dem Markt und messen nur die Druckverteilung an der Unterseite des Fußes. Unsere Sensoren sind an der Strumpfsohle, der Ferse, dem Fußspann und dem Knöchel angebracht und zeichnen die Signale daher dreidimensional auf.

Das gibt es bislang noch nicht«, erläutert Dr. Bernhard Brunner, Wissenschaftler am ISC.
Dielektrische Elastomergeneratoren (DEG) ermöglichen eine neue, umweltschonende Energiegewinnung aus geringen Wasserströmungen kleiner Flüsse. „Die hohe Elastizität der eingesetzten Elastomerfolie macht die direkte Umwandlung von mechanischer in elektrische Energie möglich“, erklärt Dr. Brunner. „Die Folie wirkt wie ein Kondensator, der durch Wind oder Wasser mechanisch gedehnt wird und über die damit verbundene Kapazitätsänderung elektrische Energie erzeugt.“