Elektroaktives Polymer Effizientes Druckluft-Ventil aus einfacher Folie

Redakteur: Dipl.-Ing. Dorothee Quitter

Forscher der Universität des Saarlandes haben eine neue Art von Schaltern und Ventilen entwickelt, die nur aus hauchdünner Folie bestehen. Sie können jede gewünschte Stellung halten und verbrauchen Energie nur, wenn sie schalten.

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Ingenieur Marc Hill, wissenschaftlicher Mitarbeiter von Prof. Stefan Seelecke, hat den Prototyp des Druckluft-Ventils aus Folie im Rahmen seiner Doktorarbeit mitentwickelt.
Ingenieur Marc Hill, wissenschaftlicher Mitarbeiter von Prof. Stefan Seelecke, hat den Prototyp des Druckluft-Ventils aus Folie im Rahmen seiner Doktorarbeit mitentwickelt.
(Bild: Univ. d. Saarlandes, Oliver Dietze)

Von handelsüblicher Frischhaltefolie unterscheidet sie sich auf den ersten Blick nicht wesentlich. Aber die unscheinbare Silikonfolie hat es in sich: Sie ist die Basis einer neuen Generation von Schaltern, Ventilen oder sogar motorlosen Pumpen. Ingenieure aus dem Forscherteam von Professor Stefan Seelecke an der Saar-Universität und am Zentrum für Mechatronik und Automatisierungstechnik haben die hauchdünne Folie umfunktioniert zu einem wandelbaren technischen Bauteil. Sie drucken hierzu jeweils einen schwarzen Ring auf beide Seiten der Folie. „Diese elektrisch leitfähige Schicht ermöglicht uns, eine elektrische Spannung an die Folie anzulegen“, erläutert Stefan Seelecke. Wenn die Ingenieure das elektrische Feld verändern, macht die Folie das, was sie wollen: Sie zieht sich zusammen, wölbt sich vor, zieht sich auseinander, hebt und senkt sich. Sie ist also „elektroaktiv“, deshalb auch ihre Bezeichnung als „elektroaktives Polymer“.

Bis zu 500-mal weniger Energieverbrauch

Die besondere Wandlungsfähigkeit nutzen die Ingenieure jetzt im Prototyp eines Druckluft-Ventils. Übliche Elektromagnet-Ventile schalten zwar sehr schnell, mit ihnen lässt sich jedoch die abgegebene Druckluftmenge nur bedingt verändern. Auch verbrauchen diese Energie, um eine bestimmte Position zu halten. „Dies ist beim elektroaktiven Polymer anders. Es verbraucht Energie nur, wenn es tatsächlich die Ventil-Position ändert. Im Vergleich zu Magnet-Ventilen bedeutet das bis zu 500-mal weniger Energieverbrauch“, erklärt Ingenieur Marc Hill. Der wissenschaftliche Mitarbeiter von Stefan Seelecke hat den Prototyp im Rahmen seiner Doktorarbeit mitentwickelt.

Druckluft per Ventil exakt dosieren

Besonderer Vorteil: Mit dem Folienventil ist es möglich, Druckluft exakt nach Bedarf zu dosieren. „Wir setzen die Folie selbst zugleich als Positions-Sensor ein, wodurch wir das Ventil präzise steuern können“, erläutert Professor Seelecke. Die Forscher können hierfür die einzelnen Stellungen der Folie – also wie sie sich gerade verformt – genau entsprechenden Werten der elektrischen Kapazität zuordnen. „Anhand von Messwerten können wir anschließend also exakte Rückschlüsse auf die Form der Folie, ihre so genannte mechanische Auslenkung, ziehen. Dadurch hat das Bauteil zugleich sensorische Eigenschaften“, sagt Marc Hill. In der Regelungseinheit können auf diesem Wege Bewegungsabläufe genau berechnet und programmiert und so das Ventil präzise nach Bedarf bewegt werden – und zwar in jeder gewünschten Zwischenstellung zwischen „ein“ und „aus“. Auf der Hannover Messe zeigen die Ingenieure ihr Verfahren am Prototyp des Druckluft-Ventils. (qui)

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