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Forschung

Motorlose Pumpen und selbstdosierende Ventile entwickelt

| Redakteur: Lilli Bähr

Eine Forschergruppe der Universität des Saarlandes entwickelt Ventile und Pumpen aus dünner Silikonfolie. Die Folie ist beidseitig mit elektrisch leitfähigem Material bedruckt und kann dadurch genau gesteuert werden und Feedback geben.

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Die Ingenieure Philipp Linnebach (l.) und Steffen Hau (r.) aus dem Forscherteam von Stefan Seelecke mit Prototypen einer motorlosen Pumpe (Mitte) und eines smarten Ventils (vorne rechts) aus Folie.
Die Ingenieure Philipp Linnebach (l.) und Steffen Hau (r.) aus dem Forscherteam von Stefan Seelecke mit Prototypen einer motorlosen Pumpe (Mitte) und eines smarten Ventils (vorne rechts) aus Folie.
(Bild: Oliver Dietze)

Die Ventile und Pumpen der Forschergruppe von Prof. Stefan Seelecke von der Universität des Saarlandes bestehen aus Silikonfolie. Die Ingenieure können diese präzise elektrisch ansteuern, sie vibrieren lassen und sie erhalten gleichzeitig eine Rückmeldung über die Bewegung der Folie.

Das macht es möglich, den Durchfluss durch Ventile stufenlos zu regeln oder die Leistung einer Pumpe zu variieren. Die Folien-Pumpen und -Ventile signalisieren außerdem, wenn sie etwa ein Fremdkörper blockiert. Die Forscher können sie jeder Gehäuseform anpassen, so dass sie in der Praxis Einsatz finden können.

Prof. Seelecke erklärt: „Die Pumpen und Ventile können ihren Zustand und ihre Funktion rückmelden. So kann das Ventil Feedback geben, ob es offen, geschlossen und wie weit genau es geöffnet ist. Auch wenn ein Fremdkörper es nicht mehr schließen lässt, gibt es dies weiter.“

Silikonfolie ist mit elektrisch leitfähigem Material bedruckt

Die Ventile und Pumpen bestehen aus dünner Silikonfolie, die beidseitig mit elektrisch leitfähigem Material bedruckt ist. Die Wissenschaftler sprechen dabei von dielektrischen Elastomeren: „Legen wir eine elektrische Spannung an, bewirkt die elektrostatische Anziehung, dass die Folie sich in Dickenrichtung zusammenzieht und sich in der Fläche ausdehnt“, sagt Steffen Hau, promovierter Ingenieur in Seeleckes Team. Indem sie das elektrische Feld verändern, können die Ingenieure die Folie hochfrequent vibrieren oder stufenlose Hub-Bewegungen vollführen lassen. Sie kann auch jede gewünschte Stellung halten. „Das macht die Folie zu einem neuartigen Antrieb“, erklärt Hau.

Selbstregelnde Ventile und motorlose Pumpen

Mit einer Steuerung über Algorithmen im Hintergrund entwickeln die Forscher an der Saar-Universität und am Zentrum für Mechatronik und Automatisierungstechnik (Zema) selbstregelnde Ventile und motorlose Pumpen. „Für unsere Pumpen etwa brauchen wir keine beweglichen Teile. Sie kommen ohne einen Motor aus, der rotiert. Das macht sie kompakt, flach und energieeffizient“, erklärt Hau. „Außerdem kann der Volumenstrom der Pumpe über die angelegte Spannungsamplitude und nicht nur wie üblich über die Frequenz geregelt werden“, ergänzt er. Dadurch können sehr leise Pumpen hergestellt werden.

Folienventil kann Druckluft oder Flüssigkeiten dosieren

„Die Folie und damit auch das jeweilige Bauteil haben selbst die Funktion eines Positions-Sensors“, sagt Doktorand Philipp Linnebach, der als wissenschaftlicher Mitarbeiter an den Folien-Antrieben arbeitet. Jede Verformung der Folie lässt sich einem Messwert der elektrischen Kapazität zuordnen. „Messen wir die elektrische Kapazität, wissen wir genau, welche mechanische Auslenkung die Folie gerade angenommen hat“, erklärt Linnebach. In einer Regelungseinheit können die Bewegungsabläufe dadurch genau berechnet und programmiert werden. Und so kann auch das Folienventil Druckluft oder Flüssigkeiten exakt nach Bedarf dosieren.

Folie ist anpassbar, kostengünstig und energieeffizient

Die Folie an sich ist ein flaches Bauteil. „Wir haben die Technik aber so weiterentwickelt, dass wir sie in die gewünschte Bauform bringen können. Wir können sie also den jeweiligen Anforderungen der Praxis anpassen“, sagt Steffen Hau. Die Technologie ist kostengünstig in der Herstellung und die Bauteile sind leicht. Außerdem verbrauchen sie den Wissenschaftlern zufolge nur wenig Energie – sie sind hundertfach energieeffizienter als übliche Verfahren. Im Vergleich zu Magnet-Ventilen etwa soll das Folienventil einen bis zu 400-mal geringeren Energieverbrauch haben.

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