Demonstrator entwickelt Dämpfen von Schwingungen mit elektroaktiven Elastomeren

Elektroaktive Elastomere bieten Entwicklungsansätze für Aktoren, die sich wie Muskeln verformen. Eine potenzielle Anwendung ist die aktive Schwingungsdämpfung. Erste Ergebnisse liefert ein Demonstrator. Er zeigt ein besseres Dämpfungsverhalten bei reduziertem Bauraum im Vergleich zu passiven Dämpfungselementen.

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In stark schwingenden technischen Systemen müssen große Bewegungen kompensiert und gedämpft werden. Klassischerweise geschieht das mit Elastomerbauteilen als passiven Dämpfungselementen. Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit (LBF), Darmstadt, haben nun einen Dämpfer auf Elastomerbasis entwickelt, der sich selbst verformen kann.

Dämpfer erzeugt Gegenschwingungen selbst

Der neuartige Dämpfer kann Gegenschwingungen zur Kompensation erzeugen. Dadurch lassen sich laut Fraunhofer LBF störende Schwingungen viel effektiver bekämpfen. Aus zu dämpfenden Schwingungen könne man sogar elektrische Energie gewinnen, heißt es.

Entwickelt wurde ein Stapelaktor, der die Eigenschaften elektroaktiver Elastomere nutzt. Ein Demonstrator zeigt das Potenzial dieser Entwicklung (Bild 1).

Ziel des Fraunhofer LBF ist die Realisierung von Aktoren auf Basis von Funktionswerkstoffen, um die Dämpfungscharakteristik zu verbessern und den notwendigen Bauraum zu reduzieren. Dafür empfehlen sich besonders elektroaktive Elastomere (EAE), die in den vergangenen Jahren ins Blickfeld industrieller Anwender gerückt sind.

Dennoch gibt es erst wenige kommerzielle Anbieter aktiver Komponenten aus elektroaktiven Elastomeren. Untersuchungsergebnisse liegen meist von manuell gefertigten Labormustern vor. Der Weg zu standardisierten, kostengünstigen Dämpfungsaktoren muss noch beschritten werden. Der Demonstrator kann dabei die Richtung zeigen. Zurzeit wird am Aufbau eines größeren Aktors gearbeitet.

Aufbau eines elektrostatischen Feldes führt zur mechanischen Verformung

Wie Piezokeramiken gehören elektroaktive Elastomere zu den sogenannten Smart Materials. Kennzeichnend für diese Werkstoffe ist, dass sie sich mechanisch verändern, sobald ein elektrostatisches Feld und damit eine elektrische Spannung auf sie wirken. Im Vergleich zu Piezowandlern dehnen sich EAE-Wandler stärker aus bei Wirkung deutlich kleinerer Kräfte.

Jedes Elastomer hat dabei unterschiedliche spezifische Kenngrößen. So lassen sich die weitverbreiteten dielektrischen Silikone bezüglich Kraftaufbau und Dehnungsvermögen mit natürlichen Muskeln vergleichen. Sie werden daher oft als „artificial muscles“ bezeichnet.

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