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Hannover Messe 2019 Forscher zeigen Pumpen und Ventile aus Silikonfolie

| Redakteur: Stéphane Itasse

Sie können mehr als „auf und zu“ oder „an und aus“: Die Ventile und Pumpen der Forschergruppe von Prof. Stefan Seelecke von der Universität des Saarlandes bestehen aus Silikonfolie.

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

Die Ingenieure können diese Pumpen und Ventile elektrisch ansteuern, sie vibrieren lassen und 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, wie die Universität mitteilt. Die Folienpumpen und -ventile signalisieren außerdem, wenn sie etwa ein Fremdkörper blockiert. Die Forscher passen sie jeder Gehäuseform an.

Pumpen und Ventile aus Folie können Störungen schnell anzeigen

Die Forscher erwarten einen großen Nutzen von der Neuentwicklung. Denn falls in Industrieanlagen kleine Ventile oder Pumpen ausfallen, kann einige Zeit ins Land gehen, bis der Fehler gefunden ist. Erst recht, wenn der Fehler sich erst spät auswirkt oder der Schaden sich in der Anlage weiterfrisst. Hat sich etwa ein Fremdkörper im Ventil verklemmt und schließt es nicht mehr richtig, kann es dauern, bis sich das Malheur zeigt.

Anders ist das bei den neuartigen Pumpen und Ventilen, die Seelecke und seine Forscher entwickelt haben: „Sie können ihren Zustand und ihre Funktion rückmelden. So kann das Ventil Feedback geben, ob es offen, geschlossen und auch, wie weit genau es geöffnet ist. Auch wenn ein Fremdkörper es nicht mehr schließen lässt, gibt es dies weiter“, erläutert der Professor.

Dielektrische Elastomere erlauben stufenlose Hübe

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 Hübe vollführen lassen. Sie kann auch jede gewünschte Stellung halten.

Mit einer Steuerung über Algorithmen im Hintergrund entwickeln die Forscher selbstregelnde Ventile und motorlose Pumpen. Diese Pumpen etwa brauchen keine beweglichen Teile. Das macht sie kompakt, flach und sehr energieeffizient. Außerdem kann der Volumenstrom über die angelegte Spannungsamplitude und nicht nur wie üblich über die Frequenz geregelt werden. Dadurch können sehr leise Pumpen hergestellt werden.

Pumpen und Ventile aus Silikonfolie äußerst energieeffizient

Die Folie und damit auch das jeweilige Bauteil haben selbst die Funktion eines Positionssensors. Jede Verformung der Folie lässt sich präzise einem Messwert der elektrischen Kapazität zuordnen. 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.

Die Folie an sich ist ein flaches Bauteil. Zudem ist die Technik kostengünstig in der Herstellung und die Bauteile sind leicht. Außerdem sind sie laut Mitteilung der Universität hundert Mal energieeffizienter als übliche Verfahren. Im Vergleich zu Magnetventilen etwa hat das Folienventil einen bis zu 400-mal geringeren Energieverbrauch.

Universität des Saarlandes auf der Hannover Messe 2019: Halle 2, Stand B 46

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