DE102004011029B4

DE102004011029B4 - Stacked polymer actuator and method of making the same

Info

Publication number: DE102004011029B4
Application number: DE102004011029A
Authority: DE
Inventors: Frank Dr. Arndt; Arno Dr. Steckenborn; Matthias Dr. Stössel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-03-04
Filing date: 2004-03-04
Publication date: 2009-11-19
Anticipated expiration: 2024-03-05
Also published as: DE102004011029A1; WO2005086249A1

Abstract

Polymeraktor, bei dem ein Stapel (11) aus abwechselnd geschichteten elektrisch leitfähigen Elektrodenlagen (13a, 13b) und Polymerlagen (12) gebildet ist, wobei
der Stapel (11) an seiner durch die Gesamtheit der Lagenränder gebildeten Seitenfläche (16) einen ersten (17a) und einen hiervon elektrisch getrennten zweiten (17b) Kontaktierungsbereich aufweist und wobei die Elektrodenlagen (13a, 13b) bezogen auf die Schichtfolge abwechselnd
– entweder mit ihrem Lagenrand einen Teil des ersten Kontaktierungsbereiches (17a) bilden, während der Lagenrand von dem zweiten Kontaktierungsbereich (17b) einen elektrisch isolierenden Abstand aufweist,
– oder mit ihrem Lagenrand einen Teil des zweiten Kontaktierungsbereiches (17b) bilden, während der Lagenrand von dem ersten Kontaktierungsbereich (17a) einen elektrisch isolierenden Abstand aufweist,
wobei
sich die Fläche der Polymerlagen (12) in Stapelrichtung des Stapels derart verkleinert, dass sich ein treppenartiger Querschnitt des Polymeraktors ergibt, und die Elektrodenlagen (13a, 13b)
– auf der einen Seite derart an die Fläche der jeweils benachbarten...Polymer actuator in which a stack (11) of alternately layered electrically conductive electrode layers (13a, 13b) and polymer layers (12) is formed, wherein
the stack (11) has a first (17a) and an electrically isolated second (17b) contacting region on its side surface (16) formed by the entirety of the layer edges, and wherein the electrode layers (13a, 13b) alternate with respect to the layer sequence
Either form part of the first contacting region (17a) with its layer edge, while the layer edge of the second contacting region (17b) has an electrically insulating spacing,
Or form a part of the second contacting region (17b) with its layer edge, while the layer edge of the first contacting region (17a) has an electrically insulating spacing,
in which
the area of the polymer layers (12) in the stacking direction of the stack is reduced such that a step-like cross-section of the polymer actuator results, and the electrode layers (13a, 13b)
- On the one hand to the surface of each adjacent ...

Description

Die Erfindung betrifft einen Polymeraktor, bei dem ein Stapel aus abwechselnd geschichteten elektrisch leitfähigen Elektrodenlagen und insbesondere elektroaktiven Polymerlagen gebildet ist.The The invention relates to a polymer actuator in which a stack of alternating layered electrically conductive Electrode layers and in particular electroactive polymer layers formed is.

Ein Polymeraktor dieser Bauform ist beispielsweise aus einem Konferenzbeitrag von M. Jungmann u. a. zum 47. internationalen wissenschaftlichen Kolloquium an der technischen Universität Ilmenau vom 23. bis zum 26. September 2002 bekannt. Danach können Stapelaktoren aus einer abwechselnden Schichtfolge von aufgeschleuderten Elastomerfilmen beispielsweise aus Silikon und aufgesprühten Graphitpulverschichten ausgebildet sein. Die Graphitschichten bilden Elektroden, wobei jeweils aufeinander folgende Elektroden gegenpolig kontaktiert werden können. Durch Anlegen einer Spannung an die benachbarten Elektroden wird daher ein elektrisches Feld in der zwischen diesen Elektroden befindlichen Elastomerschicht erzeugt, welches aufgrund der Eigenschaften des Elastomerfilms zu einer reversiblen Verformung desselben führt, da sich die Elektroden anziehen. Das Anlegen einer Spannung hat daher eine Verringerung der Höhe des gebildeten Stapelaktors zur Folge. Eine gegenpolige Kontaktierungsmöglichkeit der jeweils benachbarten Graphitpulverschichten kann durch eine geeignete Maskierung des zugehörigen Elastomerfilms vor dem Aufsprühen des Graphitpulvers geschaffen werden. An Stelle von Silikon kann auch ein elektroaktives Polymer wie z. B. PMMA (Polymethyl Methacrylat) als Polymerschicht verwendet werden.One Polymer actuator of this design, for example, from a conference contribution by M. Jungmann u. a. to the 47th international scientific Colloquium at the Technical University Ilmenau from the 23rd to the 26th September 2002 known. After that you can Stacking actuators from an alternating layer sequence of spin-coated elastomer films for example, silicone and sprayed graphite powder layers be educated. The graphite layers form electrodes, wherein each successive electrodes are contacted opposite pole can. By applying a voltage to the adjacent electrodes therefore an electric field in between these electrodes Elastomer produced, which due to the properties of the Elastomeric film leads to a reversible deformation thereof, since tighten the electrodes. The application of a voltage therefore has a Reduction in height of the stack actuator formed result. A gegenpolige contacting possibility The adjacent graphite powder layers can by a appropriate masking of the associated Elastomer film before spraying of the graphite powder are created. In place of silicone can also an electroactive polymer such. B. PMMA (polymethyl methacrylate) as Polymer layer can be used.

Gemäß der DE 33 21 435 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung piezoelektrischer Bauelemente beschrieben, welche durch einen Stapel von piezoelektrischen Schichten hergestellt werden. Zwischen jeder dieser piezoelektrischen Schichten ist eine Elektrodenlage vorgesehen, wobei diese Elektrodenlagen jeweils wechselseitig zur einen und zur anderen Seite des Stapels geführt werden, in der Art, dass dort eine elektrische Kontaktierung mittels einer seitlich angebrachten Elektrodenbeschichtung erfolgen kann. Außerdem ist es gemäß der US 4,814,659 bekannt, dass Piezoaktoren mit einem Stapel von piezoelektrischen Schichten hergestellt werden können, deren Fläche kontinuierlich abnimmt. Hierdurch kann eine kegelartige Struktur erzeugt werden, mit deren Hilfe sich in dem Piezoaktor auftretende Spannungen minimieren lassen. Hierdurch können Beschädigungen beim Gebrauch des Piezoaktors verhindert werden.According to the DE 33 21 435 A1 For example, a method of manufacturing piezoelectric devices fabricated by a stack of piezoelectric layers is described. Between each of these piezoelectric layers, an electrode layer is provided, wherein these electrode layers are each mutually guided to one and the other side of the stack, in such a way that there electrical contact can be made by means of a laterally mounted electrode coating. Besides, it is according to the US 4,814,659 It is known that piezoelectric actuators can be produced with a stack of piezoelectric layers whose area decreases continuously. In this way, a conical structure can be generated, with the help of which can be minimized voltages occurring in the piezoelectric actuator. As a result, damage during use of the piezoelectric actuator can be prevented.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Polymeraktor mit einem Stapel aus abwechselnd geschichteten elektrisch leitfähigen Elektrodenlagen und Polymeren anzugeben, welcher einfach und kostengünstig hergestellt werden kann.The The object of the invention is a polymer actuator with a Stack of alternately layered electrically conductive electrode layers and Specify polymers, which can be easily and inexpensively manufactured.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Stapel an seiner durch die Gesamtheit der Lagenränder gebildeten Seitenfläche einen ersten und einen hiervon elektrisch getrennten zweiten Kontaktierungsbereich aufweist, wobei die Elektrodenlagen bezogen auf die Schichtfolge abwechselnd entweder mit ihrem Lagenrand einen Teil des ersten Kontaktierungsbereiches bilden, während der Lagenrand von dem zweiten Kontaktierungsbereich einen elektrisch isolierenden Abstand aufweist oder mit ihrem Lagenrand einen Teil des zweiten Kontaktierungsbereiches bilden, während der Lagenrand von dem ersten Kontaktierungsbereich einen elektrisch isolierenden Abstand aufweist. Als Seitenfläche im Sinne der Erfindung wird die gesamte Fläche des Stapels verstanden, welche sich durch die Gesamtheit der Lagenränder von der ersten bis zur letzten Lage des Stapels ergibt. Diese Seitenfläche kann dabei durch eine einzige zusammenhängende Fläche (beispielsweise Mantelfläche eines zylindrischen Stapels) oder auch durch mehrere Teilflächen (beispielsweise vier Seiten eines Stapels mit quadratischer Grundfläche) gebildet sein.These Task is inventively characterized solved, that the stack formed at its by the entirety of the ply edges side surface a first and an electrically separate second contacting region , wherein the electrode layers based on the layer sequence alternately either with its layer edge part of the first contacting region form during the Layer edge of the second contact area an electrically having insulating distance or with its edge of the sheet a part of the second contacting region, while the ply edge of the first contact area an electrically insulating distance having. As a side surface For the purposes of the invention, the entire surface of the stack is understood, which extends through the entirety of the ply margins from the first to the last Location of the stack results. This side surface can be replaced by a single contiguous area (for example lateral surface a cylindrical stack) or by several partial surfaces (for example four sides of a stack with square base) formed be.

Erfindungsgemäß ist außerdem vorgesehen, dass sich die Fläche der Polymerlagen in Stapelrichtung des Stapels kontinuierlich verkleinert und die Elektrodenlagen derart an die Fläche der jeweils benachbarten Polymerlagen angepasst sind, dass der elektrisch isolierende Abstand zum betreffenden Kontaktierungsbereich gewährleistet ist. Die Stapelrichtung des Stapels erstreckt sich im Sinne der Erfindung senkrecht zur Oberfläche der Lagen. Durch die kontinuierliche Verkleinerung der Fläche der Polymerlagen ergibt sich im Schnitt des Stapels gesehen daher ein treppenartiger Aufbau. Dieser Aufbau hat den Vorteil, dass die stufenartigen Seitenflächen des Stapels eine größere Kontaktierungsfläche der einzelnen Elektrodenlage im jeweiligen Kontaktierungsbereich zur Verfügung stellen. Daher kann die Kontaktierung der mit dem jeweiligen Kontaktierungsbereich verbundenen Elektrodenlagen besonders zuverlässig erfolgen.According to the invention, it is also provided that the area the polymer layers in the stacking direction of the stack continuously reduced and the electrode layers in such a way to the surface of each adjacent Polymer layers are adapted to the electrically insulating distance is ensured to the relevant contact area. The stacking direction of the stack extends perpendicular to the invention within the meaning of the invention surface the layers. By the continuous reduction of the area of the Therefore, polymer layers are seen in the section of the stack staircase-like construction. This structure has the advantage that the step-like Side surfaces of the Stack a larger contact area of each Provide the electrode layer in the respective contacting area. Therefore, the contacting with the respective contacting area connected electrode layers are particularly reliable.

Die erfindungsgemäße Form der Elektrodenlagen, die einerseits vom Lagenrand der Polymerlage zum einen Kontaktierungsbereich hin beabstandet ist und am anderen Kontaktierungsbereich den Lagenrand berühren, ermöglicht vorteilhaft eine einfache abwechselnde Kontaktierung der jeweils benachbarten Elektrodenlagen, indem auf die beiden Kontaktierungsbereiche beispielsweise eine elektrisch leitende Beschichtung aufgebracht wird, welche die Elektrodenschichten jeweils eines Kontaktierungsbereiches untereinander verbindet. Die beiden Kontaktierungs bereiche ermöglichen dann das Anlegen einer Spannung zur Betätigung des Polymeraktors.The inventive form the electrode layers, on the one hand from the ply edge of the polymer layer on the one hand contacting area is spaced and at the other Contact area touch the edge of the layer, advantageously allows easy alternating contacting of the respective adjacent electrode layers, by the two contacting areas, for example, a electrically conductive coating is applied, which the electrode layers each one of Kontaktierungsbereiches interconnected. The two Kontaktierungs areas then allow the creation of a Voltage for actuation of the polymer actuator.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Stapel aus Abschnitten eines bahnförmigen Halbzeugs zusammengesetzt ist, wobei das Halbzeug als Polymerband mit darauf aufgebrachter Elektrodenlage ausgebildet ist, derart, dass der Lagenrand der Elektrodenlage an die eine Seitenkante des Polymerbandes heranreicht und von der anderen Seitenkante einen Abstand aufweist, und dass die Abschnitte derart geschichtet sind, dass abwechselnd Seitenkanten mit und ohne Elektrodenlage aufeinanderfolgen. Als Seitenkanten des Polymerbandes werden im Sinne der Erfindung die beiden Ränder des Bandes entlang seiner Längsausdehnung verstanden.According to an advantageous embodiment of The invention provides that the stack is composed of sections of a sheet-like semifinished product, wherein the semifinished product is designed as a polymer strip with electrode layer applied thereon, such that the layer edge of the electrode layer reaches to one side edge of the polymer strip and is spaced from the other side edge, and that the sections are layered such that alternate side edges with and without electrode layer follow each other. For the purposes of the invention, the lateral edges of the polymer strip are understood to be the two edges of the band along its longitudinal extent.

Die Verwendung eines Polymerbandes zur Herstellung eines bahnförmigen Halbzeuges hat den Vorteil, dass das Halbzeug mit hoher Effizienz in der Serienfertigung hergestellt werden kann. Das Polymerband kann als Ausgangsmaterial direkt vom Bandhersteller bezogen werden und muss zur Fertigstellung des Halbzeugs lediglich mit der Elektrodenlage unter Einhaltung des geforderten Abstandes von einer der Seitenkanten des Polymerbandes beschichtet werden. Die Beschichtung kann beispielsweise durch Aufbringung von Graphitpulver erfolgen. Die beschichteten Polymerlagen für die herzustellenden Polymeraktoren können aus dem Halbzeug durch Ablängen desselben gewonnen werden.The Use of a polymer strip for producing a sheet-like semifinished product has the advantage that the semi-finished product with high efficiency in series production can be produced. The polymer tape can be used as starting material directly from the tape manufacturer and must be completed of the semi-finished product only with the electrode layer in compliance the required distance from one of the side edges of the polymer tape be coated. The coating can be applied, for example, by application made of graphite powder. The coated polymer layers for the produced Polymer actuators can from the semifinished product by cutting to length be obtained from the same.

Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Erzeugen von Stapelaktoren. Ein solches Verfahren ist in dem eingangs erwähnten Konferenzbeitrag beschrieben. Der herzustellende Stapelaktor wird durch Aufschleudern und Aushärten eines Elastomerfilms auf eine rotierende Unterlage und anschließendes Druckluftbeschichten dieses Elastomerfilms mit Graphitpulver und eine Wiederholung dieses Vorgangs entsprechend der Anzahl der herzustellenden Schichten des Stapelaktors erzeugt.Farther The invention relates to a method for producing stack actuators. Such a method is described in the conference paper mentioned above. The Stapelaktor to be produced by spin-coating and curing a Elastomer film on a rotating surface and then compressed air coating this elastomeric film with graphite powder and a repeat of this Operation according to the number of layers to be produced Stack actuator generated.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Erzeugen von Polymeraktoren in Stapelbauform anzugeben, welches kostengünstig ist und sich zur Serienherstellung der Polymeraktoren eignet.task The invention is a process for producing polymer actuators specify in stack design, which is inexpensive and for mass production the polymer actuators is suitable.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Erzeugen eines Polymeraktors mit einem Stapel aus abwechselnd geschichteten elektrisch leitfähigen Elektrodenlagen und insbesondere elektroaktiven Polymerlagen gelöst, bei dem die Polymerlagen mit Elektrodenlagen beschichtet werden, derart, dass der Lagenrand der Elektrodenlagen jeweils teilweise unter Ausbildung eines Kontaktabschnittes an den Lagenrand der Polymerlage zumindest weitgehend heranreichen und teilweise unter Ausbildung eines Isolierabschnittes von diesen einen Abstand aufweisen, und die beschichteten Polymerlagen aufeinandergeschichtet werden, derart, dass die Kontaktabschnitte und die Isolierabschnitte jeweils jeder zweiten Polymerlage übereinander liegen und dass die Kontaktabschnitte beim Schichten abwechselnd zur Bildung eines ersten oder eines zweiten Kontaktierungsbereiches für die Elektrodenlagen beitragen. Hierdurch werden die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Polymeraktor beschriebenen Vorteile erreicht, insbesondere, dass durch die gebildeten Kontaktierungsbereiche eine einfache Kontaktierung der beiden Gruppen von Elektrodenlagen ermöglicht wird. Diese Kontaktierung kann insbesondere durch Aufbringung von Elektrodenschichten auf den Kontaktierungsbereich erfolgen.These The object is achieved by a A method of producing a polymer actuator comprising a stack alternately layered electrically conductive electrode layers and in particular electroactive Dissolved polymer layers, in which the polymer layers are coated with electrode layers, that the ply edge of the electrode layers each partially under training a contact portion of the sheet edge of the polymer layer at least largely come close and partially to form a Isolierabschnittes spaced therefrom and the coated polymer layers be stacked, such that the contact portions and the insulating portions of each second polymer layer on top of each other lie and that the contact sections in layers alternately for forming a first or a second contacting region for the Contribute electrode layers. This will already be related described with the polymer actuator according to the invention Advantages achieved, in particular, that through the contact areas formed a simple contacting of the two groups of electrode layers allows becomes. This contacting can in particular by application of Electrode layers take place on the contacting area.

Erfindungsgemäß werden hierfür die Bahnen des Halbzeugs trapezförmig ausgebildet, wobei die Seitenkanten die Trapezschenkel bilden. Wird eine solche trapezförmige Bahn aufgerollt, so entsteht nach dem Zerlegen der Rolle eine Anzahl von Stapelaktoren, bei den sich die Fläche der Polymerlagen in Stapelrichtung des Stapels kontinuierlich verkleinert. Der Abstand des Lagenrandes der Elektrodenlage von der einen Seitenkante des trapezförmigen Halbzeugs muss so bemessen sein, dass der elektrisch isolierende Abstand zum betreffenden Kontaktierungsbereich gewährleistet ist, so dass jede Elektrodenlage jeweils nur mit dem anderen Kontaktierungsbereich in Verbindung steht. Durch Verwendung des trapezförmig ausgebildeten Halbzeugs lassen sich Polymeraktoren mit dem bereits beschriebenen treppenartigen Querschnitt und den damit verbundenen Vorteilen erzeugen.According to the invention therefor the tracks of the semifinished product trapezoidal formed, wherein the side edges form the trapezoidal legs. Becomes such a trapezoidal Roll rolled up, so arises after disassembling the role a number of stack actuators, in which the area of the polymer layers in the stacking direction of the stack is continuously reduced. The distance of the ply edge the electrode layer of the one side edge of the trapezoidal semifinished product must be dimensioned so that the electrically insulating distance to the guaranteed contact area, so that each Electrode layer only with the other contact area communicates. By using the trapezoidal shaped Semi-finished can be polymer actuators with the already described staircase-like cross-section and produce the associated benefits.

Es ist günstig, wenn die Bahnen des Halbzeugs während des Aufwickelns auf die Walze derart verformt werden, dass der trapezförmige Verlauf der Bahnen erzeugt wird. Hierbei kann vorteilhaft als Halbzeug eine Bahn aus einem Polymerband und einer Elektrodenlage mit parallelen Seitenkanten verwendet werden, welches sich einfach herstellen lässt. Der trapezförmige Verlauf der Bahnen wird dann durch eine gezielte Verformung des Halbzeugs erzeugt. So lässt sich durch eine Streckung des Halbzeugs in Richtung des Bahnverlaufs die Breite desselben kontinuierlich oder auch in Stufen verringern, durch eine Streckung des Halbzeugs im rechten Winkel zum Bahnverlauf die Breite der Bahn vergrößern. Im verformten Zustand wird die Bahn dann aufgerollt, wobei dieser Zustand in den fertiggestellten Stapelaktoren erhalten bleibt. Im verformten Zustand der Polymerlagen liegen in dieser Spannungen in einer Richtung vor, die zu einer bevorzugten Verformung der Polymerlage im rechten Winkel zu diesen Spannungen führen, sobald die Polymerlage einem elektrischen Feld ausge setzt wird. Hinsichtlich eines notwendigen Einbauraumes für den Stapelaktor ist diese bevorzugte Verformung der Polymerlagen jedoch unschädlich, da sie sich in derjenigen Richtung bevorzugt verformt, in der die Spannungen auch zu einer Verringerung der Abmessungen der Polymerlage geführt haben.It is cheap, if the tracks of the semi-finished product during of the winding on the roller are deformed such that the trapezoidal course the tracks is generated. This can be advantageous as a semi-finished a Web of a polymer tape and an electrode layer with parallel Side edges are used, which can be easily produced. Of the trapezoidal Course of the webs is then by a deliberate deformation of the Semi-finished produced. So lets by stretching the semifinished product in the direction of the course of the web reduce the width of the same continuously or in stages, by an extension of the semifinished product at right angles to the trajectory Increase the width of the track. in the deformed state, the web is then rolled up, this condition maintained in the finished stack actuators. Im deformed Condition of the polymer layers are in these voltages in one direction before, leading to a preferred deformation of the polymer layer in the right Angles lead to these voltages, as soon as the polymer layer is exposed to an electric field. With regard to a necessary installation space for the stack actuator this is However, preferred deformation of the polymer layers harmless because they are preferably deformed in the direction in which the stresses have also led to a reduction in the dimensions of the polymer layer.

Eine vorteilhafte Variante des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein bahnförmiges Halbzeug hergestellt wird, wobei das Halbzeug durch Beschichtung eines Polymerbandes mit der Elektrodenlage gewonnen wird, derart, dass der Lagenrand der Elektrodenlage an die eine Seite des bahnförmigen Halbzeugs zumindest weitgehend heranreicht und von der anderen Seitenkante einen Abstand aufweist, und das bahnförmige Halbzeug in die Polymerlagen bildende Abschnitte zerlegt wird. Wie bereits erläutert, lässt sich das bahnförmige Halbzeug vorteilhaft einfach, insbesondere mit einer vergleichsweise hohen Produktionsgeschwindigkeit herstellen, wobei sich die Abschnitte zur Bildung der Polymerlagen des Stapelaktors durch einfaches Ablängen gewinnen lassen. Diese können beispielsweise anschießend zu den Stapelaktoren zusammengefügt werden.A advantageous variant of the method is characterized in that that a sheet-shaped semi-finished product is produced, wherein the semifinished product by coating a polymer tape is obtained with the electrode layer, such that the ply edge of the Electrode layer to the one side of the sheet-like semifinished product at least largely reaches and from the other side edge a distance has, and the web-shaped Semi-finished product is decomposed into the polymer layers forming sections. As already explained, let yourself the web-shaped Semi-finished advantageous simple, especially with a comparatively produce high production speed, with the sections to gain the formation of the polymer layers of the stack actuator by simply cutting to length to let. these can for example be joined to the stacking actuators.

Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn vor dem Zerlegen des Halbzeuge in Abschnitte zwei Bahnen des Halbzeugs derart geschichtet werden, dass jeweils die Seitenkanten mit und ohne Elektrodenlage übereinanderliegen und die geschichteten Bahnen des Halbzeugs auf eine Walze aufgerollt werden, wobei bei dem Zerlegen des Halbzeugs die Stapel entstehen. Hierdurch entfällt die Notwendigkeit, einzelne Abschnitte von Polymerlagen vor dem Zusammenfügen zu Stapelaktoren zu handhaben. Vielmehr können durch das Zerlegen nach dem Aufrollen des Halbzeugs bereits die fertigen Stapelaktoren hergestellt werden, wodurch vorteilhaft der Fertigungsprozess bedeutend an Effektivität gewinnt.Especially However, it is advantageous if, before the dismantling of the semi-finished in Sections two sheets of semis are layered so that each side edges with and without electrode layer over each other and the layered webs of the semifinished product are rolled up on a roll, wherein at the disassembly of the semifinished product, the stacks arise. hereby deleted the need to separate sections of polymer layers prior to assembly into stack actuators to handle. Rather, you can by disassembling after rolling up the semi-finished already the finished stack actuators are produced, which advantageously the Manufacturing process gains significantly in effectiveness.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der erste und der zweite Kontaktierungsbereich einer selektiven Ätzbehandlung unterworfen werden, derart, dass die zur Kontaktierung vorgesehene Fläche der Elektrodenschichten vergrößert wird. Hierdurch können vorteilhaft beispielsweise Fertigungsungenauigkeiten bei der Beschichtung der Polymerlagen mit der Elektrodenlage ausgeglichen werden, da die Elektrodenlage auch dann zur Kontaktierung im Kontaktierungsbereich freigelegt wird, wenn diese nicht bis an den Lagenrand der Polymerschicht heranreicht. Auch für den Fall, dass der Lagenrand der Elektrodenlage mit dem Lagenrand der Polymerlage genau abschließt, kann durch eine selektive Ätzbehandlung vorteilhaft die zur Kontaktierung zur Verfügung stehende Fläche der Elektrodenlage vergrößert werden.Farther it is advantageous if the first and the second contacting area a selective etching treatment be subjected, such that the intended for contacting area the electrode layers is increased. This can be advantageous For example, manufacturing inaccuracies in the coating of Polymer layers are compensated with the electrode layer, as the Electrode layer also for contacting in the contacting area is exposed, if they are not up to the edge of the polymer layer zoom ranges. Also for the case that the ply edge of the electrode layer with the ply edge the polymer layer exactly closes, can be advantageous by a selective etching treatment which are available for contacting standing area the electrode layer can be increased.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. Hierbei zeigenFurther Details of the invention are described below with reference to the drawing described. Show here

1 und 2 Polymeraktoren gemäß dem Stand der Technik als schematische Schnitte, 1 and 2 Polymer actuators according to the prior art as schematic sections,

3 schematisch die Seitenansicht und die Aufsicht auf eine Fertigungsanlage zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, 3 1 is a schematic side view and a plan view of a production plant for carrying out an embodiment of the method according to the invention;

4 das Detail IV gemäß 3a, 4 the detail IV according to 3a .

5 den Schnitt V-V gemäß 3a. 5 the section VV according to 3a ,

Ein Polymeraktor gemäß 1 besteht aus einem Stapel 11, bei dem abwechselnd Polymerlagen 12 und Elektrodenlagen 13a, 13b aufeinanderliegen. Jeweils eine Polymerlage 12 bildet mit einer der Elektrodenlagen 13a, 13b eine Einheit, die vor dem Zusammenfügen des Stapels 11 als Abschnitt eines bahnförmigen Halbzeugs hergestellt wurde (vgl. 3a). Die Abschnitte im Stapel 11 weisen Seitenkanten 15a, 15b auf, wobei die Elektrodenlagen 13a bis an die zugehörigen Seitenkanten 15a heranreichen und die Elektrodenlagen 13b an die Seitenkanten 15b. Hierdurch entstehen an der Seitenfläche 16 des Stapels die Kontaktierungsbereiche 17a, 17b.A polymer actuator according to 1 consists of a stack 11 in which alternately polymer layers 12 and electrode layers 13a . 13b lie on one another. One polymer layer each 12 forms with one of the electrode layers 13a . 13b a unit before the assembly of the pile 11 was produced as a section of a sheet-like semi-finished product (see. 3a ). The sections in the stack 11 have side edges 15a . 15b on, with the electrode layers 13a to the associated side edges 15a approach and the electrode layers 13b to the side edges 15b , This results in the side surface 16 of the stack, the contacting areas 17a . 17b ,

Der Kontaktierungsbereich 17a ist direkt nach der Herstellung des Stapels 11 durch Schichten dargestellt. Die Darstellung des Kontaktierungsbereiches 17b zeigt den Zustand desselben nach einem anschließenden, selektiven Ätzschritt, wodurch das Material der Polymerlagen 12 abgetragen wurde und so die Elektrodenlagen 13b eine größere Fläche für die anschließende Aufbringung einer Elektrodenschicht 18b zur Verfügung stellt. Die Elektrodenschicht kann gleichzeitig unter die unterste Polymerlage geführt werden, wo sie die Funktion einer dort fehlenden Elektrodenlage übernimmt.The contacting area 17a is right after the production of the stack 11 represented by layers. The representation of the contacting area 17b shows its state after a subsequent, selective etching step, whereby the material of the polymer layers 12 was removed and so the electrode layers 13b a larger area for the subsequent application of an electrode layer 18b provides. At the same time, the electrode layer can be guided under the lowest polymer layer, where it performs the function of a missing electrode layer.

Die Varianten der weiteren Ausführungsbeispiele sind, soweit sich Übereinstimmungen ergeben, mit denselben Bezugszeichen wie der Polymeraktor gemäß 1 versehen und werden nur insoweit erläutert, wie sich Unterschiede zu der bereits beschriebenen Bauform ergeben.The variants of the further exemplary embodiments are, as far as matches, with the same reference numerals as the polymer actuator according to 1 provided and are explained only insofar as there are differences from the design already described.

Bei dem Polymeraktor gemäß 2 besteht der Stapel 11 aus ringförmigen Polymerlagen 12, wobei sich die Seitenfläche 16 aus dem Außenmantel sowie der entstehenden Lochwand im Stapel zusammengesetzt. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, die Elektrodenlagen 13a durch die Elektrodenschicht 18a außen auf der Mantelfläche des Stapels 11 zu kontaktieren, während die Elektrodenschichten 13b mittels der Elektrodenschicht 18b im Durchgangsloch kontaktiert sind. Weiterhin ist eine Spannungsquelle 19 angedeutet, die mit den Elektrodenschichten 18a, 18b verbunden werden kann, um den Polymeraktor zu aktivieren.In the polymer actuator according to 2 is the stack 11 from annular polymer layers 12 , where the side surface 16 composed of the outer shell and the resulting hole wall in the stack. This results in the possibility of the electrode layers 13a through the electrode layer 18a outside on the lateral surface of the stack 11 to contact while the electrode layers 13b by means of the electrode layer 18b are contacted in the through hole. Furthermore, a voltage source 19 indicated with the electrode layers 18a . 18b can be connected to activate the polymer actuator.

Der 3 kann der Ablauf des Fertigungsverfahrens für die erfindungsgemäßen Polymeraktoren entnommen werden. Von zwei Vorratsrollen 20a, 20b wird jeweils ein Polymerband 21 abgerollt. Über Schlitzdüsen 22a, 22b wird Graphitpulver auf die Polymerbahnen 21 aufgebracht, wodurch jeweils ein bahnförmiges Halbzeug 23a, 23b, bestehend aus dem Polymerband 21 und einer Elektrodenlage (vgl. beispielsweise 13a in 3b), entsteht. Das Halbzeug 23a wird über eine Umlenkwalze 24 zum Halbzeug 23b hingeführt, nachdem letzteres mittels eines Klebstoffverteilers 25a mit einer Klebstoffschicht versehen wurde. Über Druckwalzen 26a wird eine bleibende Verbindung zwischen den Halbzeugen 23a, 23b erzeugt. Nach Aufbringung einer weiteren Klebstoffschicht (27 in 3b) mittels eines weiteren Klebstoffverteilers 25b wird der Schichtverbund aus den Halbzeugen 23a, 23b auf einer Walze 28 aufgewickelt und dabei mittels einer Druckwalze 26b angedrückt. So wird ein Wickel 29 der Halbzeuge 23a, 23b erhalten, der im weiteren Herstellungsprozess zur Erzeugung der Stapel dient (vgl. 4).Of the 3 the sequence of the manufacturing process for the polymer actuators according to the invention can be taken. From two supply rolls 20a . 20b each becomes a polymer band 21 unrolled. Via slot nozzles 22a . 22b is graphite powder on the Po lymerbahnen 21 applied, whereby in each case a web-shaped semifinished product 23a . 23b consisting of the polymer tape 21 and an electrode layer (see, for example, FIG 13a in 3b ), arises. The semi-finished product 23a is via a guide roller 24 to the semi-finished product 23b guided, after the latter by means of an adhesive distributor 25a was provided with an adhesive layer. About pressure rollers 26a becomes a permanent connection between the semi-finished products 23a . 23b generated. After application of another adhesive layer ( 27 in 3b ) by means of another adhesive distributor 25b is the layer composite of the semi-finished products 23a . 23b on a roller 28 wound up while using a pressure roller 26b pressed. This is how a wrap is made 29 the semi-finished products 23a . 23b received, which serves in the further manufacturing process for producing the stack (see. 4 ).

In 3b ist der Prozess gemäß 3a als Aufsicht dargestellt. Es lässt sich erkennen, dass die Spaltdüse 22a nicht über die gesamte Breite des Polymerbandes 21 reicht, so dass die ausgebildete Elektrodenschicht 13b nur auf der einen Seite bis zur Seitenkante 15a, auf der anderen Seite jedoch nicht bis zur Seitenkante 15b der hergestellten Bahn des bahnförmigen Halbzeugs reicht. In 3b nicht zu erkennen ist das bahnförmige Halbzeug 23b, bei dem die Elektrodenschicht in gleicher Breite, jedoch mit einem Abstand zur entgegengesetzten Seitenkante erzeugt wird.In 3b is the process according to 3a shown as a supervisor. It can be seen that the split nozzle 22a not over the entire width of the polymer tape 21 ranges so that the formed electrode layer 13b only on one side to the side edge 15a but on the other side not to the side 15b the produced web of the web-shaped semifinished product is sufficient. In 3b not visible is the web-shaped semi-finished product 23b in which the electrode layer is produced in the same width but at a distance from the opposite side edge.

Weiterhin ist der 3b eine Möglichkeit zu entnehmen, wie die bahnförmigen Halbzeuge 23a, 23b durch Verformung in die Form eines Trapezes gebracht werden können, d. h. dass die Seitenkanten 15a, 15b die Trapezschenkel bilden. Dies kann einerseits rechtwinklig zum Bahnverlauf mittels Streckwalzen 30 bewerkstelligt werden, die aufgrund ihrer Haftung auf den Halbzeugen 23a, 23b die Kraft F₁ auf die Halbzeuge 23a, 23b ausüben können. Entlang der Richtung des Bandes kann durch die (Druck)Walzen 26a, 26b, 28 mittels der Kraft F2 eine Streckung des Bandes vorgenommen werden, in dem das Band mit unterschiedlichen Tangentialgeschwindigkeiten über die jeweiligen Rollenpaare transportiert wird. Wird das Band mit trapezförmigem Verlauf auf der Walze 28 zum Wickel 29 aufgewickelt, so entsteht der in 3b angedeutete treppenartige Verlauf der Seitenkanten 15a, 15b (vgl. auch 5).Furthermore, the 3b to take a possibility, such as the web-shaped semi-finished products 23a . 23b can be brought into the shape of a trapezoid by deformation, ie that the side edges 15a . 15b the trapezoidal legs form. On the one hand, this can be perpendicular to the course of the track by means of stretching rollers 30 caused by their adhesion to the semi-finished products 23a . 23b the force F ₁ on the semi-finished products 23a . 23b exercise. Along the direction of the belt can through the (pressure) rollers 26a . 26b . 28 By means of the force F2, an extension of the band can be made, in which the band is transported at different tangential speeds over the respective pairs of rollers. Will the tape with trapezoidal course on the roller 28 to the wrap 29 wound up, the result is the in 3b indicated stair-like course of the side edges 15a . 15b (see also 5 ).

In 4 ist dargestellt, wie aus dem Wickel 29 mehrere Stapel 11 der Polymeraktoren erzeugt werden können, indem der Wickel entlang der angedeuteten Schnittlinien 31 bis auf den Grund der Walze 28 geschnitten werden kann. Dabei wird der Wickel 29 in Abschnitte 14 zerteilt. Aus 4, die den Ausschnitt IV gemäß 3a darstellt, wird weiterhin deutlich, dass bei hinreichend großem Durchmesser d der Walze 28 die Krümmung des Wickels für die Planarität der Stapel 11 nicht mehr ins Gewicht fällt, da diese Stapel 11 eine genügende Elastizität aufweisen, die Krümmung auszugleichen.In 4 is shown as from the wrap 29 several stacks 11 The polymer actuators can be produced by the winding along the indicated cutting lines 31 to the bottom of the roller 28 can be cut. This is the winding 29 in sections 14 divided. Out 4 that the cutout IV according to 3a is still clear that at sufficiently large diameter d of the roller 28 the curvature of the roll for the planarity of the stacks 11 no longer significant as these stacks 11 have sufficient elasticity to compensate for the curvature.

In 5 ist ein Stapel 11, der gemäß 4 hergestellt wurde, im Schnitt dargestellt. Dieser Schnitt entspricht dem Schnitt V-V des Wickels 29 gemäß 3a. Es ist zu erkennen, dass die Trapezform der Halbzeuge 23a, 23b zu einem treppenartigen Verlauf des Stapels 11 führen. Ansonsten weist der Polymeraktor gemäß 5 einen mit dem Polymeraktor gemäß 1 vergleichbaren Aufbau auf.In 5 is a stack 11 which according to 4 was prepared, shown in section. This section corresponds to the section VV of the coil 29 according to 3a , It can be seen that the trapezoidal shape of the semi-finished products 23a . 23b to a staircase-like course of the stack 11 to lead. Otherwise, the polymer actuator according to 5 one with the polymer actuator according to 1 comparable structure.

Claims

Polymer actuator in which a stack ( 11 ) of alternately layered electrically conductive electrode layers ( 13a . 13b ) and polymer layers ( 12 ), the stack ( 11 ) on its side surface formed by the entirety of the ply edges ( 16 ) a first ( 17a ) and an electrically isolated second ( 17b ) Contacting region and wherein the electrode layers ( 13a . 13b ) with respect to the layer sequence alternately - either with its layer edge part of the first contacting region ( 17a ), while the ply edge of the second contacting region ( 17b ) has an electrically insulating spacing, or - with its layer edge a part of the second contacting region ( 17b ), while the ply edge of the first contact area ( 17a ) has an electrically insulating distance, wherein the surface of the polymer layers ( 12 ) in the stacking direction of the stack such that a staircase-like cross-section of the polymer actuator results, and the electrode layers ( 13a . 13b ) - on the one hand to the surface of the respectively adjacent polymer layers ( 12 ) are adapted such that the electrically insulating distance to the respective contact area ( 17a . 17b ), and - on the other side reach to the edge of the polymer layers, so that an increased contact area of the electrode layers results through the step-like side surfaces of the polymer actuator.

Polymer actuator according to claim 1, characterized in that on the contacting regions per one electrode layer ( 18a . 18b ) is applied.

Method for producing a polymer actuator with a stack ( 11 ) of alternately layered electrically conductive electrode layers ( 13a . 13b ) and polymer layers ( 12 ), in which - a sheet-like semi-finished product ( 23a . 23b ), the semifinished product ( 23a . 23b ) by coating a polymer tape ( 21 ) with the electrode layer ( 13a . 13b ), such that the La border of the electrode layer ( 13a . 13b ) to one side edge of the sheet-like semi-finished product ( 23a . 23b ) with the formation of a contact section ( 33 ) at least largely and from the other side edge to form an insulating section ( 34 ) has a distance, wherein the tracks of the semifinished product ( 23a . 23b ) are formed trapezoidal and wherein the side edges form the trapezoidal limbs, - the web-shaped semi-finished product ( 23a . 23b ) in polymer layers ( 12 ) forming sections ( 14 ) and - the polymer layers ( 12 . 13a . 13b ) are stacked on top of each other such that the contact sections ( 33 ) and the insulating sections ( 34 ) each second polymer layer ( 12 ) and that the contact sections ( 33 ) when laminating alternately to form a first ( 17a ) or a second ( 17b ) Contacting region for the electrode layers ( 13a . 13b ) contribute to the side edges.

A method according to claim 3, characterized in that before the dismantling of the semifinished product ( 23a . 23b ) into sections ( 14 ) - two tracks of the semi-finished product ( 23a . 23b ) are layered such that in each case the side edges with and without electrode layer ( 13a . 13b ) lie one above the other and - the layered webs of the semifinished product ( 23a . 23b ) on a roller ( 28 ) are rolled up, wherein during the dismantling of the semifinished product, the stacks ( 11 ) arise.

Method according to claim 3 or 4, characterized in that the webs of the semifinished product ( 23a . 23b ) during winding on the roller ( 28 ) are deformed such that the trapezoidal course of the webs is generated.

Method according to one of claims 3 to 5, characterized in that the first ( 17a ) and the second ( 17b ) Are subjected to a selective etching treatment in such a way that the area of the electrode layers ( 13a . 13b ) is increased.

Polymer actuator according to claim 1 or 2, characterized in that the polymer layers ( 12 ) are electroactive.

Method according to one of claims 3 to 6, characterized in that electroactive polymer layers ( 12 ) be used.