AT525092B1 - Dielectric soft actuator - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung und zum Betreib eines dielektrischen Soft-Aktuators, sowie dielektrischer Soft-Aktuator umfassend zwei als Dielektrika wirkende Zwischenschichten (1, 2), wobei die Zwischenschichten (1, 2) zur Betätigung des Aktuators elastisch verformbar sind, wobei die Zwischenschichten (1, 2) jeweils beidseitig mit einer Elektrodenschicht (3, 4, 5) versehen sind, wobei die zwei Zwischenschichten (1, 2) derart, insbesondere schubfest, miteinander gekoppelt sind, dass eine unterschiedliche Längenänderung der Zwischenschichten (1, 2) eine Krümmung des Aktuators entlang einer Krümmungskontur (6) bewirkt, wobei die Zwischenschichten (1, 2) und die Elektrodenschichten (3, 4, 5) jeweils aus einem durch additive Fertigung aufgebrachten, insbesondere 3D-gedruckten, Material gefertigt sind.A method for producing and operating a dielectric soft actuator, and a dielectric soft actuator comprising two intermediate layers (1, 2) acting as dielectrics, the intermediate layers (1, 2) being elastically deformable to actuate the actuator, the intermediate layers (1 , 2) are each provided with an electrode layer (3, 4, 5) on both sides, the two intermediate layers (1, 2) being coupled to one another, in particular shear-resistant, in such a way that a different change in length of the intermediate layers (1, 2) causes a curvature of the Actuator causes along a curved contour (6), wherein the intermediate layers (1, 2) and the electrode layers (3, 4, 5) are each made of a material applied by additive manufacturing, in particular 3D-printed material.
Description
DIELEKTRISCHER SOFT-AKTUATOR DIELECTRIC SOFT ACTUATOR
[0001] Die Erfindung betrifft einen dielektrischen Soft-Aktuator, ein Verfahren zur Herstellung eines dielektrischen Soft-Aktuators und ein Verfahren zum Betrieb eines dielektrischen Soft-Aktuators. The invention relates to a dielectric soft actuator, a method for producing a dielectric soft actuator and a method for operating a dielectric soft actuator.
[0002] Das Grundprinzip dielektrischer Soft-Aktuatoren, die meist als Elastomer-Aktuatoren bezeichnet werden, ist seit langer Zeit bekannt. Gemäß Stand der Technik wird ein Elastomerfilm beidseitig mit flächig bzw. folienartig ausgebildeten Elektroden versehen. Wird nun an die beiden Elektroden eine Aktuatorspannung angelegt, so wird der Elastomerfilm quer zu seiner Haupterstreckungsrichtung zusammengedrückt und dehnt sich durch Querkontraktion entlang seiner Haupterstreckungsrichtung aus. Wird die Spannung unterbrochen, so geht der Elastomerfilm selbsttätig wieder in seine Ursprungsform zurück. The basic principle of dielectric soft actuators, which are usually referred to as elastomeric actuators, has been known for a long time. According to the state of the art, an elastomer film is provided on both sides with flat or foil-like electrodes. If an actuator voltage is now applied to the two electrodes, the elastomer film is compressed transversely to its main direction of extension and expands by transverse contraction along its main direction of extension. If the tension is interrupted, the elastomer film automatically returns to its original shape.
[0003] Gemäß Stand der Technik kann ein Stapel einer Vielzahl derartiger Aktuatoren verwendet werden, um bei einer strominduzierten Kontraktion eine ausreichende Längenänderung quer zur Haupterstreckungsrichtung der Schichten bewirken. Diese Konstruktion ist jedoch sehr aufwendig, da für eine relativ kleine Bewegung eine Vielzahl an Aktuatoren benötigt wird. According to the prior art, a stack of a large number of such actuators can be used in order to bring about a sufficient change in length transversely to the main direction of extension of the layers in the event of a current-induced contraction. However, this construction is very complex, since a large number of actuators are required for a relatively small movement.
[0004] Alternativ ist es auch bekannt, einen einzelnen Aktuator an einer Seite eines biegbaren Plättchens anzubringen, das bei der Kontraktion des Aktuators jedoch keine Längenänderung erfährt. Durch die unterschiedliche Ausdehnung entlang der Haupterstreckungsrichtung der beiden Bauelemente kommt es zu einer Krümmung der Anordnung. Der Effekt, der die Krümmung bewirkt, kann mit der kinematischen Funktionsweise eines Bimetallstreiftens verglichen werden. Bei diesen Konstruktionen kommt es in der Praxis aber vor, dass keine ausreichende Bewegungsgenauigkeit sichergestellt werden kann. So kann bei längerem Betrieb ein Kriechen bzw. eine dauerhafte Verbiegung des Aktuators auftreten, womit die Rückstellung in die Nullposition erschwert ist. Zudem sind derartig plättchenförmig aufgebaute Elastomer-Aktuatoren weiche Bauteile, die nur sehr geringe Kräfte aufnehmen können. Alternatively, it is also known to attach a single actuator to one side of a flexible plate, which, however, undergoes no change in length during contraction of the actuator. Due to the different expansion along the main direction of extent of the two components, the arrangement is curved. The effect that causes the curvature can be compared to the kinematic functioning of a bimetallic strip. With these constructions, however, in practice it is not possible to ensure sufficient accuracy of movement. Creeping or permanent bending of the actuator can occur during prolonged operation, making it difficult to return to the zero position. In addition, elastomer actuators with a laminar structure of this type are soft components that can only absorb very small forces.
[0005] Nachteilig an herkömmlichen dielektrischen Elastomer-Aktuatoren ist auch die aufwendige Herstellung. So muss in einem ersten Schritt ein Elastomerfilm hergestellt und zurechtgeschnitten werden. In einem nächsten Schritt muss der Elastomerfilm mit zwei flächigen Elektroden versehen werden. Dies geschieht entweder durch Beschichten oder durch Aufbringen zuvor gefertigter Elektroden. [0005] Another disadvantage of conventional dielectric elastomer actuators is that they are expensive to manufacture. In a first step, an elastomer film has to be produced and cut to size. In a next step, the elastomer film has to be provided with two flat electrodes. This is done either by coating or by applying previously manufactured electrodes.
[0006] Aufgabe der Erfindung ist es nun, einen dielektrischen Elastomer-Aktuator zu schaffen, der eine verbesserte Effizienz aufweist. Dies umfasst insbesondere, dass die Funktion des Elastomer-Aktuators verbessert ist. Dies umfasst bevorzugt jedoch auch, dass die Herstellung des dielektrischen Elastomer-Aktuators effizienter gestaltet werden kann. The object of the invention is now to provide a dielectric elastomer actuator that has improved efficiency. This includes in particular that the function of the elastomer actuator is improved. However, this preferably also includes that the production of the dielectric elastomer actuator can be made more efficient.
[0007] Die erfindungsgemäße Aufgabe wird insbesondere durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. The object of the invention is achieved in particular by the features of the independent patent claims.
[0008] Die Erfindung betrifft einen dielektrischen Aktuator, insbesondere einen Soft-Aktuator, umfassend zwei als Dielektrika wirkende Zwischenschichten, wobei die Zwischenschichten zur Betätigung des Aktuators elastisch verformbar sind, wobei die Zwischenschichten jeweils beidseitig mit einer Elektrodenschicht versehen sind, wobei die zwei Zwischenschichten derart, insbesondere schubfest, miteinander gekoppelt sind, dass eine unterschiedliche Längenänderung der Zwischenschichten eine Krümmung des Aktuators entlang einer Krümmungskontur bewirkt. The invention relates to a dielectric actuator, in particular a soft actuator, comprising two intermediate layers acting as dielectrics, the intermediate layers being elastically deformable to actuate the actuator, the intermediate layers each being provided with an electrode layer on both sides, the two intermediate layers , In particular shear-resistant, coupled to one another, that a different change in length of the intermediate layers causes a curvature of the actuator along a curvature contour.
[0009] Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Zwischenschichten und die Elektrodenschichten jeweils aus einem durch additive Fertigung aufgebrachten, insbesondere 3D- gedruckten, Material gefertigt sind. [0009] It is preferably provided that the intermediate layers and the electrode layers are each made of a material that is applied by additive manufacturing, in particular 3D-printed.
[0010] Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Zwischenschichten derart ausgebildet sind, dass sie zur Betätigung des Aktuators elastisch verformbar sind. Insbesondere, dass sie durch Anlegen It is preferably provided that the intermediate layers are formed in such a way that they are elastically deformable for actuating the actuator. In particular, that by investing
einer Aktuatorspannung an die beiden Elektrodenschichten der jeweiligen Zwischenschicht von den Elektrodenschichten zusammengedrückt werden und dadurch ihre Länge ändern. an actuator voltage to the two electrode layers of the respective intermediate layer are pressed together by the electrode layers and thereby change their length.
[0011] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Zwischenschichten und die Elektrodenschichten konsekutiv schichtweise aufeinander durch additive Fertigung gebildete, insbesondere 3D-gedruckte, Schichten sind. If necessary, it is provided that the intermediate layers and the electrode layers are layers formed consecutively one on top of the other by additive manufacturing, in particular 3D-printed layers.
[0012] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass mindestens eine Elektrodenschicht, bevorzugt alle Elektrodenschichten, jeweils aus mindestens einem 3D-gedruckten, elektrisch leitenden Leiterstreifen gebildet ist oder sind. Optionally, it is provided that at least one electrode layer, preferably all electrode layers, is or are formed from at least one 3D-printed, electrically conductive conductor strip.
[0013] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Leiterstreifen insbesondere ein durch einen 3DDruckkopf aufgetragener Streifen ist. Optionally, it is provided that the conductor strip is in particular a strip applied by a 3D print head.
[0014] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der mindestens eine Leiterstreifen mehrere Hauptleiter und mehrere Verbindungsleiter aufweist. Optionally, it is provided that the at least one conductor strip has a plurality of main conductors and a plurality of connecting conductors.
[0015] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Hauptleiter quer zur Krümmungskontur und nebeneinander, insbesondere beabstandet voneinander, verlaufen. Optionally, it is provided that the main conductors run transversely to the curved contour and next to one another, in particular at a distance from one another.
[0016] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Verbindungsleiter die Hauptleiter elektrisch leitend miteinander verbinden. If necessary, it is provided that the connecting conductors connect the main conductors to one another in an electrically conductive manner.
[0017] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Leiterstreifen mäanderförmig oder schlangenförmig verläuft. Optionally, it is provided that the conductor strip runs in a meandering or serpentine manner.
[0018] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der mindestens eine Leiterstreifen eine kinematische Struktur bildet. Optionally, it is provided that the at least one conductor strip forms a kinematic structure.
[0019] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die kinematische Struktur entlang unterschiedlicher Richtungen unterschiedliche Biegesteifigkeiten aufweist. If necessary, it is provided that the kinematic structure has different flexural rigidities along different directions.
[0020] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die kinematische Struktur den Verlauf der Krümmungskontur und die Krümmungseigenschaften des Aktuators bestimmt. If necessary, it is provided that the kinematic structure determines the course of the curvature contour and the curvature properties of the actuator.
[0021] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Zwischenschichten jeweils aus mindestens einem 3D-gedruckten, dielektrisch wirkenden Zwischenschichtstreifen gebildet sind. Optionally, it is provided that the intermediate layers are each formed from at least one 3D-printed, dielectrically acting intermediate layer strip.
[0022] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der oder die Zwischenschichtstreifen eine elektrische Isolierschicht bilden. Optionally, it is provided that the intermediate layer strip or strips form an electrical insulating layer.
[0023] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Zwischenschichten jeweils mehrere übereinander 3D-gedruckte Schichten aus Zwischenschichtstreifen umfassen, insbesondere dass die Zwischenschichten jeweils eine Dicke von mehr als 0,1 mm, insbesondere von mehr als 0,15mm aufweisen. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Zwischenschichten jeweils eine Dicke von weniger als 0,5 mm, insbesondere von weniger als 0,2 mm aufweisen. Optionally, it is provided that the intermediate layers each comprise a plurality of layers of intermediate layer strips that are 3D printed one on top of the other, in particular that the intermediate layers each have a thickness of more than 0.1 mm, in particular of more than 0.15 mm. It is preferably provided that the intermediate layers each have a thickness of less than 0.5 mm, in particular less than 0.2 mm.
[0024] Der Aktuator kann folgende Komponenten umfassen: The actuator can include the following components:
- eine erste Zwischenschicht, die auf einer Seite mit einer ersten Elektrodenschicht und auf ihrer anderen Seite mit einer zweiten Elektrodenschicht versehen ist, - a first intermediate layer provided on one side with a first electrode layer and on its other side with a second electrode layer,
- eine zweite Zwischenschicht, die auf einer Seite mit der zweiten Elektrodenschicht und auf ihrer anderen Seite mit einer dritten Elektrodenschicht versehen ist, - a second intermediate layer provided on one side with the second electrode layer and on its other side with a third electrode layer,
- wobei der Aktuator bevorzugt nur diese bzw. keine weiteren Zwischenschichten oder Elektrodenschichten aufweist. - Wherein the actuator preferably has only these or no further intermediate layers or electrode layers.
[0025] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die erste Elektrodenschicht eine 3D-gedruckte Schicht ist, dass die erste Zwischenschicht eine auf die erste Elektrodenschicht 3D-gedruckte Schicht ist, dass die zweite Elektrodenschicht eine auf die erste Zwischenschicht 3D-gedruckte Schicht ist, dass die zweite Zwischenschicht eine auf die zweite Elektrodenschicht 3D-gedruckte Schicht ist, und dass die dritte Elektrodenschicht eine auf die zweite Zwischenschicht 3D-gedruckte Schicht ist. Optionally, it is provided that the first electrode layer is a 3D-printed layer, that the first intermediate layer is a layer that is 3D-printed on the first electrode layer, that the second electrode layer is a layer that is 3D-printed on the first intermediate layer, that the second intermediate layer is a layer 3D printed on the second electrode layer, and that the third electrode layer is a layer 3D printed on the second intermediate layer.
[0026] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die zweite Elektrodenschicht als Elektrodenschicht für die erste Zwischenschicht und für die zweite Zwischenschicht wirkt. Optionally, it is provided that the second electrode layer acts as an electrode layer for the first intermediate layer and for the second intermediate layer.
[0027] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Elektrodenschichten und die Zwischenschichten zusammen einen flächigen Körper ergeben. Optionally, it is provided that the electrode layers and the intermediate layers together result in a flat body.
[0028] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der flächige Körper plättchenförmig, streifenförmig, plan oder gewellt ausgebildet ist. Optionally, it is provided that the flat body is plate-shaped, strip-shaped, planar or corrugated.
[0029] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Wirkrichtung des Aktuators im Wesentlichen quer zur Haupterstreckungsrichtung der Elektrodenschichten, der Zwischenschichten und des flächigen Körpers verläuft. If necessary, it is provided that the effective direction of the actuator runs essentially transversely to the main direction of extension of the electrode layers, the intermediate layers and the flat body.
[0030] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Elektrodenschichten aus einem für Filament3D-Druck geeigneten, elektrisch leitendem Material, insbesondere aus elektrisch leitfähigem Thermoplast, beispielsweise aus leitfähigem TPU, aus leitfähigem PLA oder aus einem mit Metallpartikeln versehenen Filament gebildet sind. Als am Markt erhältliche Produkte können hier beispielsweise Eel 3D Printer Filament (90A) NinjaTek oder Proto-Pasta - Composite PLA Filament - ESD/Conductive - Schwarz - 1.75 mm genannt werden. If necessary, it is provided that the electrode layers are formed from an electrically conductive material suitable for Filament3D printing, in particular from electrically conductive thermoplastic, for example from conductive TPU, from conductive PLA or from a filament provided with metal particles. Products available on the market include Eel 3D Printer Filament (90A) NinjaTek or Proto-Pasta - Composite PLA Filament - ESD/Conductive - Black - 1.75 mm.
[0031] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass mindestens eine Zwischenschicht oder alle Zwischenschichten aus einem für Filament-3D-Druck geeigneten, dielektrisch wirkenden Material, insbesondere aus TPU, aus einem Formgedächtnispolymer (SMP), oder aus einem Polymer, das zwischen zwei unterschiedlichen Betriebstemperaturen seine Glasübergangstemperatur hat, gebildet ist oder sind. Als am Markt erhältliche Produkte können hier beispielsweise TPU - NinjaFlex 3D Printer Filament (85A) oder SMP - CONVENA polymers SMP 55 series filament genannt werden. If necessary, it is provided that at least one intermediate layer or all intermediate layers are made of a dielectric material suitable for filament 3D printing, in particular of TPU, of a shape memory polymer (SMP), or of a polymer that is between two different operating temperatures Has glass transition temperature, is formed or are. Products available on the market include, for example, TPU - NinjaFlex 3D Printer Filament (85A) or SMP - CONVENA polymers SMP 55 series filament.
[0032] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Elektrodenschichten dazu eingerichtet sind, einander durch Anlegen einer elektrischen Aktuatorspannung anzuziehen. If necessary, it is provided that the electrode layers are set up to attract one another by applying an electrical actuator voltage.
[0033] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass eine Heizvorrichtung vorgesehen ist, die dazu eingerichtet ist, das Material der Zwischenschicht(en) (über dessen Glasübergangstemperatur zu erwärmen. If necessary, it is provided that a heating device is provided which is set up to heat the material of the intermediate layer(s) (above its glass transition temperature.
[0034] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass mindestens eine Elektrodenschicht, insbesondere die zweite Elektrodenschicht, dazu eingerichtet ist, das Material der Zwischenschicht(en) durch Anlegen einer Heizspannung über dessen Glasübergangstemperatur zu erwärmen, wodurch die Elektrodenschicht ein Teil der Heizvorrichtung ist und insbesondere das Heizelement der Heizvorrichtung bildet. If necessary, it is provided that at least one electrode layer, in particular the second electrode layer, is set up to heat the material of the intermediate layer(s) above its glass transition temperature by applying a heating voltage, whereby the electrode layer is part of the heating device and in particular the heating element of the heating device.
[0035] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass für jede Elektrodenschicht ein elektrischer Anschluss vorgesehen ist, wobei der elektrische Anschluss bevorzugt aus einem durch additive Fertigung aufgebrachten, insbesondere 3D-gedruckten, Material gefertigt bzw. mit der jeweiligen Elektrodenschicht in einem Arbeitsgang mitgedruckt ist. If necessary, it is provided that an electrical connection is provided for each electrode layer, the electrical connection preferably being made from a material applied by additive manufacturing, in particular 3D-printed, or being printed with the respective electrode layer in one operation.
[0036] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass eine Steuerungsvorrichtung vorgesehen ist, dass die Steuerungsvorrichtung derart elektrisch mit den Elektrodenschichten verbunden ist, dass wahlweise zwischen zwei Elektrodenschichten eine Aktuatorspannung angelegt werden kann, um wahlweise eine Längenänderung einer Zwischenschicht zu bewirken. If necessary, it is provided that a control device is provided that the control device is electrically connected to the electrode layers in such a way that an actuator voltage can be applied between two electrode layers in order to selectively bring about a change in length of an intermediate layer.
[0037] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Steuerungsvorrichtung derart elektrisch mit den Elektrodenschichten verbunden ist, dass mindestens eine der Elektrodenschichten die Zwischenschichten über deren Glasübergangstemperatur erwärmt. If necessary, it is provided that the control device is electrically connected to the electrode layers in such a way that at least one of the electrode layers heats the intermediate layers above their glass transition temperature.
[0038] Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines dielektrischen Soft-Aktuators, wobei zwei als Dielektrika wirkende Zwischenschichten gebildet werden, die jeweils beidseitig mit einer Elektrodenschicht versehen werden, wobei die zwei Zwischenschichten derart, insbesondere schubfest, miteinander gekoppelt werden, dass eine unterschiedliche Längenänderung der Zwischenschichten eine Krümmung des Aktuators entlang einer Krümmungskontur bewirkt. In particular, the invention relates to a method for producing a dielectric soft actuator, wherein two intermediate layers acting as dielectrics are formed, which are each provided on both sides with an electrode layer, the two intermediate layers being coupled to one another, in particular in a shear-resistant manner, such that a different changes in length of the intermediate layers causes a curvature of the actuator along a curvature contour.
[0039] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Zwischenschichten und die Elektrodenschichten durch additive Fertigung, insbesondere durch 3D-Druck gebildet werden. If necessary, it is provided that the intermediate layers and the electrode layers are formed by additive manufacturing, in particular by 3D printing.
[0040] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Zwischenschichten und die Elektrodenschichten konsekutiv schichtweise aufeinander durch additive Fertigung, insbesondere durch 3D-Druck, gebildet werden. If necessary, provision is made for the intermediate layers and the electrode layers to be formed successively in layers on top of one another by additive manufacturing, in particular by 3D printing.
[0041] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass mindestens eine Elektrodenschicht, bevorzugt alle Elektrodenschichten, jeweils aus mindestens einem 3D-gedruckten, elektrisch leitenden Leiterstreifen gebildet werden, wobei der Leiterstreifen insbesondere durch einen 3D-Druckkopf aufgetragen wird. If necessary, it is provided that at least one electrode layer, preferably all electrode layers, are each formed from at least one 3D-printed, electrically conductive conductor strip, the conductor strip being applied in particular by a 3D print head.
[0042] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass durch Bildung des mindestens einen Leiterstreifens eine kinematische Struktur gebildet wird, und dass durch die Wahl der kinematischen Struktur der Verlauf der Krümmungskontur und die Krümmungseigenschaften des Aktuators bestimmt werden. If necessary, it is provided that a kinematic structure is formed by forming the at least one conductor strip, and that the course of the curvature contour and the curvature properties of the actuator are determined by the choice of the kinematic structure.
[0043] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Zwischenschichten jeweils aus mindestens einem 3D-gedruckten, dielektrisch wirkenden Zwischenschichtstreifen gebildet werden. If necessary, it is provided that the intermediate layers are each formed from at least one 3D-printed, dielectrically acting intermediate layer strip.
[0044] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der oder die Zwischenschichtstreifen eine elektrische Isolierschicht bilden. Optionally, it is provided that the intermediate layer strip or strips form an electrical insulating layer.
[0045] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Zwischenschichten jeweils durch mehrere übereinander 3D-gedruckte Schichten aus Zwischenschichtstreifen gebildet werden. Optionally, it is provided that the intermediate layers are each formed by a plurality of layers of intermediate layer strips that are 3D printed one on top of the other.
[0046] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass eine erste Elektrodenschicht 3D-gedruckt wird, dass eine erste Zwischenschicht auf die erste Elektrodenschicht 3D-gedruckt wird, dass eine zweite Elektrodenschicht auf die erste Zwischenschicht 3D-gedruckt wird, dass eine zweite Zwischenschicht auf die zweite Elektrodenschicht 3D-gedruckt wird, und dass eine dritte Elektrodenschicht auf die zweite Zwischenschicht 3D-gedruckt wird. Optionally, it is provided that a first electrode layer is 3D printed, that a first intermediate layer is 3D printed on the first electrode layer, that a second electrode layer is 3D printed on the first intermediate layer, that a second intermediate layer is printed on the second electrode layer is 3D printed and that a third electrode layer is 3D printed on the second intermediate layer.
[0047] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass für jede Elektrodenschicht ein elektrischer Anschluss vorgesehen wird, wobei der elektrische Anschluss bevorzugt aus einem durch additive Fertigung aufgebrachten, insbesondere 3D-gedruckten, Material gefertigt bzw. mit der jeweiligen Elektrodenschicht in einem Arbeitsgang mitgedruckt wird. If necessary, it is provided that an electrical connection is provided for each electrode layer, with the electrical connection preferably being made from a material applied by additive manufacturing, in particular 3D-printed, or being printed with the respective electrode layer in one operation.
[0048] Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Aktuators, bei dem vorgesehen ist, dass zwischen einer ersten durch additive Fertigung gebildeten Elektrodenschicht und einer zweiten durch additive Fertigung gebildeten Elektrodenschicht eine elektrische Aktuatorspannung angelegt wird, wobei sich durch Anlegen der Aktuatorspannung: die erste Elektrodenschicht und die zweite Elektrodenschicht anziehen, dadurch eine zwischen den zwei Elektrodenschichten angeordnete durch additive Fertigung gebildete erste Zwischenschicht zusammendrücken, dadurch die Länge der ersten Zwischenschicht gegenüber einer weiteren durch additive Fertigung gebildeten zweiten Zwischenschicht vergrößern, und sich der Aktuator entlang einer Krümmungskontur krümmt. In particular, the invention relates to a method for operating an actuator, in which it is provided that an electrical actuator voltage is applied between a first electrode layer formed by additive manufacturing and a second electrode layer formed by additive manufacturing, wherein by applying the actuator voltage: the tighten the first electrode layer and the second electrode layer, thereby compressing a first additively manufactured intermediate layer disposed between the two electrode layers, thereby increasing the length of the first intermediate layer relative to another second additively manufactured intermediate layer, and the actuator curves along a curvature contour.
[0049] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass anschließend die elektrische Aktuatorspannung zwischen der ersten Elektrodenschicht und der zweiten Elektrodenschicht reduziert oder unterbrochen wird, dass zwischen der zweiten Elektrodenschicht und einer dritten durch additive Fertigung gebildeten Elektrodenschicht eine elektrische Aktuatorspannung angelegt wird, wobei sich durch Anlegen der Aktuatorspannung: die zweite Elektrodenschicht und die dritte Elektrodenschicht anziehen, dadurch die zwischen den zwei Elektrodenschichten angeordnete zweite Zwischenschicht zusammendrücken, dadurch die Länge der zweiten Zwischenschicht gegenüber der ersten Zwischenschicht vergrößern und sich der Aktuator in die entgegengesetzte Richtung krümmt. If necessary, it is provided that the electrical actuator voltage between the first electrode layer and the second electrode layer is then reduced or interrupted, that an electrical actuator voltage is applied between the second electrode layer and a third electrode layer formed by additive manufacturing, with application of the actuator voltage : attracting the second electrode layer and the third electrode layer, thereby compressing the second intermediate layer sandwiched between the two electrode layers, thereby increasing the length of the second intermediate layer relative to the first intermediate layer and causing the actuator to curve in the opposite direction.
[0050] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass zur Betätigung des Aktuators mindestens eine Zwischenschicht durch Betätigung einer Heizvorrichtung, insbesondere durch Anlegen einer Heizspannung an mindestens eine Elektrodenschicht, über deren Glasübergangstemperatur erwärmt wird. If necessary, it is provided that, in order to actuate the actuator, at least one intermediate layer is heated above its glass transition temperature by actuating a heating device, in particular by applying a heating voltage to at least one electrode layer.
[0051] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Aktuator in einem durch Anziehung zweier Elektrodenschichten gekrümmten Zustand dadurch verfestigt wird, dass eine Abkühlung der mindes-If necessary, it is provided that the actuator is hardened in a state curved by attraction of two electrode layers in that cooling of the at least
tens einen Zwischenschicht auf eine Temperatur unterhalb der Glasübergangstemperatur des Materials der Zwischenschicht erfolgt, insbesondere dass die Abkühlung durch Reduktion oder Abschaltung der Heizspannung erfolgt. at least one intermediate layer to a temperature below the glass transition temperature of the material of the intermediate layer, in particular that the cooling takes place by reducing or switching off the heating voltage.
[0052] Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Zwischenschichten und die Elektrodenschichten durch additive Fertigung, bevorzugt durch einen 3D-Drucker, hergestellt werden. Insbesondere soll der Aktuator bevorzugt durch einen Filament-3D-Drucker nach dem FFF oder dem FDM Verfahren hergestellt werden. Bevorzugt verarbeitet der 3D-Drucker zwei unterschiedliche Filamente, wobei aus einem der Filamente die Elektrodenschichten und aus dem anderen Filament die Zwischenschichten gebildet werden. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Aktuator in einem einzigen Druckervorgang des 3D-Druckers hergestellt wird. Insbesondere ist dies möglich, wenn der 3DDrucker das Drucken mehrerer Materialien erlaubt. It is preferably provided that the intermediate layers and the electrode layers are produced by additive manufacturing, preferably by a 3D printer. In particular, the actuator should preferably be produced by a filament 3D printer using the FFF or the FDM method. The 3D printer preferably processes two different filaments, with one of the filaments forming the electrode layers and the other filament forming the intermediate layers. Provision is preferably made for the actuator to be produced in a single printing operation of the 3D printer. In particular, this is possible if the 3D printer allows the printing of several materials.
[0053] Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Druckkopf des 3D-Druckers das Druckmaterial streifenförmig ausgibt. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Leiterstreifen ein direkt aus dem Druckkopf ausgegebener Streifen des Druckkopfes ist. Bevorzugt wird ein Leiterstreifen bei unterbrechungsfreier Förderung des Druckmaterials in einem Arbeitsgang als durchgehender Leiterstreifen gedruckt. Dadurch kann die Leitfähigkeit entlang des gesamten Leiterstreifens verbessert sein. Bevorzugt weist der Leiterstreifen eine Kontur bzw. eine Form auf, die in einem kontinuierlichen Prozess gedruckt werden kann. Insbesondere kann die Form des Leiterstreifens mäanderförmig sein. It is preferably provided that the print head of the 3D printer outputs the print material in strip form. Provision is preferably made for the conductor strip to be a strip of the print head that is output directly from the print head. A conductor strip is preferably printed in one operation as a continuous conductor strip with uninterrupted conveyance of the print material. As a result, the conductivity can be improved along the entire conductor strip. The conductor strip preferably has a contour or a shape that can be printed in a continuous process. In particular, the shape of the conductor strip can be meandering.
[0054] Der Leiterstreifen bildet durch seine Steifigkeit eine kinematische Struktur. Durch Wahl des Musters, in dem der Leiterstreifen aufgetragen oder angeordnet ist, kann die kinematische Struktur in unterschiedliche Richtungen unterschiedliche Steifigkeiten aufweisen. The conductor strip forms a kinematic structure due to its rigidity. By choosing the pattern in which the conductor strip is applied or arranged, the kinematic structure can have different stiffnesses in different directions.
[0055] Bevorzugt werden die Hauptleiter beabstandet voneinander angeordnet und durch die Verbindungsleiter miteinander verbunden. Insbesondere können die Hauptleiter rippenförmig bzw. parallel zueinander verlaufend angeordnet sein. Quer zum Verlauf der Hauptleiter hat dadurch die kinematische Struktur eine kleinere Steifigkeit als entlang der Hauptleiter, da durch die Beabstandung der Hauptleiter zueinander zwischen den Hauptleitern die Steifigkeit herabgesetzt ist. Jedoch kann eine freie Wahl des Verlaufs der Hauptleiter und der Verbindungsleiter erfolgen, sodass die kinematische Struktur die gewünschten Krümmungseigenschaften des Aktuators bestimmt bzw. mitbestimmt. The main conductors are preferably arranged at a distance from one another and are connected to one another by the connecting conductors. In particular, the main conductors can be arranged in the form of ribs or running parallel to one another. As a result, the kinematic structure has a lower rigidity transversely to the course of the main conductors than along the main conductors, since the rigidity is reduced due to the spacing of the main conductors from one another between the main conductors. However, the course of the main conductor and the connecting conductor can be freely selected, so that the kinematic structure determines or contributes to the desired curvature properties of the actuator.
[0056] Insbesondere kann der Leiterstreifen leiterförmig, mäanderförmig, rippenförmig oder in einer anderen beliebigen Form ausgebildet sein. [0056] In particular, the conductor strip can be designed in the form of a ladder, meandering, ribs or any other desired shape.
[0057] Gegebenenfalls kann der Leiterstreifen in allen Ausführungsformen eine Breite von 0,1 bis 1mm aufweisen. Optionally, the conductor strip can have a width of 0.1 to 1 mm in all embodiments.
[0058] Gegebenenfalls können die Hauptleiter in allen Ausführungsformen einen Abstand von 0,1 bis 1mm aufweisen. If necessary, the main conductors can have a spacing of 0.1 to 1 mm in all embodiments.
[0059] Gegebenenfalls können die Hauptleiter in allen Ausführungsformen eine Länge von 5 bis 100 mm, insbesondere eine Länge von 5 bis 50 mm aufweisen. If necessary, the main conductors in all embodiments can have a length of 5 to 100 mm, in particular a length of 5 to 50 mm.
[0060] Als exemplarische Größe kann beispielsweise ein Aktuator mit einer Größe von etwa 70x40 mm genannt werden. An actuator with a size of approximately 70×40 mm can be mentioned as an exemplary size.
[0061] Die Zwischenschichten werden bevorzugt durch einen 3D-Druckkopf aufgetragen. Auch die Zwischenschichten können aus Streifen gebildet sein, wobei die Abschnitte der Zwischenschichtstreifen einander bevorzugt überlappen oder direkt aneinander anliegen, um eine durchgehende Zwischenschicht zu bilden. Insbesondere kann die Zwischenschicht mehrere übereinander liegende Zwischenschichtstreifen umfassen. Beispielsweise kann die Zwischenschicht durch zwei, drei oder mehr übereinander gedruckte Zwischenschichtstreifen gebildet sein. Die Zwischenschichtstreifen der unterschiedlichen Schichten können kreuzweise zueinander verlaufen, damit eine im Wesentlichen durchgehende unterbrechungsfreie Zwischenschicht gebildet wird. Die Zwischenschicht weist durch einen durchgehenden, unterbrechungsfreien Aufbau die notwendigen Isolatoreigenschaften auf, sodass ein Spannungsdurchschlag verhindert wird. The intermediate layers are preferably applied by a 3D print head. The intermediate layers can also be formed from strips, with the sections of the intermediate layer strips preferably overlapping one another or directly adjoining one another in order to form a continuous intermediate layer. In particular, the intermediate layer can comprise a plurality of intermediate layer strips lying one on top of the other. For example, the intermediate layer can be formed by two, three or more intermediate layer strips printed one on top of the other. The interlayer strips of the different layers may cross each other to form a substantially continuous uninterrupted interlayer. Thanks to a continuous, uninterrupted structure, the intermediate layer has the necessary insulating properties, so that voltage breakdown is prevented.
[0062] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Aktuator fünf Schichten auf, insbesondere drei Elektrodenschichten und zwei Zwischenschichten, wobei die Schichten abwechselnd angeordnet sind. According to a preferred embodiment, the actuator has five layers, in particular three electrode layers and two intermediate layers, the layers being arranged alternately.
[0063] Der Aktuator ist bevorzugt plättchenförmig, streifenförmig, plan oder gewellt ausgebildet. Bevorzugt weist der Aktuator in allen Ausführungsformen eine um ein Vielfaches größere Erstreckung entlang der Haupterstreckungsrichtung als quer zur Haupterstreckungsrichtung auf. Bei dieser Ausgestaltung ist es möglich, durch eine Längenänderung einer der Zwischenschichten eine Verbiegung bzw. Krümmung des Aktuators entlang einer Krümmungskontur zu bewirken. Die Krümmungsbewegung erfolgt quer zur Haupterstreckungsrichtung des Aktuators. The actuator is preferably in the form of small plates, strips, flat or corrugated. In all of the embodiments, the actuator preferably has an extent that is many times greater along the main direction of extent than transversely to the main direction of extent. In this configuration, it is possible to cause the actuator to bend or curve along a curved contour by changing the length of one of the intermediate layers. The bending movement takes place transversely to the main direction of extension of the actuator.
[0064] Die Zwischenschichten können als Elastomerschichten ausgebildet sein oder zumindest in einem gewissen Betriebsbereich wie Elastomerschichten wirken. Zur aktiven Betätigung des Aktuators durch Anlegen einer Aktuatorspannung ist die jeweilige Zwischenschicht elastisch verformbar. The intermediate layers can be designed as elastomer layers or at least act like elastomer layers in a certain operating range. The respective intermediate layer is elastically deformable for active actuation of the actuator by applying an actuator voltage.
[0065] Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass mindestens eine Zwischenschicht aus einem Material gefertigt ist, das im Betriebstemperaturbereich des Aktuators seine Glasübergangstemperatur hat. Insbesondere kann eine Heizvorrichtung vorgesehen sein, die die Zwischenschicht bzw. dessen Material bei Betätigung der Heizanordnung über die Glasübergangstemperatur erwärmt. Wird die Heizvorrichtung deaktiviert, so kann sich das Material wieder auf eine Temperatur abkühlen, die unterhalb der Glasübergangstemperatur liegt. Dieser Effekt kann dazu genutzt werden, die Elastizitätseigenschaften bzw. die Steifigkeit der Zwischenschichten anzupassen bzw. zu wählen. Liegt die Temperatur des Materials der Zwischenschicht oberhalb der Glasübergangstemperatur, so kann der Aktuator als dielektrischer Elastomer-Aktuator wirken. Liegt die Temperatur der Zwischenschichten unterhalb der Glasübergangstemperatur, so ist die Zwischenschicht versteift, und im Wesentlichen in ihrer Form festgelegt. Die Festlegung der Form des Aktuators kann in der Grundstellung aber auch in einer aus der Grundstellung veränderten, gekrümmten Form erfolgen. If necessary, it can be provided that at least one intermediate layer is made of a material that has its glass transition temperature in the operating temperature range of the actuator. In particular, a heating device can be provided which heats the intermediate layer or its material above the glass transition temperature when the heating arrangement is actuated. If the heating device is deactivated, the material can cool down again to a temperature which is below the glass transition temperature. This effect can be used to adapt or select the elasticity properties or the rigidity of the intermediate layers. If the temperature of the material of the intermediate layer is above the glass transition temperature, the actuator can act as a dielectric elastomer actuator. If the temperature of the intermediate layers is below the glass transition temperature, the intermediate layer is stiffened and its shape is essentially fixed. However, the shape of the actuator can also be defined in the basic position in a curved shape that has been modified from the basic position.
[0066] Bevorzugt wirkt eine der Elektrodenschichten in synergetischer Weise einerseits als Elektrode des Aktuators und andererseits als Heizelement der Heizvorrichtung. One of the electrode layers preferably acts in a synergetic manner on the one hand as an electrode of the actuator and on the other hand as a heating element of the heating device.
[0067] Bevorzugt ist vorgesehen, dass jene Elektrodenschichten, die ausschließlich als Elektrode für die dielektrische Kontraktion eingesetzt werden, lediglich einen einzigen elektrischen Anschluss aufweisen. Von diesem elektrischen Anschluss verläuft bevorzugt ein durchgehender Elektrodenstreifen entlang der Elektrodenschicht. It is preferably provided that those electrode layers that are used exclusively as an electrode for the dielectric contraction have only a single electrical connection. A continuous electrode strip preferably runs from this electrical connection along the electrode layer.
[0068] Bevorzugt ist vorgesehen, dass jene Elektrodenschicht, die als Heizelement der Heizvorrichtung wirkt, zwei elektrische Anschlüsse aufweist. Zur Wirkung als Heizelement wird die Heizspannung zwischen diesen beiden Anschlüssen der Elektrodenschicht angelegt. Die Heizspannung liegt beispielsweise im Bereich von 10 V bis 200, bevorzugt bis 150 V, insbesondere bis 130 V. Die Aktuatorspannung, die lediglich an einem Anschluss angelegt wird, liegt beispielsweise im Bereich von 200 V bis 5 kV. It is preferably provided that that electrode layer which acts as a heating element of the heating device has two electrical connections. To act as a heating element, the heating voltage is applied between these two terminals of the electrode layer. The heating voltage is, for example, in the range from 10 V to 200 V, preferably up to 150 V, in particular up to 130 V. The actuator voltage, which is only applied to one connection, is in the range from 200 V to 5 kV, for example.
[0069] Die Erwärmung des Materials der Zwischenschicht über die Glasübergangstemperatur ist eine Möglichkeit, die Eigenschaften, insbesondere die Festigkeitseigenschaften, der Zwischenschicht zu verändern. Es können auch andere, herkömmliche Mittel zur Anderung des Materials wie beispielsweise Druck oder Magnetfelder zum Einsatz kommen. The heating of the material of the intermediate layer above the glass transition temperature is one way of changing the properties, in particular the strength properties, of the intermediate layer. Other conventional means of altering the material, such as pressure or magnetic fields, may also be used.
[0070] Bevorzugt ist das Material der Zwischenschicht ein thermoplastisches Polymer mit einer Glasübergangstemperatur, die oberhalb der Umgebungstemperatur, insbesondere oberhalb von 20° C liegt. The material of the intermediate layer is preferably a thermoplastic polymer with a glass transition temperature which is above ambient temperature, in particular above 20.degree.
[0071] Geeignete Materialien zur Bildung der Zwischenschicht sollten insbesondere folgende Ei-[0071] Suitable materials for forming the intermediate layer should in particular have the following features
genschaften aufweisen: have characteristics:
- eine hohe dielektrische Konstante, um eine gute Umsetzung der elektrischen Spannung zu einer mechanischen Kraft zu ermöglichen; - a high dielectric constant to allow a good conversion of the electrical voltage to a mechanical force;
- Eine gute elektrische Spannungsdurchschlagfestigkeit bzw. eine gute Isolatorwirkung; - A good electrical voltage breakdown strength or a good insulator effect;
- 3D-Druckbarkeit; - 3D printability;
- Gegebenenfalls einen Wechsel der Steifigkeit mit dem Glasübergang; - Optionally, a change in stiffness with the glass transition;
- Gegebenenfalls eine Glasübergangstemperatur, die innerhalb des Betriebsbereichs des Aktuators liegt. - Optionally, a glass transition temperature that is within the operating range of the actuator.
- ein niedriger Elastizitätsmodul im erweichten, elastomerartigen Zustand. - a low modulus of elasticity in the softened, elastomeric state.
[0072] Beispielsweise kann ein herkömmliches Formgedächtnispolymer, also ein sogenanntes Shape-Memory-Polymer zum Einsatz kommen. For example, a conventional shape memory polymer, ie a so-called shape memory polymer, can be used.
[0073] Zur Betätigung des Aktuators wird zwischen zwei Elektrodenschichten eine Aktuatorspannung angelegt. Die Elektrodenschichten umfassen bevorzugt jeweils eine Vielzahl an Hauptleitern, die durch Verbindungsleiter miteinander verbunden sind. Die Hauptleiter der beiden auf eine Zwischenschicht wirkenden Elektrodenschichten können im Wesentlichen deckungsgleich übereinander angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich können Hauptleiter auch versetzt zueinander angeordnet sein. Insbesondere können die Hauptleiter der einen Elektrodenschicht versetzt und insbesondere parallel versetzt zu den Hauptleitern der weiteren Elektrodenschicht einer Zwischenschicht angeordnet sein. Durch diesen Versatz kann die Homogenität des elektrischen Feldes verbessert werden. To actuate the actuator, an actuator voltage is applied between two electrode layers. The electrode layers preferably each comprise a large number of main conductors which are connected to one another by connecting conductors. The main conductors of the two electrode layers acting on an intermediate layer can be arranged essentially congruently one above the other. As an alternative or in addition, main conductors can also be arranged offset from one another. In particular, the main conductors of one electrode layer can be offset and in particular offset parallel to the main conductors of the further electrode layer of an intermediate layer. This offset can improve the homogeneity of the electric field.
[0074] In weiterer Folge wird die Erfindung anhand von Figuren weiter beschrieben. [0074] The invention is further described below with reference to figures.
[0075] Die Figuren 1a und 1b zeigen schematische Ansichten eines Aktuators in unterschiedlichen Betriebsstellungen. Figures 1a and 1b show schematic views of an actuator in different operating positions.
[0076] Fig. 2 zeigt eine schematische Aufsicht auf eine Zwischenschicht. 2 shows a schematic plan view of an intermediate layer.
[0077] Die Fig. 3 und Fig. 4 zeigen zwei unterschiedliche Ausführungen einer Elektrodenschicht, in einer stark vereinfachten, schematischen Darstellung. 3 and 4 show two different versions of an electrode layer in a highly simplified, schematic representation.
[0078] Wenn nicht anders angegeben, so entsprechen die Bezugszeichen folgenden Komponenten: erste Zwischenschicht 1, zweite Zwischenschicht 2, erste Elektrodenschicht 3, zweite Elektrodenschicht 4, dritte Elektrodenschicht 5, Krümmungskontur 6, Leiterstreifen 7, Hauptleiter 8, Verbindungsleiter 9, Haupterstreckungsrichtung 10, Heizvorrichtung 11, elektrischer Anschluss 12, Zwischenschichtstreifen 13. Unless otherwise stated, the reference symbols correspond to the following components: first intermediate layer 1, second intermediate layer 2, first electrode layer 3, second electrode layer 4, third electrode layer 5, curved contour 6, conductor strip 7, main conductor 8, connecting conductor 9, main direction of extent 10, Heater 11, electrical connector 12, interlayer strip 13.
[0079] Fig. 1a zeigt eine schematische Ansicht eines Aktuators oder Soft-Aktuators, der insbesondere als dielektrischer Elastomer-Aktuator ausgebildet ist oder zumindest wie ein dielektrischer Elastomer-Aktuator wirkt. Dieser weist eine erste Zwischenschicht 1 und eine zweite Zwischenschicht 2 auf. Die Zwischenschichten 1, 2 sind jeweils beidseitig mit Elektrodenschichten 3, 4, 5 versehen. Insbesondere weist die erste Zwischenschicht 1 an einer Seite eine erste Elektrodenschicht 3 und an ihrer anderen Seite eine zweite Elektrodenschicht 4 auf. Auch die zweite Zwischenschicht 2 ist beidseitig mit einer Elektrodenschicht versehen. In der vorliegenden Ausführungsform ist die zweite Zwischenschicht 2 auf ihrer einen Seite mit der zweiten Elektrodenschicht 4 und auf der anderen Seite mit einer dritten Elektrodenschicht 5 versehen. Dadurch wirkt die zweite Elektrodenschicht 4 als Elektrodenschicht für die erste Zwischenschicht 1 und für die zweite Zwischenschicht 2. Es entspricht jedoch auch dem Erfindungsgedanken, dass die mittlere Elektrodenschicht durch zwei Elektrodenschichten gebildet ist, wobei jeder Zwischenschicht dadurch eine eigene Elektrodenschicht zugeordnet ist. 1a shows a schematic view of an actuator or soft actuator which is designed in particular as a dielectric elastomer actuator or at least acts like a dielectric elastomer actuator. This has a first intermediate layer 1 and a second intermediate layer 2 . The intermediate layers 1, 2 are each provided with electrode layers 3, 4, 5 on both sides. In particular, the first intermediate layer 1 has a first electrode layer 3 on one side and a second electrode layer 4 on its other side. The second intermediate layer 2 is also provided with an electrode layer on both sides. In the present embodiment, the second intermediate layer 2 is provided with the second electrode layer 4 on one side and with a third electrode layer 5 on the other side. As a result, the second electrode layer 4 acts as an electrode layer for the first intermediate layer 1 and for the second intermediate layer 2. However, it also corresponds to the idea of the invention that the central electrode layer is formed by two electrode layers, with each intermediate layer being assigned its own electrode layer.
[0080] Die erste Zwischenschicht 1 und die zweite Zwischenschicht 2 sind miteinander verbunden oder gekoppelt, wobei diese Verbindung insbesondere über eine Elektrodenschicht erfolgt. The first intermediate layer 1 and the second intermediate layer 2 are connected or coupled to one another, this connection taking place in particular via an electrode layer.
[0081] Bevorzugt sind die Schichten des Aktuators in allen Ausführungsformen flächig miteinander verbunden, wobei diese Verbindung bevorzugt eine stoffschlüssige Verbindung ist, die dadurch gebildet wird, dass die Schichten mit einem 3D-Drucker aufeinander gedruckt werden. In all embodiments, the layers of the actuator are preferably connected to one another over a large area, with this connection preferably being an integral connection that is formed by the layers being printed on top of one another with a 3D printer.
[0082] Die gezeigte Stellung ist beispielsweise eine Stellung, in der keine Aktuatorspannung an die Elektrodenschichten 3, 4, 5 angelegt ist. Wird nun eine Aktuatorspannung zwischen der zweiten Elektrodenschicht 4 und der dritten Elektrodenschicht 5 angelegt, so wird der Aktuator entlang der Krümmungskontur 6 gekrümmt, wie mit der strichlierten Kontur angedeutet. Die Krümmungskontur 6 kann insbesondere durch Wahl der elektrischen Aktuatorspannung verändert bzw. ein-The position shown is, for example, a position in which no actuator voltage is applied to the electrode layers 3, 4, 5. If an actuator voltage is now applied between the second electrode layer 4 and the third electrode layer 5, the actuator is curved along the curved contour 6, as indicated by the dashed contour. The curvature contour 6 can be changed or adjusted in particular by selecting the electrical actuator voltage.
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gestellt werden. Durch das Anlegen der Aktuatorspannung wie in Fig. 1a gezeigt, wird die zweite Zwischenschicht 2 zwischen ihren beiden Elektrodenschichten, also zwischen der zweiten Elektrodenschicht 4 und der dritten Elektrodenschicht 5 eingeklemmt, womit sich durch Querkontraktion die Länge entlang der Haupterstreckungsrichtung 10 vergrößert. Da eine Verlängerung der ersten Zwischenschicht 1 in diesem Fall nicht auftritt, krümmt sich der Aktuator. Wird die Aktuatorspannung reduziert bzw. auf null gestellt, so geht die zweite Zwischenschicht 2 wieder in ihre ursprüngliche Stellung zurück und der Aktuator befindet sich wieder in seiner Ausgangsposition. be asked. By applying the actuator voltage as shown in Fig. 1a, the second intermediate layer 2 is clamped between its two electrode layers, i.e. between the second electrode layer 4 and the third electrode layer 5, whereby the length along the main extension direction 10 increases due to transverse contraction. Since an extension of the first intermediate layer 1 does not occur in this case, the actuator curves. If the actuator voltage is reduced or set to zero, the second intermediate layer 2 returns to its original position and the actuator is again in its starting position.
[0083] Fig. 1b zeigt dieselbe schematische Darstellung des Aktuators wie Fig. 1a. Jedoch ist in Fig. 1b die Aktuatorspannung bei der ersten Zwischenschicht 1 angelegt, womit diese zwischen der ersten Elektrodenschicht 3 und der zweiten Elektrodenschicht 4 wirkt. In diesem Fall wird die erste Zwischenschicht 1 durch die beiden Elektrodenschichten 3, 4 zusammengedrückt und deren Länge in Haupterstreckungsrichtung 10 wird vergrößert. Dadurch kann der Aktuator in die Gegenrichtung gekrümmt werden, wie mit der strichlierten Kontur angedeutet ist. Figure 1b shows the same schematic representation of the actuator as Figure 1a. However, in FIG. 1 b the actuator voltage is applied to the first intermediate layer 1 , which means that it acts between the first electrode layer 3 and the second electrode layer 4 . In this case, the first intermediate layer 1 is pressed together by the two electrode layers 3, 4 and their length in the direction of main extension 10 is increased. As a result, the actuator can be curved in the opposite direction, as indicated by the dashed contour.
[0084] Die Herstellung der beschriebenen 5-Schicht-Einheit ist bevorzugt mittels konventionellem FFF 3D-Drucker mit zwei Extrudern möglich. Für die Herstellung ist es gegebenenfalls möglich, konventionelle 3D-Druckfilamente, die bereits am Markt sind, zu verwenden. Für die Zwischenschicht 1, 2 kann in allen Ausführungsformen gegebenenfalls weiches TPU verwendet werden. Für die Elektrodenschicht 3, 4, 5 kann in allen Ausführungsformen gegebenenfalls elektrisch leitfähiges TPU Filament verwendet werden. The production of the 5-layer unit described is preferably possible using a conventional FFF 3D printer with two extruders. For production, it may be possible to use conventional 3D printing filaments that are already on the market. Soft TPU can optionally be used for the intermediate layer 1, 2 in all of the embodiments. Electrically conductive TPU filament can be used for the electrode layer 3, 4, 5 in all of the embodiments.
[0085] Der Aktuator kann bevorzugt zur Gänze mittels 3D-Druck und in integraler Bauweise ohne weitere Prozessschritte gefertigt werden. The actuator can preferably be manufactured entirely by means of 3D printing and in an integral design without any further process steps.
[0086] Um die Steifigkeit der Elektrodenschichten 3, 4, 5 zu wählen, sind sie bevorzugt nicht als volle Fläche ausgeführt, sondern als beabstandete Leiterstreifen 7. Dadurch ist es möglich, die Nachgiebigkeit und damit die Verformbarkeit der Elektrodenschichten 3, 4, 5 gegenüber einer vollflächigen Ausführung desselben Elektroden-Materials deutlich zu verbessern. In order to select the rigidity of the electrode layers 3, 4, 5, they are preferably not designed as a full surface, but as spaced conductor strips 7. This makes it possible to compare the flexibility and thus the deformability of the electrode layers 3, 4, 5 a full-surface design of the same electrode material.
[0087] Die dielektrische Zwischenschicht 1, 2 wird bevorzugt aus mehreren dünneren Schichten gefertigt, um eine bessere Homogenität im 3D-Druck zu erreichen. Dadurch werden die Durchschlagfestigkeit und in weiterer Folge die erreichbare Bewegungsamplitude gegenüber 3D-gedruckten 1-Schicht Membranen erhöht. The dielectric intermediate layer 1, 2 is preferably made from a number of thinner layers in order to achieve better homogeneity in 3D printing. This increases the puncture resistance and subsequently the achievable movement amplitude compared to 3D-printed 1-layer membranes.
[0088] Fig. 2 zeigt eine schematische Aufsicht auf eine Zwischenschicht 1, 2. Bevorzugt ist diese Zwischenschicht 1, 2 durch additive Fertigung, insbesondere durch 3D-Druck hergestellt. In Fig. 2 ist ein möglicher Aufbau einer Zwischenschicht 1, 2 gezeigt, die durch einen Filament-3DDrucker hergestellt wurde. Hierbei wird eine im Wesentlichen durchgehende unterbrechungsfreie Schicht gedruckt, die durch mindestens einen Zwischenschichtstreifen 13 gebildet wird. Die Stränge des Zwischenschichtstreifens 13 sind im Wesentlichen direkt aneinander anliegend aufgetragen, um Spalte zwischen den Zwischenschichtstreifen 13 zu verhindern. Bevorzugt ist die Zwischenschicht 1, 2 mehrschichtig aufgebaut, wobei mehrere Zwischenschichtstreifen 13 bzw. Schichten aus Zwischenschichtstreifen 13 übereinander gelegt sind. Beispielsweise können zwei, drei oder mehr von einem 3D-Drucker aufgetragene Schichten eine Zwischenschicht 1, 2 bilden. 2 shows a schematic plan view of an intermediate layer 1, 2. This intermediate layer 1, 2 is preferably produced by additive manufacturing, in particular by 3D printing. 2 shows a possible structure of an intermediate layer 1, 2, which was produced by a filament 3D printer. In this case, an essentially continuous, uninterrupted layer is printed, which is formed by at least one intermediate layer strip 13 . The strands of the interlayer strip 13 are applied substantially face to face to prevent gaps between the interlayer strips 13 . The intermediate layer 1, 2 is preferably constructed in several layers, with several intermediate layer strips 13 or layers of intermediate layer strips 13 being placed one on top of the other. For example, two, three or more layers applied by a 3D printer can form an intermediate layer 1, 2.
[0089] Fig. 3 zeigt eine mögliche Ausführungsform einer Elektrodenschicht 3, 4, 5 in einer stark vereinfachten Darstellung. Die Elektrodenschicht 3, 4, 5 umfasst einen Leiterstreifen 7, der sich in der vorliegenden Ausführungsform mäanderförmig bzw. schlangenförmig erstreckt, um die Elektrodenschicht 3, 4, 5 zu bilden. Der Leiterstreifen 7 umfasst mehrere Hauptleiter 8, die durch Verbindungsleiter 9 miteinander leitend verbunden sind. Die Hauptleiter 8 verlaufen in der vorliegenden Ausführungsform beabstandet voneinander und nebeneinander. Um dennoch eine elektrisch leitende Verbindung herzustellen, sind die Hauptleiter 8 durch Verbindungsleiter 9 elektrisch leitend miteinander verbunden. Die Hauptleiter 8 sind in dieser Ausführungsform an einer Stelle elektrisch leitend mit dem jeweils benachbarten Hauptleiter 8 verbunden. Die Hauptleiter 8 verlaufen in der vorliegenden Ausführungsform rippenförmig. Durch diese rippenförmige Ausgestaltung weist die Elektrodenschicht 3, 4, 5 entlang des Verlaufs der Rippen eine größere Biegesteifigkeit auf als quer zu den Rippen. Durch die Ausgestaltung der Leiterstreifen 7 wird 3 shows a possible embodiment of an electrode layer 3, 4, 5 in a highly simplified representation. The electrode layer 3, 4, 5 comprises a conductor strip 7 which, in the present embodiment, extends in a meandering or serpentine manner in order to form the electrode layer 3, 4, 5. The conductor strip 7 comprises a plurality of main conductors 8 which are conductively connected to one another by connecting conductors 9 . In the present embodiment, the main conductors 8 run at a distance from one another and next to one another. In order to nevertheless establish an electrically conductive connection, the main conductors 8 are electrically conductively connected to one another by connecting conductors 9 . In this embodiment, the main conductors 8 are electrically conductively connected at one point to the respective adjacent main conductor 8 . In the present embodiment, the main conductors 8 run in the form of ribs. As a result of this rib-shaped design, the electrode layer 3, 4, 5 has greater flexural rigidity along the course of the ribs than across the ribs. The design of the conductor strips 7 is
eine kinematische Struktur gebildet, die die Biegesteifigkeit bzw. das Krümmungsverhalten des Aktuators beeinflusst. Zudem weist die Elektrodenschicht 3, 4, 5 einen elektrischen Anschluss 12 auf, an den die Aktuatorspannung angelegt werden kann. a kinematic structure is formed, which influences the bending stiffness or the curvature behavior of the actuator. In addition, the electrode layer 3, 4, 5 has an electrical connection 12 to which the actuator voltage can be applied.
[0090] Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer möglichen Ausgestaltung einer Elektrodenschicht in einer stark vereinfachten Darstellung. Die Elektrodenschicht 3, 4, 5 umfasst einen Leiterstreifen 7 mit Hauptleitern 8 und Verbindungsleitern 9. Ahnlich der Ausführungsform der Fig. 3 verlaufen die Hauptleiter 8 im Wesentlichen beabstandet zueinander und nebeneinander. Zur elektrischen Verbindung sind die Verbindungsleiter 9 vorgesehen. Durch die Form der Leiterstreifen 7 wird eine kinematische Struktur gebildet, die die Krümmungseigenschaften des Aktuators beeinflusst bzw. bestimmt. Die Konfiguration gemäß Fig. 4 ist jedoch nicht mäander- bzw. schlangenförmig, sondern leiterförmig. Insbesondere umfasst der Leiterstreifen 7 mehrere parallel und beabstandet voneinander verlaufende Hauptleiter 8 und beidseitig der Hauptleiter 8 verlaufenden Verbindungsleiter 9. Die Hauptleiter 8 sind in dieser Ausführungsform an zwei Stellen elektrisch leitenden mit dem jeweils benachbarten Hauptleiter 8 verbunden. 4 shows a further embodiment of a possible configuration of an electrode layer in a highly simplified representation. The electrode layer 3, 4, 5 comprises a conductor strip 7 with main conductors 8 and connecting conductors 9. Similar to the embodiment in FIG. 3, the main conductors 8 run essentially at a distance from one another and next to one another. The connecting conductors 9 are provided for the electrical connection. A kinematic structure is formed by the shape of the conductor strips 7, which influences or determines the curvature properties of the actuator. However, the configuration according to FIG. 4 is not in the form of a meander or a snake, but in the form of a ladder. In particular, the conductor strip 7 comprises a plurality of main conductors 8 running parallel and spaced apart from one another and connecting conductors 9 running on both sides of the main conductors 8. In this embodiment, the main conductors 8 are electrically conductively connected to the respectively adjacent main conductor 8 at two points.
[0091] Die Elektrodenschicht gemäß Fig. 4 umfasst zwei elektrische Anschlüsse 12. Zum Anlegen der Aktuatorspannung ist es ausreichend, diese an einen elektrischen Anschluss 12 anzulegen, da die Aktuatorspannung zwischen zwei Elektrodenschichten wirkt. Die Elektrodenschicht gemäß Fig. 4 ist jedoch zudem als Heizelement einer Heizvorrichtung 11 ausgebildet. So kann durch Anlegen einer Heizspannung zwischen den beiden elektrischen Anschlüssen 12 der gleichen Elektrodenschicht 3, 4, 5, der Leiterstreifen 7 bzw. die Elektrodenschicht 3, 4, 5 als Heizelement wirken. The electrode layer according to FIG. 4 comprises two electrical connections 12. To apply the actuator voltage, it is sufficient to apply this to an electrical connection 12, since the actuator voltage acts between two electrode layers. However, the electrode layer according to FIG. 4 is also designed as a heating element of a heating device 11 . By applying a heating voltage between the two electrical connections 12 of the same electrode layer 3, 4, 5, the conductor strip 7 or the electrode layer 3, 4, 5 can act as a heating element.
[0092] Alternativ kann vorgesehen sein, dass eine als Heizelement der Heizvorrichtung ausgebildete Elektrodenschicht 3, 4, 5 einen Leiterstreifen 7 aufweist, der ausgebildet ist, wie der Leiterstreifen 7 gemäß Fig. 3, wobei aber beide Enden des Leiterstreifens 7 einen elektrischen Anschluss 12 aufweisen. Alternatively, it can be provided that an electrode layer 3, 4, 5 designed as a heating element of the heating device has a conductor strip 7, which is designed like the conductor strip 7 according to Fig. 3, but with both ends of the conductor strip 7 having an electrical connection 12 exhibit.
[0093] Gegebenenfalls kann der Leiterstreifen 7 auch mäanderförmig von einem Anschluss 12 bis ans gegenüberliegende Ende der Elektrodenschicht 3, 4, 5 verlaufen - und dann wieder zurück zum anderen Ende, um dort den zweiten Anschluss 12 zu bilden. Optionally, the conductor strip 7 can also meander from one connection 12 to the opposite end of the electrode layer 3, 4, 5 - and then back to the other end to form the second connection 12 there.
[0094] In weiterer Folge werden exemplarische Schritte zur Herstellung des Aktuators beschrieben: Exemplary steps for manufacturing the actuator are described below:
[0095] Zuerst kann ein dreidimensionales Computermodell von dem zu bildenden Aktuator erstellt werden. Die Form des Aktuators kann, wie in den Figuren dargestellt, plättchenförmig bzw. streifenförmig ausgebildet sein. Grundsätzlich kann ein derartiger Aktuator jedoch eine beliebige Form aufweisen und auch ein Teil eines komplexen Bauteils sein. So kann beispielsweise der Aktuator dazu verwendet werden, einen Teil einer Vorrichtung beweglich auszubilden, wobei die Vorrichtung bevorzugt ebenfalls eine 3D-gedruckte Vorrichtung ist. Dadurch können die Vorrichtung und der Aktuator im Wesentlichen in einem Arbeitsschritt auf einem 3D-Drucker hergestellt werden. First, a three-dimensional computer model of the actuator to be built can be created. As shown in the figures, the shape of the actuator can be plate-like or strip-like. In principle, however, such an actuator can have any shape and can also be part of a complex component. For example, the actuator can be used to make part of a device movable, with the device preferably also being a 3D-printed device. As a result, the device and the actuator can essentially be manufactured in one work step on a 3D printer.
[0096] Wie bei additiver Fertigung üblich, wird ein Druckmaterial schichtweise aufgetragen, um eine gewünschte Form zu erhalten. Grundsätzlich können unterschiedliche additive Fertigungsverfahren angewendet werden. As is common in additive manufacturing, a print material is applied in layers to form a desired shape. In principle, different additive manufacturing processes can be used.
[0097] Bevorzugt kommt jedoch ein Filament-3D-Drucker zum Einsatz. Zur Herstellung der in den Figuren dargestellten Ausgestaltungen des Aktuators kann in einem ersten Schritt eine erste Elektrodenschicht 3 auf das Druckbett oder eine Stützstruktur gedruckt werden und die erste Elektrodenschicht 3 kann beispielsweise wie in Fig. 3 gezeigt ausgebildet sein. Bevorzugt wird ein durchgehender Leiterstreifen 7 gedruckt, der elektrisch leitend ausgebildet ist, um eine Elektrode bilden zu können. Die Form, in der der Leiterstreifen 7 aufgetragen wird, definiert eine kinematische Struktur, die in weiterer Folge die Biegeeigenschaften des Aktuators beeinflusst oder zumindest mitbeeinflusst. Beispielsweise können die Leiterstreifen 7 bzw. die Hauptleiter 8 rippenförmig, also insbesondere parallel nebeneinander gedruckt werden. Die genaue Form des Leiterstreifens 7 kann beispielsweise in jener Software definiert werden, die die Steueranweisun-However, a filament 3D printer is preferably used. To produce the configurations of the actuator shown in the figures, a first electrode layer 3 can be printed onto the printing bed or a support structure in a first step, and the first electrode layer 3 can be configured, for example, as shown in FIG. A continuous conductor strip 7 is preferably printed, which is designed to be electrically conductive in order to be able to form an electrode. The form in which the conductor strip 7 is applied defines a kinematic structure which subsequently influences or at least influences the bending properties of the actuator. For example, the conductor strips 7 or the main conductors 8 can be printed in the form of ribs, ie in particular parallel next to one another. The exact shape of the conductor strip 7 can be defined, for example, in the software that the control instructions
gen für den 3D-Drucker generiert. Beim Erstellen der ersten Elektrodenschicht 3 wird bevorzugt auch gleich ein Anschluss 12 mitgedruckt. Ist die erste Elektrodenschicht 3 erstellt, so kann auf diese erste Elektrodenschicht 3 eine erste Zwischenschicht 1 gedruckt werden. Hierzu wird jedoch in der Regel ein anderes Material verwendet als für die Elektrodenschicht 3. Das Material für die Zwischenschicht 1 benötigt für die Betätigbarkeit des Aktuators ein niedriges E-Modul und dielektrische Eigenschaften. Das niedrige E-Modul muss nicht über den gesamten Temperatureinsatzbereich vorhanden sein, sondern nur für jenen Einsatzbereich, in dem der Aktuator betätigt werden soll. Zur Herstellung der ersten Zwischenschicht 1 wird ein Zwischenschichtstreifen 13 aufgetragen, der ebenfalls mäanderförmig bzw. schlangenförmig erstellt werden kann. Insbesondere sollte eine durchgehende unterbrechungsfreie Schicht gebildet werden, um einen Spannungsdurchschlag zwischen den Elektroden zu verhindern. Bevorzugt werden mehrere Schichten eines Zwischenschichtstreifens 13 übereinander gedruckt, um eine durchgehende und ausreichend dicke Schicht zu erhalten. generated for the 3D printer. When creating the first electrode layer 3, a connection 12 is preferably also printed at the same time. Once the first electrode layer 3 has been created, a first intermediate layer 1 can be printed on this first electrode layer 3 . For this purpose, however, a different material is generally used than for the electrode layer 3. The material for the intermediate layer 1 requires a low modulus of elasticity and dielectric properties for the actuator to be able to be actuated. The low modulus of elasticity does not have to be present over the entire temperature range, but only for the area in which the actuator is to be operated. To produce the first intermediate layer 1, an intermediate layer strip 13 is applied, which can also be created in a meandering or serpentine manner. In particular, a continuous uninterrupted layer should be formed to prevent voltage breakdown between the electrodes. Multiple layers of an intermediate layer strip 13 are preferably printed one on top of the other in order to obtain a continuous and sufficiently thick layer.
[0098] Ist die erste Zwischenschicht 1 erstellt, so kann auf die erste Zwischenschicht 1 eine zweite Elektrodenschicht 4 gedruckt werden. Bevorzugt ist die zweite Elektrodenschicht 4 wie in Fig. 4 dargestellt ausgebildet. Insbesondere weist diese Elektrodenschicht zwei Anschlüsse 12 auf, die es ermöglichen, neben der Aktuatorspannung wahlweise eine Heizspannung anzulegen. Wird die Heizspannung angelegt, so erwärmt sich der Leiterstreifen 7 der zweiten Elektrodenschicht 4. Once the first intermediate layer 1 has been created, a second electrode layer 4 can be printed on the first intermediate layer 1 . The second electrode layer 4 is preferably formed as shown in FIG. 4 . In particular, this electrode layer has two connections 12 which make it possible to optionally apply a heating voltage in addition to the actuator voltage. If the heating voltage is applied, the conductor strip 7 of the second electrode layer 4 heats up.
[0099] Ist die zweite Elektrodenschicht 4 erstellt, so kann auf diese Schicht die zweite Zwischenschicht 2 in analoger Weise zur ersten Zwischenschicht 1 aufgetragen werden. Auf die zweite Zwischenschicht 2 kann in weiterer Folge die dritte Elektrodenschicht 5 aufgetragen werden, wobei diese bevorzugt, wie in Fig. 3 dargestellt, ausgebildet ist. Once the second electrode layer 4 has been created, the second intermediate layer 2 can be applied to this layer in a manner analogous to the first intermediate layer 1 . The third electrode layer 5 can subsequently be applied to the second intermediate layer 2, this being preferably configured as shown in FIG.
[00100] Durch diesen fünfschichtigen Aufbau ist ein bevorzugter Aufbau des Aktuators gebildet. Die Anschlüsse der Elektrodenschichten 3, 4, 5 werden bevorzugt in einem Arbeitsgang mit dem Erstellen dieser jeweiligen Schichten mitgedruckt. A preferred structure of the actuator is formed by this five-layer structure. The connections of the electrode layers 3, 4, 5 are preferably also printed in one operation with the creation of these respective layers.
[00101] Der Materialwechsel des Filaments des 3D-Druckers kann entweder manuell erfolgen, oder es wird ein 3D-Drucker verwendet, der einen automatischen Materialwechsel erlaubt. The material change of the filament of the 3D printer can either be done manually, or a 3D printer is used that allows an automatic material change.
[00102] Ist der Aktuator ein Teil eines anderen Bauteils oder einer Vorrichtung, so kann vorher oder danach oder auch gleichzeitig durch den 3D-Drucker das Bauteil aufgebaut werden. [00102] If the actuator is part of another component or a device, the component can be constructed beforehand or afterwards or at the same time by the 3D printer.
[00103] In weiterer Folge wird ein exemplarisches Verfahren zum Betrieb eines Aktuators aufgezeigt: An exemplary method for operating an actuator is shown below:
[00104] Der Aktuator, wie beispielsweise in den Fig. 1a und 1b dargestellt, befindet sich in seiner Null-Lage, wenn keine Spannung an die Elektrodenschichten 3, 4, 5 angelegt ist. Soll nun der Aktuator eine Aktuatorbewegung ausführen, so wird zwischen zwei Schichten, insbesondere zwischen zwei an derselben Zwischenschicht 1, 2 anliegenden Elektrodenschichten 3, 4, 5 eine Aktuatorspannung angelegt. Durch diese Aktuatorspannung werden die beiden Elektrodenschichten 3, 4, 5 aneinander gezogen und die dazwischen liegende Zwischenschicht 1, 2 wird zusammengedrückt. The actuator, as shown for example in FIGS. 1a and 1b, is in its zero position when no voltage is applied to the electrode layers 3, 4, 5. If the actuator is now to perform an actuator movement, an actuator voltage is applied between two layers, in particular between two electrode layers 3 , 4 , 5 lying on the same intermediate layer 1 , 2 . This actuator voltage pulls the two electrode layers 3, 4, 5 towards one another and the intermediate layer 1, 2 lying between them is pressed together.
[00105] Durch Querkontraktion verändert sich die Länge der Zwischenschicht 1, 2 entlang der Haupterstreckungsrichtung 10. Diese Längenänderung kann auch von den Elektrodenschichten 3, 4, 5 mit ausgeführt werden, da diese, wie beispielsweise in Fig. 3 gezeigt, mäander- bzw. schlangenförmig ausgebildet sind. The length of the intermediate layer 1, 2 changes along the main extension direction 10 as a result of transverse contraction. This change in length can also be carried out by the electrode layers 3, 4, 5, since these, as shown for example in FIG. are snake-shaped.
[00106] Bei dieser Bewegung bleibt jedoch eine der Elektrodenschichten 3, 4, 5 ohne Aktuatorspannung, womit die andere Zwischenschicht nicht gequetscht wird und auch ihre Länge im Wesentlichen nicht verändert wird. Durch den Längenunterschied der beiden Zwischenschichten kommt es zu einer Krümmung des Aktuators, wobei dieser Effekt mit dem Effekt eines Bimetallstreifens vergleichbar ist. Wird die Aktuatorspannung reduziert oder abgeschaltet, so geht der Aktuator wieder in seine Nullstellung zurück. Um danach den Aktuator in die Gegenrichtung zu bewegen, können die Elektrodenschichten 3, 4, 5 der anderen Zwischenschicht mit einer Aktua-During this movement, however, one of the electrode layers 3, 4, 5 remains without actuator voltage, so that the other intermediate layer is not squeezed and its length is also essentially not changed. The difference in length of the two intermediate layers causes the actuator to curve, with this effect being comparable to the effect of a bimetallic strip. If the actuator voltage is reduced or switched off, the actuator returns to its zero position. In order to then move the actuator in the opposite direction, the electrode layers 3, 4, 5 of the other intermediate layer can be provided with an actuator
torspannung versorgt werden, womit sich der Aktuator in analoger Weise in die andere Richtung krümmt. gate voltage are supplied, with which the actuator curves in the other direction in an analogous manner.
[00107] Vorraussetzung für eine Betätigbarkeit des Aktuators ist, dass zumindest eine der Zwischenschichten 1, 2 ein niedriges E-Modul bzw. eine elastische Verformbarkeit unter dem Druck der Elektrodenschichten 3, 4, 5 erlaubt. Wird ein Material für die Zwischenschicht 1, 2 verwendet, die im Betriebsbereich des Aktuators wahlweise steif oder elastisch ist, so muss für eine Bewegung des Aktuators zuerst die Zwischenschicht 1, 2 in ihren weichen Zustand versetzt werden. Wird beispielsweise ein Material für die Zwischenschicht 1, 2 verwendet, das im Betriebstemperaturbereich seine Glasübergangstemperatur aufweist, so kann in einem ersten Schritt eine Heizvorrichtung 11 betätigt werden, die die Zwischenschichten 1, 2 auf eine Temperatur oberhalb der Glasübergangstemperatur bringt. In weiterer Folge kann dann der Aktuator, wie zuvor beschrieben, betätigt werden. Wird die Zwischenschicht 1, 2 in weiterer Folge wieder abgekühlt, so kann die Stellung des Aktuators wieder fixiert werden. Diese Fixierung kann beispielsweise in der gekrümmten oder auch in der Null-Lage erfolgen. [00107] A prerequisite for the actuation of the actuator is that at least one of the intermediate layers 1, 2 has a low modulus of elasticity or elastic deformability under the pressure of the electrode layers 3, 4, 5. If a material is used for the intermediate layer 1, 2, which is either stiff or elastic in the operating range of the actuator, the intermediate layer 1, 2 must first be brought into its soft state for the actuator to move. If, for example, a material is used for the intermediate layer 1, 2 that has its glass transition temperature in the operating temperature range, a heating device 11 can be actuated in a first step, which brings the intermediate layers 1, 2 to a temperature above the glass transition temperature. The actuator can then be actuated as previously described. If the intermediate layer 1, 2 is subsequently cooled again, the position of the actuator can be fixed again. This fixation can take place, for example, in the curved or in the zero position.
[00108] Erfolgt die Fixierung durch Versteifung der Zwischenschicht 1, 2 in der gekrümmten Stellung, so kann der Aktuator selbsttätig in die Null-Lage zurückkehren, wenn die Zwischenschicht 1, 2 wieder erweicht wird. Gegebenenfalls kann diese Bewegung durch Anlegen einer Aktuatorspannung unterstützt werden. If the fixation takes place by stiffening the intermediate layer 1, 2 in the curved position, the actuator can automatically return to the zero position when the intermediate layer 1, 2 is softened again. If necessary, this movement can be supported by applying an actuator voltage.
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