DE102009054035A1 - Energy transformer with electroactive polymer film body - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Energietransformer (5) mit einem elektroaktiven Polymerfolienkörper (1). Der Energietransformer (5) weist eine mehrschichtige elektroaktive Polymerfolie (4) mit einer Elektrode (6) und einer Gegenelektrode (7) eines mechanisch flexiblen Kondensators (8) auf. Die mehrschichtige elektroaktive Polymerfolie (4) weist ein flachgewickeltes elektroaktives Polymerfolienband (9) auf. Das elektroaktive Polymerfolienband (9) weist eine einseitig auf dem Band angeordnete Elektrodenstruktur (10, 11) der Elektrode (6) und der Gegenelektrode (7) eines Kondensators (8) auf. Die Elektrode (6) und die Gegenelektrode (7) bilden nach Wickeln unter Falten des elektroaktiven Polymerfolienbandes (9) zu einem flachgewickelten elektroaktiven Polymerfolienkörper (1) einander gegenüberliegende Elektroden (6, 7) mit dazwischen angeordnetem elektroaktiven Polymerfolienmaterial (12).The invention relates to an energy transformer (5) with an electroactive polymer film body (1). The energy transformer (5) has a multi-layer electroactive polymer film (4) with an electrode (6) and a counter electrode (7) of a mechanically flexible capacitor (8). The multilayer electroactive polymer film (4) has a flat-wound electroactive polymer film tape (9). The electroactive polymer film tape (9) has an electrode structure (10, 11) of the electrode (6) and the counter electrode (7) of a capacitor (8) arranged on one side of the tape. The electrode (6) and the counterelectrode (7), after winding and folding the electroactive polymer film strip (9) into a flat-wound electroactive polymer film body (1), form mutually opposite electrodes (6, 7) with an electroactive polymer film material (12) arranged between them.

Description

Die Erfindung betrifft einen Energietransformer mit einem elektroaktiven Polymerfolienkörper. Der Energietransformer weist eine mehrschichtige elektroaktive Polymerfolie mit einer Elektrode und einer Gegenelektrode eines mechanisch flexiblen Kondensators auf.The invention relates to an energy transformer with an electroactive polymer film body. The energy transformer has a multilayer electroactive polymer film with an electrode and a counterelectrode of a mechanically flexible capacitor.

Aus der Druckschrift DE 60 2004 008 639 T2 ist ein Wellenenergietransformer bekannt, wo bei ein Schwimmkörper ein Verbindungselement trägt, das mit dem Wellengang auf- und abgleitet und entsprechend elektrische Energie in einer das Verbindungselement umgebenden Spule erzeugt.From the publication DE 60 2004 008 639 T2 a wave energy transformer is known, where in a floating body carries a connecting element which slides up and down with the swell and generates corresponding electrical energy in a coil surrounding the connecting element.

Aus der Druckschrift US 2007/0257490 A1 ist ein System und ein Verfahren zur Nutzung eines elektroaktiven Polymertransformers bekannt, um mechanische Energie, die ursprünglich in einem oder mehreren Wellen enthalten ist, in elektrische Energie zu wandeln. Dazu weist der Transformer ein maritimes Gerät auf, das die mechanische Energie einer Welle in mechanische Energie umwandelt, die als Eingang für einen elektroaktiven Polymertransformer geeignet ist.From the publication US 2007/0257490 A1 For example, a system and method for utilizing an electroactive polymer transformer to convert mechanical energy originally contained in one or more waves into electrical energy is known. For this purpose, the transformer has a marine device that converts the mechanical energy of a wave into mechanical energy, which is suitable as an input for an electroactive polymer transformer.

Auch aus dieser Druckschrift ist ein Schwimmkörper bekannt, der teilweise mit unter Wasser angeordneten Massen verbunden ist oder direkt am Meeresboden verankert ist. Der Schwimmkörper trägt mehrere Behälter, in denen bewegliche Massen synchron mit dem Wellengang mechanische Bewegungen ausführen und damit mechanische Energie des Wellenganges in kinetische Energie transformieren, mit der ein elektroaktiver Polymertransformer zur Erzeugung von elektrischer Energie beaufschlagt wird.Also from this document, a floating body is known, which is partially connected to submerged masses or anchored directly on the seabed. The floating body carries a plurality of containers in which moving masses perform mechanical movements synchronously with the waves and thus transform mechanical energy of the waves into kinetic energy, which is applied to an electroactive polymer transformer for generating electrical energy.

Ein derartiger elektroaktiver Polymertransformer hat eine elektroaktive Polymerfolie, auf deren Oberseite eine Elektrode und auf deren Unterseite eine Gegenelektrode eines Kondensators angeordnet sind. Bei einer Dehnung, einer Krümmung oder einer anderen Verformung des elektroaktiven Polymermaterials variiert die Kapazität des Kondensators aus Elektrode, Gegenelektrode und dazwischen angeordneter Polymerfolie, so dass aus mechanischer Verformung des Polymermaterials in einer geeigneten Generatorschaltung elektrische Energie gewonnen werden kann.Such an electroactive polymer transformer has an electroactive polymer film, on the top side of which an electrode and on the underside of which a counterelectrode of a capacitor are arranged. Upon expansion, curvature, or other deformation of the electroactive polymer material, the capacitance of the capacitor, electrode, counter electrode, and interposed polymer film varies, so that electrical energy can be obtained from mechanical deformation of the polymer material in a suitable generator circuit.

Wird das elektroaktive Polymer bei nur geringer elektrischer Feldstärke durch ein mechanisches Energieübertragungssystem aufgrund des Wellenganges gedehnt, so erhöht sich die elektrische Feldstärke. Die erhöhte elektrische Feldstärke wird beibehalten, während sich die elektroaktive Polymerfolie entspannt, und kann elektrische Energie an eine Zwischenkapazität oder eine Ladebatterie in der Entspannungsphase der Folie abgeben. Dazu weist der Wellenenergietransformer mindestens einen Positionssensor auf, der die Umkehrpositionen von Dehnungsphase in Entspannungsphase und umgekehrt erfasst und eine Positionsänderung einem entsprechenden Steuergerät des Generators signalisiert.If the electroactive polymer is stretched by a mechanical energy transmission system due to the waves at low electric field strength, the electric field strength increases. The increased electric field strength is maintained as the electroactive polymer film relaxes, and can deliver electrical energy to an intermediate capacity or charge battery in the relaxation phase of the film. For this purpose, the wave energy transformer has at least one position sensor which detects the reversal positions of the expansion phase in the relaxation phase and vice versa and signals a change in position to a corresponding control unit of the generator.

Ein Nachteil der bekannten Wellenenergietransformer ist ihr relativ komplexer und materialintensiver Aufbau, der gemäß der Vorrichtung nach DE 60 2004 008 639 T2 einen hohen Auf- wand an Kupferspulen erfordert, um eine Auf- und Abwärtsbewegung eines Verbindungselements, das mit einem Schwimmkörper in Verbindung steht, in elektrische Energie zu transformieren. Bei den aus der Druckschrift US 2007/0257490 A1 bekannten Wellenenergieübertrager mit einem elektroaktiven Polymerübertrager sind aufwendige folienartige Auf- bauten bekannt, um einen Schwimmkörper über entsprechende Verbindungselemente mit der elektroaktiven Polymerfolie derart zu verbinden, dass die mechanische Energie des Wellenganges auf das elektroaktive Polymermaterial übertragen werden kann, so dass das elektroaktive Polymermaterial in der Lage ist, mittels einer Generatorschaltung elektrische Energie an eine Last oder eine Ladebatterie abzugeben.A disadvantage of the known wave energy transformers is their relatively complex and material-intensive structure, according to the device according to DE 60 2004 008 639 T2 requires a high cost of copper coils to transform an up and down movement of a connecting element, which is in communication with a floating body, into electrical energy. In the from the publication US 2007/0257490 A1 known wave energy exchanger with an electroactive polymer transformer elaborate film-like structures are known to connect a floating body via appropriate connecting elements with the electroactive polymer film such that the mechanical energy of the waves can be transferred to the electroactive polymer material, so that the electroactive polymer material in position is to deliver electrical energy to a load or a rechargeable battery by means of a generator circuit.

Aus der Druckschrift EP 1 212 800 D1 ist darüber hinaus ein Generator zum Umwandeln von mechanischer Energie in elektrische Energie bekannt, bei dem wenigstens zwei Elektroden in einem Polymer in einer Weise angeordnet sind, dass eine Veränderung des elektrischen Feldes als Reaktion auf eine auf einem ersten Teil des Polymers aufgebrachte Auslenkung auftritt. Ferner sind unterschiedliche Aufbauten und Anordnungen der Elektroden in Bezug auf das elektroaktive Polymermaterial bekannt, wobei unter anderem auf ein Aufrollen einer elektroaktiven Polymerfolie zu einem Wickelkondensator vorgeschlagen wird.From the publication EP 1 212 800 D1 In addition, there is known a generator for converting mechanical energy to electrical energy, wherein at least two electrodes are disposed in a polymer in a manner such that a change in the electric field occurs in response to a deflection applied to a first portion of the polymer. Furthermore, different structures and arrangements of the electrodes with respect to the electroactive polymer material are known, wherein, inter alia, it is proposed to roll up an electroactive polymer film into a wound capacitor.

Ein Nachteil dieses Wickelkondensators ist es jedoch, dass er entsprechend herkömmlicher Wickelkondensatoren zylindrisch aufgebaut ist und somit nur beschränkt beispielsweise bei reiner Dehnung des elektroaktiven Polymermaterials seine volle Wirkung entfaltet, jedoch für Durchbiege-, Krümmungs- und andere Verformungen eine verminderte Effektivität besitzt.A disadvantage of this wound capacitor, however, is that it is constructed cylindrically according to conventional wound capacitors and thus only to a limited extent unfolds its full effect, for example, in pure stretching of the electroactive polymer material, but for bending, curvature and other deformations has a reduced efficiency.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Energietransformer zu schaffen, der eine vereinfachte und kostengünstigere Wickelstruktur aufweist und bei Biege-, Krümmungs- und anderen bewegungsabhängigen Verformungen eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Form aufweist.The object of the invention is to provide an energy transformer, which has a simplified and less expensive winding structure and in bending, bending and other movement-dependent deformations has a relation to the prior art improved shape.

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved with the subject matter of the independent claims. advantageous Further developments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Erfindungsgemäß wird ein Energietransformer, vorzugsweise ein Wellenenergietransformer mit einem elektroaktiven Polymerfolienkörper geschaffen. Der Energietransformer weist eine mehrschichtige elektroaktive Polymerfolie mit einer Elektrode und einer Gegenelektrode eines mechanisch flexiblen Kondensators auf. Die mehrschichtige elektroaktive Polymerfolie weist ein flachgewickeltes elektroaktives Polymerfolienband auf. Das elektroaktive Polymerfolienband weist eine einseitig auf dem Band angeordnete Elektrodenstruktur der Elektrode und der Gegenelektrode eines Kondensators auf. Die Elektrode und die Gegenelektrode bilden nach Wickeln unter Falten des elektroaktiven Polymerfolienbandes zu einem flachgewickelten elektroaktiven Polymerfolienkörper einander gegenüberliegende Elektroden mit dazwischen angeordnetem elektroaktiven Polymerfoliematerial.According to the invention, an energy transformer, preferably a wave energy transformer with an electroactive polymer film body is provided. The energy transformer has a multilayer electroactive polymer film with an electrode and a counterelectrode of a mechanically flexible capacitor. The multilayer electroactive polymer film has a flat-wound electroactive polymer film ribbon. The electroactive polymer film strip has an electrode structure, arranged on one side of the strip, of the electrode and the counter electrode of a capacitor. The electrode and counterelectrode, upon winding to fold the electroactive polymer film ribbon into a flat-wound electroactive polymer film body, form opposing electrodes with electroactive polymer film material interposed therebetween.

Ein derart flachgewickelter flexibler Kondensator mit einem elektroaktiven Polymerfolienmaterial als Dielektrikum hat den Vorteil einer variablen Kapazität, die vom Verformungsgrad des flexiblen Kondensators abhängt. Durch die nachfolgend noch näher erörterte einseitig aufgebrachte Elektrodenstruktur für Elektrode und Gegenelektrode des Kondensators wird ein flacher gewickelter flexibler Kondensator geschaffen, der in vorteilhafter Weise in Energietransformern eingesetzt werden kann, um bei Unterstützung durch eine entsprechende Generatorschaltung aus der mechanischen Verformungsenergie des flexiblen Kondensators elektrische Energie zu gewinnen.Such a flat-wound flexible capacitor with an electroactive polymer film material as a dielectric has the advantage of a variable capacitance, which depends on the degree of deformation of the flexible capacitor. As a result of the electrode structure for the electrode and counterelectrode of the capacitor, which is discussed in greater detail below, a flat wound flexible capacitor is provided that can be advantageously used in energy transformers to supply electrical energy from the mechanical deformation energy of the flexible capacitor when supported by a corresponding generator circuit win.

Dabei ist von besonderem Vorteil, dass die Elektroden einseitig auf einem Polymerfolienband angeordnet sind, was den Herstellungsprozess eines derartigen flachgewickelten Kondensators vereinfacht und kostengünstig gestaltet. Darüber hinaus wird mit dem flachgewickelten Kondensator ein Generator aus elektroaktiven Polymermaterial geschaffen, der übereinander gestapelte und beliebig große Elektrodenflächen miteinander verbindet und in entsprechende durch Wellengang eingeprägte mechanische Verbiegungen bei einseitiger oder beidseitiger Einspannung in elektrische Energie wandeln kann. Außerdem ist es mög- lich, Randstreifen dieses flachgewickelten Kondensators, die in einer Ausführungsform der Erfindung keinerlei Elektrodenmaterial aufweisen, mit einer Verstärkungsstruktur zu verbinden, um über diese Verstärkungsstruktur die Randstreifen zu stabilisieren und sie für ein Einklemmen oder Einschrauben des flexiblen Kondensators in entsprechende Halterungen vorzubereiten.It is of particular advantage that the electrodes are arranged on one side on a polymer film strip, which simplifies the manufacturing process of such a flat-wound capacitor and designed cost-effective. In addition, with the flat-wound capacitor, a generator of electroactive polymer material is created, the stacked and arbitrarily large electrode surfaces together and can convert into corresponding impressed by swell mechanical bending in one or two-sided clamping into electrical energy. In addition, it is possible to connect edge strips of this flat-wound capacitor, which in one embodiment of the invention have no electrode material, to a reinforcing structure in order to stabilize the edge strips via this reinforcing structure and to prepare them for clamping or screwing the flexible capacitor into corresponding holders ,

In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Elektrode und die Gegenelektrode der Elektrodenstrukturen auf der gemeinsamen Seite des elektroaktiven Polymerfolienbandes kammförmig ineinandergreifend angeordnet, wobei jeweils eine unbeschichtete Faltstelle quer zur Längsrichtung des elektroaktiven Polymerfolienbandes vorgesehen ist. Diese unbeschichtete Faltstelle bildet eine Fläche, die beim Aufwickeln des Polymerfolienbandes die Stirnseiten des aufgewickelten flachen Kondensators bildet. Da von innen nach außen die benötigten Flächen für die Stirnseiten zunehmen werden die unbeschichteten Faltstellen mit zunehmender Elektrodenlage breiter für die breiter werdenden Stirnseiten ausgebildet.In one embodiment of the invention, the electrode and the counterelectrode of the electrode structures are arranged combingly intermeshing on the common side of the electroactive polymer film strip, wherein an uncoated fold is provided transversely to the longitudinal direction of the electroactive polymer film strip. This uncoated fold forms a surface that forms the end faces of the wound flat capacitor when winding the polymer film strip. Since the required surfaces for the end faces increase from the inside to the outside, the uncoated folds are formed wider with increasing electrode position for the wider end faces.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind jeweils zwei gleiche Elektrodenflächen der Elektrodenstruktur nebeneinander auf der mit Elektrodenmaterial beschichteten Seite des elektroaktiven Polymerfolienbandes angeordnet. Sie weisen an der Faltstelle einen schmalen Verbindungssteg auf, der sie miteinander elektrisch in Verbindung bringt. Somit ist die Faltstelle nicht vollständig frei von Elektrodenmaterial, da dieser Verbindungssteg für die Funktion des flachgewickelten flexiblen Kondensators erforderlich ist.In a further embodiment of the invention, in each case two identical electrode surfaces of the electrode structure are arranged side by side on the side of the electroactive polymer film strip coated with electrode material. They have at the folding point on a narrow connecting web, which brings them electrically connected to each other. Thus, the fold is not completely free of electrode material since this tie bar is required for the function of the flat wound flexible capacitor.

Außerdem führt an den nebeneinander angeordneten gleichen Elektrodenflächen das Elektrodenmaterial der Gegenelektrode in einem schmalen Leiterbahnsteg vorbei, so dass auch hierfür im Bereich der Faltstelle ein schmaler Steg von Elektrodenmaterial vorhanden ist. Diese spezielle Struktur wird anhand der späteren Figuren noch näher erläutert.In addition, the electrode material of the counterelectrode leads past the electrode surfaces of the counterelectrode arranged next to one another in a narrow conductor web, so that even in the region of the fold there is a narrow web of electrode material. This special structure will be explained in more detail with reference to the later figures.

Durch eine weitere modifizierte Elektrodenstruktur auf der gemeinsamen, mit der Elektrode und der Gegenelektrode beschichteten Seite des elektroaktiven Polymerfolienbandes wird eine Ausführungsform geschaffen, bei der nicht nur die flachen Seiten mit Elektrodenmaterial beschichtet sind, sondern zumindest eine der Stirnseiten des flachgewickelten Kondensators Elektrodenmaterial aufweist. Dazu werden in der Kammstruktur nicht mehr zwei gleiche Elektrodenflächen nebeneinander unterbrochen durch eine Faltstelle vorgesehen, sondern vielmehr wird nun auch Elektrodenmaterial in der Faltstelle abgeschieden, so dass die Kammstruktur großflächige Elektroden und Gegenelektroden abwechselnd und hintereinander aufweist.By another modified electrode structure on the common, coated with the electrode and the counter electrode side of the electroactive polymer film tape, an embodiment is provided in which not only the flat sides are coated with electrode material, but at least one of the end faces of the flat wound capacitor electrode material. For this purpose, no longer two identical electrode surfaces are provided next to each other interrupted by a fold in the comb structure, but rather now also electrode material is deposited in the fold, so that the comb structure has large-area electrodes and counter-electrodes alternately and behind each other.

Beim anschließenden Aufwickeln des elektroaktiven Polymerfolienbandes wird somit die Faltfläche an den Faltungen und damit mindestens eine Stirnseite mit beschichtetem Elektrodenmaterial versehen, so dass sich U-förmige Elektroden ineinander in dem flachgewickelten Kondensator stapeln. Das hat den Vorteil, dass die Kapazität weiter erhöht werden kann, ohne dass zusätzliches elektroaktives Polymerfolienmaterial erforderlich ist.During the subsequent winding up of the electroactive polymer film strip, the folding surface is thus provided with coated electrode material at the folds and thus at least one end side, so that U-shaped electrodes stack into one another in the flat wound capacitor. This has the advantage that the capacity can be further increased without the need for additional electroactive polymer film material.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das elektroaktive Polymerfolienband einen Randstreifen mit Verstärkungsmaterial aufweist, das isolierend ist und im aufgewickelten Zustand mechanisch in einem Generator einseitig oder beidseitig fixiert und zur Kapazitätsvariation einer Biegekraft unter einseitiger oder beidseitiger Fixierung des aufgewickelten verstärkten Randstreifens ausgesetzt werden kann. Dieser Randstreifen kann durch Glasfasern oder keramische Füllstoffpartikel derart versteift werden, dass bei einer abschließenden Kompression ein relativ stabiles Ende des einzuspannenden Kondensators erreicht werden kann, in das beispielsweise auch Öffnungen zum Fixieren des Kondensators in einer Halterung eingebracht werden können. Derartige Einspannelemente, die mit Öffnungen des aufgewickelten verstärkten Randstreifens in eingriff stehen können, sind Schrauben, Nieten oder Klammern. In a further embodiment of the invention, it is provided that the electroactive polymer film strip has a marginal strip with reinforcing material which is insulating and mechanically fixed in the wound state on one side or both sides of the generator and exposed to the capacitance variation of a bending force with unilateral or bilateral fixation of the wound reinforced edge strip can be. This edge strip can be stiffened by glass fibers or ceramic filler particles such that a final compression of a relatively stable end of the clamped capacitor can be achieved, in which, for example, openings for fixing the capacitor can be introduced into a holder. Such chucking elements which may engage apertures of the wound reinforced edge strip are screws, rivets or staples.

Zur Energiegewinnung können die verstärkten, aufgewickelten Enden der elektroaktiven Polymerfolie zur Kapazitätsvariation einer Dehnung ausgesetzt werden. Dabei ist es von Vorteil, wenn beispielsweise in einer Wellenenergieanlage die Polymerfolie mit Hilfe der verstärkten Randstreifen vorgespannt wird, bevor sie den wechselnden Belastungen durch den Wellengang ausgesetzt wird.For energy recovery, the reinforced, wound ends of the electroactive polymer film may be subjected to stretching for capacitance variation. It is advantageous if, for example, in a wave energy plant, the polymer film is biased by means of the reinforced edge strips before being exposed to the changing loads caused by the waves.

Mit Hilfe der verstärkten Enden kann die elektroaktive Polymerfolie in einem Gestänge angeordnet werden, das Zug- und Druckkräften eines Wellenganges aufgesetzt ist. Dabei wird das Gestänge vorzugsweise als eine Gitterstruktur ausgeführt, die auf den Wellen reitet und durch den Wellengang Druck- und Zugkräfte in den Gitterstäben der Gitterstruktur induziert. Durch Anordnung eines erfindungsgemäßen flachgewickelten Kondensators in den Gitterstäben können somit hohe Kapazitätsvariationen durch den Wellengang erreicht werden und damit eine effektive Energiegewinnung mit Hilfe des Wellenganges realisiert werden.With the help of the reinforced ends, the electroactive polymer film can be arranged in a linkage, the tensile and compressive forces of a wave is placed. In this case, the linkage is preferably designed as a lattice structure that rides on the waves and induced by the swell pressure and tensile forces in the bars of the lattice structure. By arranging a flat-wound capacitor according to the invention in the grid bars thus high capacity variations can be achieved by the waves and thus an effective energy production can be realized with the help of the waves.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wirkt die variable Kapazität der flachgewickelten elektroaktiven Polymerfolie mit einen Generator zusammen. Dieser Generator weist eine Generatorschaltung, eine Versorgungsbatterie, einen Zwischenkondensator und eine Steuereinheit auf, wobei die Steuereinheit abhängig vom Wellengang Ladungen auf den Zwischenkondensator überträgt und/oder eine Ladebatterie auflädt und/oder eine Last wie ein Stromversorgungsnetz speist. Um jedoch die Energie in das Netz einzuführen sind weitere elektronische Schaltungen erforderlich wie beispielsweise ein Frequenzumformer, der ebenfalls eine Zwischenkapazität in seinem Zwischenkreis aufweist und dafür sorgt, dass die niedrige Frequenz des Wellenganges in die Frequenz des Netzes, die bei 50 oder 60 Hz liegt, überführt.In a further embodiment of the invention, the variable capacitance of the flat-wound electroactive polymer film interacts with a generator. This generator has a generator circuit, a supply battery, an intermediate capacitor and a control unit, wherein the control unit transmits charges on the intermediate capacitor depending on the wave and / or charges a charging battery and / or feeds a load such as a power supply network. However, in order to introduce the energy into the network, further electronic circuits are required, such as a frequency converter, which also has an intermediate capacity in its intermediate circuit and ensures that the low frequency of the wave is reflected in the frequency of the network at 50 or 60 Hz. transferred.

Es wird somit ein Generator zum Umwandeln von mechanischer Wellenenergie in elektrische Energie ermöglicht, der eine hohe Effizienz aufgrund des erfindungsgemäßen Energietransformers aufweist. Außerdem kann mit Hilfe des Wellenenergietransformers eine Wellenenergieanlage betrieben werden mit einer Vielzahl von Wellenenergietransformern, die als Wellenfolger arbeiten und die auf eine große Meeresfläche mit entsprechend hohem Wellenhub verteilt werden können und die den Bewegungen der Wellen einzeln folgen. Derartige Wellenfolger werden auch „Point Absorber” genannt im Gegensatz zu Gezeitenkraftwerken, bei denen nicht einzelne Wellenfolger auf großen Meeresflächen verteilt werden, sondern bei denen das auflaufende Wasser bei Flut in Auffangbecken gesammelt wird und bei Ebbe wieder über Turbinen abgegeben wird.Thus, a generator for converting mechanical wave energy into electrical energy is possible, which has a high efficiency due to the energy transformer according to the invention. In addition, with the help of the wave energy transformer, a wave energy plant can be operated with a plurality of wave energy transformers, which work as wave followers and which can be distributed over a large sea surface with a correspondingly high wave stroke and which follow the movements of the waves individually. Such wave followers are also called "point absorbers" in contrast to tidal power plants, in which not single wave followers are distributed on large sea surfaces, but where the incoming water is collected at high tide in catch basins and is discharged at low tide on turbines.

Ein Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen elektroaktiven Polymerfolienkörpers eines Energietransformers weist die nachfolgenden Verfahrenschritte auf. Zunächst wird ein elektroaktives Polymerfolienband aus einem elektroaktiven Polymer hergestellt. Anschließend erfolgt ein einseitiges Beschichten des elektroaktiven Polymerfolienbandes mit einer Elektrodenstruktur und einer Gegenelektrodenstruktur, wobei die Strukturen ohne sich zu berühren kammartig ineinander greifen und die Elektrodenflächen und die Gegenelektrodenflächen größer sind als die dazwischen angeordneten Faltflächen, welche benötigt werden, um anschließend das Aufwickeln zu ermöglichen. Abschließend wird unter Falten des elektroaktiven Polymerfolienbandes zu einem flachgewickelten mehrschichtigen elektroaktiven Polymerfolienkörper aufgewickelt.A process for producing a multilayer electroactive polymer film body of an energy transformer has the following process steps. First, an electroactive polymer film ribbon made of an electroactive polymer is prepared. This is followed by a one-sided coating of the electroactive polymer film strip having an electrode structure and a counter-electrode structure, the structures meshing without touching each other and the electrode surfaces and the counter-electrode surfaces are larger than the interposed folding surfaces, which are required to subsequently allow the winding. Finally, folding the electroactive polymer film ribbon to form a flat-wound multilayer electroactive polymer film body.

Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass lediglich einseitig die Elektrodenstrukturen auf das elektroaktive Polymerfolienband aufzubringen sind und eine Beschichtung von der Unterseite aus entfallen kann. Gleichzeitig hat es auch den Vorteil, dass keine isolierende Zwischenschichten bei der Wicklung des flachen flexiblen Kondensators einzulagern sind, so dass nicht nur die Kosten für derartige Isolierfolien eingespart werden können, sondern auch der Raumbedarf vermindert wird.This method has the advantage that only on one side the electrode structures are applied to the electroactive polymer film tape and a coating can be omitted from the bottom. At the same time it also has the advantage that no insulating intermediate layers are to be stored in the winding of the flat flexible capacitor, so that not only the cost of such insulating films can be saved, but also the space requirement is reduced.

In den Faltflächen wird bei einer Durchführung des Verfahrens keine Elektrodenstruktur auf dem elektroaktiven Polymerfolienband vorgesehen, sondern lediglich schmale Leitungsstege und schmale Verbindungsstege. Somit wird aus diesen Faltflächen die Breite der Stirnflächen des flachgewickelten elektroaktiven Polymerfolienkörpers und die großflächigen Elektroden der Kammstruktur bilden die Breitseiten des elektroaktiven flachgewickelten Polymerfolienkörpers.When performing the method, no electrode structure is provided on the electroactive polymer film strip in the folding surfaces, but only narrow line webs and narrow connecting webs. Thus, out of these fold surfaces, the width of the end faces of the flat-wound electroactive polymer film body and the large-area electrodes of the comb structure will form the broad sides of the electroactive flat wound polymer film body.

In einer Modifikation des Verfahrens werden auf Randseiten des elektroaktiven Polymerfolienbandes mechanische Verstärkermaterialien auf Randstreifen aufgebracht. Anschließend wird das mechanische Verstärkungsmaterial auf den Randstreifen zu Einspannelementen kompaktiert, nachdem durch Wickeln unter Falten des elektroaktiven Polymerfolienbandes ein flachgewickelter elektroaktiver Polymerfolienkörper entstanden ist und somit auch ein verstärkter Randstreifen zum Kompaktieren vorliegen. Das Kompaktieren wird bei erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur durchgeführt, um eine verstärkte Randzone zu schaffen, mit der der flachgewickelte Kondensator in die unterschiedlichen mechanischen Vorrichtungen zur Wellenenergiegewinnung eingespannt werden kann.In a modification of the method are on edge sides of the electroactive Polymer film belt mechanical reinforcing materials applied to edge strips. Subsequently, the mechanical reinforcing material is compacted on the marginal strip into clamping elements, after a flat-wound electroactive polymer film body has been formed by winding under folding of the electroactive polymer film strip and thus there is also a reinforced edge strip for compacting. The compaction is performed at elevated pressure and elevated temperature to provide a reinforced edge zone that allows the flat wound capacitor to be clamped into the various mechanical wave energy harvesting devices.

Die Erfindung wird nun anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.The invention will now be explained in more detail with reference to the following figures.

1 zeigt einen schematischen Querschnitt eines elektroaktiven Polymerfolienbandes mit einseitig aufgebrachter Elektrodenstruktur für einen Polymerfolienkörper eines Wellenenergietransformers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; 1 shows a schematic cross section of an electroactive polymer film strip with one-side applied electrode structure for a polymer film body of a wave energy transformer according to a first embodiment of the invention;

2 zeigt einen schematischen Querschnitt des elektroaktiven Polymerfolienbandes gemäß 1 nach Aufwickeln zu einem flachen gewickelten Polymerfolienkörper durch Falten entlang von Faltstellen. 2 shows a schematic cross section of the electroactive polymer film strip according to 1 after being wound up into a flat wound polymer film body by folding along folds.

3 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Oberseite des Polymerfolienbandes gemäß 1 mit einer aufgebrachten Elektrodenstruktur; 3 shows a schematic perspective view of an upper side of the polymer film strip according to 1 with an applied electrode structure;

4 zeigt einen schematischen Querschnitt eines elektroaktiven Polymerfolienbandes mit einseitig aufgebrachter Elektrodenstruktur für einen Polymerfolienkörper für einen Wellenenergietransformer gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; 4 shows a schematic cross section of an electroactive polymer film strip with one-sided applied electrode structure for a polymer film body for a wave energy transformer according to a second embodiment of the invention;

5 zeigt einen schematischen Querschnitt des elektroaktiven Polymerfolienbandes gemäß 4 nach Aufwickeln zu einem flachen gewickelten Polymerfolienkörper durch Falten entlang von Faltstellen; 5 shows a schematic cross section of the electroactive polymer film strip according to 4 after being wound up into a flat wound polymer film body by folding along folds;

6 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht der Oberseite des Polymerfolienbandes gemäß 4 mit einer aufgebrachten Elektrodenstruktur; 6 shows a schematic perspective view of the top of the polymer film strip according to 4 with an applied electrode structure;

7 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Oberseite eines Polymerfolienbandes für einen Polymerfolienkörper gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung; 7 shows a schematic perspective view of an upper side of a polymer film ribbon for a polymer film body according to a third embodiment of the invention;

8 zeigt eine schematische teilweise geschnittene perspektivische Ansicht eines Polymerfolienkörpers gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung; 8th shows a schematic partially sectioned perspective view of a polymer film body according to the third embodiment of the invention;

9 zeigt eine schematische Skizze eines Wellenenergiegenerators unter Einsatz eines Wellenenergietransformers gemäß einer der drei genannten Ausführungsformen der Erfindung. 9 shows a schematic sketch of a wave energy generator using a wave energy transformer according to one of the three embodiments of the invention mentioned.

1 zeigt einen schematischen Querschnitt eines elektroaktiven Polymerfolienbandes 9 mit einseitig aufgebrachter Elektrodenstruktur 10 für einen Polymerfolienkörper 1 eines Wellenenergietransformers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Das elektroaktiven Polymerfolienbandes 9 ist aus einer elektroaktiven Polymerfolie 4 hergestellt. Auf die Oberseite 13 des elektroaktiven Polymerfolienbandes 9 ist eine Elektrodenstruktur 10 aufgebracht, die beispielsweise aus Kohlenstoffpartikeln oder anderen metallisch leitenden Partikeln bestehen kann, die in die elektroaktive Polymerfolie als Füllstoff oberflächennah eingebracht sind, so dass sie sich mit der Polymerfolie verschieben können, ohne einen elektrischen Kontakt untereinander zu verlieren. Vorzugsweise werden für diese Anwendungen auch Kohlenstoffnanoröhrchen eingesetzt, die wegen ihrer hohen Flexibilität und Nachgiebigkeit und Feinverteilung im oberflächennahen Bereich des Wirtsmaterials in der Lage sind, den Dehnungen und Krümmungen der hochflexiblen elektroaktiven Polymerfolie 4 zu folgen und elektrisch in Kontakt untereinander zu bleiben. 1 shows a schematic cross section of an electroactive polymer film ribbon 9 with one-sided applied electrode structure 10 for a polymer film body 1 a wave energy transformer according to a first embodiment of the invention. The electroactive polymer film tape 9 is from an electroactive polymer film 4 produced. On the top 13 of the electroactive polymer film tape 9 is an electrode structure 10 applied, which may for example consist of carbon particles or other metallic conductive particles, which are introduced close to the surface in the electroactive polymer film as a filler, so that they can move with the polymer film, without losing any electrical contact with each other. Preferably, carbon nanotubes are also used for these applications, which because of their high flexibility and flexibility and fine distribution in the near-surface region of the host material are capable of stretching and bending the highly flexible electroactive polymer film 4 to follow and stay electrically in contact with each other.

Die Polymerfolie 4 ist für diese Anwendung bereits in elektroaktive Polymerfolienbänder 9 geschnitten, wobei die Oberseite 13 in Elektroden tragende Bereiche für die Elektroden 6 und die Gegenelektroden 7 sowie in elektrodenfreie Faltstellen 14 vorbereitet ist. In 1 sind die Faltstellen mit Pfeilen markiert, wobei die Faltflächen 36 mit zunehmender Länge des elektroaktiven Polymerfolienbandes größer werden, um eine 90° Krümmung an den Faltstellen 14 beim Aufwickeln des elektroaktiven Polymerfolienbandes 9 sicherzustellen.The polymer film 4 is already in electroactive polymer film tapes for this application 9 cut, with the top 13 Electrode-bearing areas for the electrodes 6 and the counter electrodes 7 as well as in electrode-free folds 14 is prepared. In 1 the folding points are marked with arrows, the folding surfaces 36 As the length of the electroactive polymer film ribbon increases, there is a 90 ° bend at the folds 14 when winding up the electroactive polymer film belt 9 sure.

Wie es die nächste 2 zeigt, werden beim Aufwickeln die Elektrodenfreien Faltflächen 36 zu entsprechenden Stirnseiten, die mit jeder Wicklung zunehmen.Like the next one 2 shows, when winding the electrode-free folding surfaces 36 to corresponding end faces, which increase with each winding.

Der in 1 gezeigte Querschnitt ist aus Darstellungsgründen übertrieben dick sowohl für die elektroaktive Polymerfolie 4 als auch für die Elektrodenstruktur 10 gezeichnet. Die Elektrodenstruktur 10 weist eine Dicke von wenigen Mikrometern auf, während die Dicke der elektroaktiven Polymerfolie 4 einige 10 Mikrometer beträgt. Um den Wechsel von Elektroden 6 und Gegenelektroden 7 auch in den späteren Figuren zu markieren, wird die Elektrode mit einem + markiert und die Gegenelektrode mit einem –, jedoch sind das nicht zwingend Polaritäten oder Potentiale, die sich in dem elektroaktiven Polymerfolienkörper 1 ausbilden.The in 1 For clarity, the cross-section shown is exaggerated in thickness for both the electroactive polymer film 4 as well as for the electrode structure 10 drawn. The electrode structure 10 has a thickness of a few microns, while the thickness of the electroactive polymer film 4 a few 10 microns. To the change of electrodes 6 and counter electrodes 7 also in the later figures, the electrode is marked with a + and the counter electrode with a -, but these are not necessarily polarities or Potentials found in the electroactive polymer film body 1 form.

Dabei sind die Elektroden 6 mit einem ersten Kontakt und die Gegenelektroden 7 mit einem zweiten Kontakt verbunden. Wie 1 zeigt, wechseln sich Elektroden und Gegenelektroden, beginnend von den Anfangsabschnitt des Polymerfolienbandes 9 nach dem Schema „++ – ++ –...” usw. ab. Der Anfangsabschnitt bildet dabei die erste, innerste Lage des gewickelten Polymerfolienkörpers 1.Here are the electrodes 6 with a first contact and the counter electrodes 7 connected to a second contact. As 1 shows alternate electrodes and counter electrodes, starting from the beginning section of the polymer film tape 9 according to the scheme "++ - ++ -..." etc. from. The initial section forms the first, innermost layer of the wound polymer film body 1.

2 zeigt einen schematischen Querschnitt des elektroaktiven Polymerfolienbandes 9 nach Aufwickeln unter Falten des Polymerfolienbandes 9 zu einem flachen gewickelten elektroaktiven Polymerfolienkörper 1. In dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 weist der gewickelte flache elektroaktive Polymerfolienkörper 1 zwölf Lagen von Elektroden auf, die einander gegenüberliegen, jedoch kann diese Anzahl beliebig verkleinert und auch beliebig vergrößert werden, je nach Belastungsgröße und nach geforderter Elastizität und Nachgiebigkeit gegenüber mechanischen Verformungen, die eine Vorraussetzung für die Generierung von Ladungsträgern im Einsatz derartiger elektroaktiver Polymermaterialen zur Energiegewinnung entscheidend ist. 2 shows a schematic cross section of the electroactive polymer film ribbon 9 after winding under folding of the polymer film strip 9 to a flat wound electroactive polymer film body 1 , In the embodiment according to 2 shows the wound flat electroactive polymer film body 1 twelve layers of electrodes, which are opposite to each other, however, this number can be arbitrarily reduced and arbitrarily increased, depending on the load size and the required elasticity and compliance to mechanical deformations, which is a prerequisite for the generation of charge carriers in the use of such electroactive polymer materials for energy is crucial.

2 zeigt in diesem Querschnitt, dass die Faltflächen 36 und damit die Stirnflächen 37 bei diesem flachen gewickelten elektroaktiven Polymerfolienkörper 8 frei von Elektrodenmaterial bei dem gezeigten schematischen Querschnitt durch die Mitte des elektroaktiven Polymerfolienkörpers 1 sind. In den Randbereichen befinden sich nämlich Leiterbahnen- und Verbindungsstege. Das wird deutlicher mit der nachfolgenden 3. 2 shows in this cross section that the folding surfaces 36 and thus the front surfaces 37 in this flat wound electroactive polymer film body 8th free of electrode material in the illustrated schematic cross section through the center of the electroactive polymer film body 1 are. In the peripheral areas there are namely strip conductors and connecting webs. This becomes clearer with the following 3 ,

3 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Oberseite 13 des Polymerfolienbandes 9 gemäß 1 mit einer aufgebrachten Elektrodenstruktur 10. Auch hier sind wieder die Faltstellen 14 mit Pfeilen markiert. Die Faltflächen 36 sind weitestgehend frei von Elektrodenmaterial, jedoch durch die Kammstruktur 38, mit der die beiden Elektroden ineinander greifen, ohne sich zu berühren, liegen im Randbereich einerseits Verbindungsstege 17 zwischen gleichen Elektrodenflächen und Leiterbahnstege 18, welche weit auseinander liegende Elektrodenflächen der Kammstruktur 38 miteinander verbinden. Diese Elektrodenstruktur 10 hat den Vorteil, dass die Faltflächen 36 der Größe der Stirnflächen angepasst werden können. Ferner hat sie den Vorteil, dass sowohl die Elektrode 6 als auch die Gegenelektrode 7 nach den Aufwickeln durch Falten ohne Probleme kontaktiert werden können. 3 shows a schematic perspective view of an upper side 13 of the polymer film tape 9 according to 1 with an applied electrode structure 10 , Again, the folds 14 marked with arrows. The folding surfaces 36 are largely free of electrode material, but by the comb structure 38 , with which the two electrodes interlock without touching each other, are in the edge region on the one hand connecting webs 17 between the same electrode surfaces and conductor webs 18 , which are far apart electrode surfaces of the comb structure 38 connect with each other. This electrode structure 10 has the advantage that the folding surfaces 36 the size of the faces can be adjusted. Furthermore, it has the advantage that both the electrode 6 as well as the counter electrode 7 can be contacted after winding by folding without problems.

4 zeigt einen schematischen Querschnitt eines elektroaktiven Polymerfolienbandes 9 mit einseitig aufgebrachter Elektrodenstruktur 11 für einen Polymerfolienkörper 2 eines Wellenenergietransformers gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert. 4 shows a schematic cross section of an electroactive polymer film ribbon 9 with one-sided applied electrode structure 11 for a polymer film body 2 a wave energy transformer according to a second embodiment of the invention. Components having the same functions as in the previous figures are identified by the same reference numerals and will not be discussed separately.

Der Unterschied zu der in den 1 bis 3 gezeigten ersten Ausführungsform des elektroaktiven Polymerfolienkörpers 8 besteht darin, dass großflächige Einzelelektroden 6 und Einzelgegenelektroden 7 in der Kammstruktur abwechseln, wodurch beim Aufwickeln nun auch eine der beiden Stirnseiten des flachgewickelten elektroaktiven Polymerfolienkörpers mit Elektrodenmaterial schichtweise versehen ist. Damit wird ohne zusätzlichen Materialverbrauch die wirksame Kondensatorfläche bei gleichem Raumbedarf deutlich vergrößert.The difference to that in the 1 to 3 shown first embodiment of the electroactive polymer film body 8th is that large-area individual electrodes 6 and single counter electrodes 7 alternate in the comb structure, whereby now one of the two end faces of the flat-wound electroactive polymer film body is provided with electrode material in layers on winding. Thus, the effective capacitor area is significantly increased with the same space requirements without additional material consumption.

In dem in 5 gezeigten schematischen Querschnitt des elektroaktiven Polymerfolienbandes 9 nach einem Aufwickeln zu einem flachen gewickelten elektroaktiven Polymerfolienkörpers 2 sind nun die Elektrode 6 und die Gegenelektrode 7 U-förmig geformt und ineinander geschachtelt in dem elektroaktiven flachgewickelten Polymerfolienkörper 2 angeordnet. Auch in dieser Darstellung werden wiederum die Elektroden 6 mit einem + und die Gegenelektroden 7 jeweils mit einem – gekennzeichnet, um deutlicher die Struktur des Polymerfolienkörpers 3 hervorzuheben.In the in 5 shown schematic cross section of the electroactive polymer film tape 9 after being wound up into a flat wound electroactive polymer film body 2 are now the electrode 6 and the counter electrode 7 U-shaped and nested in the electroactive flat wound polymer film body 2 arranged. Again, in this illustration, the electrodes 6 with a + and the counter electrodes 7 each with a - marked to more clearly the structure of the polymer film body 3 emphasized.

6 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Oberseite 13 des Polymerfolienbandes 3 gemäß 4 mit einer aufgebrachten Elektrodenstruktur 11. Bei dieser Struktur entfallen die kurzen Verbindungsstege 17. Nur noch die relativ langen Leiterbahnstege 18 der Kammstruktur 38 sind vorhanden, um die großflächigen Elektroden 6 und Gegenelektroden 7 in der Kammstruktur 38 zu verbinden. Wie 6 deutlich zeigt, befinden sich nun auch Elektrodenmaterial an vereinzelten Faltstellen 14, nämlich dort, wo Stirnseiten des aufgewickelten elektroaktiven Polymerfolienkörpers 2 gemäß 5 Elektroden aufweisen sollen. Deshalb wird sowohl das Gegenelektrodenmaterial 7 als auch das Elektrodenmaterial 6 beim Aufwickeln des elektroaktiven Polymerfolienkörpers 8 um etwa 90° gefaltet bzw. abgekantet, um die in 5 gezeigte Struktur zu erreichen. 6 shows a schematic perspective view of an upper side 13 of the polymer film tape 3 according to 4 with an applied electrode structure 11 , This structure eliminates the short connecting webs 17 , Only the relatively long strip conductors 18 the comb structure 38 are present to the large-area electrodes 6 and counter electrodes 7 in the comb structure 38 connect to. As 6 clearly shows, are now also electrode material at a few folds 14 namely, where end faces of the wound electroactive polymer film body 2 according to 5 To have electrodes. Therefore, both the counter electrode material 7 as well as the electrode material 6 when winding up the electroactive polymer film body 8th folded or folded by about 90 ° to the in 5 To achieve the structure shown.

7 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Oberseite 13 eines Polymerfolienbandes 9 für einen elektroaktiven Polymerfolienkörper 3 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. In dieser Ausführungsform der Erfindung sind Randstreifen 19 mit einem Verstärkungsmaterial 20 beschichtet, das im Wesentlichen Faserwerkstoffe aufweist, um an den Randstreifen eine Möglichkeit zu schaffen, Dehnungskräfte, Torsionsmomente oder Biegekräfte in das elektroaktive Polymermaterial zu induzieren. Die Struktur der Elektrode 6 und der Gegenelektrode 7 entspricht der Elektrodenstruktur 10, wie sie bereits in 3 gezeigt wurde. 7 shows a schematic perspective view of an upper side 13 a polymer film tape 9 for an electroactive polymer film body 3 according to a third embodiment of the invention. In this embodiment of the invention edge strips 19 with a reinforcing material 20 coated, which essentially comprises fiber materials, in order to create a possibility at the edge strips, stretching forces, torsional moments or Induce bending forces in the electroactive polymeric material. The structure of the electrode 6 and the counter electrode 7 corresponds to the electrode structure 10 as they are already in 3 was shown.

Wird ein derartiges in 7 gezeigtes elektroaktives Polymerfolienband an den Faltstellen 14 bei dem Aufwickeln gefaltet bzw. abgekantet und zu einem flachen Wickelkörper aufgewickelt, so ergibt sich die in 8 gezeigte Hälfte eines elektroaktiven Polymerfolienkörpers 3 mit einem Polymerfolienkondensator 8 und Verstärkungsmaterial 20 aufweisenden Einspannenden 23, mit denen der Polymerfolienkörper zwischen unterschiedliche Halterungen angebaut werden kann, um ihn beispielsweise zu krümmen, zu biegen, zu tordieren und/oder zu dehnen. Dazu ist in der Ausführungsform gemäß 8 auf jedem Endbereich einer Hälf- te des elektroaktiven Polymerfolienkörpers 3 eine Durchgangsöffnung 49 geschaffen, durch die beispielsweise Schrauben, Nieten oder Klammern zum Fixieren des Kondensators 8 eingebracht werden können.Will such in 7 shown electroactive polymer film tape at the folds 14 folded or folded during winding and wound up into a flat bobbin, this results in the 8th shown half of an electroactive polymer film body 3 with a polymer film capacitor 8th and reinforcing material 20 having chucks 23 with which the polymer film body can be mounted between different holders, for example, to bend, bend, twist and / or stretch it. This is in the embodiment according to 8th on each end region one half of the electroactive polymer film body 3 a passage opening 49 created by the example, screws, rivets or brackets for fixing the capacitor 8th can be introduced.

9 zeigt eine schematische Skizze eines Wellenenergiegenerators 21 unter Einsatz eines Wellenenergietransformers 5 gemäß einer der drei genannten Ausführungsformen der Erfindung. Dazu ist der Wellenenergietransformer 5 an seinen beiden Enden 23 und 24 jeweils in Halterungen 50 und 51 eingespannt oder über Schrauben 25 fixiert und wird den Kräften des Wellenganges 27 ausgesetzt, indem mittels eines Schwimmkörpers 41 und eines Kopplungselements 42 die Bewegung der Wellen 26 auf den Wellenenergietransformer 5 übertragen werden. 9 shows a schematic sketch of a wave energy generator 21 using a wave energy transformer 5 according to one of the three embodiments of the invention. This is the wave energy transformer 5 at both ends 23 and 24 each in brackets 50 and 51 clamped or over screws 25 fixes and becomes the forces of swell 27 suspended by means of a float 41 and a coupling element 42 the movement of the waves 26 on the wave energy transformer 5 be transmitted.

Durch die Anordnung der in den vorhergehenden Figuren gezeigten Elektroden 6 und 7 ist es möglich, den Wellenenergietransformer 5 mit seiner Elektrode 6 und seiner Gegenelektrode 7 über entsprechende Stromleitungen 43 und 44 mit einer Generatorschaltung 28 zu verbinden. Die in einem Zyklus gewonnene Ladung kann über einen DC/DC-Wandler 45 in einer Ladebatterie 32 gespeichert werden. Außerdem ist es möglich über eine Leitung 46 von der Generatorschaltung 28 aus, einen Kondensator als Zwischenspeicher 30 mit den gewonnenen Ladungen aufzuladen. Ferner ist die Generatorschaltung 28 auch mit einem Frequenzumformer 40 verbunden, über den niedrige Frequenzen des Wellenganges 27 in eine Netzfrequenz umgeformt und beispielsweise einer Last 33 zugeführt werden können.By the arrangement of the electrodes shown in the preceding figures 6 and 7 is it possible to use the wave energy transformer 5 with his electrode 6 and its counter electrode 7 via appropriate power lines 43 and 44 with a generator circuit 28 connect to. The charge obtained in one cycle can be transferred via a DC / DC converter 45 in a battery 32 get saved. It is also possible via a line 46 from the generator circuit 28 from, a capacitor as a buffer 30 to charge with the won charges. Furthermore, the generator circuit 28 also with a frequency converter 40 connected, over the low frequencies of the swell 27 transformed into a mains frequency and, for example, a load 33 can be supplied.

Um derartige elektrische Ladungen mit Hilfe des Wellenenergietransformers 5 zu gewinnen, ist es notwendig, die einzelnen Phasen wie Entlastungsphase und Dehnungsphase des Wellenenergietransformers 5 mit einem Positionssensor 47 zu verbinden, der die variablen Positionen des verschieblich gelagerten Endes 24 erfasst und je nach Krümmung des flexiblen Kondensators 8 aus einem flachgewickelten elektroaktiven Polymerfolienkörper die einzelnen Phasen wie Entspannungsphase und Dehnungsphase an eine Steuereinheit 31 über eine Sensorleitung 52 zu übermitteln, wobei die Steuereinheit 31 mit der Generatorschaltung 28 über eine Leitung 48 zusammenwirkt. Eine Versorgungsbatterie 29 sorgt über eine Versorgungsleitung 53 für eine Anfangsfeldstärke, die an den Wellenenergietransformer 5 aus elektroaktiven Polymer für jeden Zyklusstart anzulegen ist.To such electrical charges with the help of the wave energy transformer 5 It is necessary to extract the individual phases such as discharge phase and expansion phase of the wave energy transformer 5 with a position sensor 47 to connect the variable positions of the displaceable end 24 detected and depending on the curvature of the flexible capacitor 8th from a flat-wound electroactive polymer film body, the individual phases such as relaxation phase and expansion phase to a control unit 31 via a sensor cable 52 to transmit, with the control unit 31 with the generator circuit 28 over a line 48 interacts. A supply battery 29 provides a supply line 53 for an initial field strength applied to the wave energy transformer 5 to be applied from electroactive polymer for each cycle start.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Polymerfolienkörper (1. Ausführungsform)Polymer film body (1st embodiment)
22
Polymerfolienkörper (2. Ausführungsform)Polymer film body (2nd embodiment)
33
Polymerfolienkörper (3. Ausführungsform)Polymer film body (3rd embodiment)
44
elektroaktive Polymerfolieelectroactive polymer film
55
WellenenergietransformerWave Energy Transformer
66
Elektrodeelectrode
77
Gegenelektrodecounter electrode
88th
Kondensatorcapacitor
99
PolymerfolienbandPolymer foil tape
1010
Elektrodenstruktur (1. Ausführungsform)Electrode structure (1st embodiment)
1111
Elektrodenstruktur (2. Ausführungsform)Electrode structure (2nd embodiment)
1212
PolymerfolienmaterialPolymer sheet material
1313
Seite, auf der Elektroden angeordnet sindSide on which electrodes are arranged
1414
Faltstellefold location
1515
Elektrodenflächeelectrode area
1616
Elektrodenflächeelectrode area
1717
Verbindungssteg an der FaltstelleConnecting bar at the fold
1818
LeiterbahnstegInterconnect bridge
1919
Randstreifenedge strips
2020
Verstärkungsmaterialreinforcing material
2121
Generatorgenerator
2222
Einspannelementclamping
2323
Ende der PolymerfolieEnd of the polymer film
2424
Ende der PolymerfolieEnd of the polymer film
2525
Schraubescrew
2626
Wellewave
2727
Wellengangwaves
2828
Generatorschaltunggenerator circuit
2929
Versorgungsbatteriesupply battery
3030
Zwischenkondensatorintermediate condenser
3131
Steuereinheitcontrol unit
3232
Ladebatterierechargeable battery
3333
Lastload
3434
GegenelektrodenflächeCounter electrode area
3535
GegenelektrodenflächeCounter electrode area
3636
Faltflächefolding surface
3737
Stirnflächeface
3838
Kammstrukturcomb structure
3939
Breitseitebroadside
4040
Frequenzumformerfrequency
4141
Schwimmkörperfloat
4242
Kopplungselementcoupling element
4343
Stromleitungpower line
4444
Stromleitungpower line
4545
DC/DC-WandlerDC / DC converter
4646
Leitungmanagement
4747
Positionssensorposition sensor
4848
Leitungmanagement
49 49
DurchgangsöffnungThrough opening
5050
Halterungbracket
5151
Halterungbracket
5252
Sensorleitungsensor line
5353
Versorgungsleitungsupply line

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 602004008639 T2 [0002, 0007] DE 602004008639 T2 [0002, 0007]
  • US 2007/0257490 A1 [0003, 0007] US 2007/0257490 A1 [0003, 0007]
  • EP 1212800 D1 [0008] EP 1212800 D1 [0008]

Claims (15)

Energietransformer mit elektroaktiver Polymerfolie (4), wobei der Energietransformer (5) eine mehrschichtige elektroaktive Polymerfolie (4) mit einer Elektrode (6) und einer Gegenelektrode (7) eines mechanisch flexiblen Kondensators (8) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die mehrschichtige elektroaktive Polymerfolie (4) ein flachgewickeltes elektroaktives Polymerfolienband (9) aufweist, wobei das elektroaktive Polymerfolienband (9) eine einseitig auf dem elektroaktiven Polymerfolienband (9) angeordnete Elektrodenstruktur (10) einer Elektrode (6) und einer Gegenelektrode (7) des Kondensators (8) aufweist, wobei die Elektrode (6) und die Gegenelektrode (7) nach Wickeln unter Falten des elektroaktiven Polymerfolienbandes (9) zu einem flachgewickelten elektroaktiven Polymerfolienkörper (1) einander gegenüberliegende Elektroden (6, 7) mit dazwischen angeordnetem elektroaktiven Polymerfoliematerial (12) bilden.Energy transformer with electroactive polymer film ( 4 ), wherein the energy transformer ( 5 ) a multilayer electroactive polymer film ( 4 ) with an electrode ( 6 ) and a counter electrode ( 7 ) of a mechanically flexible capacitor ( 8th ), characterized in that the multilayer electroactive polymer film ( 4 ) a flat-wound electroactive polymer film tape ( 9 ), wherein the electroactive polymer film strip ( 9 ) one-sided on the electroactive polymer film tape ( 9 ) arranged electrode structure ( 10 ) of an electrode ( 6 ) and a counter electrode ( 7 ) of the capacitor ( 8th ), wherein the electrode ( 6 ) and the counterelectrode ( 7 ) after winding under folding of the electroactive polymer film strip ( 9 ) to a flat-wound electroactive polymer film body ( 1 ) opposing electrodes ( 6 . 7 ) with interposed electroactive polymer foil material ( 12 ) form. Energietransformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (6) und die Gegenelektrode (7) der Elektrodenstrukturen (10, 11) auf der gemeinsamen Seite (13) des elektroaktiven Polymerfolienbandes (9) kammförmig ineinandergreifend angeordnet sind, wobei jeweils eine unbeschichtete Faltstelle (14) quer zur Längsrichtung des elektroaktiven Polymerfolienbandes (9) vorgesehen ist.Energy transformer according to claim 1, characterized in that the electrode ( 6 ) and the counterelectrode ( 7 ) of the electrode structures ( 10 . 11 ) on the common page ( 13 ) of the electroactive polymer film tape ( 9 ) are arranged comb-like interlocking, wherein in each case an uncoated fold ( 14 ) transverse to the longitudinal direction of the electroactive polymer film strip ( 9 ) is provided. Energietransformer nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei gleiche Elektrodenflächen (15, 16) der Elektrodenstruktur (10) nebeneinander auf der mit Elektrodenmaterial beschichteten Seite des elektroaktiven Polymerfolienbandes angeordnet sind, die an der Faltstelle (14) über einen schmalen Verbindungssteg (17) miteinander elektrisch in Verbindung stehen.Energy transformer according to claim 1 or claim 2, characterized in that in each case two identical electrode surfaces ( 15 . 16 ) of the electrode structure ( 10 ) are arranged side by side on the electrode material-coated side of the electroactive polymer film strip, which at the fold ( 14 ) via a narrow connecting web ( 17 ) are electrically connected to each other. Energietransformer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an den nebeneinander angeordneten gleichen Elektrodenflächen (15, 16), das Elektrodenmaterial der Gegenelektrode (7) in einem schmalen Leiterbahnsteg (18) vorbei geführt ist.Energy transformer according to claim 3, characterized in that at the juxtaposed same electrode surfaces ( 15 . 16 ), the electrode material of the counter electrode ( 7 ) in a narrow strip conductor ( 18 ) is passed by. Energietransformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektroaktive Polymerfolienband (9) einen Randstreifen (19) mit Verstärkungsmaterial (20) aufweist, das isolierend ist und im aufgewickelten Zustand mechanisch in einem Generator (21) einseitig oder beidseitig fixiert und zur Kapazitätsvariation einer Biegekraft unter einseitiger oder beidseitiger Fixierung des aufgewickelten verstärkten Randstreifens (19) ausgesetzt ist.Energy transformer according to one of the preceding claims, characterized in that the electroactive polymer film strip ( 9 ) a border strip ( 19 ) with reinforcing material ( 20 ), which is insulating and in the wound state mechanically in a generator ( 21 ) fixed on one or both sides and the capacity variation of a bending force under one-sided or bilateral fixation of the wound reinforced edge strip ( 19 ) is exposed. Energietransformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem aufgewickelten verstärkten Randstreifen (19) ein Einspannelement (22) angeordnet ist.Energy transformer according to one of the preceding claims, characterized in that in the wound reinforced edge strip ( 19 ) a clamping element ( 22 ) is arranged. Energietransformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die verstärkten, aufgewickelten Enden (23, 24) der elektroaktive Polymerfolie (4) zur Kapazitätsvariation einer Dehnung ausgesetzt sind.Energy transformer according to one of the preceding claims, characterized in that the reinforced, wound ends ( 23 . 24 ) the electroactive polymer film ( 4 ) are subjected to a capacity variation of an elongation. Energietransformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die verstärkten Enden (23, 25) der elektroaktive Polymerfolie (4) mittels Schrauben (25), Nieten oder Klammern an einem Gestänge angeordnet sind, das Zug- und Druckkräften eines Wellenganges aufgesetzt ist.Energy transformer according to one of the preceding claims, characterized in that the reinforced ends ( 23 . 25 ) the electroactive polymer film ( 4 ) by means of screws ( 25 ), Rivets or clamps are arranged on a linkage, the tensile and compressive forces of a swell gear is placed. Energietransformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestänge eine Gitterstruktur ist, die auf den Wellen (26) reitet und durch den Wellengang (27) Druck- und Zugkräfte in Gitterstäbe der Gitterstruktur induziert, wobei die Gitterstäbe auf die flachgewickelte elektroaktive Polymerfolie (4) zur Kapazitätsvariation einwirken.Energy transformer according to one of the preceding claims, characterized in that the linkage is a lattice structure which is located on the shafts ( 26 ) rides and through the waves ( 27 ) Induces compressive and tensile forces in grid bars of the grid structure, the grid bars resting on the flat-wound electroactive polymer film ( 4 ) influence the capacity variation. Energietransformer nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die variable Kapazität der flachgewickelten elektroaktiven Polymerfolie (4) mit einer Generatorschaltung (28) zusammenwirkt, wobei die Generatorschaltung (28) eine Versorgungsbatterie (29), einen Zwischenkondensator (30) und eine Steuereinheit (31) aufweist, und wobei die Steuereinheit abhängig vom Wellengang (27) Ladungen auf den Zwischenkondensator (30) überträgt und eine Ladebatterie (32) auflädt und/oder eine Last (33) speist.Energy transformer according to one of Claims 5 to 9, characterized in that the variable capacitance of the flat-wound electroactive polymer film ( 4 ) with a generator circuit ( 28 ), wherein the generator circuit ( 28 ) a supply battery ( 29 ), an intermediate capacitor ( 30 ) and a control unit ( 31 ), and wherein the control unit depends on the swell ( 27 ) Charges on the intermediate capacitor ( 30 ) and a rechargeable battery ( 32 ) and / or a load ( 33 ) feeds. Generator zum Umwandeln von mechanischer Wellenenergie in elektrische Energie, gekennzeichnet durch einen Energietransformer (5) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.Generator for converting mechanical wave energy into electrical energy, characterized by an energy transformer ( 5 ) according to one of the preceding claims. Wellenenergieanlage gekennzeichnet durch ein Zusammenwirken einer Vielzahl von Energietransformern (5) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.Wave energy plant characterized by an interaction of a plurality of energy transformers ( 5 ) according to one of the preceding claims. Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen elektroaktiven Polymerfoliekörpers (1) eines Energietransformers (5), wobei das Verfahren folgende Verfahrenschritte aufweist: – Herstellen eines elektroaktiven Polymerfolienbandes (9) aus einem elektroaktiven Polymer; – Aufbringen eines mechanischen Verstärkungsmaterials (20) auf Randstreifen (19) des elektroaktiven Polymerfolienbandes (9); – einseitiges Beschichten des elektroaktiven Polymerfolienbandes (9) mit einer Elektrodenstruktur (10) und einer Gegenelektrodenstruktur (10), wobei die Strukturen (10) ohne sich zu berühren kammartig ineinander greifen, und die Elektrodenflächen (15, 16) und die Gegenelektrodenflächen (34, 35) größer sind als die dazwischen angeordneten Faltflächen (36); – Aufwickeln unter Falten des elektroaktiven Polymerfolienbandes (9) zu einem flachgewickelten mehrschichtigen elektroaktiven Polymerfolienkörper (1).Process for producing a multilayer electroactive polymer film body ( 1 ) of an energy transformer ( 5 ), the method comprising the following steps: - producing an electroactive polymer film strip ( 9 ) of an electroactive polymer; Application of a mechanical reinforcing material ( 20 ) on edge strips ( 19 ) of the electroactive polymer film tape ( 9 ); One-sided coating of the electroactive polymer film strip ( 9 ) with an electrode structure ( 10 ) and a counter electrode structure ( 10 ), where the Structures ( 10 ) intermesh without touching each other, and the electrode surfaces ( 15 . 16 ) and the counter electrode surfaces ( 34 . 35 ) are larger than the interposed folding surfaces ( 36 ); Winding under folding of the electroactive polymer film strip ( 9 ) to a flat-wound multilayer electroactive polymer film body ( 1 ). Verfahren nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet, dass in der Elektrodenstruktur (10, 11) auf dem elektroaktiven Polymerfolienband (9) Faltflächen (36) vorgesehen werden, die mit Ihrer Breite Stirnflächen (37) des flachgewickelten elektroaktiven Polymerfolienkörpers (1) und die großflächigen Elektroden (6, 7) der Kammstruktur (38) die Breitseiten (39) des elektroaktiven Polymerfolienkörpers (1) bilden.Method according to claim 13, characterized in that in the electrode structure ( 10 . 11 ) on the electroactive polymer film belt ( 9 ) Folding surfaces ( 36 ) provided with their width end faces ( 37 ) of the flat-wound electroactive polymer film body ( 1 ) and the large-area electrodes ( 6 . 7 ) of the comb structure ( 38 ) the broadsides ( 39 ) of the electroactive polymer film body ( 1 ) form. Verfahren nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanische Verstärkermaterial (20) den Randstreifen (19) zu Einspannelementen (22) kompaktiert wird nachdem durch Wickeln unter Falten des elektroaktiven Polymerfolienbandes (9) ein flachgewickelter elektroaktiver Polymerfolienkörper (1) mit verstärkten Randstreifen (19) vorliegt.Method according to claim 13 or claim 14, characterized in that the mechanical reinforcing material ( 20 ) the edge strip ( 19 ) to clamping elements ( 22 ) is compacted after by winding under folding of the electroactive polymer film tape ( 9 ) a flat-wound electroactive polymer film body ( 1 ) with reinforced edge strips ( 19 ) is present.
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