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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eins EAP-Stapels mit dielektrischen Schichten enthaltend elektroaktive Polymere und Elektrodenschichten enthaltend elektrisch leitfähige Substanzen. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die elektrischen Kontaktierungen zwischen den Elektrodenschichten mittels Kaltgasspritzens aufgebracht werden.
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Stand der Technik
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Neben verstärkten Anstrengungen im Bereich neuer, energiesparender Technologien basiert ein Großteil der Maßnahmen zur Verbesserung der weltweiten CO2-Bilanz auf dem Einsatz regenerativer Energiequellen. Durch letztere kann man insbesondere dann zu einem interessanten Aufwand-Nutzen-Verhältnis kommen, wenn das physikalische Grundprinzip auf der Umwandlung kinetischer Bewegungsenergie, geliefert zum Beispiel durch Wind oder Wellen, in elektrische Energie beruht. Diese Umwandlung kann dabei generell auf zwei unterschiedliche Arten erfolgen. Zum einen kann die Bewegungsenergie in traditioneller Weise indirekt über geeignete Kraftaufnehmer einen Generator antreiben, welcher dann elektrischen Strom liefert. In neueren Konzepten kann die Bewegungsenergie aber auch durch spezielle elektroaktive Polymere (EAPs) unter Umgehung eines Generators direkt in elektrische Energie gewandelt werden. Dieses Verfahren kann weitgehend ohne bewegliche, mechanische Komponenten auskommen und nutzt eine alternierende Stapelfolge elektroaktiver Polymer- und Elektrodenschichten. Diese Art der EAP-Stapel kann dabei in einem Nass- oder einen Trockenverfahren hergestellt werden. Im Trockenverfahren werden die elektroaktiven Polymere als Polymerfolien und die Elektrodenschichten alternierend als Stapel gefügt, wohingegen im Nassverfahren ein nasschemischer Aufbau gewählt wird. Dies zum Beispiel durch Einbringung eines niedrigviskosen, „gelartigen“ elektroaktiven Polymers zwischen beabstandete, elektrisch leitfähige Schichten und einem anschließendem Verfestigungsschritt des Polymergels. In beiden Verfahren wird ein Vielschichtenkondensator erhalten, welcher als Funktion der mechanischen Belastung eine variable Kapazität zeigt.
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Eine mögliche Ausgestaltung und ein Herstellungsverfahren eines EAP-Stapels ist zum Beispiel in der
DE 10 2009 059 024 angegeben. In diesem Dokument wird ein Energietransformer mit einem elektroaktivem Polymer offenbart, wobei das Polymer eine elektroaktive Polymerfolie bildet die eine Elektrode und eine Gegenelektrode aufweist. Aufgrund der Tatsache, dass der Stapel ein elektroaktives Polymer aufweist und mechanisch flexibel ist, bildet er eine variable Kapazität, einen mechanisch flexiblen Kondensator. Der Energietransformer ist dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode und die Gegenelektrode jeweils ein ebenes Elektrodengitter aus leitfähigem Material aufweisen und mehrere Elektrodengitter von Elektrode und Gegenelektrode abwechselnd übereinander beabstandet gestapelt sind. Die Elektrodengitter sind von dem Material des elektroaktivem Polymers durchdrungen und zwischen jeder Elektrode und Gegenelektrode ist eine Schicht des elektroaktivem Polymers vorhanden.
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Zur Erzielung einer möglichst hohen Effizienz des Stapels werden mehrere elektrisch leitfähige Schichten eingesetzt, welche in der Regel fest durch eine Ableitelektrode miteinander verbunden sind. Üblicherweise übernimmt diese Aufgabe eine Stabelektrode, welche die einzelnen Schichten mechanische unflexibel miteinander kontaktiert (siehe Figur I). Bedingt durch die fortwährende mechanische Belastung des Stapels in Form von Kompressions- und Dekompressionsvorgängen kann sich die Ankontaktierung der Ableitelektroden an die elektrisch leitfähigen Schichten lösen oder die Stabelektrode brechen oder reißen, mit dem Resultat, dass der Stapel einen herabgesetzten Wirkungsgrad und/oder eine verringerte Funktionalität zeigt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun in der Bereitstellung eines verbesserten Herstellungsverfahrens für EAP-Stapel, welches die Nachteile des Standes der Technik ausräumt und insbesondere durch eine verbesserte Kontaktierung der einzelnen Elektrodenschichten zu verlässlicheren und langlebigeren EAP-Stapeln führt. Desweiteren liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Verwendung der erfindungsgemäß hergestellten Stapel im Bereich der Gewinnung regenerativer Energien aufzuzeigen.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruches, während besondere Ausführungsformen der Erfindung in den Unteransprüchen wiedergegeben werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Überraschenderweise wurde gefunden, dass ein Verfahren zur Herstellung eines EAP-Stapels umfassend dielektrische Schichten enthaltend elektroaktive Polymere und Elektrodenschichten enthaltend elektrisch leitfähige Substanzen, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Kontaktierungen zwischen den Elektrodenschichten mittels Kaltgasspritzens aufgebracht werden zu Stapeln führt, deren Kontakte im Vergleich zu konventionell aufgebrachten Kontakten deutlich längere Standzeiten aufweisen. Dies bedeutet insbesondere, dass die Ankontaktierung zwischen den Elektrodenschichten deutlich resistenter gegenüber mechanischen Belastungen ist und die elektrische Funktionalität des Vielschichtkondensators deutlich länger erhalten bleibt. Ohne durch die Theorie gebunden zu sein ergibt sich die verbesserte Ankontaktierung und die längere Haltbarkeit des elektrischen Kontaktes zwischen den elektrisch leitfähigen Schichten des EAP-Stapels durch den niedrigen Oxidanteil, dem minimalen Wärmeeintrag ins Substrat, der hohen Dichte, dem minimalen Kornzuwachs, der unveränderter Nanokristallstruktur und der hohen thermischen sowie elektrischen Leitfähigkeit des kaltgespritzten Kontaktmaterials. Gerade auch der geringe Wärmeeintrag beim Kontaktieren des einzelnen Schichten kann sich besonders Vorteilhaft auf die Qualität der Kontaktstellen auswirken. Überraschenderweise sind die kaltgespritzten Kontakte auch mechanisch flexibler, welches auch zu einer längeren Standdauer und höheren Effektivität des EAP-Stapels beitragen kann.
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Das erfindungsgemäß eingesetzte Kaltgasspritzen ist ein hochkinetisches Beschichtungsverfahren, bei dem mit Hilfe von inerten Gasen und Drücken von zum Beispiel bis zu 40 bar und Gasgeschwindigkeiten von gegebenenfalls weit über 1.000 m/s Partikel sehr stark beschleunigt werden können. Als inerte Gase können zum Beispiel Stickstoff oder Helium eingesetzt werden. Benutzt man als Beschichtungssubstanzen Metallpartikel, wie zum Beispiel Kupfer-, Zink-, Nickel-, Zinn-, Aluminium- und/oder Platin-Pulver, so lassen sich dichte, fest anhaftende Schichten mit einem sehr geringen Oxidgehalt auf Oberflächen aufbringen („spritzen“). Es handelt sich also um einen kaltkinetischen Kompaktierungsprozess an der Oberfläche des bespritzten Werkstückes, wobei die einzelnen Substratpulver nicht aufgeschmolzen und in einem festen Zustand auf die Bauteiloberflächen aufgetragen werden. Die aufgespritzten Kontakte können prinzipiell jedwede Geometrie aufweisen und in unterschiedlichen Höhen auf das Bauteil aufgebracht werden. Es lassen sich prinzipiell auch bewusst unterschiedliche Kontakt-Geometrien und -Höhen aufbringen, dies zum Beispiel als Funktion der Schichtposition im Stapel.
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In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung werden die elektrischen Kontaktierungen zwischen den Elektrodenschichten mittels Kaltplasmapritzens aufgebracht. Innerhalb dieser bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird ein Gas mittels eines Lichtbogens, welcher zwischen einer Anode und einer Kathode erzeugt wird, ionisiert. In diesen Plasmastrom können Pulver oder Partikel injiziert werden, welche das Pulver oder die Partikel dabei je nach Plasmatemperatur gar nicht, partiell oder komplett aufschmelzen. Diese aufgeschmolzenen oder nicht geschmolzenen Partikel werden anschließend durch den Plasmastrom mit hoher Geschwindigkeit auf die Oberfläche des Bauteils geschleudert und Kompaktieren dort durch die kinetische und thermische Energie des Plasmastrahles. Durch den Einsatz eines Kaltgasplasmas lassen sich so auch Metalle oder Partikel verwenden, welche rein unter Einsatz eines Kaltgasverfahrens nicht verwendet werden können. Erfindungsgemäß kann die Temperatur innerhalb des Kaltgasplasmastromes kleiner oder gleich 800°C betragen.
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Die dielektrischen Schichten des EAP-Stapels enthalten elektroaktive Polymere, welche isolierende Eigenschaften aufweisen und welche sich beim Anlegen einer elektrischen Spannung verformen können. Desweiteren führen Deformationen der Polymere in der dielektrischen Schicht zu Änderungen des elektrischen Feldes der Polymere und damit der gesamten dielektrischen Schicht. Als elektroaktive Polymere lassen sich dabei prinzipiell Silikon-Elastomere, Acryl-Elastomere, Polyurethane, thermoplastische Materialien, Copolymere mit PVDF (Polyvinylidenfluorid), drucksensitive Kleber, Fluoroeleastomere und Polymere mit Siliko- oder Acrylgruppen einsetzten. In EAP-Stapeln einsatzbare Polymere sind zum Beispiel NuSil CF 19-2186 der NuSil Technology, Dow HS3, Dow 730 der Firma Dow-Corning und Styren-Butadien-Styren (SBS) Block-Copolymere. Es können zudem auch Kombination mehrerer Polymere in den dielektrischen Schichten eingesetzt werden. Die dielektrischen Polymere können dabei in einem sogenannten Trockenverfahren in Form vorgespannter oder nicht vorgespannter Folien verarbeitet werden. Die dielektrischen Polymere können aber auch im Rahmen eines nasschemischen Verfahrens in den Stapel eingebracht werden. Hierbei werden die dielektrischen Schichten als mehr oder minder fließfähiges Gel verarbeitet und erst in einem anschließenden Verfahrensschritt durch eine Vernetzung der Polymere verfestigt. Die dielektrischen Schichten können desweiteren noch weitere Additive wie zum Beispiel Plastifizierungsmittel, hochmolekulare Öle, Antioxidatien, Viskositätsmodifizierer und/oder zusätzliche dielektrische Partikel mit hohen Dielektrizitätskonstanten aufweisen. Die Dicke einer dielektrischen Schicht kann größer oder gleich 1 µm und kleiner oder gleich 2500 µm, bevorzugt größer oder gleich 10 µm und kleiner oder gleich 1000 µm und desweiteren bevorzugt größer oder gleich 50 µm und kleiner oder gleich 500 µm betragen.
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Die Elektrodenschichten enthalten elektrisch leitfähige Substanzen, welche die Ableitung der durch die mechanische Deformation der dielektrischen Polymerschicht auftretenden elektrischen Ladungen gewährleistet. Dazu enthalten die Elektrodenschichten elektrisch leitfähige Substanzen, zum Beispiel in Form von Metallfasern, Metallpulver, Graphit, Kohlefasern und/oder amorphen Kohlefasern. Möglich ist auch, dass die Elektrodenschichten gitterförmige Elektrodenbahnen aus elektrisch leitfähigem Material sowie Matten aus elektrisch leitenden Kurzfasern oder elektrisch leitende Gewebe aufweisen. Desweiteren sind auch gitterförmige, perforierte elektrisch leitende Folien denkbar. Gitterförmige Perforationen können sich zum Beispiel mit Hilfe von entsprechenden Ätztechniken und/oder mit Hilfe von Stanztechniken erreichen lassen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das Verfahren zur Herstellung eines EAP-Stapels die Schritte a) Aufbringen der elektrischen Kontaktierungen auf die Schichten mittels Kaltgasspritzens, b) wechselweises Stapeln der dielektrischen und Elektrodenschichten und c) Fügen der gestapelten Schichten umfassen. Diese Aufteilung des Herstellungsverfahrens hat sich in der Praxis bewährt und ermöglicht eine reproduzierbare, flexible und effiziente Stapel-Herstellung.
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Im ersten Verfahrensschritt a) kann dabei die Kontaktierung wahlweise nur auf der Oberfläche der elektrisch leitfähigen Schicht oder auf der Oberfläche eines Schichtverbunds aus einer elektrisch leitfähigen Schicht und einer dielektrischen Schicht erfolgen. Die elektrischen Kontakte können demzufolge sowohl auf den Schichtverbund bestehend aus dielektrischer und elektrischer Schicht wie auch nur auf der elektrischen Schicht mittels Kaltgasspritzens aufgebracht werden. Erfolgt das Aufbringen der Kontaktierung nur auf der leitfähigen Schicht, so kann die Herstellung des Schichtverbundes aus elektrisch leitfähiger Schicht und der dielektrischen Schicht innerhalb eines separaten Verfahrensschrittes erfolgen. Die Spritzhöhe der elektrischen Kontaktierung kann als Funktion der Schichtdicke der verwendeten dielektrischen Schichten gewählt werden und kann größer oder gleich 0,01 µm und kleiner oder gleich 10000 µm betragen.
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Im Verfahrensschritt b) werden dann die einzelnen mit Kontakten versehenen Schichtverbünde umfassend eine elektrisch leitfähige Schicht und eine dielektrische Schicht oder alternativ eine alternierende Anordnung von dielektrischen und elektrisch leitfähigen Schichten zu einem Stapel zusammengesetzt. Dies kann im Rahmen eines Trocken- oder Nassstapelverfahrens geschehen. Die Anzahl an gestapelten Schichtverbünden kann dabei zwischen größer oder gleich 2 und kleiner oder gleich 10000, bevorzugt zwischen größer oder gleich 5 und kleiner oder gleich 5000 und desweiteren bevorzugt zwischen größer oder gleich 5 und kleiner oder gleich 1000 betragen. Für die Zusammensetzung einzelner Schichten gelten die oben genannten bevorzugten Stapelanzahlen mit der Maßgabe eines Faktors von 2, da es sich hierbei nicht um Schichtverbünde sondern um einzelne Schichten handelt. Die einzelnen Elektrodenschichten können bei diesem Verfahren so angeordnet werden, dass zum Beispiel die Elektrodenschichten alternierend auf die Anode und die Kathode kontaktiert werden. Prinzipiell sind aber auch Ausgestaltungen denkbar, in denen keine alternierende Aufschaltung der Elektrodenschichten auf die Anode und Kathode erfolgen.
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Im Verfahrensschritt c) wird der zusammengesetzte EAP-Stapel gefügt. Hierbei werden die einzelnen Schichten derart nah aneinander gebracht, sodass die aufgespritzten elektrischen Kontakte die dielektrischen Schichten durchstoßen und ein durchgehender, leitender Kontakt zwischen den einzelnen elektrisch leitenden Schichten hergestellt wird. Dies kann zum Beispiel durch rein mechanisches Pressen, mit und ohne Hitzeunterstützung, oder ähnliche mechanische Verfahren erfolgen. Desweiteren kann dieser Verfahrensschritt durch Ultraschall- oder Widerstandsschweißen unterstützt werden. Dies kann zu einer höheren Festigkeit des gefügten Stapels beitragen. Als Endprodukt erhält man einen durchkontaktierten, mechanisch stabilen EAP-Stapel.
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In einem weiteren, bevorzugten Aspekt des Verfahrens zur Herstellung eines EAP-Stapels können in einem zusätzlichen Verfahrensschritt weitere Sammelpfade zwischen den einzelnen Elektrodenschichten angebracht werden. Diese zusätzlichen Sammelpfade können zum Beispiel an der Außenseite des gefügten EAP-Stapels zwischen den elektrisch leitfähigen Schichten mittels Kaltgasspritzens angebracht werden und so die elektrische Leitfähigkeit zwischen den elektrisch leitfähigen Schichten erhöhen. Dies kann somit zu einer weiteren Ausfallsicherheit der Kontaktierung beitragen.
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Desweiteren kann die Kontaktierung der elektrisch leitfähigen Schichten in einer bevorzugten Ausführungsform nur über Sammelpfade an der Außenseite des EAP-Stapels erfolgen. Dies kann vorteilhafterweise dazu führen, dass im Inneren des Stapels keine elektrischen Kontakte mehr benötigt werden, welche die dielektrischen Schichten durchstoßen. Derart können mechanische Sollbruchstellen an den durchstoßenen dielektrischen Schichten verhindert oder verringert werden.
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In einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines EAP-Stapels können die elektrischen Kontakte der Elektrodenschichten mittels Kaltgasspritzen partiell auf vorvernetzte dielektrische Schichten aufgetragen werden. Durch das Auftragen der Kontaktierung auf nur partiell vorvernetzte dielektrische Schichten kann eine besonders flexible und innige Verbindung der kaltgasgespritzten Kontakte mit den dielektrischen Schichten erreicht werden, welches zur Erhöhung der Lebensdauer des EAP-Stapels beitragen kann. In einen weiteren Verfahrensschritt können die nur partiell vorvernetzten und mit elektrischen Kontakten versehenen, dielektrischen Schichten dann final ausgehärtet werden.
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Im Sinne der Erfindung ist ferner ein EAP-Stapel zur Gewinnung elektrischer Energie aus kinetischer Bewegungsenergie, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kontaktierung der Elektrodenschichten kraftlos erfolgt und die Kontaktierungen mittels Kaltgasspritzens aufgebracht sind. Bedingt durch die Tatsache, dass die elektrischen Kontakte mittels Kaltgasspritzens auf einen Schichtverbund aufgebracht werden und erst beim Fügen des Stapels ein elektrischer Kontakt mittels Durchstoßens einer dielektrischen Schicht hergestellt wird, ergibt sich ein kraftloser Kontakt zu einer zweiten elektrisch leitfähigen Schicht. Diese Kontaktstelle ist flexibel und kann auf die mechanischen Bewegungen des Stapels reagieren. Im Fall starker Zugkräfte können sich zum Beispiel die Kontakte zwischen den elektrisch leitfähigen Schichten kurzzeitig lösen ohne dass der Stapel einen irreversiblen Schaden nimmt. Dies kann zu einer verlängerten Lebensdauer des Stapels beitragen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der EAP-Stapel asymmetrisch aufgebaut sein. Asymmetrisch bedeutet in diesem Fall, dass aufeinanderfolgende Schichtverbünde enthaltend dielektrische Schichten und elektrisch leitfähige Schichten versetzt übereinander gestapelt werden. Die Flächen aufeinanderfolgender Verbünde liegen also nicht vollständig übereinander, sondern sind seitlich versetzt angeordnet (siehe zum Beispiel 4b + 4c). Durch diese Anordnung werden im Stapelinneren Leerstellen erzeugt, welche Volumenänderungen und -verschiebungen des Stapels aufgrund mechanischer Belastungen kompensieren und so die Kontaktierungsbereiche vor einer zu starken mechanischen Belastung schützen. Die Kontaktierungsbereiche werden also von den aktiven Bereichen mechanisch entkoppelt. Die so generierten einzelnen „Kontaktierungsfinger“ können bei einer mechanischen Belastung deutlich flexibler reagieren als ein symmetrisch ausgestalteter Stapel. Dies kann zu einer längeren Lebensdauer des EAP-Stapels beitragen.
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Ein einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann die Kontaktierung der einzelnen Elektrodenschichten des EAP-Stapels durch kaltgasgespritzte Kontakte erfolgen, welche sich durch die dielektrischen Schichten erstrecken. Eine derart ausgestaltete, kraftlose Kontaktierung der einzelnen elektrisch leitfähigen Schichten kann flexibel auf die mechanischen Zug- und Schubkräfte reagieren und so eine längere Lebensdauer des gefügten EAP-Stapels gewährleisten.
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In einem zusätzlichen Aspekt der Erfindung können die Kontaktierungen der Elektrodenschichten des EAP-Stapelaufbaus durch kaltgasgespritzte Kontakte erfolgen, welche nur auf den Elektrodenschichten angeordnet und bis an den Rand des EAP-Stapels ausgeführt sind. Ein Beispiel dieser Kontaktierungsanordnung ist in den 3a + 3b gezeigt. Die Kontaktierung innerhalb des Schichtverbundes ist nur auf den elektrisch leitfähigen Schichten vorhanden. Die einzelnen elektrisch leitfähigen Schichten können damit entweder nur über die mittels Kaltgasspritzens aufgebrachten Kontakte auf den elektrisch leitfähigen Schichten miteinander oder zusätzlich noch mittels seitlich aufgebrachter, kaltgasgespritzter Sammelpfade an den Außenseiten des EAP-Stapels (eine beispielhafte Lösung ist in 3c dargestellt) kontaktiert werden. Die Anordnung der kaltgasgespritzten Kontakte nur auf den elektrisch leitfähigen Schichten kann zu möglichst wenig raumgreifenden Kontakten führen, welches sowohl zu Vorteilen im Rahmen der Herstellung führt und auch die Fehleranfälligkeit und Bruchwahrscheinlichkeit der elektrischen Kontakte senken kann.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung können die Kontaktierungen der Elektrodenschichten des EAP-Stapelaufbaus durch kaltgasgespritzte Kontakte erfolgen, welche nur partiell auf den Elektrodenschichten angeordnet und bis an den Rand des EAP-Stapels ausgeführt sind. Durch diese Anordnung der kaltgasgespritzten Kontakte können Stapelaufbauten realisiert werden, wie sie beispielhaft in den 4a–4b dargestellt sind. Die elektrisch leitfähigen Schichten werden mittels Kaltgasspritzen nur ankontaktiert und die restliche Kontaktführung erfolgt über die dielektrischen Schichten hinweg. Durch diese Kontaktierungsart lassen sich asymmetrische EAP-Stapelaufbauten realisieren, welche, wie oben schon ausgeführt, verbesserte mechanische Eigenschaften aufweisen können. Die Kontaktierung der einzelnen elektrisch leitfähigen Schichten kann dabei prinzipiell über die auf den elektrisch leitfähigen Schichten angebrachten kaltgasgespritzten Kontakte oder zusätzlich, wie in 4c skizziert, über an den Seiten des Stapels angebrachte Sammelpfade, erfolgen.
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Desweiteren können die vorgestellten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen EAP-Stapelaufbaus zur Gewinnung elektrischer Energie aus der kinetischen Bewegungsenergie von Wasserwellen verwendet werden. Gerade die Kontaktierung der einzelnen, elektrisch leitfähigen Schichten eines EAP-Stapels mittels kaltgasgespritzter Kontakte kann in einem mechanisch anspruchsvollen Umfeld, wie zum Beispiel bei der Umwandlung von kinetischer Wellen- zu elektrischer Energie, Vorteile aufweisen. Diese Kontaktierungsart kann zu einer längeren Lebensdauer des Stapels und zu einer höheren Effektivität und Stromausbeute beitragen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
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Es zeigen die
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1. einen EAP-Stapel (1) nach dem Stand der Technik. Zu erkennen ist der Aufbau aus alternierenden Elektroden- (3) und dielektrischen Polymerschichten (2). Die Kontaktierung der einzelnen Elektrodenschichten (3) erfolgt über eine Kontaktelektrode (5), welche durch den gesamten Stapel führt und zusätzlich mittels einer Elektrodenfixierung (4) mit dem Stapel verbunden ist;
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2a. einen einzelnen Schichtverbund (6) enthaltend eine dielektrische Polymerschicht (7), eine elektrisch leitfähige Schicht (8) und einen, mittels Kaltgasspritzen hergestellten elektrischen Kontakt (9), welcher in diesem Fall auf der elektrisch leitfähigen Schicht (8) angeordnet ist. Die dargestellte Ausgestaltung des elektrisch leitfähigen Kontaktes (9) zeigt eine der technischen Ausgestaltungen. Für den Fachmann ergibt sich auf Basis des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Vielzahl unterschiedlicher Ausgestaltungen des einzelnen Kontaktbereiches. Zum Beispiel eine, zwei, drei oder noch mehr Kontaktbahnen, welche miteinander verbunden oder voneinander isoliert sind, einzelne isolierte Kontaktpunkte oder ganze zusammenhängende Kontaktbereiche, um nur einige zu nennen. Desweiteren können durch das Kaltgasspritzen unterschiedliche Geometrien der Kontakte realisiert werden. Möglich sind hier zum Beispiel pyramidale, tetraedrische, trapezförmige, kugelförmige Ausgestaltungen der Kontaktbereiche, welche sich durch die dielektrischen Schichten erstrecken. Desweiteren sind natürlich auch unterschiedliche flächige Geometrien der einzelnen (dielektrischen und elektrisch leitfähigen) Schichten denkbar. Aufgeführt in diesen und den folgenden Beispielen ist eine runde Geometrie. Prinzipiell lassen sich aber auch andere symmetrische (zum Beispiel rechteckig, quadratisch, dreieckig usw.) oder asymmetrische Ausgestaltungen der Schichten denken;
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2b. einen aus mehreren übereinandergestapelten Schichtverbünden (6) hergestellten EAP-Stapel. Die Schichtanzahl ist nicht auf die hier dargestellte Schichtanzahl beschränkt, sie kann je nach Aufgabe mehr oder weniger übereinandergestapelte Schichtverbünde (6) beinhalten. Die elektrisch leitfähigen Kontakte (9) sind auf der elektrisch leitfähigen Schicht (8) angeordnet und durchstoßen beim Zusammenbau des Stapels die dielektrischen Polymerschichten (7). Die elektrisch leitfähigen Kontakte (9) sind in diesem Ausführungsbeispiel nicht bis an Rand der elektrisch leitfähigen Schichten (8) angeordnet. An der Untersowie an der Oberseite des Stapels befinden sich zum Ableiten der elektrischen Ladungen aus dem Stapel zusätzliche Abschlusselemente (10);
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2c. im Querschnitt die dielektrischen Polymerschichten (7), die elektrisch leitfähige Schichten (8) und die erfindungsgemäß kaltgespritzten leitfähigen Kontakte (9) nach dem Zusammenfügen des EAP-Stapels (11). Die einzelnen elektrisch leitfähigen Kontakte (9) durchstoßen die dielektrischen Polymerschichten (7) und kontaktieren so elektrisch leitfähigen Schichten (8) mit den Abschlusselementen (10) auf der Oberseite des EAP-Stapels (11);
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3a. eine weitere Anordnung eines elektrisch leitfähigen Kontaktes (9) auf einer elektrisch leitfähigen Schicht (8), welche zusammen mit einer dielektrischen Polymerschicht (7) einen einzelnen Schichtverbund (6) bildet. Der elektrisch leitfähige Kontakt (9) ist auf der elektrisch leitfähigen Schicht (8) angeordnet und auf dieser bis zum Rand der Schicht gezogen;
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3b. mehrere übereinander angeordnete einzelne Schichtverbünde (6) mit dielektrischer Polymerschicht (7), elektrisch leitfähiger Schicht (8) und elektrisch leitfähigem Kontakt (9). Die elektrisch leitfähigen Kontakte (9) sind bis an den Rand des Stapels ausgeführt. Auf der Oberseite des Stapels befinden sich die Abschlusselemente (10).
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3c. einen gefügten und kontaktierten EAP-Stapel (11). Zusätzlich zu den im Inneren des Stapels liegenden Kontakten sind an der Außenseite des Stapels weitere elektrisch leitfähige Kontakte (9) mittels Kaltgasspritzens angebracht.
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4a. einen einzelnen Schichtverbund (6) mit einer dielektrischen Polymerschicht (7) und einer elektrisch leitfähigen Schicht (8). Der elektrisch leitfähige Kontakt (9) kontaktiert die elektrisch leitfähige Schicht (8), ist aber im Wesentlichen auf der dielektrischen Polymerschicht (7) angeordnet und auf dieser zum Rand der dielektrischen Polymerschicht (7) geführt;
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4b. einen EAP-Stapel aus mehreren einzelnen Schichtverbünden (6) aufweisend eine dielektrische Polymerschicht (7), eine elektrisch leitfähige Schicht (8) und einen elektrisch leitfähigen Kontakt (9). Die einzelnen elektrisch leitfähigen Kontakte (9) sind jeweils über die dielektrische Polymerschicht (7) bis an den Rand des Stapels geführt. Die einzelnen Schichtverbünde (6) sind versetzt angeordnet, sodass in diesem Fall die einzelnen elektrisch leitfähigen Schichten (8) übereinanderliegen. Auf diese Art und Weise erhält man einen aktiven, kompakten inneren Stapelbereich und einen äußeren Kontaktbereich, welcher durch Leerräume vom kompakten, inneren Stapelbereich mechanisch entkoppelt ist;
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4c. einen gefügten EAP-Stapel (11) aufgebaut entsprechend 4b, welcher zusätzlich zu den im Inneren des Stapels angeordneten elektrisch leitfähigen Kontakten (9) noch weitere, kaltgasgespritzte Kontakte auf den Außenseiten des EAP-Stapels (11) aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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