DE102013208791A1

DE102013208791A1 - Hybridfolie für einen Energietransformer

Info

Publication number: DE102013208791A1
Application number: DE201310208791
Authority: DE
Inventors: Stefan Schaefer; Istvan Denes; Marc Fischer; Reiner Luetzeler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-05-14
Filing date: 2013-05-14
Publication date: 2014-11-20
Anticipated expiration: 2033-05-15
Also published as: CN104157783B; CN104157783A; DE102013208791B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hybridfolie für einen Energietransformer (22), vorzugsweise für einen Wellenenergietransformer, wobei die Hybridfolie eine elektroaktive Polymerfolie ist, und wobei die Hybridfolie eine Trägerfolie (20), eine Basisfolie (12), eine Kontaktierungsfolie (14), und eine Elektrodenbeschichtung (16) aufweist. Durch die Verwendung einer solchen Hybridfolie in einem Energietransformer (22) kann ein guter Wirkungsgrad beziehungsweise Funktionalität in einem Energietransformer (22) ermöglicht werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hybridfolie für einen Energietransformer, wobei die Hybridfolie eine elektroaktive Polymerfolie ist, einen Energietransformer der mehrere solcher Hybridfolien aufweist, eine Verwendung des Energietransformers, ein Verfahren zum Herstellen der Hybridfolie und ein Verfahren zum Herstellen des Energietransformers.
Stand der Technik
Im Zuge des Ausbaus von regenerativen Energien kommt beispielsweise der Meeresenergiegewinnung eine immer bedeutendere Rolle zu. Momentan werden bei der Meeresenergiegewinnung hauptsächlich Gezeitenkraftwerke oder Wellenkraftwerke eingesetzt. Weiterhin gibt es Bemühungen die translatorische Bewegung über eine hydraulische Anordnung in eine rotatorische Bewegung umzuwandeln, beispielsweise bei der Meeresschlange von Pelamis.
Ein weiteres Konzept der Meeresenergiegewinnung ist die Verwendung von elektroaktiven Polymeren (EAP). Kern der EAP-Technologie ist die Erzeugung eines Vielschichtkondensators, der die direkte Wandlung der translatorischen Energie in Form der Wellenbewegung in elektrische Energie erlaubt. Der Kondensator bei der EAP-Technologie wird bisher im Trocken- oder Nassstapelverfahren aufgebaut. Bei beiden Verfahren besteht der Kondensator jeweils aus Elektrodenschichten, die durch ein Dielektrikum, beispielsweise ein Polymer, getrennt sind. Das Ableiten der elektrischen Energie aus den einzelnen Elektrodenschichten erfolgt mittels einer Ableitelektrode. Durch ständige Kompression und Dekompression des erzeugten Stapels kann sich über die Lebensdauer die Ankontaktierung von Elektrodenschicht zu Ableitelektrode verschlechtern.
Dies hat einen herabgesetzten Wirkungsgrad beziehungsweise eine herabgesetzte Funktionalität zur Folge.
Offenbarung der Erfindung
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Hybridfolie für einen Energietransformer, wobei die Hybridfolie eine elektroaktive Polymerfolie ist.
Erfindungsgemäß wird eine Hybridfolie für einen Energietransformer, vorzugsweise ein Wellenenergietransformer, vorgesehen, wobei die Hybridfolie eine elektroaktive Polymerfolie ist. Die Hybridfolie weist eine Trägerfolie, eine Basisfolie, eine Kontaktierungsfolie, und eine Elektrodenbeschichtung auf.
Der Trägerfolie kommt hierbei ausschließlich eine Schutzfunktion zu. Die Trägerfolie sorgt dafür, dass die Basisfolie und die Kontaktierungsfolie auf der Seite auf welche nicht die Elektrodenbeschichtung aufgetragen ist, eine Abdeckung vorhanden ist, um eine Verschmutzung oder Kontaktierung mit eine anderen Hybridfolie vor der Verwendung der Hybridfolie in einem Energietransformer zu vermeiden.
Die Basisfolie kann in einem Extrusionsprozess gefertigt werden. Die Basisfolie kann aus einem Polymer, beispielsweise Silikon, ausgebildet sein.
Die Kontaktierungsfolie kann elektrisch leitfähig sein, um die an der Elektrodenbeschichtung erzeugte elektrische Energie weiterleiten zu können.
Die Elektrodenbeschichtung der Hybridfolie kann aus einem Elektrodenmaterial beispielsweise aus Silber, Aluminium, Titan und/oder Kohlenstoff, wie Carbon-Nano-Tubes und/oder Leitruß, bestehen, und großflächig auf der Hybridfolie aufgetragen sein. Dadurch kann die Hybridfolie bei Verwendung mehrerer Hybridfolien in einem Energietransformer großflächig von einer anderen Hybridfolie ankontaktiert werden. Weiterhin kann die Elektrodenbeschichtung auf der Seite der Basisfolie aufgetragen sein, welche der Seite der Trägerfolie gegenüber liegt.
Weiterhin ist es möglich durch den Aufbau der Hybridfolie in einem Energietransformer den Kontakt zwischen den einzelnen Hybridfolien robuster und gleichzeitig flexibler auszugestalten. Dies kann mit Hilfe der Kontaktierungsfolien erfolgen, welche mit der Elektrodenbeschichtung verbunden sind, und in einem Energietransformer miteinander verbunden sind. Dadurch kann auf die Verwendung einer Ableiteelektrode verrichtet werden, um die einzelnen Elektrodenschichten innerhalb eines Energietransformers miteinander zu verbinden, wodurch sich Verluste an den Verbindungsstellen zwischen den einzelnen Elektrodenbeschichtungen in einem Energietransformer reduziert werden können. Durch die Hybridfolie kann bei Verwendung mehrerer Hybridfolien in einem Energietransformer der Wirkungsgrad und die Funktionalität des Energietransformers verbessert werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Hybridfolie liegt die Kontaktierungsfolie auf der Basisfolie auf, ist teilweise in die Basisfolie eingedrückt und/oder über eine Beschichtung verbunden. Auf diese Weise kann auf einfache Art eine Verbindung zwischen der Kontaktierungsfolie und er Basisfolie entsprechend der vorhandenen Produktionsmittel hergestellt werden. Insbesondere kann das Anordnen der Kontaktierungsfolie auf der Basisfolie entsprechend der Dicke der Kontaktierungsfolie ausgewählt werden, wobei die Dicke der Kontaktierungsfolie kleiner oder gleich der Basisfolie ist. Weiterhin kann das Anordnen der Folie den vorhandenen Produktionsstätten und/oder den vorhandenen Ausgangsmaterialien angepasst werden.
Vorzugsweise ist bei der Hybridfolie die Kontaktierungsfolie aus einer Polymerfolie, vorzugsweise Silikon, mit Partikeln ausgewählt aus einer Gruppe von Metallen umfassend Kupfer, Aluminium, Titan oder aus einer Legierung der genannten Metalle und/oder aus Kohlenstoff, wie Carbon-Nano-Tubes und/oder Leitruß, ausgebildet. Auf dieses Weise kann das Gewicht der Hybridfolie verringert werden, da nicht eine Folie aus Metall verwendet werden muss. Aufgrund der geringeren Materialkosten für eine Polymerfolie mit Partikeln können zu dem auch die Produktionskosten gesenkt werden. Weiterhin ist es auch möglich anstatt einer Polymerfolie eine Folie aus Metall, beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium, zu verwenden.
Insbesondere ist die Hybridfolie durch Ausstanzen oder Ausschneiden in eine beliebige Form formbar. Dadurch kann die Hybridfolie je nach Art und Form des Energietransformers auf verschiedene Stapelgrößen skaliert und/oder adaptiert werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Hybridfolie ist die Kontaktierungsfolie auf einer ersten Längsseite und/oder auf einer zweiten Längsseite der Basisfolie angeordnet ist. Vorzugsweise sind bei einer beidseitig angeordneten Kontaktierungsfolie, die Kontaktierungsfolien auf derselben Seite der Basisfolie angeordnet. Durch Verwendung einer zweiten Kontaktierungsfolie können Flächenwiderstandsverluste an der schlechten leitenden metallischen Silikonschicht durch Anordnen der zweiten Kontaktierungsfolie verringert werden. Dadurch kann der Wirkungsgrad und somit die Flexibilität eines Energietransformers mit mehreren Hybridfolien verbessert werden.
Die Erfindung betrifft ferner einen Energietransformer, vorzugsweise ein Wellenenergietransformer, mit elektroaktiver Polymerfolie, wobei der Energietransformer mehrere Hybridfolien wie oben beschrieben aufweist.
Durch Verwendung mehrerer Hybridfolien in einem Energietransformer kann ein Generator geschaffen werden, der übereinander gestapelte und beliebig große Elektrodenflächen miteinander verbindet und entsprechende durch Wellengang eingeprägte mechanische Verbiegungen in elektrische Energie wandeln kann.
Vorzugsweise sind bei dem Energietransformer die Hybridfolien übereinandergestapelt und die Kontaktierungsfolien durch Fügen verbunden.
Durch Übereinanderstapeln der oben genannten Hybridfolien kann auf einfache Weise ein Energietransformer hergestellt werden, welche eine einfache und effiziente Kontaktierung von verschiedenen Elektrodenschichten in einem EAP-Stapel aufweist. Vorzugsweise werden dabei zwei unterschiedliche Hybridfolien verwendet, wobei die Hybridfolien den gleichen Aufbau aufweisen. Der Unterschied zwischen den beiden verwendeten Hybridfolien ist das Material der Kontaktierungsfolien und der Elektrodenbeschichtung. Die zwei unterschiedlichen Hybridfolien können dabei derart übereinander gestapelt werden, dass eine erste Hybridfolie mit einer ersten Elektrodenbeschichtung und einer ersten Kontaktierungsfolie über eine zweite Kontaktierungsfolie mit einer zweiten Kontaktierungsfolie und einer zweiten Elektrodenbeschichtung gestapelt wird, wobei die erste Kontaktierungsfolie nicht über der zweiten Kontaktierungsfolie liegen darf. Vorzugsweise kann bei Verwendung einer Hybridfolie mit einer einseitig angeordneten Kontaktierungsfolie die erste Kontaktierungsfolie auf der entgegengesetzten Seite von der zweiten Kontaktierungsfolie gestapelt sein. Während bei Verwendung einer Hybridfolie mit beidseitig angeordneten Kontaktierungsfolien können die Hybridfolien kreuzweise gestapelt werden. Die Kontaktierung der Elektrodenschichten erfolgt dabei durch die Verbindung der Kontaktierungsfolien der einzelnen Hybridfolien, wobei auf die Verwendung einer Ableiteelektrode verzichtet werden kann. Dadurch können Verluste in der Verbindungsstelle zwischen den einzelnen Elektrodenschichten eines EAP-Stapels reduziert werden. Dadurch können robustere und gleichzeitig flexiblere Energietransformer produziert werden. Weiterhin kann der Wirkungsgrad und die Flexibilität des Energietransformers durch Verwendung mehrerer Hybridfolien verbessert werden.
Der Begriff Fügen bezeichnet hierbei einen in der Fertigungstechnik verwendeten Oberbegriff des dauerhaften Verbindens von mindestens zwei Bauteilen. Durch das Fügen wird der Zusammenhalt zwischen den zuvor getrennten Werkstücken lokal, das heißt an den Fügestellen, geschaffen und eine Formänderung des neu entstandenen Teils herbeigeführt. Die Verbindung kann dabei von fester oder beweglicher Gestalt sein. Über die Wirkflächen der Verbindung werden die auftretenden Betriebskräfte übertragen.
Der Energietransformer kann aufgrund des Übereinanderstapelns mehrerer Hybridfolien auf verschiedene Stapelgrößen skaliert und adaptiert werden. Weiterhin können die Hybridfolien in eine beliebige Form für den Energietransformer, beispielsweise durch Stanzen oder Ausschneiden in eine beliebige Form gebracht werden. Dadurch können bedarfsorientiert Energietransformer hergestellt werden. Das Fügen der Kontaktierungsfolien in dem Energietransformer kann beispielsweise über Ultraschall-, Laser-, Widerstandsschweißen, Löten und/oder Kleben erfolgen. Es ist somit auf einfache Weise möglich bestehende Produktionsstätten für das Fügen der Kontaktierungsfolien verwendet werden.
Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung eines oben beschriebenen Energietransformers, vorzugsweise ein Wellenenergietransformer, in einem Generator zur Umwandlung von mechanischer Wellenenergie in elektrische Energie. Der Generator kann dabei eine Generatorschaltung, eine Versorgungsbatterie, einen Zwischenkondensator und eine Steuereinheit aufweisen, wobei die Steuereinheit abhängig vom Wellengang Ladungen auf den Zwischenkondensator übertragen kann und/oder eine Ladebatterie aufladen und/oder eine Last in ein Stromversorgungsnetz einspeisen. Um jedoch die Energie in das Stromversorgungsnetz einzuspeisen können weitere elektronische Schaltungen erforderlich sein, beispielsweise ein Frequenzumformer, der ebenfalls eine Zwischenkapazität in einem Zwischenkreis aufweisen kann. Der Frequenzumformer kann die niedrige Frequenz des Wellengangs in eine Frequenz des Stromnetzes, beispielsweise 50 Hz oder 60 Hz, überführen. Es wird somit ein Generator zur Umwandlung von mechanischer Wellenenergie in elektrische Energie ermöglicht, der eine hohe Effizienz aufgrund des erfindungsgemäßen Energietransformers aufweist. Dadurch kann auf einfache Weise mit Hilfe des Energietransformers regenerative elektrische Energie bei der Meeresenergiegewinnung in einen aufladbaren Energieträger, beispielsweise eine Ladebatterie, oder in ein Stromversorgungsnetz eingespeist werden. Weiterhin 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 Wellengang verteilt werden können und die den Bewegungen der Wellen einzeln folgen. Derartige Wellenfolger werden auch „Point Absorber“ genannt. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung des beschriebenen Energietransformers in einem Aktuator (Aktor, Wandler, Antriebselement) zur Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische Energie.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Hybridfolie der oben beschriebenen Art, mit den Schritten: Bereitstellen einer Trägerfolie, Anordnen einer Basisfolie, Anordnen einer Kontaktierungsfolie und Anordnen einer Elektrodenbeschichtung. Die unterschiedlichen Folien können dabei in Rollenform als Ausgansmaterial vorliegen und nach Herstellung der Hybridfolie kann die Hybridfolie wieder zu einer Rolle aufgerollt werden. Dadurch kann bei dem Verfahren die Produktion der Hybridfolie vereinfacht werden.
Vorzugsweise ist bei dem Verfahren zum Herstellen der Hybridfolie die Basisfolie vernetzt, teilvernetzt oder unvernetzt. Auf diese Weise kann auf einfache Art die Eigenschaft der Hybridfolie, wie beispielsweise Erhöhung der Härte, der Zähigkeit, des Schmelzpunktes und eine Absenkung der Löslichkeit der Basisfolie und somit auch der Hybridfolie erreicht werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltungsform des Verfahrens zum Herstellen der Hybridfolie ist die Oberfläche der Kontaktierungsfolie plasmagereinigt, oberflächenstrukturiert und/oder mit Haftmitteln versehen. Durch die Vorbehandlung der Kontaktierungsfolie kann die Haftung der Kontaktierungsfolie auf der Basisfolie und die Elektrodenschicht auf der Kontaktierungsfolie erhöht werden.
Vorzugsweise erfolgt bei dem Verfahren zum Herstellen der Hybridfolie das Aufbringen der Elektrodenbeschichtung durch Aufsputtern. Eine Elektrodenbeschichtung kann beispielsweise Silber sein. Dadurch kann auf einfache Weise eine Elektrodenschicht auf die Hybridfolie aufgebracht werden.
Der Begriff Sputtern bezeichnet hierbei ein physikalischer Vorgang, bei dem Atome aus einem Festkörper durch Beschuss mit energiereichen Ionen (vorwiegend Edelgasionen) herausgelöst werden und in die Gasphase übergehen. Die Atome setzen sich auf einem Substrat nieder und bilden eine feste Schicht aus.
Durch Aufsputtern der Elektrodenschicht kann die Haftung der Elektrodenschicht verbessert werden und die Elektrodenschicht kann auch auf einer großen Fläche homogen aufgetragen werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltungsform des Verfahrens zum Herstellen der Hybridfolie ist die Kontaktierungsfolie in einer vorbestimmten Kontaktierungszone derart strukturiert, vorzugsweise durch eine Mäanderform, dass eine mechanische Entkopplung realisierbar ist.
Der Begriff Kontaktierungszone beschreibt hierbei die Fläche der Kontaktierungsfolie, die durch die aufgetragene Elektrodenschicht bedeckt ist.
Die Kontaktierungszone kann durch Strukturen, beispielsweise eine Mäanderform, Schlangenform, Pfeilform, Sägezahnform oder durch weitere Strukturen, mechanisch entkoppelt werden. Dadurch kann die Hybridfolie robuster ausgestaltet sein, wodurch die Hybridfolie flexibler eingesetzt werden kann.
Insbesondere kann bei einer ersten Variante des Verfahrens die Basisfolie als vernetztes Halbzeug in den Produktionsprozess eingebracht werden. Dabei kann die Trägerfolie bereits auf einer Seite der Basisfolie angebracht sein oder die Basisfolie wird auf der Trägerfolie angeordnet. Anschließend kann die elektrisch leitfähige Kontaktierungsfolie auf die Basisfolie angeordnet werden. Die Dicke der Kontaktierungsfolie kann kleiner oder gleich der Dicke der Basisfolie sein. Die Kontaktierungsfolie kann beispielsweise aus Kupfer, Aluminium oder aus einem mit Partikeln gefülltes Silikon bestehen. Das Anordnen der Kontaktierungsfolie auf die Basisfolie kann beispielsweise durch auflegen, teilweise in die Basisfolie eindrücken und/oder über eine Beschichtung erfolgen. Das Aufbringen der Elektrodenbeschichtung kann beispielsweise durch Aufsputtern eines Materials, beispielsweise Silber, erfolgen. Weiterhin ist es möglich, eine mechanische Entkopplung der Kontaktierungsfolie zu realisieren, in dem in der Kontaktierungszone der Kontaktierungsfolie mit der Elektrodenbeschichtung strukturiert ist, beispielsweise durch eine Struktur in Mäanderform, Pfeilform, Schlangenform, Zickzackform, etc. Weiterhin kann die Kontaktierungsfolie auf einer ersten Längsseite und/oder auf einer zweiten Längsseite angeordnet sein, wobei die Längsseiten gegenüberzueinander auf einer gemeinsamen Seite der Basisfolie angeordnet sind. Es ist zudem möglich, dass an die Kontaktierungsfolie beim Aufbringen der Elektrodenbeschichtung durch einen Sputterprozess ein zusätzliches Bias angelegt wird um an den Kontaktstellen die Elektrodeneigenschaften im Vergleich zum Rest der Silikonfolie zusätzlich zu modifizieren, beispielsweise Leitfähigkeit, Eindringtiefe der Metall Partikel im darüber liegenden Silikon, Haftung, zusätzliches Material, etc. Dadurch kann der potentiell kritische Übergang von der Silikonfolie zur Kontaktierung entschärft werden. Weiterhin kann durch die Kontaktierung während des Sputterprozesses eine unerwünschte elektrostatische Aufladung der Folie reduziert oder unterbunden werden.
Weiterhin kann in einer zweiten Variante des Verfahrens die Basisfolie teilvernetzt oder unvernetzt in den Produktionsprozess eingebracht werden. Nach dem Anordnen der elektrisch leitfähigen Kontaktierungsfolie kann die Basisfolie vernetzt werden, so dass eine schlüssige Verbindung zwischen Basisfolie- und Kontaktierungsfolie hergestellt werden kann. Die Kontaktierungsfolie kann dabei beispielsweise auf die Basisfolie aufgelegt werden oder in die Basisfolie eingedrückt werden. Die Elektrodenbeschichtung kann beispielsweise durch Aufsputtern von Silber erfolgen. Weiterhin ist es möglich, eine mechanische Entkopplung der Kontaktierungsfolie zu realisieren, in dem in der Kontaktierungszone der Kontaktierungsfolie mit der Elektrodenbeschichtung strukturiert ist, beispielsweise durch eine Struktur in Mäanderform, Pfeilform, Schlangenform, Zickzackform, etc. Weiterhin kann die Kontaktfolie auf einer ersten Längsseite und/oder auf einer zweiten Längsseite angeordnet sein, wobei die Längsseiten gegenüberzueinander auf einer gemeinsamen Seite der Basisfolie angeordnet sind. Es ist zudem möglich, dass an die Kontaktierungsfolie beim Aufbringen der Elektrodenbeschichtung durch einen Sputterprozess ein zusätzliches Bias angelegt wird um an den Kontaktstellen die Elektrodeneigenschaften im Vergleich zum Rest der Silikonfolie zusätzlich zu modifizieren, beispielsweise Leitfähigkeit, Eindringtiefe der Metall Partikel im darüber liegenden Silikon, Haftung, zusätzliches Material, etc. Dadurch kann der potentiell kritische Übergang von der Silikonfolie zur Kontaktierung entschärft werden. Weiterhin kann durch die Kontaktierung während des Sputterprozesses eine unerwünschte elektrostatische Aufladung der Folie reduziert oder unterbunden werden.
Insbesondere kann in einer dritten Variante des Verfahrens die elektrisch leitfähige Kontaktierungsfolie zuerst auf die Trägerfolie aufgebracht werden. Danach kann die Basisfolie unvernetzt auf die Trägerfolie und die Kontaktierungsfolie aufgebracht werden. Anschließend kann durch vernetzten der Basisfolie eine schlüssige Verbindung zwischen der Basisfolie und der Kontaktierungsfolie hergestellt werden. Ferner ist es möglich, dass die Kontaktierungsfolie nicht mit der Basisfolie überlappt, sondern nur über die Beschichtung mit der Kontaktierungsfolie verbunden ist. Weiterhin ist es möglich, eine mechanische Entkopplung der Kontaktierungsfolie zu realisieren, in dem in der Kontaktierungszone der Kontaktierungsfolie mit der Elektrodenbeschichtung strukturiert ist, beispielsweise durch eine Struktur in Mäanderform, Pfeilform, Schlangenform, Zickzackform, etc. Weiterhin kann die Kontaktfolie auf einer ersten Längsseite und/oder auf einer zweiten Längsseite angeordnet sein, wobei die Längsseiten gegenüberzueinander auf einer gemeinsamen Seite der Basisfolie angeordnet sind. Es ist zudem möglich, dass an die Kontaktierungsfolie beim Aufbringen der Elektrodenbeschichtung durch einen Sputterprozess ein zusätzliches Bias angelegt wird um an den Kontaktstellen die Elektrodeneigenschaften im Vergleich zum Rest der Silikonfolie, zusätzlich zu modifizieren, beispielsweise Leitfähigkeit, Eindringtiefe der Metall Partikel im darüber liegenden Silikon, Haftung, zusätzliches Material, etc. Dadurch kann der potentiell kritische Übergang von der Silikonfolie zur Kontaktierung entschärft werden. Weiterhin kann durch die Kontaktierung während des Sputterprozesses eine unerwünschte elektrostatische Aufladung der Folie reduziert oder unterbunden werden.
Mit Hilfe des Verfahrens kann auf einfache Weise unterschiedliche Varianten der Hybridfolie für einen Energietransformer, vorzugsweise Wellenenergietransformer mit einem guten Wirkungsgrad beziehungsweise Funktionalität hergestellt werden.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen eines Energietransformers, vorzugsweise ein Wellenenergietransformer, der oben beschriebenen Art, mit den Schritten: Entfernen der Trägerfolie von der Hybridfolie, Stapeln mehrerer Hybridfolien übereinander, Fügen der Kontaktierungsfolien der Hybridfolien. Die Trägerfolie wird vor dem Stapeln der Hybridfolien entfernt, damit die Elektrodenbeschichtung die Basisfolie der darüber gestapelten kontaktieren kann. Das Stapeln der Hybridfolien kann dabei übereinander erfolgen und die einzelnen Hybridfolien können dabei beispielsweise kreuzweise oder in derselben Längsausrichtung gestapelt werden. Vorzugsweise werden dabei zwei unterschiedliche Hybridfolien übereinandergestapelt, wobei sich die Hybridfolien derart unterscheiden können, dass eine erste Hybridfolie andere Materialien für eine erste Kontaktierungsfolie und eine erste Elektrodenbeschichtung als eine zweite Hybridfolie mit einer zweiten Kontaktierungsfolie und einer zweiten Elektrodenbeschichtung, wobei die Kontaktierungsfolien welche übereinander gestapelt sind miteinander zusammengefügt werden. Das Fügen kann beispielsweise durch Ultraschall-, Laser-, Widerstandsschweißen, Löten oder Kleben erfolgen. Durch ein kreuzweises übereinanderstapeln der Hybridfolien kann eine verbesserte mechanische Stabilität ermöglicht werden. Die Hybridfolien können vor dem Stapeln in eine gewünschte Form, beispielsweise durch Ausstanzen oder Ausschneiden, für den Energiestapel gebracht werden.
Mit Hilfe des Verfahrens kann auf einfache Weise ein Energietransformer mit einem guten Wirkungsgrad beziehungsweise Funktionalität hergestellt werden.
Zeichnungen und Beispiele
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen und die Beispiele veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen und die Beispiele nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen
1 eine schematische Ansicht einer Hybridfolie einer ersten Ausführungsform,
2 eine schematische Ansicht der Hybridfolie aus 1 in einer Draufsicht,
3 eine schematische Ansicht der Hybridfolie aus 1 von der Seite in drei Ausführungsbeispielen,
4 eine Draufsicht auf eine Hybridfolie in einer zweiten Ausführungsform,
5 eine Ansicht der Hybridfolie aus 4 von der Stirnseite,
6 ein Ausschnitt einer Hybridfolie mit verschiedenen Beispielen einer mechanischen Entkopplung,
7 eine Seitenansicht der Herstellung eines Energietransformers mit mehreren Hybridfolien in einer ersten Ausführungsform,
8 eine Seitenansicht des Energietransformers aus 7 nach dem Stapeln der Hybridfolien,
9 eine Seitenansicht des Energietransformers aus 7 nach dem Fügen der Kontaktierungsfolien,
10 eine Seitenansicht der Herstellung eines Energietransformers mit mehreren Hybridfolien in einer zweiten Ausführungsform,
11 eine Seitenansicht des Energietransformers aus 10 nach dem Stapeln der Hybridfolien,
12 eine Draufsicht des Energietransformers aus 10 nach dem Fügen der Kontaktierungsfolien.
1 zeigt eine Hybridfolie 10 für einen Energietransformer 22, wobei die Hybridfolie 10 eine elektroaktive Polymerfolie (EAP) ist. Die Hybridfolie 10 umfasst eine Basisfolie 12, beispielsweise aus Silikon. Eine Kontaktierungsfolie 14 ist an einer Längsseite der Basisfolie 12 angeordnet. Die Kontaktierungsfolie 14 weist eine kleinere Breite als die Basisfolie 12 auf. Die Kontaktierungsfolie 14 ist beispielsweise eine Kupferfolie. Weiterhin wird auf die Hybridfolie eine Elektrodenbeschichtung 16 auf die Basisfolie und auf die Kontaktierungsfolie 14 aufgebracht. Die Elektrodenbeschichtung 16 wird durch Sputtern aufgebracht. In 1 ist erkennbar dass die Basisfolie 12 und die die Kontaktierungsfolie 14 jeweils als eine Rolle vorliegen, die abgerollt werden. Nachdem die Elektrodenbeschichtung 16 aufgesputtert worden ist, wird die Hybridfolie 10 wieder aufgerollt. Dies ermöglicht es, dass die Hybridfolie 10 als Rolle gelagert werden kann, und in einem weiteren Herstellungsschritt, die Hybridfolie 10 in die gewünschte Form und Länge geschnitten werden kann.
2 stellt eine Draufsicht der Hybridfolie 10 aus 1 dar. Zur besseren Übersicht, wurden ein Teil der Kontaktierungsfolie 14 und der Elektrodenbeschichtung 16 entfernt, um die Trägerfolie 20 zeigen zu können. Auf der Seite der Basisfolie 12, wo die Kontaktierungsfolie 14 und die Elektrodenbeschichtung 16 nicht angeordnet sind, ist die Basisfolie 12 für eine bessere Handhabbarkeit auf einer Trägerfolie 20 angeordnet. Weiterhin zeigt 2, dass der überlappende Bereich der Kontaktierungsfolie 14 und der Elektrodenbeschichtung 16 eine Kontaktierungszone 18 bildet.
3 stellt drei verschiedene Ausführungsbeispiele der Hybridfolie 10 aus 1 dar. In 3a) ist die Kontaktierungsfolie 14 nur auf der Basisfolie 12 aufgelegt und über die Elektrodenbeschichtung 16 mit der Basisfolie 12 verbunden. Weiterhin ist die Dicke der Kontaktierungsfolie 14 gleich der Dicke der Basisfolie 12. In 3b) ist die Kontaktierungsfolie 14 nur auf der Basisfolie 12 aufgelegt und über die Elektrodenbeschichtung 16 mit der Basisfolie 12 verbunden. Weiterhin ist die Dicke der Kontaktierungsfolie 14 kleiner der Dicke der Basisfolie 12. In 3c), ist die Kontaktierungsfolie 14 in die Basisfolie 12 eingedrückt und auch über die Elektrodenbeschichtung 16 mit der Basisfolie 12 verbunden. Weiterhin ist die Dicke der Kontaktierungsfolie 14 gleich der Dicke der Basisfolie 12.
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Hybridfolie 10 als eine Draufsicht. In diesem Ausführungsbeispiel ist zur besseren Übersicht ein Teil der Basisfolie 12 und ein Teil der Elektrodenbeschichtung 16 entfernt worden. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Kontaktierungsfolie 14 zuerst auf der Trägerfolie 20 angeordnet worden bevor die Basisfolie 12 auf die Kontaktierungsfolie 14 und die Trägerfolie 20 angeordnet wird. Weiterhin ist erkennbar, dass in diesem Ausführungsbeispiel die Kontaktierungsfolie 14 an beiden Längsseiten der Basisfolie angeordnet ist. Die Elektrodenbeschichtung 16 deckt sowohl die beiden Kontaktierungsfolien 14 also auch die Basisfolie 12 ab. Der überlappende Bereich der beiden Kontaktierungsfolien 14 und der Elektrodenbeschichtung 16 bilden eine Kontaktierungszone 18.
5 zeigt eine Stirnansicht der Draufsicht der 4. Die oben beschriebene Anordnung der Trägerfolie 20, der beiden Kontaktierungsfolien 14, der Basisfolie 12 und die Elektrodenbeschichtung 16 werden in 5 gezeigt.
6 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Kontaktierungszone 18 einer Hybridfolie 10. Die Kontaktierungszone 18 zwischen der Kontaktierungsfolie 14 und der Elektrodenbeschichtung 16 weist verschiedene Ausführungsformen von Strukturen einer mechanischen Entkopplung auf. Die dargestellten Ausführungsformen einer mechanischen Entkopplung sind nur Beispiele, und es sind noch viele weitere unterschiedliche nicht dargestellte Ausführungsformen denkbar.
7, 8 und 9 zeigen eine Ausführungsform eines Verfahrens um einen Energietransformer 22 mit Hilfe mehrerer Hybridfolien 10 herzustellen. In 7 sind mehrere Hybridfolien 10 mit nur einer Kontaktierungsfolie 14 dargestellt. Die Trägerfolien 20 der Hybridfolien 10 werden jeweils vor dem Stapeln entfernt. Weiterhin werden die Hybridfolien 10 derart angeordnet, dass eine Kontaktierungsfolie 14 nach rechts zeigt und die darunter angeordnete Hybridfolie 10 zeigt mit der Kontaktierungsfolie 14 nach links, die unter dieser Hybridfolie 10 angeordnete Hybridfolie 10 weist mit der Kontaktierungsfolie 14 wieder nach rechts, und so weiter. In den 7, 8 und 9 ist nicht erkennbar, dass das Material der Kontaktierungsfolien 14 und der Elektrodenbeschichtung 16 unterschiedlich sein soll, so dass beispielsweise die Hybridfolien 10 mit den Kontaktierungsfolien 14 die nach links ausgerichtet sind ein anderes Material für die Kontaktierungsfolien 14 und Elektrodenbeschichtungen 16 verwenden, als die Hybridfolien 10 mit Kontaktierungsfolien 14, die nach rechts ausgerichtet sind. In 8 sind die Hybridfolien 10 übereinander zu einem Energietransformer 22 gestapelt, die Kontaktierungsfolien 14 wurden jedoch noch nicht zusammengefügt, beispielsweise Laserschweißen. In 9 ist der fertige Energietransformer 22 dargestellt. Die auf der linken Seite des Energietransformers 22 zusammengefügten Kontaktierungsfolien 14 bilden einen Plus-Pol und die auf der rechten Seite des Energietransformers 22 zusammengefügten Kontaktierungsfolien 14 einen Minus-Pol.
10, 11 und 12 zeigen eine weitere Ausführungsform eines Energietransformers 22. In diesem Ausführungsbeispiel werden Hybridfolien 10 verwendet, welche an beiden Längsseiten der Basisfolie 12 Kontaktierungsfolien 14 aufweisen. Die Hybridstapel 10 werden kreuzweise gestapelt. Auf diese Weise kann eine verbesserte mechanische Stabilität erreicht werden und die Flächenwiderstandsverluste verringert werden. In 10 werden die Hybridfolien 10 kreuzweise übereinandergestapelt, wobei die jeweils abwechselnd eine Hybridfolie 10 mit einer ersten Kontaktierungsfolie 14 und einer ersten Elektrodenbeschichtung 16 über eine Hybridfolie 10 mit einer zweiten Kontaktierungsfolie 14 und einer zweiten Elektrodenbeschichtung 16 gestapelt wird. Die erste Kontaktierungsfolie und die erste Elektrodenbeschichtung 16 unterscheiden sich in der Auswahl des Materials von der zweiten Kontaktierungsfolie 14 und der zweiten Elektrodenbeschichtung 16. In 11 sind die Hybridfolien zu einem Energietransformer 22 zusammengestapelt, wobei die Kontaktierungsfolien noch nicht zusammengefügt worden sind. In 12 ist eine Draufsicht auf einen Energietransformer 22 bei denen die Kontaktierungsfolien 14 der Hybridfolien 10 zusammengefügt worden sind. Dabei bilden die gleich ausgerichteten Kontaktierungsfolien 14 jeweils einen Plus-Pol oder einen Minus-Pol.

Claims

Hybridfolie für einen Energietransformer (22), wobei die Hybridfolie eine elektroaktive Polymerfolie ist, und wobei die Hybridfolie – eine Trägerfolie (20), – eine Basisfolie (12), – eine Kontaktierungsfolie (14), und – eine Elektrodenbeschichtung (16) aufweist.
Hybridfolie nach Anspruch 1, wobei die Kontaktierungsfolie (14) auf der Basisfolie (12) aufliegt, teilweise in die Basisfolie (12) eingedrückt ist und/oder über eine Beschichtung verbunden ist.
Hybridfolie nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Kontaktierungsfolie (14) aus einer Polymerfolie, vorzugsweise Silikon, mit Partikeln ausgewählt aus einer Gruppe von Metallen umfassend Kupfer, Aluminium, Titan oder aus einer Legierung der genannten Metalle und/oder aus Kohlenstoff ausgebildet ist.
Hybridfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Kontaktierungsfolie (14) in einer vorbestimmten Kontaktierungszone (18) derart strukturiert ist, vorzugsweise durch eine Mäanderform, dass eine mechanische Entkopplung realisierbar ist.
Hybridfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Hybridfolie durch Ausstanzen oder Ausschneiden in eine beliebige Form formbar ist.
Hybridfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Kontaktierungsfolie (14) auf einer ersten Längsseite und/oder auf einer zweiten Längsseite der Basisfolie (12) angeordnet ist.
Energietransformer mit elektroaktiver Polymerfolie, wobei der Energietransformer mehrere Hybridfolien nach einem der Ansprüche 1 bis 6 aufweist.
Energietransformer nach Anspruch 7, wobei die Hybridfolien übereinandergestapelt sind und die Kontaktierungsfolien (14) durch Fügen verbunden sind.
Verwendung eines Energietransformers nach einem der Ansprüche 7 oder 8 in einem Generator zur Umwandlung von mechanischer Wellenenergie in elektrische Energie oder in einem Aktuator zur Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische Energie.
Verfahren zum Herstellen einer Hybridfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit den Schritten: – Bereitstellen einer Trägerfolie (20), – Anordnen einer Basisfolie (12), – Anordnen einer Kontaktierungsfolie (14), – Anordnen einer Elektrodenbeschichtung (16).
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Basisfolie (12) vernetzt, teilvernetzt oder unvernetzt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei die Oberfläche der Kontaktierungsfolie (14) plasmagereinigt, oberflächenstrukturiert und/oder mit Haftmitteln versehen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Elektrodenbeschichtung (16) durch Aufsputtern aufgetragen wird.
Verfahren zum Herstellen eines Energietransformers nach einem der Ansprüche 7 oder 8 mit den Schritten: – Entfernen der Trägerfolie (20) von der Hybridfolie, – Stapeln mehrerer Hybridfolien übereinander, – Fügen der Kontaktierungsfolien (14) der Hybridfolien.