DE102015204262A1

DE102015204262A1 - Electroactive polymer actuator

Info

Publication number: DE102015204262A1
Application number: DE102015204262.6A
Authority: DE
Inventors: Thomas Friedrich; Simon Trautmann; Michael Donotek; Xi Zhang
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-03-10
Filing date: 2015-03-10
Publication date: 2016-09-15

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektroaktiven Polymeraktuator (1), mit wenigstens zwei elastisch verformbare Elektroden (2, 3), zwischen den eine Elastomerschicht (4) liegt, die bei Anlegen einer Spannung an die Elektroden (2, 3) zwischen den Elektroden (2, 3) zusammengedrückt wird, sodass sie sich seitlich ausdehnt. Es ist vorgesehen, dass er wenigstens eine von Material zumindest im Wesentlichen umschlossene und sich seitlich erstreckende Faser (9) aufweist, die im spannungsfreien Zustand einen wellenförmigen Verlauf aufweist.The invention relates to an electroactive polymer actuator (1) having at least two elastically deformable electrodes (2, 3), between which an elastomer layer (4) is located, which, when a voltage is applied to the electrodes (2, 3) between the electrodes (2, 3), 3) is compressed so that it expands laterally. It is envisaged that it has at least one fiber material (9) which is at least substantially enclosed by material and laterally extending and which has a wave-like course in the tension-free state.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektroaktiven Polymeraktuator, mit wenigstens zwei elektrisch verformbaren Elektroden, zwischen denen eine Elastomerschicht liegt, die bei Anlegen einer Spannung an die Elektroden zwischen den Elektroden zusammengedrückt wird, sodass sie sich seitlich ausdehnt.The invention relates to an electroactive polymer actuator, comprising at least two electrically deformable electrodes, between which an elastomer layer is located, which is compressed when applying a voltage to the electrodes between the electrodes, so that it expands laterally.

Stand der TechnikState of the art

Elektroaktive Polymeraktuatoren, insbesondere dielektrische elektroaktive Polymere, werden für den Bau von besonders leisen, leichten, flexiblen und kostengünstigen Aktuatoren mit schneller Reaktionszeit verwendet. Dabei wird unter einem elektroaktiven Polymeraktuator regelmäßig ein Verbund in Plattenkondensatoranordnung verstanden, mit wenigstens einer Elastomerschicht, die zwischen zwei Elektroden, die vorzugsweise ebenfalls elastisch verformbare, insbesondere dehnbare Schichten ausgebildet sind, liegt. Beim Anlegen einer elektrischen Spannung an die beiden Elektroden entstehen Coulomb‘sche Kräfte, die dazu führen, dass sich die Elektroden gegenseitig anziehen und dabei das dazwischenliegende Dielektrikum in Form der Elastomerschicht stauchen. Diese Stauchung in Richtung der Anziehungskraft führt zu einer gleichzeitigen seitlichen Ausdehnung der Elastomerschicht, also senkrecht zur Stauchrichtung beziehungsweise Anziehungsrichtung der Elektroden, wobei durch diese Ausdehnung ein Aktuierungsprozess begründet wird. Üblicherweise besteht der tatsächlich verwendete Polymeraktuator aus einer Vielzahl von übereinander gestapelten Schichten von Elektroden und Elastomerschichten, insbesondere aus aufgewickelten Schichten, um die Kraftwirkung beziehungsweise Deformation einer einzelnen Schicht zu vervielfachen. Electroactive polymer actuators, particularly dielectric electroactive polymers, are used for the construction of particularly quiet, lightweight, flexible and inexpensive actuators with fast reaction time. In this case, an electroactive polymer actuator is usually understood to mean a composite in a plate capacitor arrangement, with at least one elastomer layer lying between two electrodes, which are likewise preferably elastically deformable, in particular expandable, layers. When an electrical voltage is applied to the two electrodes, Coulomb forces occur, which cause the electrodes to attract each other and thereby compress the intervening dielectric in the form of the elastomer layer. This compression in the direction of the attraction force leads to a simultaneous lateral expansion of the elastomer layer, ie perpendicular to the upsetting direction or attraction direction of the electrodes, an expansion process being justified by this expansion. Usually, the polymer actuator actually used consists of a plurality of stacked layers of electrodes and elastomer layers, in particular of wound layers, in order to multiply the force or deformation of a single layer.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der erfindungsgemäße Polymeraktuator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass er eine im Vergleich zu bekannten elektroaktiven Polymeraktuatoren erhöhte Durchschlagfestigkeit sowie eine verbesserte elektromechanische Stabilität aufweist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass er wenigstens eine vom Material zumindest im Wesentlichen umschlossene und sich seitlich erstreckende Faser aufweist, die im spannungsfreien Zustand einen wellenförmigen Verlauf aufweist. Die Faser erstreckt sich seitlich, also in der Richtung, in welcher die Elastomerschicht sich ausdehnt, wenn der Polymeraktuator betätigt beziehungsweise an die Elektroden eine Spannung angelegt wird. Durch den wellenförmigen Verlauf im nicht betätigten Zustand des Polymeraktuators ermöglichen die Fasern eine seitliche Verlängerung beziehungsweise eine Ausdehnung/Streckung in ihrer Längsrichtung. Wird das Material, in welchem sich die Faser erstreckt, seitlich ausgedehnt, so wird das Wellenprofil straff gezogen, wodurch die Wellenberge und Täler kleiner werden. Mit zunehmender Ausdehnung beziehungsweise Straffung der Faser steigt ihre Steifigkeit in Richtung ihrer Längserstreckung, wodurch ein weiteres Verformen des Polymeraktuators, insbesondere der Elastomerschicht vermindert oder verhindert wird, wodurch die eingangs erwähnten Effekte, insbesondere die elektromechanische Instabilität des Polymeraktuators verbessert werden, sodass der Polymeraktuator eine höhere elektromechanische Stabilität gegenüber bekannten Polymeraktuatoren aufweist. Insbesondere wird erreicht, dass ein instabiler Bereich, in welchem die Elastomerschicht nicht genügend Widerstand bietet und der Polymeraktuator in sich unkontrolliert zusammenbricht, bis es einen Durchschlag zwischen den einander gegenüberliegenden Elektroden gibt, vermieden oder zumindest vermindert wird. Anstatt ein steiferes Dielektrikum zu verwenden, beziehungsweise eine steifere Elastomerschicht, die zu einem höheren E-Modul und damit zu einer verschlechterten Effizienz des Polymeraktuators führen würde, wird durch das Vorsehen der wenigstens einen Faser eine Versteifung des Polymeraktuators nur in seiner seitlichen Erstreckung beziehungsweise in seiner Erstreckung parallel zu den Elektroden bereitgestellt, wodurch ein hoher Wirkungsgrad einerseits und eine hohe elektromechanische Stabilität andererseits gewährleistet werden. Weist der Polymeraktuator mehrere Einheiten aus Elektroden und Elastomerschichten auf, so weist vorzugsweise jede Einheit wenigstens eine Faser auf, die wie umstehend beschrieben ausgebildet beziehungsweise angeordnet ist, sodass die elektromechanische Stabilität in dem gesamten Polymeraktuator verbessert wird. The polymer actuator according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that it has a higher dielectric strength compared to known electroactive polymer actuators and improved electromechanical stability. This is inventively achieved in that it comprises at least one material at least substantially enclosed and laterally extending fiber, which has a wave-shaped course in the tension-free state. The fiber extends laterally, that is, in the direction in which the elastomer layer expands when the polymer actuator is actuated or a voltage is applied to the electrodes. Due to the wavy course in the non-actuated state of the polymer actuator, the fibers allow a lateral extension or an extension / extension in their longitudinal direction. If the material in which the fiber extends, laterally expanded, the wave profile is pulled taut, whereby the wave crests and valleys are smaller. With increasing expansion or tightening of the fiber, its stiffness increases in the direction of its longitudinal extension, whereby further deformation of the polymer actuator, in particular the elastomer layer is reduced or prevented, whereby the effects mentioned in the introduction, in particular the electromechanical instability of the polymer actuator are improved, so that the polymer actuator has a higher having electromechanical stability over known polymer actuators. In particular, it is achieved that an unstable region in which the elastomer layer does not offer sufficient resistance and the polymer actuator collapses in an uncontrolled manner until there is a breakdown between the opposing electrodes, is avoided or at least reduced. Instead of using a stiffer dielectric, or a stiffer elastomer layer, which would lead to a higher modulus and thus to a deteriorated efficiency of Polymeraktuators, by providing the at least one fiber stiffening of the polymer actuator only in its lateral extent or in his Extension provided parallel to the electrodes, whereby a high efficiency on the one hand and a high electromechanical stability on the other hand can be ensured. When the polymer actuator has a plurality of units of electrodes and elastomer layers, each unit preferably has at least one fiber, which is configured or arranged as described above, so that the electromechanical stability in the entire polymer actuator is improved.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Faser in dem Material von zumindest einer der elastisch verformbaren Elektroden angeordnet ist. Dadurch versteift die Faser die Elektroden selbst, sodass diese, wenn sie betätigt werden und sich zusammen mit der Elastomerschicht seitlich ausdehnen, mit zunehmender Ausdehnung eine zunehmende Steifigkeit aufweisen, die zu den vorgenannten Effekten führt.According to a preferred embodiment of the invention, it is provided that the at least one fiber is arranged in the material of at least one of the elastically deformable electrodes. As a result, the fiber stiffens the electrodes themselves, so that when they are actuated and extend laterally together with the elastomer layer, they have an increasing rigidity with increasing expansion, which leads to the aforementioned effects.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Faser in dem Material der Elastomerschicht angeordnet ist. Dadurch wirkt die Faser in der Elastomerschicht selbst und verbessert die elektromechanische Stabilität des Polymeraktuators in der Elastomerschicht.According to a further embodiment of the invention it is provided that the fiber is arranged in the material of the elastomer layer. As a result, the fiber acts in the elastomer layer itself and improves the electromechanical stability of the polymer actuator in the elastomer layer.

Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass in zumindest einer der Elektroden und in der Elastomerschicht jeweils zumindest eine Faser angeordnet ist. Hierbei ist also vorgesehen, dass sowohl in einer der Elektroden, als auch in der Elastomerschicht jeweils wenigstens eine Faser vorgesehen ist, die sich wie zuvor beschrieben seitlich erstreckt, sodass die jeweilige Elektrode und die Elastomerschicht in ihrer seitlichen Ausdehnung versteift sind. Vorzugsweise ist in jeder der Elektroden wenigstens eine Faser vorgesehen.It is particularly preferably provided that in each case at least one fiber is arranged in at least one of the electrodes and in the elastomer layer. It is therefore envisaged that both in one at least one fiber is provided in each case as well as in the elastomer layer, which extends laterally as described above, so that the respective electrode and the elastomer layer are stiffened in their lateral extent. Preferably, at least one fiber is provided in each of the electrodes.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in dem jeweiligen Material eine Vielzahl von Fasern angeordnet ist. In dem jeweiligen Material, also in wenigstens einer der Elektroden und/oder der Elastomerschicht sind somit mehrere Fasern angeordnet. Vorzugsweise sind die Fasern unstrukturiert, also per Zufall in dem jeweiligen Material angeordnet. Sie können beispielsweise schon in einem flüssigen Zustand der Elektrode oder der Elastomerschicht bei der Fertigung hinzugefügt werden, sodass sie beim Aushärten des Materials in ihrer Position fixiert werden.According to an advantageous embodiment of the invention it is provided that in the respective material a plurality of fibers is arranged. In the respective material, ie in at least one of the electrodes and / or the elastomer layer thus a plurality of fibers are arranged. Preferably, the fibers are unstructured, that is arranged at random in the respective material. For example, they may be added in a liquid state to the electrode or elastomer layer during fabrication so that they are fixed in position as the material is cured.

Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass in dem Material beziehungsweise in dem jeweiligen Material von Elektrode und Elastomerschicht jeweils zumindest mehrere der Fasern parallel zueinander angeordnet sind. Dadurch wird die Versteifung des jeweiligen Materials in seiner seitlichen Erstreckung, also in der Erstreckung, in welcher sich auch die Fasern erstrecken, mit zunehmender Ausdehnung versteift. Insbesondere ist vorgesehen, dass die mehreren Fasern gleichmäßig in dem Material verteilt angeordnet sind, sodass die zuvor erwähnten vorteilhaften Eigenschaften in der gesamten Elastomerschicht beziehungsweise in der gesamten Elektrode gewährleistet sind. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass zumindest mehrere der Fasern parallel zueinander ausgerichtet sind, sodass der Wellenverlauf der Fasern jeweils in die gleiche Richtung weist. Insbesondere liegen die Fasern mit ihren Wellenverläufen in einer gemeinsamen Ebene. Alternativ können die Fasern mit ihren jeweiligen Wellenverläufen in Ebenen liegen, die parallel zueinander ausgerichtet sind. It is particularly preferably provided that in each case at least one of the fibers is arranged parallel to one another in the material or in the respective material of electrode and elastomer layer. As a result, the stiffening of the respective material in its lateral extension, ie in the extension, in which the fibers extend, stiffened with increasing extent. In particular, it is provided that the plurality of fibers are distributed uniformly in the material, so that the aforementioned advantageous properties are ensured in the entire elastomer layer or in the entire electrode. It is preferably provided that at least several of the fibers are aligned parallel to each other, so that the wave path of the fibers in each case points in the same direction. In particular, the fibers lie with their wave progressions in a common plane. Alternatively, the fibers may lie with their respective waveforms in planes that are aligned parallel to one another.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass zumindest mehrere der Fasern eine Gitternetzstruktur bildend senkrecht oder schräg zueinander angeordnet sind. Insbesondere mehrere Fasern, die in der Elektrode oder in der Elastomerschicht vorgesehen sind, bilden die Gitternetzstruktur, sodass die Elektrode oder die Elastomerschicht in zwei Raumrichtungen seitlich durch die Fasern versteift ist. Durch die Gitternetzstruktur wird weiterhin eine Stauchung, insbesondere der Elastomerschicht bei einer Betätigung des Polymeraktuators gewährleistet, wobei die Elastomerschicht, die bevorzugt die Gitternetzstruktur aus Fasern aufweist, in ihrer seitlichen Erstreckung zwischen den Elektroden versteift ist, und die elektromechanische Stabilität des Polymeraktuators optimiert. In diesem Fall weist der Polymeraktuator vorzugsweise eine quadratische oder rechteckförmige Grundfläche auf, an welcher sich die Gitternetzstruktur orientiert, sodass die Fasern sich parallel zu den Längsseiten der Grundfläche erstrecken. Optional entfällt die Orientierung der Gitternetzstruktur an der Grundfläche des Polymeraktuators. Auch ist es denkbar, dass der Polymeraktuator eine kreisrunde Grundfläche aufweist. According to a preferred embodiment of the invention, it is further provided that at least a plurality of the fibers are arranged forming a lattice network perpendicular or oblique to each other. In particular, a plurality of fibers provided in the electrode or in the elastomer layer form the lattice network structure, so that the electrode or the elastomer layer is stiffened laterally by the fibers in two spatial directions. The grid structure further ensures compression, in particular of the elastomer layer, upon actuation of the polymer actuator, wherein the elastomer layer, which preferably comprises the fiber lattice structure, is stiffened in its lateral extent between the electrodes and optimizes the electromechanical stability of the polymer actuator. In this case, the polymer actuator preferably has a square or rectangular base on which the mesh structure is oriented so that the fibers extend parallel to the longitudinal sides of the base. Optionally, the orientation of the grid structure at the base of the polymer actuator is eliminated. It is also conceivable that the polymer actuator has a circular base area.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist bevorzugt vorgesehen, dass der Polymeraktuator eine kreisförmige Grundfläche aufweist, und dass mindestens eine der Fasern radial verlaufend und mindestens eine weitere der Fasern in Umfangsrichtung verlaufend angeordnet ist. Dadurch wird eine Art Spinnennetzstruktur bereitgestellt, die eine Versteifung in der Elektrode und/oder der Elastomerschicht in radialer Richtung und/oder Umfangsrichtung bei Betätigung des Polymeraktuators gewährleistet.According to a further embodiment of the invention, it is preferably provided that the polymer actuator has a circular base surface, and that at least one of the fibers is arranged radially extending and at least one further of the fibers extending in the circumferential direction. Thereby, a kind of spider web structure is provided, which ensures a stiffening in the electrode and / or the elastomer layer in the radial direction and / or circumferential direction upon actuation of the polymer actuator.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der wellenförmige Verlauf der wenigstens einen Faser oder zumindest einer der Fasern sinusförmig, rechteckförmig oder zick-zack-förmig ausgebildet ist. Je nach Ausführungsform des wellenförmigen Verlaufs können sich unterschiedliche Streckverhalten der Fasern ergeben, sodass durch die Wahl des wellenförmigen Verlaufs das Verhalten des Polymeraktuators an einem jeweiligen Bedarfsfall anpassbar ist.According to a preferred embodiment of the invention, it is provided that the wave-shaped course of the at least one fiber or at least one of the fibers is sinusoidal, rectangular or zigzag-shaped. Depending on the embodiment of the undulating course, different stretching properties of the fibers can result, so that the behavior of the polymer actuator can be adapted to a particular requirement by the choice of the undulating course.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die jeweilige Faser in einer Ebene wellenförmig ist. Der wellenförmige Verlauf liegt somit in einer Ebene, sodass die Faser eine Vorzugsrichtung erhält.According to a preferred embodiment of the invention it is provided that the respective fiber is wavy in a plane. The wave-shaped course is thus in a plane, so that the fiber receives a preferred direction.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist bevorzugt vorgesehen, dass die jeweilige Faser einen dreidimensionalen Verlauf aufweist. Somit kann die Faser beispielsweise auch schraubenförmig ausgebildet sein, wodurch sich das Dehnverhalten der Faser und damit des Polymeraktuators weiter beeinflussen lässt.According to a further embodiment, it is preferably provided that the respective fiber has a three-dimensional course. Thus, the fiber may for example also be helical, whereby the stretching behavior of the fiber and thus of the polymer actuator can be further influenced.

Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass die jeweilige Faser wenigstens einen, vorzugsweise mehrere Seitenarme aufweist. Durch den jeweiligen Seitenarm wird verhindert, dass sich die jeweilige Faser bei einer Bewegung beziehungsweise mechanischen Spannung im Material der Elastomerschicht, insbesondere Silikon, oder im Material der jeweiligen Elektrode lösen und somit nicht die notwenige/gewünschte Rückhaltekraft beziehungsweise Dehnungsbeeinflussung erbringen kann. Durch die Seitenarme wird die Faser in dem jeweiligen Material verankert beziehungsweise verhakt.Furthermore, it is preferably provided that the respective fiber has at least one, preferably a plurality of side arms. By the respective side arm prevents the respective fiber in a movement or mechanical stress in the material of the elastomer layer, in particular silicone, or dissolve in the material of the respective electrode and thus can not provide the necessary / desired retention force or strain. By the side arms, the fiber is anchored or hooked in the respective material.

Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass zumindest eine der Elektroden im unbetätigten beziehungsweise spannungslosen Zustand ein gewelltes Oberflächenprofil aufweist. Alternativ oder zusätzlich zu wellenförmig verlaufenden Fasern in der Elektrode ist also vorgesehen, dass die Elektrode selbst beziehungsweise das Material der Elektrode selbst ein gewelltes Oberflächenprofil aufweist, das die Steifigkeit der Elektrode in Richtung der Wellenpropagation mit zunehmender Ausdehnung und mit abnehmenden Wellenhöhen zunimmt. Vorzugsweise weisen beide Elektroden einer Einheit jeweils ein gewelltes Oberflächenprofil auf. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die jeweiligen Elektrode insgesamt gewellt ausgebildet ist, um das gewellte Oberflächenprofil darzustellen. Furthermore, it is preferably provided that at least one of the electrodes in the unactuated or de-energized state has a corrugated surface profile. As an alternative or in addition to undulating fibers in the electrode, it is thus provided that the electrode itself or the material of the electrode itself has a corrugated surface profile which increases the rigidity of the electrode in the direction of wave propagation with increasing expansion and with decreasing wave heights. Preferably, both electrodes of a unit each have a corrugated surface profile. It is particularly preferably provided that the respective electrode is formed as a whole corrugated to represent the corrugated surface profile.

Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass das gewellte Oberflächenprofil derart ausgebildet ist, dass es, wenn eine maximale Betätigungsspannung an die Elektroden angelegt wird, eben oder nahezu eben ist. Die Elektrode beziehungsweise deren Oberflächenprofil wird also derart ausgelegt, dass, wenn der Polymeraktuator mit einer maximalen Betätigungsspannung beaufschlagt wird, sich das Wellenprofil durch die seitliche Ausdehnung der Elektrode „aufbraucht“ beziehungsweise geebnet wird. Durch das Flachwerden der Wellen nimmt die Steifigkeit in der jeweiligen Elektrode dann stark zu, wodurch ein weiteres Ausdehnen vermindert beziehungsweise verhindert wird. Die elektromechanische Stabilität ist dadurch auch durch die Formgebung der Elektrode selbst verbessert.Further, it is preferably provided that the corrugated surface profile is formed such that when a maximum actuation voltage is applied to the electrodes, it is flat or almost flat. The electrode or its surface profile is thus designed such that, when the polymer actuator is subjected to a maximum actuation voltage, the wave profile is "used up" or leveled by the lateral extent of the electrode. Due to the flattening of the waves, the rigidity in the respective electrode then increases sharply, whereby further expansion is reduced or prevented. The electromechanical stability is thereby also improved by the shape of the electrode itself.

Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das gewellte Oberflächenprofil kreisförmig ausgebildet ist, sodass sich die Wellen in Umfangsrichtung des insbesondere kreisförmigen Polymeraktuators beziehungsweise der insbesondere kreisförmigen Elektroden erstrecken. Dadurch wird eine zweidimensionale Ausdehnung der jeweiligen Elektrode, also eine seitliche Ausdehnung der jeweiligen Elektrode in der Ebene in jeder Richtung begünstigt, beziehungsweise ermöglicht. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das gewellte Oberflächenprofil mit gleich langen oder unterschiedlich langen, sich in Umfangsrichtung erstreckenden Wellenabschnitten ausgebildet ist. Die kreisförmigen Wellen sind somit in Umfangsrichtung unterbrochen ausgebildet, wobei sich dadurch unterschiedlich oder gleich lange Wellenabschnitte ergeben. Particularly preferably, it is provided that the corrugated surface profile is circular, so that the waves extend in the circumferential direction of the particular circular polymer actuator or the particular circular electrodes. As a result, a two-dimensional extent of the respective electrode, that is to say a lateral extent of the respective electrode in the plane in each direction, is promoted or made possible. Particularly preferably, it is provided that the corrugated surface profile is formed with equally long or different lengths, extending in the circumferential direction shaft sections. The circular waves are thus formed interrupted in the circumferential direction, thereby resulting in different or equal length shaft sections.

Durch die unterbrochene Ausbildung der kreisförmigen Wellen beziehungsweise durch die Wellenabschnitte wird außerdem eine Verformung in tangentialer Richtung gewährleistet, wodurch die Verformbarkeit der jeweiligen Elektrode verbessert wird, während die vorteilhafte elektromechanische Stabilität aufrechterhalten wird. In addition, the interrupted formation of the circular waves or the shaft portions ensures deformation in the tangential direction, whereby the deformability of the respective electrode is improved, while the advantageous electromechanical stability is maintained.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigenIn the following, the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. Show this

1A und 1B einen elektroaktiven Polymeraktuator in unterschiedlichen Betätigungszuständen, 1A and 1B an electroactive polymer actuator in different states of actuation,

2A und 2B eine Faserstruktur des Polymeraktuator, 2A and 2 B a fiber structure of the polymer actuator,

3 ein Spannungs-Dehnungsdiagramm 3 a stress-strain diagram

4 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Polymeraktuators, 4 a further embodiment of the polymer actuator,

5A bis 5C Ausführungsbeispiele eines kreisförmig ausgebildeten Polymeraktuators, 5A to 5C Embodiments of a Circular Polymer Actuator,

6A bis 6G unterschiedliche Wellenprofile des Polymeraktuators, 6A to 6G different shaft profiles of the polymer actuator,

7 eine alternative Faserstruktur des Polymeraktuators und 7 an alternative fiber structure of the polymer actuator and

8 eine vorteilhafte Weiterbildung einer Faser für den Polymeraktuator. 8th an advantageous embodiment of a fiber for the polymer actuator.

1A und 1B zeigen einen elektroaktiven Polymeraktuator 1 in unterschiedlichen Betätigungszuständen. 1A zeigte den Polymeraktuator 1 im unbetätigten Zustand. Der Polymeraktuator 1 weist einen Plattenkondensatoraufbau mit zwei Elektroden 2, 3 und einer zwischen den Elektroden liegenden Elastomerschicht 4 auf. Die Elastomerschicht 4 ist vorzugsweise aus einem inkompressiblen, jedoch elastisch verformbaren Material gefertigt und liegt an einer Seite an der Elektrode 2 und an einer anderen Seite an der Elektrode 3 an, sodass die Elektroden 2, 3 zusammen mit der Elastomerschicht 4 eine Aktuatoreinheit 5 bilden. Vorzugsweise weist der Polymeraktuator 1 mehrere dieser Einheiten 5 auf, wobei gemäß einem Ausführungsbeispiel zwischen zwei Elastomerschichten 4 jeweils nur eine Elektrode 2 oder 3 liegt. 1A and 1B show an electroactive polymer actuator 1 in different operating states. 1A showed the polymer actuator 1 in the unactuated state. The polymer actuator 1 shows a plate capacitor assembly with two electrodes 2 . 3 and an elastomeric layer located between the electrodes 4 on. The elastomer layer 4 is preferably made of an incompressible, but elastically deformable material and is located on one side of the electrode 2 and on another side of the electrode 3 on, so the electrodes 2 . 3 together with the elastomer layer 4 an actuator unit 5 form. Preferably, the polymer actuator 1 several of these units 5 auf, wherein according to an embodiment between two elastomer layers 4 only one electrode at a time 2 or 3 lies.

Wird an die Elektroden 2, 3, die ebenfalls aus einem elastisch verformbaren Material gefertigt sind, eine elektrische Spannung angelegt, entstehen Coulomb‘sche Kräfte, die dazu führen, dass sich die Elektroden 2, 3 gegenseitig anziehen, wie in 1B durch Pfeile 6 angedeutet. Dadurch, dass die Elektroden 2, 3 sich aufeinander zubewegen, wird die dazwischen befindliche Elastomerschicht 4 in Richtung der Pfeile 6 gestaucht. Da die Elastomerschicht 4 aus einem inkompressiblen Medium, vorzugsweise aus Silikon, besteht, wird die Volumenabnahme in Richtung der Pfeile 6 durch eine Volumenzunahme senkrecht dazu kompensiert, wodurch sich die Elastomerschicht 4 seitlich gemäß der Pfeile 7 ausdehnt. Die Elektroden 2, 3, die insbesondere fest mit der Elastomerschicht 4 verbunden sind, dehnen sich dabei ebenfalls seitlich gemäß der Pfeile 7 aus. In Richtung der Pfeile 7 wird damit eine Aktuatorkraft erzeugt, die beispielsweise zur Betätigung einer Pumpe, einer Bremseinrichtung oder Schalteinrichtung genutzt werden kann. Umso mehr Einheiten 5 den Polymeraktuator 1 bilden, desto höhere Kräfte können in Richtung der Pfeile 7 ausgeübt werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn der Polymeraktuator als Rollenaktuator ausgebildet ist. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel, bei welchem der Polymeraktuator 1 als Stapelaktuator ausgebildet ist, ist vorgesehen, dass die Kraft in Richtung der Pfeile 6 wirkt, sodass die durch das Zusammenziehen des Polymeraktuators 1 erzeugte Zugkraft zur Betätigung beispielsweise der Pumpe genutzt wird.Will be to the electrodes 2 . 3 , which are also made of an elastically deformable material, applied an electrical voltage, cause Coulomb forces, which cause the electrodes 2 . 3 attract each other, as in 1B through arrows 6 indicated. Because of the electrodes 2 . 3 move towards each other, the intervening elastomer layer 4 in the direction of the arrows 6 compressed. Because the elastomer layer 4 from an incompressible medium, preferably made of silicone, the volume decrease is in the direction of the arrows 6 compensated by an increase in volume perpendicular to it, resulting in the elastomer layer 4 laterally according to the arrows 7 expands. The electrodes 2 . 3 that particular firm with the elastomer layer 4 are connected, also stretch laterally according to the arrows 7 out. In the direction of the arrows 7 Thus, an actuator force is generated, which can be used for example for actuating a pump, a braking device or switching device. The more units 5 the polymer actuator 1 form, the higher forces can be in the direction of the arrows 7 be exercised. This is especially true when the polymer actuator is designed as a roller actuator. According to an alternative embodiment, wherein the polymer actuator 1 is designed as a stack actuator, it is provided that the force in the direction of the arrows 6 acts, so by the contraction of the polymer actuator 1 generated tensile force is used for actuating, for example, the pump.

Um elektrische Durchschläge zu vermeiden und um die elektromechanische Stabilität des Polymeraktuators 1 zu erhöhen, ist vorgesehen, dass in zumindest einer der Elektroden 2, 3 und/oder in der Elastomerschicht 4 eine Gitternetzstruktur 8 vorgesehen ist, die von einer Vielzahl von Fasern 9 gebildet wird, die im Wesentlichen senkrecht zueinander verlaufend, die Gitternetzstruktur bildend in dem Material der Elektrode 2, 3 und/oder Elastomerschicht 4 angeordnet sind. Dabei liegt die ebene Gitternetzstruktur 8 parallel zu den plattenförmigen Elektroden 2, 3 beziehungsweise der Elastomerschicht 4, sodass sich die Fasern 9 seitlich in dem Material beziehungsweise senkrecht zur Stauchrichtung gemäß der Pfeile 6 erstrecken. Alternativ zu dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist es gemäß einem hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die Fasern nicht senkrecht, sondern schräg zueinander verlaufen, beispielsweise in einem Winkel von 45°.To avoid electrical breakdown and the electromechanical stability of the polymer actuator 1 it is intended that in at least one of the electrodes 2 . 3 and / or in the elastomeric layer 4 a grid structure 8th is provided by a variety of fibers 9 forming substantially perpendicular to each other, forming the mesh structure in the material of the electrode 2 . 3 and / or elastomer layer 4 are arranged. This is the flat grid structure 8th parallel to the plate-shaped electrodes 2 . 3 or the elastomer layer 4 so that the fibers 9 laterally in the material or perpendicular to the upsetting direction according to the arrows 6 extend. As an alternative to the present embodiment, it is provided according to an embodiment not shown here, that the fibers are not perpendicular, but obliquely to each other, for example, at an angle of 45 °.

2A zeigt die Gitternetzstruktur 8 im unbetätigten Zustand des Polymeraktuators 1 gemäß 1A. Die Fasern 9 verlaufen im unbetätigten Zustand des Polymeraktuators 1 wellenförmig, wobei die Wellen vorzugsweise in der Ebene der Gitternetzstruktur 8 liegen, sodass die Gitternetzstruktur 8 eben in dem Material der Elastomerschicht 4 oder der Elektroden 2, 3 angeordnet ist. Vorzugsweise ist in jeder Elektrode 2, 3 eine entsprechende Gitternetzstruktur 8 vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich ist auch in der Elastomerschicht 4 die Gitternetzstruktur 8 mit den Fasern 9 vorgesehen. Die Fasern 9, die parallel zueinander ausgerichtet sind, sind dabei gleichmäßig beabstandet zueinander angeordnet, sodass sich die durch die Gitternetzstruktur 8 erzeugte Wirkung, auf die im Folgenden näher eingegangen wird, für die gesamte Breite beziehungsweise Grundfläche des Polymeraktuators 1 gleichmäßig ergibt. 2A shows the grid structure 8th in the unactuated state of the polymer actuator 1 according to 1A , The fibers 9 run in the unactuated state of the polymer actuator 1 wavy, the waves preferably in the plane of the grid structure 8th lie, so the grid structure 8th just in the material of the elastomer layer 4 or the electrodes 2 . 3 is arranged. Preferably, in each electrode 2 . 3 a corresponding grid structure 8th intended. Alternatively or additionally, it is also in the elastomer layer 4 the grid structure 8th with the fibers 9 intended. The fibers 9 , which are aligned parallel to each other, are evenly spaced from each other, so that through the grid structure 8th produced effect, which will be discussed in more detail below, for the entire width or base area of the polymer actuator 1 evenly.

Dadurch, dass sich die Fasern 9 wellenförmig seitlich in dem Material von Elastomerschicht und/oder Elektroden 2, 3 erstrecken, werden diese bei einer Betätigung des Polymeraktuators, wenn also an den Elektroden 2, 3 eine Spannung angelegt und die Elastomerschicht 4 gemäß der Pfeile 6 gestaucht wird, seitlich mit dem seitlichen ausdehnenden Material der Elastomerschicht 4 und/oder der Elektroden 2, 3 gespannt, sodass die Wellenstruktur der Faser 9 abflacht, wie in 2B gezeigt, die die Gitternetzstruktur 8 im betätigten Zustand des Polymeraktuators 1 darstellt. Die Wellenstruktur ist gestreckt und dadurch abgeflacht. Durch das Spannen der Fasern 9 nimmt die Steifigkeit der Gitternetzstruktur 8 mit zunehmender seitlichen Ausdehnung des Polymeraktuators 1 zu, wodurch ein weiteres Verformen beziehungsweise Ausdehnen des Polymeraktuators 1 vermindert oder verhindert wird. Dadurch wird die elektromechanische Stabilität erhöht und eine elektrische Durchschlagswahrscheinlichkeit verringert.This causes the fibers 9 undulating laterally in the material of elastomer layer and / or electrodes 2 . 3 extend, they are at an actuation of the polymer actuator, that is, at the electrodes 2 . 3 a voltage applied and the elastomeric layer 4 according to the arrows 6 is compressed, laterally with the lateral expansive material of the elastomer layer 4 and / or the electrodes 2 . 3 curious, so that the wave structure of the fiber 9 flattening, as in 2 B shown the grid structure 8th in the actuated state of the polymer actuator 1 represents. The wave structure is stretched and thereby flattened. By tensioning the fibers 9 takes the rigidity of the grid structure 8th with increasing lateral extent of the polymer actuator 1 to, thereby further deforming or expanding the polymer actuator 1 is reduced or prevented. This increases the electromechanical stability and reduces an electrical breakdown probability.

3 zeigt hierzu in einem Diagramm, dass die Spannung σ in dem Polymeraktuator 1 über dessen seitliche Dehnung ε darstellt, einen Vergleich der Spannungs-Dehnungs-Verhaltens I eines herkömmlichen Polymeraktuators mit dem Spannungs-Dehnungs-Verhalten II des oben stehend beschriebenen Polymeraktuators 1 mit den Fasern 9, insbesondere mit der Gitternetzstruktur 8. Dabei ist zu erkennen, dass der vorteilhafte Polymeraktuator 1 zunächst eine größere Dehnung erlaubt und zu einem Dehnungspunkt x_II, die Steifigkeit plötzlich oder allmählich aufgrund der Versteifung der Gitternetzstruktur 8 zunimmt. Ein herkömmlicher Polymeraktuator, der ähnlich hohe Steifigkeit aufweisen soll, müsste ein entsprechend hohes E-Modul aufweisen, was zu einer sehr viel geringeren maximalen Dehnung x_I führen würde. Es zeigt sich somit deutlich der Vorteil des oben stehend beschriebenen Polymeraktuators 1. 3 shows in a diagram that the stress σ in the polymer actuator 1 represents over its lateral strain ε, a comparison of the stress-strain behavior I a conventional polymer actuator with the stress-strain behavior II of the polymer actuator described above 1 with the fibers 9 , in particular with the grid structure 8th , It can be seen that the advantageous polymer actuator 1 initially allowing greater elongation and at a point of expansion x _II , the stiffness suddenly or gradually due to the stiffening of the lattice structure 8th increases. A conventional polymer actuator, which should have similar high stiffness, would have to have a correspondingly high modulus of elasticity, which would lead to a much lower maximum strain x _I. It thus clearly shows the advantage of the polymer actuator described above 1 ,

Im Unterschied zu dem in 2A und 2B gezeigten Ausführungsbeispiel ist gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die Fasern 9 keine Gitternetzstruktur bilden, sondern lediglich parallel zueinander angeordnet sind. Dadurch wird die Steifheit des Polymeraktuators 1 in zumindest einer Ausdehnungsrichtung wie zuvor beschrieben verbessert. Je nach Anforderungen beziehungsweise Randbedingen können sich unterschiedliche Strukturen der Fasern 9 in dem Material der Elektrode 2, 3 und/oder der Elastomerschicht 4 ergeben.Unlike the in 2A and 2 B shown embodiment is provided according to a further embodiment that the fibers 9 form no grid structure, but are arranged only parallel to each other. This will increase the stiffness of the polymer actuator 1 improved in at least one direction of expansion as described above. Depending on the requirements or boundary conditions, different structures of the fibers can be used 9 in the material of the electrode 2 . 3 and / or the elastomeric layer 4 result.

Um das Spannungs-Dehnungs-Verhalten des Polymeraktuators 1 weiter zu verbessern, ist gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, wie in 4 gezeigt, vorgesehen, dass die Elektroden 2, 3 selbst ein Wellenprofil aufweisen, das sich in Richtung der seitlichen Ausdehnung erstreckt, wie in 4 gezeigt, sodass sich die Wellen des Wellenprofils senkrecht zur seitlichen Ausdehnung erstrecken. In Richtung der Wellenpropagation ist die Steifigkeit der jeweiligen Elektrode 2, 3 gering, zumindest solange die Wellen eine Amplitude aufzeigen. Wird der Polymeraktuator 1 betätigt, nimmt die Ausdehnung in Richtung der Pfeile 7 zu, sodass die Wellen abflachen und die Wellenamplitude abnimmt. Ab einer gewissen Ausdehnung ist dann die Amplitude „aufgebraucht“ und die Elektrode 2, 3 ist flach oder nahezu flach ausgebildet. Ab diesem Zeitpunkt erhöht sich die Steifigkeit der jeweiligen Elektrode 2, 3 deutlich.To the stress-strain behavior of the polymer actuator 1 is to be further improved, according to another embodiment, as in 4 shown, provided that the electrodes 2 . 3 itself have a wave profile extending in the direction of the lateral extent, as in 4 shown so that the waves of the wave profile extend perpendicular to the lateral extent. In the direction of the wave propagation is the rigidity of the respective electrode 2 . 3 low, at least as long as the waves show an amplitude. Will the polymer actuator 1 pressed, takes the stretch in the direction of the arrows 7 too, so that the waves flatten and the wave amplitude decreases. After a certain extent, the amplitude is then "used up" and the electrode 2 . 3 is flat or nearly flat. From this point on, the rigidity of the respective electrode increases 2 . 3 clear.

Die Geometrie des Wellenprofils, insbesondere der korrugierten Oberfläche der jeweiligen Elektrode 2, 3, wird bevorzugt so ausgelegt, dass die Steifigkeitzunahme und somit die elektromechanische Stabilität an jede Anwendung des Polymeraktuators angepasst wird.The geometry of the wave profile, in particular the corrugated surface of the respective electrode 2 . 3 , is preferably designed so that the increase in stiffness and thus the electromechanical stability is adapted to each application of the polymer actuator.

Der in 4 dargestellte Polymeraktuator 1 eignet sich im Wesentlichen nur für „eindimensionale“ agierende Aktuatoren, insbesondere Rollenaktuatoren, da eine Ausdehnung hauptsächlich nur in Richtung der Pfeile 7 erfolgen kann. Die Stauchung, die aufgrund der sich gegenseitig anziehenden Elektroden 2, 3 bei Anlegen einer Spannung erfolgt, führt zu einer entsprechenden Längenänderung in Wellenausbreitungsrichtung.The in 4 illustrated polymer actuator 1 is essentially only for "one-dimensional" acting actuators, in particular roller actuators, since an expansion mainly only in the direction of the arrows 7 can be done. The compression due to the mutually attractive electrodes 2 . 3 occurs when a voltage is applied, leads to a corresponding change in length in the wave propagation direction.

Um eine Ausdehnung beziehungsweise eine Nutzung des Polymeraktuators 1 in mehr als nur einer Wirkrichtung zu gewährleisten, sodass der Polymeraktuator 1 insbesondere auch in Form eines zweidimensionalen wirkenden Stapelaktuator angewendet werden kann, ist gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die Elektroden 2, 3 eine zweidimensional korrugierte Oberfläche aufweisen.To an extent or use of the polymer actuator 1 in more than one effective direction to ensure that the polymer actuator 1 In particular, in the form of a two-dimensional acting Stapelaktuator can be provided according to a further embodiment that the electrodes 2 . 3 have a two-dimensionally corrugated surface.

5A bis 5C zeigen zu diesem Zweck Ausführungsbeispiele der Elektroden 2, 3, die derart ausgebildet sind, dass sie in mehrere Richtungen senkrecht zur Stauchrichtung gemäß Pfeile 6, wirken können. 5A to 5C show for this purpose embodiments of the electrodes 2 . 3 , which are formed so that they in several directions perpendicular to the upsetting direction according to arrows 6 , can act.

5A zeigt hierzu eine Draufsicht auf die Oberfläche der Elektrode 2, die mit einem kreisförmigen Wellenprofil 10 versehen ist. Die Wellen erstrecken sich dabei auf jeweils einem Radius in Umfangsrichtung um ein Zentrum der jeweiligen Elektrode 2, 3, die dann eine insbesondere kreisförmige Grundfläche aufweist. Dadurch kann eine Ausdehnung in alle Richtungen senkrecht zur Stauchrichtung des Polymeraktuators 1 erfolgen. Die in 5A gezeigte eindimensionale Wellenstruktur erlaubt somit eine zweidimensionale Verformung des Polymeraktuators, wobei die Steifigkeit des Polymeraktuators 1 in alle radialen Richtungen gleich ist. 5A shows a plan view of the surface of the electrode 2 that with a circular wave profile 10 is provided. The waves extend in each case to a radius in the circumferential direction about a center of the respective electrode 2 . 3 , which then has a particular circular base. As a result, an expansion in all directions perpendicular to the compression direction of the polymer actuator 1 respectively. In the 5A Thus, the one-dimensional wave structure shown allows a two-dimensional deformation of the polymer actuator, wherein the rigidity of the polymer actuator 1 is the same in all radial directions.

Um tangentiale Spannungen zu vermeiden, die zu einer Beschädigung der Elektrode 2, 3 führen könnten, ist weiterhin vorgesehen, dass gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, wie es in 5B gezeigt ist, die Wellen in Umfangsrichtung unterbrochen ausgebildet sind, sodass sich in Umfangsrichtung entsprechende Wellenabschnitte 11 egeben. Dadurch wird gewährleistet, dass sich die Wellen auch in Umfangsrichtung dehnen können. Vorzugsweise ist die Höhe beziehungsweise Amplitude der Wellen dabei im unbetätigten Zustand des Polymeraktuators 1 bei allen Wellen gleich. Wie in 5B gezeigt, nimmt dabei die Länge der jeweiligen Welle in Umfangsrichtung gesehen mit zunehmendem Radius zu.To avoid tangential stresses that damage the electrode 2 . 3 Furthermore, it is provided that according to another embodiment, as in 5B is shown, the waves are formed interrupted in the circumferential direction, so that in the circumferential direction corresponding shaft sections 11 EEnter. This ensures that the waves can also stretch in the circumferential direction. Preferably, the height or amplitude of the waves is in the unactuated state of the polymer actuator 1 the same for all waves. As in 5B shown, takes the length of the respective shaft in the circumferential direction with increasing radius.

5C zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, in welchem die Länge des jeweiligen Wellenabschnitts in Umfangsrichtung unabhängig von dem Radius, auf welchem er verläuft, gleich groß ist. Hierdurch wird eine besonders einheitlich wirkende Elektrode 2, 3 bei einer Ausdehnung in seitlicher Richtung bereitgestellt. Wie bereits erwähnt, können die Elektroden 2, 3 ebenfalls mit Fasern 9, wie zuvor beschrieben versehen sein. In den Ausführungsbeispielen von 5A bis 5C ist dabei bevorzugt vorgesehen, dass die Fasern radial oder in Umfangsrichtung der jeweiligen Elektrode 2, 3 oder der Elastomerschicht 4 ausgehend vom Zentrum des Polymeraktuators 1 ausgerichtet sind. 5C shows a further embodiment in which the length of the respective shaft portion in the circumferential direction is equal regardless of the radius on which it runs. This is a particularly uniform acting electrode 2 . 3 provided with an extension in the lateral direction. As already mentioned, the electrodes can 2 . 3 also with fibers 9 be provided as described above. In the embodiments of 5A to 5C is preferably provided that the fibers radially or in the circumferential direction of the respective electrode 2 . 3 or the elastomeric layer 4 starting from the center of the polymer actuator 1 are aligned.

6A bis 6G zeigen unterschiedliche Ausführungsbeispiele für mögliche Wellenformen der Elektroden 2, 3 und/oder für die Wellenformen der Fasern 9, die je nach Anwendungsfall eingesetzt werden können. 6A to 6G show different embodiments for possible waveforms of the electrodes 2 . 3 and / or for the waveshapes of the fibers 9 which can be used depending on the application.

6A zeigt dazu eine Wellenform gemäß einer Sinuswelle. 6B zeigt eine Wellenform, die einer Trapezform, eventuell mit abgerundeten Ecken, entspricht. 6C zeigt ein Wellenprofil mit einer Rechteckform, wobei ebenfalls abgerundete Ecken vorgesehen werden können. 6D zeigt ein Wellenprofil mit einer Sägezahnform, die insbesondere auch abgerundete Spitzen aufweisen kann. 6A shows a waveform according to a sine wave. 6B shows a waveform that corresponds to a trapezoidal shape, possibly with rounded corners. 6C shows a wave profile with a rectangular shape, which also rounded corners can be provided. 6D shows a wave profile with a sawtooth shape, which may in particular also have rounded tips.

Während die Wellenprofile der 6A bis 6D symmetrisch beziehungsweise gleichmäßig ausgebildet sind, zeigt 6E drei Wellenprofile, die unsymmetrische Formen aufweisen.While the wave profiles of the 6A to 6D are formed symmetrically or uniformly, shows 6E three wave profiles, which have asymmetrical shapes.

6F und 6G zeigen Ausführungsbeispiele, bei welchen die Wellenprofile in ihrer Längserstreckung sich verändern, wobei gemäß 6F die Amplitude verändert wird, und in 6G die Wellenlänge. Hierdurch können unterschiedliche Effekte bei der Betätigung des Polymeraktuators 1 erzielt werden. 6F and 6G show embodiments in which the wave profiles vary in their longitudinal extent, according to 6F the amplitude is changed, and in 6G the wavelength. This can have different effects on the actuation of the polymer actuator 1 be achieved.

7 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel für die Anordnung der Fasern 9 in dem jeweiligen Material des Polymeraktuators 1. Dabei ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die Faser 9 unstrukturiert beziehungsweise „kreuz und quer“ in dem Material, also in der Elastomerschicht 4 oder in einer der Elektroden 2, 3, angeordnet sind. Dies vereinfacht den Herstellungsprozess, da die Fasern einfach dem Material bei der Herstellung beigefügt werden können und beispielsweise beim Aushärten des Materials in ihre Position automatisch fixiert werden. 7 shows an alternative embodiment for the arrangement of the fibers 9 in the respective material of the polymer actuator 1 , It is provided according to the present embodiment that the fiber 9 unstructured or "criss-cross" in the material, ie in the elastomer layer 4 or in one of the electrodes 2 . 3 , are arranged. This simplifies the manufacturing process, as the fibers can easily be added to the material during manufacture and, for example, automatically fixed in place as the material hardens.

8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Fasern 9. Dabei zeigt die 8 eine Faser 9, die einen wellenförmigen Verlauf und zusätzlich mehrere Seitenarme 12 aufweist, die seitlich von der Faser 9 abstehen. Durch die Seitenarme 12 ist die derart ausgebildete Faser 9 in dem Material der Elektrode 2, 3 oder der Elastomerschicht 4 verankert beziehungsweise verhakt, sodass bei einer Betätigung des Polymeraktuators 1 die zuvor beschriebene gewünschte Wirkung der Faser 9 auch bei hoher mechanischer Beanspruchung sicher gewährleistet ist. Insbesondere verhindern die Seitenarme 12, dass sich die Faser 9 bei einer mechanischen Beanspruchung in dem Material lösen kann. 8th shows a further embodiment of the fibers 9 , It shows the 8th a fiber 9 which has a wavy course and in addition several side arms 12 which is laterally from the fiber 9 protrude. Through the side arms 12 is the fiber thus formed 9 in the material of the electrode 2 . 3 or the elastomeric layer 4 anchored or hooked so that upon actuation of the polymer actuator 1 the desired effect of the fiber described above 9 is safely ensured even with high mechanical stress. In particular, prevent the side arms 12 that is the fiber 9 can solve in a mechanical stress in the material.

Claims

Electroactive polymer actuator ( 1 ), with at least two elastically deformable electrodes ( 2 . 3 ), between the one elastomer layer ( 4 ), which when applying a voltage to the electrodes ( 2 . 3 ) between the electrodes ( 2 . 3 ) is compressed such that it expands laterally, characterized in that it comprises at least one fiber (at least substantially enclosed and laterally extending) ( 9 ), which has a wave-shaped course in the tension-free state.

Polymer actuator according to claim 1, characterized in that the at least one fiber ( 9 ) in the material of at least one of the elastically deformable electrodes ( 2 . 3 ) is arranged.

Polymer actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one fiber ( 9 ) in the material of the elastomer layer ( 4 ) is arranged.

Polymer actuator according to one of the preceding claims, characterized in that in at least one of the electrodes ( 2 . 3 ) and in the elastomer layer ( 4 ) at least one fiber ( 9 ) is arranged.

Polymer actuator according to one of the preceding claims, characterized in that in the respective material a plurality of fibers ( 9 ) is arranged.

Polymer actuator according to one of the preceding claims, characterized in that in the respective material at least several of the fibers ( 9 ) are arranged parallel to each other.

Polymer actuator according to one of the preceding claims, characterized in that at least several of the fibers ( 9 ) a grid structure ( 8th ) are arranged vertically or obliquely to each other.

Polymer actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the polymer actuator ( 1 ) has a circular base surface that at least one fiber ( 9 ) extending radially and / or that at least one fiber ( 9 ) is arranged extending in the circumferential direction.

Polymer actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the wave-shaped course of the at least one fiber ( 9 ) or at least one of the fibers ( 9 ) is sinusoidal, rectangular or zigzag-shaped.

Polymer actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the respective fiber ( 9 ) Wavy in only one plane.

Polymer actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the respective fiber ( 9 ) has a three-dimensional course.

Polymer actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the respective fiber ( 9 ) at least one side arm ( 12 ) having.

Polymer actuator according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the electrodes ( 2 . 3 ) in the de-energized state a wavy surface profile ( 10 ) having.

Polymer actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the corrugated surface profile ( 10 ) is designed such that when a maximum actuation voltage is applied to the electrodes ( 2 . 3 ) is applied, flat or almost flat.

Polymer actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the corrugated surface profile ( 10 ) circular, in particular with equally long or different lengths, extending in the circumferential direction shaft sections ( 11 ) is trained.