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Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Herstellung eines Schichtenabfolgenelements mit einer Schichtenabfolge für die Herstellung eines dielektrischen Elastomerwandlers, wobei die Schichtenabfolge abwechselnd mehrere nachgiebige Elektrodenschichten und mehrere dielektrische Elastomerschichten aufweist.
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Ein dielektrischer Elastomerwandler wird üblicherweise durch einen nachgiebigen elektrostatischen Kondensator gebildet, wobei eine dielektrische Elastomerschicht zwischen zwei nachgiebig ausgebildeten Elektrodenschichten angeordnet ist, die jeweils eine Elektrode bilden. Wenn an den Elektroden eine elektrische Potenzialdifferenz angelegt wird, ziehen sich die gegenüberliegenden Elektroden an und die dazwischen befindliche dielektrische Elastomerschicht wird in einer Richtung senkrecht zu den Elektrodenschichten zusammengedrückt, während sich die dielektrische Elastomerschicht in einer parallel zu den gegenüberliegenden Oberflächen der Elektrodenschichten verlaufenden Richtung ausdehnt. Wird ein derartiger dielektrischer Elastomerwandler mechanisch beansprucht und beispielsweise in einer Richtung senkrecht zu den beiden Elektrodenschichten zusammengedrückt, kann eine Änderung der zwischen den beiden Elektrodenschichten herrschenden elektrischen Spannung bzw. der in den beiden Elektrodenschichten gespeicherten Kapazität beobachtet werden. Die elektrischen Elastomerwandler können demzufolge sowohl als Aktoren eingesetzt werden, bei denen elektrische Energie in mechanische Arbeit umgesetzt wird, sowie auch als Sensoren eingesetzt werden, bei denen eine Verformung der dielektrischen Elastomerwandler in eine an den Elektroden messbare Spannungsänderung bzw. Kapazitätsänderung umgewandelt werden kann.
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Üblicherweise wird derzeit bei Aktoren mit mehrfach übereinander gestapelten Elastomerschichten und Elektrodenschichten von einer maximal erreichbaren Dickenänderung von bis zu 20 % der Schichtdicke der dielektrischen Elastomerschicht ausgegangen. Bei mechanisch vorgespannten einlagigen Filmen können unter Laborbedingungen bereits deutlich höhere Dickenänderungen erzielt werden. Je größer der Abstand der beiden Elektrodenschichten und damit die Dicke der dazwischen angeordneten dielektrischen Elastomerschicht ist, umso höhere elektrische Spannungen müssen angelegt werden, um die gewünschten Dickenänderungen realisieren zu können. Aus diesem Grund wird versucht, die Schichtdicken der Elektrodenschichten und insbesondere der dielektrischen Elastomerschicht möglichst klein vorzugeben. Die Schichtdicke einer Elektrodenschicht sollte idealerweise so dünn sein, dass die mechanischen Eigenschaften der Elektrodenschicht gegenüber der Elastomerschicht vernachlässigt werden können.
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Zu Forschungszwecken sind dielektrische Elastomerwandler entwickelt worden, bei denen die dielektrische Elastomerschicht eine Dicke zwischen einigen wenigen µm und etwa 100 µm aufweist und die nachgiebigen Elektrodenschichten eine Dicke von weniger als 5 µm bzw. sogar weniger als einige hundert Nanometer aufweisen können. Bei einer maximal erreichbaren Dickenänderung von etwa 20 % der dielektrischen Elastomerschicht ist die tatsächlich mögliche Dickenänderung bei einem derart dünnen dielektrischen Elastomerwandler auf wenige Mikrometer beschränkt.
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Um dennoch einen für viele Anwendungsbereiche wünschenswert hohen Auslenkungsbereich eines derartigen dielektrischen Elastomerwandlers zu ermöglichen ist es aus der Praxis bekannt, mehrere übereinander angeordnete Lagen solcher Kondensatorschichtenabfolgen mit jeweils zwischen zwei Elektrodenschichten angeordneten dielektrischen Elastomerschichten zu erzeugen. Solche mehrlagigen dielektrischen Elastomerwandler, die auch als dielektrische Elastomerstapelwandler bezeichnet werden können, können auf Grund der geringen Schichtdicken mit Betriebsspannungen von deutlich weniger als 1000 V betrieben werden, die zwischen benachbarten Elektrodenschichten angelegt werden. Derartige mehrlagigen Elastomerwandler werden üblicherweise elektrisch in einer Parallelschaltung und mechanisch in einer Reihenschaltung betrieben, um über mehrere gestapelte Kondensatorschichten hinweg, die jeweils mit einer übereinstimmenden Potentialdifferenz angesteuert werden, in der Summe eine größere absolute Dickenänderung als bei einer einzigen Kondensatorschicht zu erzielen. Bei einer ausreichend großen Anzahl von übereinander angeordneten Lagen, beispielsweise bei mehr als fünfzig Lagen oder mehr als einhundert Lagen, lassen sich mit den mehrlagigen dielektrischen Elastomerwandlern bereits Gesamtdickenänderungen im Bereich von 1 mm und mehr bei dennoch niedrigen Betriebsspannungen von deutlich weniger als 1 kV erreichen. So können beispielsweise mit einem mehrlagigen Elastomerwandler, bei dem eine relative Dickenänderung zwischen 10% bis 20% erzielt werden kann, bei einer Gesamtdicke von etwa 10 mm des mehrlagigen Elastomerwandlers eine absolute Dickenänderung zwischen 1 mm und 2 mm erreicht werden, was für zahlreiche Anwendungsfälle bereits ausreichen kann.
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Die Herstellung derartiger mehrlagiger dielektrischer Elastomerwandler gestaltet sich jedoch schwierig. Die aus der Praxis bekannten Herstellungsverfahren für eine möglichst dünne dielektrische Elastomerschicht umfassen beispielsweise das Rotationsbeschichten, das Aufsprühen und das Rakeln eines geeigneten dielektrischen Elastomermaterials auf einem Trägermaterial. Diese Herstellungsverfahren sind sehr aufwändig und kostenintensiv. Gleichzeitig ist eine zuverlässige Herstellung einer gleichbleibenden Schichtdicke auf vergleichsweise große Schichtdicken und kleine Flächenbereiche beschränkt.
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Es wird deshalb als eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen, ein Verfahren für die Herstellung eines Schichtenabfolgenelements mit einer Schichtenabfolge für die Herstellung eines dielektrischen Elastomerwandlers so auszugestalten, dass möglichst kostengünstig und zuverlässig mehrere übereinander angeordnete Lagen einer Schichtenabfolge von möglichst dünnen Elektrodenschichten und dielektrischen Elastomerschichten erzeugt werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in einer Bearbeitungsschrittabfolge mehrfach aufeinanderfolgend mindestens ein Tauchschritt durchgeführt wird, bei dem ein Schichtenabfolgenelement in ein flüssiges dielektrisches Elastomermaterial eingetaucht wird, nachfolgend mindestens ein Aushärteschritt durchgeführt wird, um eine das Schichtenabfolgenelement mindestens teilweise bedeckende Elastomerschicht auszuhärten, und nachfolgend ein Elektrodenbeschichtungsschritt durchgeführt wird, um mindestens einen Teilbereich der Elastomerschicht mit einem eine nachgiebige Elektrodenschicht bildenden elektrisch leitfähigen Elektrodenmaterial zu beschichten. Das flüssige dielektrische Elastomermaterial benetzt bei dem Eintauchen während des Tauchschritts eine in das flüssige Elastomermaterial eingetauchte Oberfläche des Schichtenabfolgenelements, sodass eine dünne Schicht des dielektrischen Elastomermaterials nach dem Herausnehmen des Schichtenabfolgenelements an dessen Oberfläche verbleibt. In dem nachfolgenden Aushärteschritt wird diese dünne Schicht aus dem die eingetauchte Oberfläche benetzenden und zunächst noch flüssigen dielektrischen Elastomermaterial ausgehärtet, um eine dauerhaft die eingetauchte Oberfläche bedeckende Elastomerschicht aus einem dielektrischen Elastomermaterial zu bilden. Das ausgehärtete dielektrische Elastomermaterial weist dauerhaft elastische Eigenschaften auf. Durch eine geeignete Wahl und Vorgabe des flüssigen dielektrischen Elastomermaterials können mit dem erfindungsgemäßen Tauchschritt geringe Schichtdicken von weniger als 50 µm und insbesondere von weniger als 5 µm für die Elastomerschicht erreicht werden.
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Im Anschluss daran wird in einem Elektrodenbeschichtungsschritt auf die Elastomerschicht eine Elektrodenbeschichtung aufgebracht, um eine nachgiebige Elektrodenschicht zu bilden, welche die Elastomerschicht mindestens teilweise bedeckt. Die Elektrodenschicht kann beispielsweise durch ein geeignetes Sprühverfahren oder durch das Eintauchen des Schichtenabfolgenelements in eine Lösung mit Elektrodenpartikeln erzeugt werden, sodass die an dem Schichtenabfolgenelement anhaftenden elektrisch leitfähigen Elektrodenpartikel eine nachgiebige Elektrodenbeschichtung auf der Elastomerschicht bilden. Dabei ist es ebenfalls möglich, dass mit dem Elektrodenbeschichtungsschritt begonnen wird, bevor der Aushärteschritt abgeschlossen und das Elastomermaterial vollständig ausgehärtet ist, sodass beispielsweise Elektrodenpartikel in eine äußere Lage des dielektrischen Elastomermaterials eingebettet werden oder daran anhaften können, um die nachgiebige Elektrodenschicht zu bilden. Es können auch andere aus der Praxis bereits bekannte Beschichtungsverfahren angewendet werden, um die nachgiebige Elektrodenbeschichtung zu erzeugen. Mit derartigen Beschichtungsverfahren können regelmäßig Elektrodenbeschichtungen mit einer Schichtdicke von einigen wenigen µm erzeugt werden.
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Auf diese Weise können durch einen aufeinanderfolgenden Wechsel von Tauchschritten, Aushärteschritten und Elektrodenbeschichtungsschritten eine entsprechende Abfolge von dielektrischen Elastomerschichten und nachgiebigen Elektrodenschichten auf das Schichtenabfolgenelement aufgebracht werden, wobei die Schichtdicken der einzelnen Schichten jeweils sehr dünn sind. Die einzelnen Bearbeitungsschritte können automatisiert durchgeführt werden, sodass Schichtenabfolgenelemente mit einer großen Anzahl von im Wechsel jeweils übereinander angeordneten Elastomerschichten und Elektrodenschichten mit geringem Aufwand und geringen Herstellungskosten hergestellt werden können.
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Dabei kann die Bearbeitungsschrittabfolge wahlweise mit einem Tauchschritt und einem gegebenenfalls anschließenden Aushärteschritt oder aber mit einem Elektrodenbeschichtungsschritt begonnen sowie wahlweise auch beendet werden. Einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zufolge ist vorgesehen, dass ein Schichtenabfolgenelementrohling aus einem Elektrodenmaterial vorgegeben oder ein Schichtenabfolgenelementrohling mit einem Elektrodenmaterial beschichtet wird, bevor anschließend die die Bearbeitungsschrittabfolge durchgeführt wird. Der Schichtenabfolgenelementrohling kann eine nahezu beliebige Formgebung aufweisen, sodass beispielsweise plattenförmige oder röhrenförmige Schichtenabfolgenelemente mit einer großen Anzahl von übereinander angeordneten Schichten erzeugt werden können. Der Schichtenabfolgenelementrohling kann aus einem geeigneten formgebenden Substratmaterial bestehen. Das Substratmaterial kann entweder elektrisch leitend sein und eine Elektrode bilden, oder aber nicht elektrisch leitend sein und als formgebendes Trägerelement für eine darauf sukzessiv aufgebrachte Schichtenabfolge dienen.
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Es ist ebenfalls möglich und für viele Anwendungen vorteilhaft, dass in dem Elektrodenbeschichtungsschritt ein zunächst flüssiges und anschließend aushärtendes elektrisch leitfähiges Elektrodenmaterial auf das Schichtenabfolgenelement aufgebracht wird. Das elektrisch leitfähige Elektrodenmaterial kann ausgehend von dem dielektrischen Elastomermaterial durch die Beimischung und Einbettung von elektrisch leitfähigen Partikeln hergestellt werden, sodass sich das dielektrische Elastomermaterial von dem Elektrodenmaterial nur durch die zusätzlich beigemischten elektrisch leitfähigen Partikeln unterscheidet. Das Elektrodenmaterial kann dann in dem Elektrodenbeschichtungsschritt in gleicher Weise wie das dielektrische Elastomermaterial verarbeitet werden, um eine nachgiebige Elektrodenbeschichtung zu erzeugen, also beispielsweise durch Eintauchen des Schichtenabfolgenelements in zunächst flüssiges Elektrodenmaterial, welches anschließend aushärtet.
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Es ist weiterhin ebenfalls denkbar, dass in dem Elektrodenbeschichtungsschritt das elektrisch leitende Elektrodenmaterial pulverförmig oder partikelförmig auf das dielektrische Elastomermaterial aufgebracht wird und dort anhaftet, um eine elektrisch leitfähige Elektrodenschicht zu bilden. Das pulverförmige oder partikelförmige Elektrodenmaterial kann beispielsweise aufgesprüht, bzw. angeblasen oder aber mit weichen Walzen aufgebracht werden. Zweckmäßigerweise ist das dielektrische Elastomermaterial zu diesem Zeitpunkt noch nicht vollständig ausgehärtet, sodass noch eine das Elektrodenmaterial auf der Oberfläche des Elastomermaterials zurückhaltende Haftwirkung besteht und keine gesonderte Haftmittel erforderlich sind.
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Einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zufolge ist vorgesehen, dass das flüssige dielektrische Elastomermaterial als eine Lösung aus einem dielektrischen Elastomermaterial in einem geeigneten Lösungsmittel bereitgestellt und für den Tauchschritt verwendet wird. Über die für die Lösung vorgegebene Verdünnung und das jeweils gewählte Lösungsmittel können unter anderem die während eines Tauchschritts erzeugte Schichtdicke der Benetzung des Schichtenabfolgenelements mit dem in Lösung befindlichen dielektrischen Elastomermaterial sowie eine Aushärtedauer des nach dem Herausnehmen des Schichtenabfolgenelements zunächst noch flüssigen Elastomermaterials beeinflusst werden. Zudem können der Lösung geeignete Zusätze beigemengt werden, um die Bearbeitungsschrittabfolge und die sich ergebende Schichtenabfolge in vorteilhafter Weise zu beeinflussen. Es hat sich gezeigt, dass beispielsweise mit einer Elastomerlösung rasch und zuverlässig dünne Schichtdicken erzeugt werden können, die aus einer Mischung gleicher Volumina aus einem Zwei-Komponenten-Silikonmaterial und einem geeigneten Lösungsmittel hergestellt ist.
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Es ist ebenfalls möglich, beispielsweise durch eine Variation der Ausziehgeschwindigkeit, bzw. der Herausnahmegeschwindigkeit des aus dem flüssigen dielektrischen Elastomermaterial herausgenommenen Schichtenabfolgenelements eine Schichtdicke der nach dem Aushärteschritt ausgehärteten dielektrischen Elastomerschicht zu beeinflussen.
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Gemäß einer optionalen Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass in dem Aushärteschritt dem Schichtenabfolgenelement ein die Aushärtung des nach dem Tauchschritt an dem Schichtenabfolgenelement anhaftenden flüssigen dielektrischen Elastomermaterials beschleunigendes Aushärtemittel zugeführt wird. Das Aushärtemittel kann beispielsweise Wärme oder beispielsweise UV-Strahlung sein, die zur Beschleunigung der Aushärtung des zunächst noch flüssigen dielektrischen Elastomermaterials von außen zugeführt wird. Das Aushärtemittel kann auch ein zusätzliches vernetzungsbildendes oder die Aushärtung begünstigendes Aushärtematerial sein, welches beispielsweise durch Besprühen oder durch erneutes Eintauchen auf das anhaftende Elastomermaterial aufgebracht wird. Ein pulverförmiges oder partikelförmiges Aushärtemittel kann auch aufgepinselt, bzw. mit weichen Walzen oder Stempeln aufgetragen werden. Die Wirkung eines derartigen Aushärtemittels kann durch die Zugabe eines die Aushärtung beschleunigenden Katalysatormaterials oder eines Vernetzungsmittels, welche mit dem jeweiligen Aushärtemittel korrespondieren und zusammenwirken, zu dem flüssigen dielektrischen Elastomermaterial begünstigt werden.
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Um mit der erfindungsgemäßen Bearbeitungsschrittabfolge noch dünnere Schichtdicken herstellen zu können ist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens vorgesehen, dass vor einer vollständigen Aushärtung des nach dem Tauchschritt an dem Schichtenabfolgenelement anhaftenden dielektrischen Elastomermaterials eine Teilmenge des an dem Schichtenabfolgenelement anhaftenden dielektrischen Elastomermaterials von dem Schichtenabfolgenelement entfernt wird. So können äußere Lagen des noch nicht vollständig ausgehärteten Elastomermaterials beispielsweise mit einem Messer, bzw. einer mechanischen Trennvorrichtung oder aber durch die Einwirkung eines Luftstrahls von dem Schichtenabfolgenelement abgestreift, bzw. entfernt werden.
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Um die jeweils zwischen zwei Elektrodenschichten angeordneten Elastomerschichten als Elastomerwandler verwenden zu können müssen die beiden angrenzenden Elektrodenschichten elektrisch leitend kontaktiert und mit einer Potentialdifferenz beaufschlagt werden können. Um eine gesonderte elektrisch leitende Kontaktierung der im Wechsel mit dielektrischen Elastomerschichten angeordneten Elektrodenschichten zu erleichtern ist vorgesehen, dass bei jedem nachfolgenden Tauchschritt das Schichtenabfolgenelement weniger tief in das flüssige dielektrische Elastomermaterial eingetaucht wird, sodass in einem Endbereich des Schichtenabfolgenelements jeweils ein Endabschnitt einer in einem vorausgegangenen Tauchschritt erzeugten dielektrischen Elastomerschicht nicht von einer in einem nachfolgenden Tauchschritt erzeugten dielektrischen Elastomerschicht bedeckt wird. Der nicht von einer nachfolgenden Elastomerschicht bedeckte Endabschnitt des dielektrischen Elastomermaterials kann mindestens teilweise von der angrenzenden Elektrodenschicht bedeckt sein, sodass beispielsweise ein in Umfangsrichtung durchgehender Randstreifen der Elektrodenschicht auf dem nicht durch eine nachfolgende Elastomerschicht bedeckten Endabschnitt von außen frei zugänglich ist und für eine einfache und kostengünstige elektrisch leitfähige Kontaktierung der betreffenden Elektrodenschicht verwendet werden kann.
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Es ist ebenfalls möglich, dass für jeden Elektrodenbeschichtungsschritt ein Tauchvorgang des Schichtenabfolgenelements in ein zunächst flüssiges Elektrodenmaterial erfolgt, wobei das Schichtenabfolgenelement bei aufeinanderfolgenden Tauchvorgängen abwechselnd um zwei jeweils entgegengesetzte Verkippungswinkel um eine Verkippungsachse verkippt schräg in das flüssige Elektrodenmaterial eingetaucht wird, sodass in einem Endbereich des Schichtenabfolgenelements quer zur Verkippungsachse jeweils ein übernächster Endabschnitt einer in einem vorausgegangenen Tauchvorgang mit demselben Verkippungswinkel erzeugten elektrisch leitenden Elektrodenschicht weiter in Richtung des Endbereichs des Schichtenabfolgenelements als der jeweils benachbarte Endabschnitt der benachbarten Elektrodenschicht vorspringt. Auf diese Weise kann mit einfachen Mitteln erreicht werden, dass in einer senkrecht zur Verkippungsachse angeordneten Schnittebene rechts und links von dem Schichtenabfolgenelementrohling die aufeinanderfolgenden Elektrodenschichten abwechselnd weiter nach oben in Richtung des Endbereichs des Schichtenabfolgenelements ragen und weiter weg von dem Endbereich des Schichtenabfolgenelements enden. Dadurch können bei einer Abfolge von Elektrodenschichten immer die jeweils übernächsten Elektrodenschichten, die auf der linken Seite weiter zum Endbereich ragen, in diesem Abschnitt des Schichtenabfolgenelements elektrisch leitend kontaktiert werden, während auf der rechten Seite die dort weiter zum Endbereich ragenden anderen Elektrodenschichten elektrisch leitend kontaktiert werden können. Auf diese Weise können benachbarte Elektrodenschichten jeweils mit einem unterschiedlichen elektrischen Potential verbunden werden. Jede einzelne Elastomerschicht ist demzufolge in einem mittleren Bereich des Schichtenabfolgenelement beabstandet von den jeweiligen elektrischen Kontaktierungen von zwei Elektrodenschichten umgeben, die mit einem unterschiedlichen elektrischen Potential verbunden sind und ein Elastomerwandlerelement bilden.
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Ebenfalls mit dem Ziel einer einfachen elektrischen Kontaktierung ist es möglich, dass für jeden Elektrodenbeschichtungsschritt ein Tauchvorgang des Schichtenabfolgenelements in ein zunächst flüssiges Elektrodenmaterial erfolgt, wobei das Schichtenabfolgenelement bei aufeinanderfolgenden Tauchvorgängen jeweils nicht vollständig und mit dem zuletzt nicht eingetauchten Ende zuerst in das Elektrodenmaterial eingetaucht wird, sodass an jedem Ende des Schichtenabfolgenelements nur jede zweite Elektrodenschicht das Ende des Schichtenabfolgenelements bedeckt.
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Alternativ ist es gemäß einer optionalen Ausgestaltung des Erfindungsgedankens auch möglich, dass für jeden Elektrodenbeschichtungsschritt ein Tauchvorgang des Schichtenabfolgenelements in ein zunächst flüssiges Elektrodenmaterial erfolgt, wobei nach jedem zweiten Tauchvorgang die mit dem betreffenden Tauchvorgang erzeugte Elektrodenschicht am Ende des Schichtenabfolgenelements mindestens teilweise wieder entfernt wird, sodass bei aufeinanderfolgenden Elektrodenschichten am Ende des Schichtenabfolgenelements nur jede zweite Elektrodenschicht ausgebildet ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass das Schichtenabfolgenelement stabförmig oder fadenförmig ausgebildet ist und in dem Tauchschritt sowie in dem Elektrodenbeschichtungsschritt jeweils in Umfangsrichtung das Schichtenabfolgenelement vollständig umgebende Ummantelungen aus einer dielektrischen Elastomerschicht und einer Elektrodenschicht erzeugt werden, sodass das Schichtenabfolgenelement eine konzentrisch um eine Mittenachse angeordnete Abfolge von Ummantelungsschichten aus dem dielektrischen Elastomermaterial und aus dem Elektrodenmaterial aufweist. Mit einem im Wesentlichen formstabilen stabförmigen Schichtenabfolgenelement oder mit einem elastischen oder flexiblen fadenförmigen Schichtenabfolgenelement können automatisiert und kostengünstig neuartige dielektrische Elastomerwandler hergestellt werden, die mit den bislang bekannten Herstellungsverfahren nicht oder nur als aufwendiger Prototyp zu Forschungszwecken hergestellt werden konnten. Es ist ebenfalls denkbar, dass das Schichtenabfolgenelement eine plattenförmige Formgebung aufweist und anschließend in zwei oder mehr plattenförmige, bzw. ebene Elastomerstapelwandler aufgeteilt wird. Weiterhin ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch mit geringem Aufwand möglich, dreidimensional geformte Schichtenabfolgenelemente abwechselnd mit Elastomerschichten und mit Elektrodenschichten zu überziehen.
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Die Erfindung betrifft auch ein Schichtenabfolgenelement mit einer Schichtenabfolge zur Herstellung eines mehrlagigen dielektrischen Elastomerwandlers, wobei der mehrlagige dielektrische Elastomerwandler mehrere Lagen von einer nachgiebigen Kondensatoranordnung aufweist, die mindestens eine zwischen zwei nachgiebigen Elektrodenschichten angeordnete dielektrische Elastomerschicht aufweist. Erfindungsgemäß ist das Schichtenabfolgeelement mit dem vorangehend beschriebenen Verfahren hergestellt. Mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren können Schichtenabfolgeelemente mit einer großen Anzahl von abwechselnd übereinander angeordneten und jeweils dünnen Elastomerschichten und Elektrodenschichten kostengünstig hergestellt und für die Verwendung in einem Elastomerstaplerwandler vorbereitet, bzw. hergerichtet werden. Auch die elektrisch leitende Kontaktierung kann durch eine geeignete Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens vereinfacht und dadurch kostengünstig ermöglicht werden. Auf diese Weise kann mit einem erfindungsgemäß hergestellten Schichtenabfolgenelement beispielsweise ein plattenförmig ausgebildeter Elastomerstaplerwandler mit einer großen Anzahl von mehr als 100 ebenen und übereinander angeordneten Schichten hergestellt werden.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass das Schichtenabfolgenelement stabförmig oder fadenförmig ausgebildet ist und das Schichtenabfolgenelement eine konzentrisch um eine in axialer Richtung verlaufende Mittenachse angeordnete Abfolge von Ummantelungsschichten aus dem dielektrischen Elastomermaterial und aus dem Elektrodenmaterial aufweist. Ein derartiges Schichtenabfolgenelement kann mit den herkömmlichen Herstellungsverfahren nicht hergestellt werden. Mit einem stabförmigen oder fadenförmigen Schichtenabfolgenelement kann nach einer elektrischen Kontaktierung der einzelnen Elektrodenschichten ein entsprechend stabförmiger bzw. fadenförmiger Elastomerwandler mit einer großen Anzahl konzentrisch angeordneter dielektrischen Schichten hergestellt werden, der bei Anlegung einer geeigneten Potentialdifferenz sowohl in radialer als auch axialer Richtung eine erhebliche Ausdehnung bzw. Kontraktion durchführen kann und ebenso als Sensor für den Nachweis von außen erzwungener Verformungen geeignet ist.
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Nachfolgend werden einige exemplarische Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens näher beschrieben, die in der Zeichnung schematisch dargestellt sind. Es zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Verfahrensablaufs des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens,
- 2 eine schematische Darstellung eines während des Herstellungsverfahrens durchgeführten Tauchschritts,
- 3 eine schematische Darstellung eines während des Herstellungsverfahrens durchgeführten Elektrodenbeschichtungsschritts,
- 4 eine schematische Darstellung eines abweichend ausgestalteten Elektrodenbeschichtungsschritts,
- 5 eine schematische Schnittansicht eines Längsschnitts in axialer Richtung durch ein erfindungsgemäß hergestelltes Schichtenabfolgenelement,
- 6 eine schematische Schnittansicht des in 5 dargestellten Schichtenabfolgenelements längs einer Linie VII-VII in 6,
- 7 eine schematische Schnittansicht gemäß 5 durch ein abweichend ausgestaltetes Schichtenabfolgenelement,
- 8 eine schematische Darstellung einer Verfahrensvariante zur Herstellung eines Schichtenabfolgenelement,
- 9 eine schematische Schnittansicht eines mit dem in 8 gezeigten Verfahrensablauf hergestellten Schichtenabfolgenelements,
- 10 eine schematische Darstellung einer weiteren Verfahrensvariante zur Herstellung eines Schichtenabfolgenelements,
- 11 eine schematische Schnittansicht eines mit dem in 10 gezeigten Verfahrensablauf herstellten Schichtenabfolgenelements,
- 12 eine schematische Darstellung einer weiteren Verfahrensvariante zur Herstellung eines Schichtenabfolgenelements, und
- 13 eine schematische Schnittansicht eines mit dem in 12 gezeigten Verfahrensablauf hergestellten Schichtenabfolgenelements.
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Bei einem in 1 schematisch dargestellten Verfahrensablauf eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für ein Schichtenabfolgenelement werden in einer üblicherweise mehrfach durchgeführten Bearbeitungsschrittabfolge 1 mehrere Bearbeitungsschritte durchgeführt.
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Ein Schichtenabfolgenelementrohling wird in einem Tauchschritt 2 in ein flüssiges dielektrisches Elastomermaterial eingetaucht und anschließend wieder herausgenommen, sodass eine eingetauchte Oberfläche des Schichtenabfolgenelementrohlings mit dem flüssigen dielektrischen Elastomermaterial benetzt und bedeckt ist. Anschließend soll das flüssige dielektrische Elastomermaterial in einem Aushärteschritt 3 aushärten und eine die eingetauchte Oberfläche bedeckende Elastomerschicht bilden. Die Aushärtung des Elastomermaterials kann entweder ohne eine zusätzliche Unterstützung durch Abwarten einer Aushärtedauer erfolgen oder aber während eines Unterstützungsschritts 4 beispielsweise durch die Zuführung eines Aushärtemittels unterstützt und beschleunigt werden. Anschließend wird in einem Elektrodenbeschichtungsschritt 5 die Elastomerschicht vollständig oder zumindest teilweise mit einem elektrisch leitfähigen Elektrodenmaterial beschichtet. Auf diese Weise wird das Schichtenabfolgenelement zunächst mit einer Elastomerschicht und anschließend mit einer Elektrodenschicht beschichtet.
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Diese Abfolge von Bearbeitungsschritten wird anschließend wiederholt, um eine entsprechende Abfolge von jeweils wechseln übereinander angeordneten Elastomerschichten und Elektrodenschichten an dem Schichtenabfolgenelement zu erzeugen. Auf diese Weise kann ein Schichtenabfolgenelement mit mehr als 100 übereinander angeordneten Elastomerschichten und Elektrodenschichten hergestellt werden.
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Sobald die gewünschte Anzahl von Elastomerschichten und Elektrodenschichten erreicht ist, kann die Bearbeitungsschrittabfolge 1 beendet werden. Das derart hergestellte Schichtenabfolgenelement eignet sich in besonders vorteilhafter Weise für die Herstellung eines dielektrischen Elastomerstapelwandlers, der eine Anzahl übereinander gestapelter Elastomerschichten zwischen jeweils zwei benachbarten Elektrodenschichten aufweist. Die einzelnen Elektrodenschichten des Schichtenabfolgenelements müssen anschließend in geeigneter Weise elektrisch leitfähig kontaktiert werden, um jeweils eine Elastomerschicht mit den beiden angrenzenden Elektrodenschichten als einen Elastomerwandler verwenden zu können. Durch die stapelförmig übereinander angeordneten Elastomerwandler ergeben sich dann besonders vorteilhafte Eigenschaften für einen darauf aufbauenden bzw. dieses Schichtenabfolgenelement beinhaltenden Aktor oder Sensor.
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In 2 ist schematisch das Herausnehmen eines Schichtenabfolgenelements 6 nach dem Eintauchen in ein Tauchbad 7 dargestellt. In dem Tauchbad 7 befindet sich das flüssige dielektrische Elastomermaterial 8. Bei dem Herausnehmen des Schichtenabfolgenelements 6 bleibt eine dünne Schicht 9 des flüssigen Elastomermaterials 8 an der in das Tauchbad 7 eingetauchten Oberfläche des Schichtenabfolgenelements 6 haften und wird mit dem Schichtenabfolgenelement 6 aus dem Tauchbad 7 herausgezogen. Die dünne Schicht 9 wird anschließend durch Zuführung von Wärme 10 ausgehärtet, um eine das Schichtenabfolgenelement 6 umgebende und bedeckende dielektrische Elastomerschicht 11 zu bilden.
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In 3 ist schematisch eine Möglichkeit für die Durchführung des Elektrodenbeschichtungsschritts 5 dargestellt. Ein für die Beschichtung verwendetes Elektrodenmaterial 12 entspricht im Wesentlichen dem flüssigen dielektrischen Elastomermaterial 8, wobei dem flüssigen Elastomermaterial 8 elektrisch leitfähige Partikel 13 beigemischt sind, die nach dem Aushärten des Elektrodenmaterials 12 eine elektrisch leitfähige Elektrodenbeschichtung bilden.
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Das bereits mit dem dielektrischen Elastomermaterial 8 beschichtete Schichtenabfolgenelement 6 kann ebenso wie in dem vorangehend beschriebenen Tauchschritt 2 in ein Tauchbad 14 mit dem flüssigen Elektrodenmaterial 12 eingetaucht und anschließend wieder herausgenommen werden. Die an der eingetauchten Oberfläche anhaftende dünne Schicht 15 aus zunächst noch flüssigem Elektrodenmaterial 12 kann in gleicher Weise wie bei dem Tauchschritt 2 mit dem dielektrischen Elastomermaterial 8 beispielsweise durch Wärmezufuhr 10 ausgehärtet werden, um in dem ausgehärteten Zustand eine nachgiebige Elektrodenschicht 16 zu bilden.
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Es ist alternativ ebenfalls möglich, das Elektrodenmaterial 12 durch geeignete Sprühvorrichtungen 17 auf die zu beschichtende Oberfläche des Schichtenabfolgenelements 6 aufzusprühen, wie es schematisch in 4 dargestellt ist. Das mit einer ausreichenden Schichtdicke aufgesprühte Elektrodenmaterial 12 bildet dann die nachgiebige Elektrodenschicht 16. Als Elektrodenmaterial 12 kann dabei jedes geeignete Material verwendet werden, welches durch Aufsprühen oder durch einen anderen Beschichtungsprozess auf die Oberfläche des Schichtenabfolgenelements 6 aufgebracht werden kann und eine nachgiebige Elektrodenschicht 16 bildet.
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In den 5 bis 7 sind exemplarisch verschiedene Ausgestaltungen des Schichtenabfolgenelements 6 jeweils durch Schnittansichten dargestellt. Beginnend mit einem stabförmigen Schichtenabfolgenelementrohling 18, der entweder aus einem elektrisch nicht leitfähigen Trägersubstrat oder aber aus einer elektrisch leitfähigen Trägerelektrode gebildet wird, wurden abwechselnd mehrere dielektrische Elastomerschichten 11 und Elektrodenschichten 16 aufgebracht. Die dielektrischen Elastomerschichten 11 und die Elektrodenschichten 16 bilden in Längsrichtung entlang des stabförmigen Schichtenabfolgenelements 6 jeweils im Wesentlichen hohlzylindrische Ummantelungen des im Inneren angeordneten und die Formgebung vorgebenden Schichtenabfolgenelementrohlings 18 und umgeben diesen in einer konzentrischen Anordnung, wie sie in der Schnittansicht in 6 schematisch dargestellt ist. In einem Endbereich 19 des Schichtenabfolgenelements 6 bedecken die übereinander angeordneten dielektrischen Elastomerschichten 11 und die Elektrodenschichten 16 auch eine Stirnseite 20 des Schichtenabfolgenelements 6.
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Im Hinblick auf eine möglichst einfache Verwendung eines derartigen Schichtenabfolgenelements 6 für die Herstellung eines Elastomerwandlers ist eine elektrische Kontaktierung der einzelnen Elektrodenschichten 16 erforderlich. Zu diesem Zweck können ausgehend von einer ersten vorausgehenden dielektrischen Elastomerschicht 11 die jeweils nachfolgend aufgebrachten dielektrischen Elastomerschichten 11 gegenüber dem Endbereich 19 einen umlaufenden Randbereich 21 der vorausgegangenen dielektrischen Elastomerschicht 11 freilassen und nicht bedecken, was beispielsweise dadurch erreicht werden kann, dass das Schichtenabfolgenelement 6 bei jedem nachfolgenden Tauchschritt etwas weniger tief eingetaucht wird. Dadurch ergibt sich ein stufenförmiger Verlauf 22 der Randbereiche 21 der übereinander angeordneten dielektrischen Elastomerschichten 11. Die jeweilige Elektrodenschicht 16 ist dann in dem Randbereich 21 von außen frei zugänglich und kann dazu verwendet werden, um dort in einfacher Weise eine gesonderte elektrische Kontaktierung 23 dieser Elektrodenschicht 16 anzuordnen. Der gegenüberliegende Endbereich 19 kann bei Bedarf abgetrennt werden, wie es in 7 angedeutet ist.
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Bei Verwendung eines abweichend zu den dargestellten Ausführungsbeispielen plattenförmig ausgestalteten Schichtenabfolgenelementrohlings 18 können mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren gleichzeitig auf beiden ebenen Außenflächen des plattenförmigen Schichtenabfolgenelementrohlings 18 jeweils eine Anzahl von übereinander angeordneten dielektrischen Elastomerschichten 11 und Elektrodenschichten 16 angeordnet werden. Der Endbereich 19 des plattenförmigen Schichtenabfolgenelements 6 kann abgetrennt werden. An der gegenüberliegenden Seite weisen die einzelnen Elektrodenschichten 16 einen stufenförmigen Verlauf gemäß 7 auf und ermöglichen eine einfache elektrisch leitende Kontaktierung der einzelnen Elektrodenschichten 16. Die auf beiden Außenflächen erzeugten Stapel von dielektrischen Elastomerschichten 11 und Elektrodenschichten 16 können zusammen mit dem in der Mitte verbleibenden Schichtenabfolgenelementrohling 18 für die Herstellung eines einzigen Elastomerwandlers verwendet werden. Es ist ebenfalls möglich, von jeder Außenfläche des Schichtenabfolgenelementrohlings 18 den betreffenden Stapel der dielektrischen Elastomerschichten 11 und Elektrodenschichten 16 abzulösen und die beiden Stapel ohne den Schichtenabfolgenelementrohling 18 für die Herstellung von entweder einem beide Stapel beinhaltenden Elastomerwandler oder aber von zwei Elastomerwandlern zu verwenden, die jeweils nur einen der beiden Stapel beinhalten. Um eine möglichst einfach durchführbare Ablösung eines Stapels von Elastomerschichten 11 und Elektrodenschichten 16 von dem Schichtenabfolgenelementrohling 18 zu ermöglichen kann es unabhängig von der Formgebung des Schichtenabfolgenelementrohlings 18 zweckmäßig sein, den Schichtenabfolgenelementrohling 18 zunächst mit einer dünnen Beschichtung aus einem wasserlöslichen Material wie beispielsweise Polyvinylalkohol zu überziehen, bevor anschließend abwechselnd die Elastomerschichten 11 und die Elektrodenschichten 16 aufgebracht werden, wobei zumindest eine erste nachfolgende Beschichtung des wasserlöslichen Materials nicht aus einem wasserbasierten Material bestehen sollte. Anschließend können nach dem Aufbringen der letzten Elastomerschicht 11 und der letzten Elektrodenschicht 16 die aufeinander abfolgenden und auf dem Schichtenabfolgenelementrohling 18 angeordneten Elastomer- und Elektrodenschichten 11, 16 durch Auflösen der wasserlöslichen Beschichtung von dem Schichtenabfolgenelementrohling 18 gelöst werden und der Schichtenabfolgenelementrohling 18 entnommen werden.
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Auch eine nachträgliche Kombination einer größeren Anzahl von derart hergestellten Stapeln von dielektrischen Elastomerschichten 11 und Elektrodenschichten 16 zu einem einzigen Elastomerwandler mit einer entsprechend großen Anzahl übereinandergestapelter Stapel bzw. Schichten ist möglich und für bestimmte Anwendungsbereiche zweckdienlich. Ebenso kann in analoger Weise bei einem geeignet vorgegebenen Schichtenabfolgenelementrohling 18 wieder eine Vereinzelung von einem Stapel oder von beiden Stapeln in kleinere Elastomerwandler mit weniger Elastomerschichten 11 und Elektrodenschichten 16 erfolgen.
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Für die Herstellung einer Elastomerschicht 16 kann beispielsweise ein kaltvernetzendes zweikomponentiges Silikonmaterial (RTV-2K-Silikonmaterial) verwendet werden. Als Lösungsmittel für die Herstellung des flüssigen dielektrischen Elastomermaterials 8 kann dann beispielsweise Essigsäureethylester verwendet werden. Eine geeignete Mischung dieser Komponenten kann beispielsweise Volumenkonzentrationen von 20% bis 40 % Elastomermaterial, bzw. gemäß dem Beispiel RTV-2K-Silikonmaterial, und 80 % bis 60 % Lösungsmittel, bzw. gemäß dem Beispiel Essigsäureethylester enthalten. Es hat sich gezeigt, dass mit diesen Materialien und dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren Elastomerschichten 16 mit einer Schichtdicke von deutlich weniger als 10 µm und in einigen Fällen bereits von weniger als 1 µm bis hin zu einigen wenigen 100 nm möglich sind.
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In den 8 bis 13 sind exemplarisch verschiedene Varianten von Verfahrensabläufen zur Herstellung eines Schichtenabfolgenelements 6 sowie Schnittansichten der sich jeweils ergebenden Schichtenabfolgenelemente 6 dargestellt, wobei die Dicke der einzelnen Schichten und insbesondere der Schichtenverlauf in einem Übergangsbereich bei Endbereichen der einzelnen Schichten deutlich überhöht und nicht maßstabsgetreu dargestellt sind. Bei allen Verfahrensvarianten werden die Elektrodenschichten 16 durch einen Tauchvorgang des Schichtenabfolgenelements 6 in ein zunächst flüssiges Elektrodenmaterial 12 hergestellt, welches sich anschließend auf dem Schichtenabfolgenelement 6 verfestigt und die betreffende Elektrodenschicht 16 bildet.
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Bei dem in 8 schematisch dargestellten Verfahren wird der Schichtenabfolgenelementrohling 18 bei den Tauchvorgängen während der Elektrodenbeschichtungsschritte 5 abwechselnd zwei um jeweils entgegengesetzte Winkel α und β um eine senkrecht zur Abbildungsebene stehenden Verkippungsachse 24 verkippt, sodass der Schichtenabfolgenelementrohling 18 jeweils schräg zu einer Lotrechten 25 in das Tauchbad 14 aus flüssigem Elektrodenmaterial 12 eintaucht. Dadurch bilden sich in einer senkrecht zur Verkippungsachse 24 angeordneten Querschnittsebene, die in 9 schematisch dargestellt ist, abwechselnd hoch und tief liegende Endabschnitte 26, 27 der aufeinander abfolgenden Elektrodenschichten 16. Zwischen benachbarten Elektrodenschichten 16 ist jeweils eine Elastomerschicht 11 angeordnet. In 8 sind in dem jeweiligen Tauchbad 14 und 7 bereits die bei diesem Tauchbad 14, 7 entstehenden Elektrodenschichten 16 und Elastomerschichten 11 schematisch dargestellt.
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Bei dem in 9 schematisch dargestellten Schichtenabfolgenelement 6, das abwechselnd mit einem unteren Ende nach links und nach rechts verkippt wurde, ist der rechts dargestellte Endabschnitt 26 der von Innen nach Außen durchnummerierten Elektrodenschichten 16 bei den Elektrodenschichten „1“, „5“ und „9“ hoch angeordnet, während die dazwischen liegenden Elektrodenschichten „3“ und „7“ tiefer enden. In gleicher Weise ist der links dargestellte Endabschnitt 26 der Elektrodenschichten „3“ und „7“ hoch angeordnet, während die Elektrodenschichten „1“, „5“ und „9“ tiefer enden. Das bedeutet, dass die höher endenden Elektrodenschichten „1“, „5“ und „9“ auf der rechten Seite des Schichtenabfolgenelementrohlings 18 durch ein erstes Kontaktierungselement 28 elektrisch leitend kontaktiert werden können, ohne dass gleichzeitig auch die tiefer endenden Elektrodenschichten „3“ und „7“ mit kontaktiert werden. Ebenso können durch ein zweites Kontaktierungselement 29 auf der linken Seite des Schichtenabfolgenelementrohlings 18 die auf der linken Seite höher endenden Elektrodenschichten „3“ und „7“ elektrisch leitend kontaktiert werden, ohne dass die tiefer endenden Elektrodenschichten „1“, „5“ und „9“ gleichzeitig mit kontaktiert werden. Auf diese Weise ist es bei einem derart hergestellten Schichtenabfolgenelement 6 in einfacher Weise möglich, die aufeinander abfolgenden Eelektrodenschichten 16 immer abwechselnd elektrisch zu kontaktieren, um mit zwei benachbarten Elektrodenschichten 16 und der dazwischen angeordneten Elastomerschicht 11 jeweils ein Elastomerwandlerelement zu bilden.
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Bei einem in den 10 und 11 schematisch dargestellten Herstellungsverfahren wird das Schichtenabfolgenelement 6 während eines Elektrodenbeschichtungsschritts jeweils in ein Tauchbad 14 mit einem flüssigen Elektrodenmaterial 12 eingetaucht, wobei jeweils ein Ende des Schichtenabfolgenelementrohlings 18 nicht vollständig eingetaucht und deshalb auch nicht von dem Elektrodenmaterial 12 überzogen, bzw. beschichtet wird. Zwischen zwei aufeinanderfolgenden Elektrodenbeschichtungsschritten wird das Schichtenabfolgenelement 6 jeweils um 180° gedreht, sodass ein zuletzt nicht beschichtetes Ende des Schichtenabfolgenelements 6 zuerst in das flüssige Elektrodenmaterial 12 eintaucht und das zuletzt vollständig beschichtete gegenüberliegende Ende nicht eintaucht.
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Auf diese Weise kann ein Schichtenabfolgenelement 6 während der Herstellung so ausgebildet werden, dass in einem ersten Endbereich 30 jeweils mit einem ungeraden Tauchvorgang „1“, „3“, „5“ usw. hergestellte Elektrodenschichten 16 vorhanden sind, und dass in einem gegenüberliegenden zweiten Endbereich 31 jeweils mit einem geraden Tauchvorgang „2“, „4“, „6“ usw. hergestellte Elektrodenschichten 16 vorhanden sind. Abweichend zu dem in den 8 und 9 gezeigten Ausführungsbeispiel werden bei dieser Bezeichnung der Tauchvorgänge ausschließlich die während der aufeinanderfolgenden Elektrodenbeschichtungsschritte durchgeführten Tauchvorgänge in ein Tauchbad 14 mit flüssigem Elektrodenmaterial gezählt.
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In dem ersten Endbereich 30 und in dem zweiten Endbereich 31 können die einzelnen Elektrodenschichten 16 in einfacher Weise derart elektrisch kontaktiert werden, dass die in einem mittleren Bereich 32 aufeinanderfolgenden Elektrodenschichten 16 jeweils abwechselnd an ein unterschiedliches elektrisches Potential angeschlossen werden können. In der Praxis dürfte es oftmals zweckmäßig sein, dass der mittlere Bereich 32 eine wesentlich größere Ausdehnung als die beiden Endbereiche 30 und 31 aufweist. Die in 11 gezeigte Schnittansicht ist lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu.
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Bei einem in den 12 und 13 exemplarisch und schematisch dargestellten Herstellungsverfahren werden die Elektrodenschichten 16 wieder durch Eintauchen in ein Tauchbad 14 mit einem flüssigen Elektrodenmaterial 12 hergestellt. Nach jedem zweiten Elektrodenbeschichtungsschritt wird an einem unteren und jeweils eingetauchten Endbereich 33 eine Endkappe 34 der Elektrodenbeschichtung wieder entfernt, beispielsweise durch ein mechanisches Abtrennverfahren oder durch eine chemische Behandlung. Zusätzlich wird das Schichtenabfolgenelement 6 bei den Tauchvorgängen, bei denen die Endkappe 34 entfernt wird, etwas tiefer in das Tauchbad 14 eingetaucht, als es bei den Tauchvorgängen erfolgt, bei denen die Endkappe 34 nicht entfernt wird.
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Auf diese Weise wird ein in 13 in einer Schnittansicht dargestelltes Schichtenabfolgenelement 6 hergestellt, bei dem in einem in 13 unten dargestellten ersten Endbereich 35 auf Grund der zwischendurch jeweils abgetrennten Endkappen 34 nur jede zweite Elektrodenschicht 16 ausgebildet ist. In dem gegenüberliegenden zweiten Endbereich 36 ragen dieselben Elektrodenschichten 16, bei denen jeweils die Endkappe 34 entfernt wurde, und damit ebenfalls jede zweite Elektrodenschicht 16 etwas höher als die dazwischen angeordneten Elektrodenschichten 16 mit einer Endkappe 34. Zwischen den beiden Endbereichen 35 und 36 befindet sich ein mittlerer Bereich 37 mit aufeinanderfolgenden Elektrodenschichten 16 und Elastomerschichten 11.
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Durch eine elektrische Kontaktierung in dem ersten Endbereich 35 können alle Elektrodenschichten 16 mit einer Endkappe 34 elektrisch kontaktiert werden, ohne gleichzeitig die dazwischenliegenden Elektrodenschichten 16 ohne Endkappe 34 mit zu kontaktieren. In dem gegenüberliegenden zweiten Endbereich 36 können alle höher ragenden Elektrodenschichten 16 ohne eine Endkappe 34 elektrisch leitend kontaktiert werden, ohne gleichzeitig die dazwischenliegenden Elektrodenschichten 16 mit einer Endkappe 34 zu kontaktieren.
