WO2005086249A1 - Polymer actuator having a stacked design and method for the production thereof - Google Patents

Polymer actuator having a stacked design and method for the production thereof Download PDF

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WO2005086249A1
WO2005086249A1 PCT/DE2005/000347 DE2005000347W WO2005086249A1 WO 2005086249 A1 WO2005086249 A1 WO 2005086249A1 DE 2005000347 W DE2005000347 W DE 2005000347W WO 2005086249 A1 WO2005086249 A1 WO 2005086249A1
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polymer
layer
layers
electrode
stack
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PCT/DE2005/000347
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Frank Arndt
Arno Steckenborn
Matthias STÖSSEL
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a polymer actuator in which a stack is formed from alternately layered electrically conductive electrode layers and in particular electroactive polymer layers.
  • a polymer actuator of this design is known, for example, from a conference contribution by M. Jungmann on the 47th international scientific colloquium at the Ilmenau University of Technology from September 23 to 26, 2002.
  • stack actuators can be formed from an alternating layer sequence of spun-on elastomer films, for example made of silicone and sprayed-on graphite powder layers.
  • the graphite layers form electrodes, wherein successive electrodes can be contacted with opposite poles.
  • an electrical field is therefore generated in the elastomer layer between these electrodes, which due to the properties of the elastomer film leads to a reversible deformation of the same, since the electrodes attract each other.
  • a counterpole contacting possibility of the respectively adjacent graphite powder layers can be created by a suitable masking of the associated elastomer film before the graphite powder is sprayed on.
  • an electroactive polymer such as. B. PMMA (polymethyl methacrylate) can be used as a polymer layer.
  • the object of the invention is to provide a polymer actuator with a stack of alternately layered electrically conductive electrode layers and polymers, which can be produced easily and inexpensively.
  • the stack has on its side surface formed by the entirety of the layer edges a first and a second contacting area electrically separated therefrom, the electrode layers alternately forming part of the first contacting area with respect to the layer sequence either with their layer edge , while the layer edge is at an electrically insulating distance from the second contact area or form part of the second contact area with its layer edge, while the layer edge is at an electrically insulating distance from the first contact area.
  • Side surface in the sense of the invention is understood to mean the entire surface of the stack, which results from the totality of the layer edges from the first to the last layer of the stack.
  • This side surface can be formed by a single coherent surface (for example the outer surface of a cylindrical stack) or also by several partial surfaces (for example four sides of a stack with a square base).
  • the shape of the electrode layers according to the invention which is spaced on the one hand from the layer edge of the polymer layer to one contact area and touch the layer edge on the other contact area, advantageously enables simple alternating contacting of the respectively adjacent electrode layers, for example by applying an electrically conductive coating to the two contact areas which the electrode layers of a contacting area connects with each other.
  • the two contacting areas then allow a voltage to be applied to actuate the polymer actuator.
  • the stack is composed of sections of a web-shaped semifinished product, the semifinished product being designed as a polymer strip with an electrode layer applied thereon, in such a way that the layer edge of the electrode layer reaches the one side edge of the polymer strip and at a distance from the other side edge, and that the sections are layered such that side edges alternate with and without an electrode layer.
  • the side edges of the polymer tape are understood to be the two edges of the tape along its longitudinal extent.
  • the use of a polymer tape for the production of a web-shaped semi-finished product has the advantage that the semi-finished product can be mass-produced with high efficiency.
  • the polymer tape can be obtained directly from the tape manufacturer as the starting material and only has to be coated with the electrode layer in order to complete the semi-finished product while maintaining the required distance from one of the side edges of the polymer tape.
  • the coating can be done, for example, by applying graphite powder.
  • the coated polymer layers for the polymer actuators to be produced can be obtained from the semifinished product by cutting it to length.
  • a special design of the polymer actuator provides for the area of the polymer layers to decrease continuously in the stacking direction of the stack and for the electrode layers to be so the area of the adjacent polymer layers is adapted so that the electrically insulating distance from the relevant contacting area is ensured.
  • the stacking direction of the stack extends perpendicular to the surface of the layers.
  • a stair-like structure results in the section of the stack.
  • This structure has the advantage that the step-like side surfaces of the stack provide a larger contact area of the individual electrode layer in the respective contact area. Therefore, the contacting of the electrode layers connected to the respective contacting area can take place particularly reliably.
  • the invention relates to a method for generating stack actuators. Such a method is described in the conference contribution mentioned at the beginning.
  • the stack actuator to be produced is produced by spinning and curing an elastomer film on a rotating base and then compressing this elastomer film with compressed air with graphite powder and repeating this process in accordance with the number of layers of the stack actuator to be produced.
  • the object of the invention is to provide a method for producing polymer actuators in a stacked design, which is inexpensive and is suitable for the series production of the polymer actuators.
  • a polymer actuator with a stack of alternately layered electrically conductive electrode layers and in particular electroactive polymer layers, in which the polymer polymer layers are coated with electrode layers, in such a way that the layer edge of the electrode layers in each case at least largely reach the layer edge of the polymer layer, partly with the formation of a contact section, and partly with the formation of an insulating section of the one
  • the coated polymer layers are stacked on top of one another such that the contact sections and the insulating sections each lie one above the other and that the contact sections alternately contribute to the formation of a first or a second contacting area for the electrode layers during layering.
  • An advantageous variant of the method is characterized in that a web-shaped semifinished product is produced, the semifinished product being obtained by coating a polymer tape with the electrode layer in such a way that the layer edge of the electrode layer at least largely reaches one side of the web-shaped semifinished product and from the other
  • the web-shaped semi-finished product has a side edge, and the web-shaped semi-finished product is broken down into the sections forming the polymer layers.
  • the web-shaped semifinished product can advantageously be produced in a simple manner, in particular with a comparatively high production speed, the sections for forming the polymer layers of the stack actuator being able to be obtained by simply cutting to length. These can then be combined to form the stack actuators.
  • the webs of the semifinished product are trapezoidal, the side edges forming the trapezoid legs. If such a trapezoidal web is rolled up, a number of stack actuators are created after the roll has been disassembled, in which the area of the polymer layers continuously decreases in the stacking direction of the stack.
  • the distance of the layer edge of the electrode layer from the one side edge of the trapezoidal semi-finished product must be dimensioned such that the electrically insulating distance from the relevant contacting area is ensured, so that each electrode layer is only connected to the other contacting area.
  • the webs of the semifinished product are deformed during the winding onto the roller in such a way that the trapezoidal course of the webs is produced.
  • a web made of a polymer tape and an electrode layer with parallel side edges can be used advantageously as a semifinished product, which can be easily produced.
  • the trapezoidal course of the webs is then created by deliberately deforming the semi-finished product.
  • the width of the semi-finished product can be reduced continuously or in steps, and by stretching the semi-finished product at right angles to the web course, the width of the web can be increased.
  • the web is then rolled up in the deformed state, this state being retained in the finished stack actuators.
  • the first and the second contacting areas are subjected to a selective etching treatment in such a way that the area of the electrode layers provided for contacting is enlarged.
  • manufacturing inaccuracies in the coating of the polymer layers with the electrode layer can advantageously be compensated for, since the electrode layer is also exposed for contacting in the contact area if it does not reach the edge of the layer of the polymer layer. enough.
  • the area of the electrode layer available for contacting can advantageously be increased by a selective etching treatment.
  • FIG. 1 and 2 show exemplary embodiments of the polymer actuator according to the invention as schematic sections
  • FIG. 3 schematically shows the side view and the top view of a manufacturing system for carrying out an exemplary embodiment of the method according to the invention
  • FIG. 4 shows detail IV according to FIG. 3a
  • FIG. 5 shows the section V-V according to FIG. 3a and FIG. 6 shows the top view of a polymer layer with an electrode layer of a further exemplary embodiment of the polymer actuator according to the invention.
  • a polymer actuator according to FIG. 1 consists of a stack 11 in which polymer layers 12 and electrode layers 13a, 13b alternately lie one on top of the other.
  • a polymer layer 12 forms a unit with one of the electrode layers 13a, 13b, which was produced as a section of a web-shaped semifinished product before the stack 11 was joined (see FIG. 3a).
  • the sections in the stack 11 have side edges 15a, 15b, the electrode layers 13a reaching as far as the associated side edges 15a and the electrode layers 13b reaching the side edges 15b.
  • the contacting areas 17a, 17b are formed on the side surface 16 of the stack.
  • the contacting area 17a is shown by layers immediately after the stack 11 has been produced.
  • the representation of the contacting area 17b shows the state of the same after a subsequent, selective etching step, as a result of which the material of the polymer layers 12 has been removed and the electrode layers 13b thus provide a larger area for the subsequent application of an electrode layer 18b.
  • the electrode layer can be led under the lowest polymer layer at the same time, where it takes on the function of a missing electrode layer.
  • the stack 11 consists of ring-shaped polymer layers 12, the side surface 16 being composed of the outer jacket and the hole wall that is created in the stack. This results in the possibility of contacting the electrode layers 13a through the electrode layer 18a on the outside on the lateral surface of the stack 11, while the electrode layers 13b are contacted in the through hole by means of the electrode layer 18b. Furthermore, a voltage source 19 is indicated, which can be connected to the electrode layers 18a, 18b in order to activate the polymer actuator.
  • FIG. 3 shows the sequence of the manufacturing process for the polymer actuators according to the invention.
  • a polymer tape 21 is unrolled from each of two supply rolls 20a, 20b.
  • Graphite powder is applied to the via slot nozzles 22a, 22b
  • Polymer webs 21 applied, whereby a web-shaped semi-finished product 23a, 23b, consisting of the polymer tape 21 and an electrode layer (cf. for example 13a in FIG. 3b), is produced.
  • the semifinished product 23a is guided over a deflection roller 24 to the semifinished product 23b after the latter has been provided with an adhesive layer by means of an adhesive distributor 25a.
  • a permanent connection between the semi-finished products 23a, 23b is produced via pressure rollers 26a. After applying a further adhesive layer (27 in FIG.
  • the layer composite of the semi-finished products 23a, 23b is wound up on a roller 28 and pressed on by means of a pressure roller 26b. In this way, a winding 29 of the semi-finished products 23a, 23b is obtained, which is used in the further manufacturing process to produce the stacks (cf. FIG. 4).
  • FIG. 3b shows the process according to FIG. 3a as a supervision. It can be seen that the gap nozzle 22a does not extend over the entire width of the polymer tape 21, so that the electrode layer 13b formed only on one side up to the side edge 15a, but on the other side not up to the side edge 15b of the web of the web-shaped Semi-finished products are enough.
  • the web-shaped semi-finished product 23b cannot be seen in FIG. 3b, in which the electrode layer is produced in the same width but with a distance from the opposite side edge.
  • FIG. 3b shows one possibility of how the web-shaped semi-finished products 23a, 23b can be shaped into a trapezoid by deformation, ie that the side edges 15a, 15b form the trapezoidal legs.
  • this can be accomplished at right angles to the course of the web by means of stretching rollers 30, which due to their liability on the Semi-finished products 23a, 23b can exert the force Fi on the semi-finished products 23a, 23b.
  • the (pressure) rollers 26a, 26b, 28 can be used to stretch the belt by means of the force F2, in which the belt is transported at different tangential speeds over the respective pairs of rollers. If the tape is wound with a trapezoidal shape on the roller 28 to form the winding 29, the step-like profile of the side edges 15a, 15b indicated in FIG. 3b is produced (cf. also FIG. 5).
  • FIG. 4 shows how a plurality of stacks 11 of the polymer actuators can be produced from the winding 29 by the winding being cut along the indicated cutting lines 31 down to the bottom of the roller 28.
  • the winding 29 is divided into sections 14. From Figure 4, the
  • FIG. 5 shows a stack 11, which was produced according to FIG. 4, in section. This section corresponds to the section V-V of the winding 29 according to FIG. 3a. It can be seen that the trapezoidal shape of the semi-finished products 23a, 23b leads to a stair-like course of the stack 11. Otherwise, the polymer actuator according to FIG. 5 has a structure comparable to the polymer actuator according to FIG. 1.
  • FIG. 6 shows the top view of a polymer layer 12 with an electrode layer 13b of a polymer actuator with a round base.
  • electrodes 32a, 32b are cast into grooves in the side surface 16 of the stack 11. sen, wherein the electrode layers (the electrode layer 13b is shown) are alternately connected to the electrode 32a or the electrode 32b.
  • the edge of the electrode layer 13b has a contact section 33 to the electrode 32b and an insulating section 34 to the electrode 32a.
  • the contact section lies on the electrode 32a and the insulating section on the electrode 32b.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

The invention relates to a polymer actuator having a stacked design. The stack (11) is formed by an alternating series of, in particular, electroactive polymer layers (12) and electrode layers (13a, 13b). The polymer actuator can be easily produced in an advantageous manner when the electrode layers (13a, 13b) are alternately provided at one edge of the polymer layer or at the other edge of the respective polymer layer while being located at a distance from the opposite edge. The electrodes can be electrically connected with opposite polarity and in an alternating manner by a simple coating (18a, 18b) of the lateral surfaces of the stack. The respective distance of the electrode layers from the opposite edge provides for a respective insulation between the electrode layer (e.g. 13b) and the electrode coating (e.g. 18a), by which the electrode layer should not be contacted. A particularly reliable contacting of the electrode layer (13) is made possible when the stack (11) has a stepped cross-section.

Description

Beschreibung description
Polymeraktor in Stapelbauweise und Verfahren zu dessen HerstellungStacked polymer actuator and process for its manufacture
Die Erfindung betrifft einen Polymeraktor, bei dem ein Stapel aus abwechselnd geschichteten elektrisch leitfähigen Elektrodenlagen und insbesondere elektroaktiven Polymerlagen gebildet ist.The invention relates to a polymer actuator in which a stack is formed from alternately layered electrically conductive electrode layers and in particular electroactive polymer layers.
Ein Polymeraktor dieser Bauform ist beispielsweise aus einem Konferenzbeitrag von M. Jungmann u. a. zum 47. internationalen wissenschaftlichen Kolloquium an der technischen Universität Ilmenau vom 23. bis zum 26. September 2002 bekannt. Da- nach können Stapelaktoren aus einer abwechselnden Schichtfolge von aufgeschleuderten Elastomerfilmen beispielsweise aus Silikon und aufgesprühten Graphitpulverschichten ausgebildet sein. Die Graphitschichten bilden Elektroden, wobei jeweils aufeinander folgende Elektroden gegenpolig kontaktiert werden können. Durch Anlegen einer Spannung an die benachbarten E- lektroden wird daher ein elektrisches Feld in der zwischen diesen Elektroden befindlichen Elastomerschicht erzeugt, welches aufgrund der Eigenschaften des Elastomerfilms zu einer reversiblen Verformung desselben führt, da sich die Elektro- den anziehen. Das Anlegen einer Spannung hat daher eine Verringerung der Höhe des gebildeten Stapelaktors zur Folge. Eine gegenpolige Kontaktierungsmöglichkeit der jeweils benachbarten Graphitpulverschichten kann durch eine geeignete Maskierung des zugehörigen Elastomerfilms vor dem Aufsprühen des Graphitpulvers geschaffen werden. An Stelle von Silikon kann auch ein elektroaktives Polymer wie z. B. PMMA (Polymethyl Methacrylat) als Polymerschicht verwendet werden. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Polymeraktor mit einem Stapel aus abwechselnd geschichteten elektrisch leitfähigen Elektrodenlagen und Polymeren anzugeben, welcher einfach und kostengünstig hergestellt werden kann.A polymer actuator of this design is known, for example, from a conference contribution by M. Jungmann on the 47th international scientific colloquium at the Ilmenau University of Technology from September 23 to 26, 2002. According to this, stack actuators can be formed from an alternating layer sequence of spun-on elastomer films, for example made of silicone and sprayed-on graphite powder layers. The graphite layers form electrodes, wherein successive electrodes can be contacted with opposite poles. By applying a voltage to the neighboring electrodes, an electrical field is therefore generated in the elastomer layer between these electrodes, which due to the properties of the elastomer film leads to a reversible deformation of the same, since the electrodes attract each other. The application of a voltage therefore results in a reduction in the height of the stack actuator formed. A counterpole contacting possibility of the respectively adjacent graphite powder layers can be created by a suitable masking of the associated elastomer film before the graphite powder is sprayed on. Instead of silicone, an electroactive polymer such as. B. PMMA (polymethyl methacrylate) can be used as a polymer layer. The object of the invention is to provide a polymer actuator with a stack of alternately layered electrically conductive electrode layers and polymers, which can be produced easily and inexpensively.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Stapel an seiner durch die Gesamtheit der Lagenränder gebildeten Seitenfläche einen ersten und einen hiervon elektrisch getrennten zweiten Kontaktierungsbereich aufweist, wobei die Elektrodenlagen bezogen auf die Schichtfolge abwechselnd entweder mit ihrem Lagenrand einen Teil des ersten Kontaktie- rungsbereiches bilden, während der Lagenrand von dem zweiten Kontaktierungsbereich einen elektrisch isolierenden Abstand aufweist oder mit ihrem Lagenrand einen Teil des zweiten Kon- taktierungsbereiches bilden, während der Lagenrand von dem ersten Kontaktierungsbereich einen elektrisch isolierenden Abstand aufweist. Als Seitenfläche im Sinne der Erfindung wird die gesamte Fläche des Stapels verstanden, welche sich durch die Gesamtheit der Lagenränder von der ersten bis zur letzten Lage des Stapels ergibt. Diese Seitenfläche kann dabei durch eine einzige zusammenhängende Fläche (beispielsweise Mantelfläche eines zylindrischen Stapels) oder auch durch mehrere Teilflächen (beispielsweise vier Seiten eines Stapels mit quadratischer Grundfläche) gebildet sein.This object is achieved according to the invention in that the stack has on its side surface formed by the entirety of the layer edges a first and a second contacting area electrically separated therefrom, the electrode layers alternately forming part of the first contacting area with respect to the layer sequence either with their layer edge , while the layer edge is at an electrically insulating distance from the second contact area or form part of the second contact area with its layer edge, while the layer edge is at an electrically insulating distance from the first contact area. Side surface in the sense of the invention is understood to mean the entire surface of the stack, which results from the totality of the layer edges from the first to the last layer of the stack. This side surface can be formed by a single coherent surface (for example the outer surface of a cylindrical stack) or also by several partial surfaces (for example four sides of a stack with a square base).
Die erfindungsgemäße Form der Elektrodenlagen, die einerseits vom Lagenrand der Polymerlage zum einen Kontaktierungsbereich hin beabstandet ist und am anderen Kontaktierungsbereich den Lagenrand berühren, ermöglicht vorteilhaft eine einfache ab- wechselnde Kontaktierung der jeweils benachbarten Elektrodenlagen, indem auf die beiden Kontaktierungsbereiche beispielsweise eine elektrisch leitende Beschichtung aufgebracht wird, welche die Elektrodenschichten jeweils eines Kontaktierungs- bereiches untereinander verbindet. Die beiden Kontaktierungs- bereiche ermöglichen dann das Anlegen einer Spannung zur Betätigung des Polymeraktors. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Stapel aus Abschnitten eines bahnförmi- gen Halbzeugs zusammengesetzt ist, wobei das Halbzeug als Polymerband mit darauf aufgebrachter Elektrodenlage ausgebildet ist, derart, dass der Lagenrand der Elektrodenlage an die ei- ne Seitenkante des Polymerbandes heranreicht und von der anderen Seitenkante einen Abstand aufweist, und dass die Abschnitte derart geschichtet sind, dass abwechselnd Seitenkanten mit und ohne Elektrodenlage aufeinanderfolgen. Als Seitenkanten des Polymerbandes werden im Sinne der Erfindung die beiden Ränder des Bandes entlang seiner Längsausdehnung verstanden.The shape of the electrode layers according to the invention, which is spaced on the one hand from the layer edge of the polymer layer to one contact area and touch the layer edge on the other contact area, advantageously enables simple alternating contacting of the respectively adjacent electrode layers, for example by applying an electrically conductive coating to the two contact areas which the electrode layers of a contacting area connects with each other. The two contacting areas then allow a voltage to be applied to actuate the polymer actuator. According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the stack is composed of sections of a web-shaped semifinished product, the semifinished product being designed as a polymer strip with an electrode layer applied thereon, in such a way that the layer edge of the electrode layer reaches the one side edge of the polymer strip and at a distance from the other side edge, and that the sections are layered such that side edges alternate with and without an electrode layer. For the purposes of the invention, the side edges of the polymer tape are understood to be the two edges of the tape along its longitudinal extent.
Die Verwendung eines Polymerbandes zur Herstellung eines bahnförmigen Halbzeuges hat den Vorteil, dass das Halbzeug mit hoher Effizienz in der Serienfertigung hergestellt werden kann. Das Polymerband kann als Ausgangsmaterial direkt vom Bandhersteller bezogen werden und muss zur Fertigstellung des Halbzeugs lediglich mit der Elektrodenlage unter Einhaltung des geforderten Abstandes von einer der Seitenkanten des Po- lymerbandes beschichtet werden. Die Beschichtung kann beispielsweise durch Aufbringung von Graphitpulver erfolgen. Die beschichteten Polymerlagen für die herzustellenden Polymeraktoren können aus dem Halbzeug durch Ablängen desselben gewonnen werden.The use of a polymer tape for the production of a web-shaped semi-finished product has the advantage that the semi-finished product can be mass-produced with high efficiency. The polymer tape can be obtained directly from the tape manufacturer as the starting material and only has to be coated with the electrode layer in order to complete the semi-finished product while maintaining the required distance from one of the side edges of the polymer tape. The coating can be done, for example, by applying graphite powder. The coated polymer layers for the polymer actuators to be produced can be obtained from the semifinished product by cutting it to length.
Eine besondere Bauform des Polymeraktors sieht vor, dass sich die Fläche der Polymerlagen in Stapelrichtung des Stapels kontinuierlich verkleinert und die Elektrodenlagen derart an die Fläche der jeweils benachbarten Polymerlagen angepasst sind, dass der elektrisch isolierende Abstand zum betreffenden Kontaktierungsbereich gewährleistet ist. Die Stapelrichtung des Stapels erstreckt sich im Sinne der Erfindung senk- recht zur Oberfläche der Lagen. Durch die kontinuierliche Verkleinerung der Fläche der Polymerlagen ergibt sich im Schnitt des Stapels gesehen daher ein treppenartiger Aufbau. Dieser Aufbau hat den Vorteil, dass die stufenartigen Seitenflächen des Stapels eine größere Kontaktierungsfläche der einzelnen Elektrodenlage im jeweiligen Kontaktierungsbereich zur Verfügung stellen. Daher kann die Kontaktierung der mit dem jeweiligen Kontaktierungsbereich verbundenen Elektrodenlagen besonders zuverlässig erfolgen.A special design of the polymer actuator provides for the area of the polymer layers to decrease continuously in the stacking direction of the stack and for the electrode layers to be so the area of the adjacent polymer layers is adapted so that the electrically insulating distance from the relevant contacting area is ensured. In the sense of the invention, the stacking direction of the stack extends perpendicular to the surface of the layers. As a result of the continuous reduction in the area of the polymer layers, a stair-like structure results in the section of the stack. This structure has the advantage that the step-like side surfaces of the stack provide a larger contact area of the individual electrode layer in the respective contact area. Therefore, the contacting of the electrode layers connected to the respective contacting area can take place particularly reliably.
Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Erzeugen von Stapelaktoren. Ein solches Verfahren ist in dem eingangs erwähnten Konferenzbeitrag beschrieben. Der herzustellende Stapelaktor wird durch Aufschleudern und Aushärten eines Elastomerfilms auf eine rotierende Unterlage und an- schließendes Druckluftbeschichten dieses Elastomerfilms mit Graphitpulver und eine Wiederholung dieses Vorgangs entsprechend der Anzahl der herzustellenden Schichten des Stapelaktors erzeugt.Furthermore, the invention relates to a method for generating stack actuators. Such a method is described in the conference contribution mentioned at the beginning. The stack actuator to be produced is produced by spinning and curing an elastomer film on a rotating base and then compressing this elastomer film with compressed air with graphite powder and repeating this process in accordance with the number of layers of the stack actuator to be produced.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Erzeugen von Polymeraktoren in Stapelbauform anzugeben, welches kostengünstig ist und sich zur Serienherstellung der Polymeraktoren eignet .The object of the invention is to provide a method for producing polymer actuators in a stacked design, which is inexpensive and is suitable for the series production of the polymer actuators.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zumThis object is achieved by a method for
Erzeugen eines Polymeraktors mit einem Stapel aus abwechselnd geschichteten elektrisch leitfähigen Elektrodenlagen und insbesondere elektroaktiven Polymerlagen gelöst, bei dem die Po- lymerlagen mit Elektrodenlagen beschichtet werden, derart, dass der Lagenrand der Elektrodenlagen jeweils teilweise unter Ausbildung eines Kontaktabschnittes an den Lagenrand der Polymerlage zumindest weitgehend heranreichen und teilweise unter Ausbildung eines Isolierabschnittes von diesen einenGenerating a polymer actuator with a stack of alternately layered electrically conductive electrode layers and in particular electroactive polymer layers, in which the polymer polymer layers are coated with electrode layers, in such a way that the layer edge of the electrode layers in each case at least largely reach the layer edge of the polymer layer, partly with the formation of a contact section, and partly with the formation of an insulating section of the one
Abstand aufweisen, und die beschichteten Polymerlagen aufein- andergeschichtet werden, derart, dass die Kontaktabschnitte und die Isolierabschnitte jeweils jeder zweiten Polymerlage übereinander liegen und dass die Kontaktabschnitte beim Schichten abwechselnd zur Bildung eines ersten oder eines zweiten Kontaktierungsbereiches für die Elektrodenlagen beitragen. Hierdurch werden die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Polymeraktor beschriebenen Vorteile erreicht, insbesondere, dass durch die gebildeten Kontaktie- rungsbereiche eine einfache Kontaktierung der beiden Gruppen von Elektrodenlagen ermöglicht wird. Diese Kontaktierung kann insbesondere durch Aufbringung von Elektrodenschichten auf den Kontaktierungsbereich erfolgen.Have a distance, and the coated polymer layers are stacked on top of one another such that the contact sections and the insulating sections each lie one above the other and that the contact sections alternately contribute to the formation of a first or a second contacting area for the electrode layers during layering. As a result, the advantages already described in connection with the polymer actuator according to the invention are achieved, in particular that the contacting regions formed enable simple contacting of the two groups of electrode layers. This contacting can take place in particular by applying electrode layers to the contacting area.
Eine vorteilhafte Variante des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein bahnförmiges Halbzeug hergestellt wird, wobei das Halbzeug durch Beschichtung eines Polymerbandes mit der Elektrodenlage gewonnen wird, derart, dass der Lagenrand der Elektrodenlage an die eine Seite des bahnförmigen Halb- zeugs zumindest weitgehend heranreicht und von der anderenAn advantageous variant of the method is characterized in that a web-shaped semifinished product is produced, the semifinished product being obtained by coating a polymer tape with the electrode layer in such a way that the layer edge of the electrode layer at least largely reaches one side of the web-shaped semifinished product and from the other
Seitenkante einen Abstand aufweist, und das bahnförmige Halbzeug in die Polymerlagen bildende Abschnitte zerlegt wird. Wie bereits erläutert, lässt sich das bahnförmige Halbzeug vorteilhaft einfach, insbesondere mit einer vergleichsweise hohen Produktionsgeschwindigkeit herstellen, wobei sich die Abschnitte zur Bildung der Polymerlagen des Stapelaktors durch einfaches Ablängen gewinnen lassen. Diese können bei- spielsweise anschießend zu den Stapelaktoren zusammengefügt werden.Has a side edge, and the web-shaped semi-finished product is broken down into the sections forming the polymer layers. As already explained, the web-shaped semifinished product can advantageously be produced in a simple manner, in particular with a comparatively high production speed, the sections for forming the polymer layers of the stack actuator being able to be obtained by simply cutting to length. These can can then be combined to form the stack actuators.
Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn vor dem Zerlegen des Halbzeuge in Abschnitte zwei Bahnen des Halbzeugs derart geschichtet werden, dass jeweils die Seitenkanten mit und ohne Elektrodenlage übereinanderliegen und die geschichteten Bahnen des Halbzeugs auf eine Walze aufgerollt werden, wobei bei dem Zerlegen des Halbzeugs die Stapel entstehen. Hier- durch entfällt die Notwendigkeit, einzelne Abschnitte von Polymerlagen vor dem Zusammenfügen zu Stapelaktoren zu handhaben. Vielmehr können durch das Zerlegen nach dem Aufrollen des Halbzeugs bereits die fertigen Stapelaktoren hergestellt werden, wodurch vorteilhaft der Fertigungsprozess bedeutend an Effektivität gewinnt.However, it is particularly advantageous if two webs of the semi-finished product are layered in such a way that the side edges with and without an electrode layer lie one above the other and the layered webs of the semi-finished product are rolled onto a roller, before the disassembly of the semi-finished product, the Stacks arise. This eliminates the need to handle individual sections of polymer layers before assembling them into stack actuators. Rather, the finished stack actuators can already be produced by disassembling after the semi-finished product has been rolled up, as a result of which the manufacturing process advantageously gains in effectiveness.
Gemäß einer weiteren Ausführung des Verfahrens werden die Bahnen des Halbzeugs trapezförmig ausgebildet, wobei die Seitenkanten die Trapezschenkel bilden. Wird eine solche trapez- förmige Bahn aufgerollt, so entsteht nach dem Zerlegen der Rolle eine Anzahl von Stapelaktoren, bei den sich die Fläche der Polymerlagen in Stapelrichtung des Stapels kontinuierlich verkleinert. Der Abstand des Lagenrandes der Elektrodenlage von der einen Seitenkante des trapezförmigen Halbzeugs uss so bemessen sein, dass der elektrisch isolierende Abstand zum betreffenden Kontaktierungsbereich gewährleistet ist, so dass jede Elektrodenlage jeweils nur mit dem anderen Kontaktierungsbereich in Verbindung steht. Durch Verwendung des trapezförmig ausgebildeten Halbzeugs lassen sich Polymeraktoren mit dem bereits beschriebenen treppenartigen Querschnitt und den damit verbundenen Vorteilen erzeugen. Es ist günstig, wenn die Bahnen des Halbzeugs während des Aufwickeins auf die Walze derart verformt werden, dass der trapezförmige Verlauf der Bahnen erzeugt wird. Hierbei kann vorteilhaft als Halbzeug eine Bahn aus einem Polymerband und einer Elektrodenlage mit parallelen Seitenkanten verwendet werden, welches sich einfach herstellen lässt. Der trapezförmige Verlauf der Bahnen wird dann durch eine gezielte Verformung des Halbzeugs erzeugt. So lässt sich durch eine Streckung des Halbzeugs in Richtung des Bahnverlaufs die Breite desselben kontinuierlich oder auch in Stufen verringern, durch eine Streckung des Halbzeugs im rechten Winkel zum Bahnverlauf die Breite der Bahn vergrößern. Im verformten Zustand wird die Bahn dann aufgerollt, wobei dieser Zustand in den fertiggestellten Stapelaktoren erhalten bleibt. Im ver- formten Zustand der Polymerlagen liegen in dieser Spannungen in einer Richtung vor, die zu einer bevorzugten Verformung der Polymerlage im rechten Winkel zu diesen Spannungen führen, sobald die Polymerlage einem elektrischen Feld ausgesetzt wird. Hinsichtlich eines notwendigen Einbauraumes für den Stapelaktor ist diese bevorzugte Verformung der Polymerlagen jedoch unschädlich, da sie sich in derjenigen Richtung bevorzugt verformt, in der die Spannungen auch zu einer Verringerung der Abmessungen der Polymerlage geführt haben.According to a further embodiment of the method, the webs of the semifinished product are trapezoidal, the side edges forming the trapezoid legs. If such a trapezoidal web is rolled up, a number of stack actuators are created after the roll has been disassembled, in which the area of the polymer layers continuously decreases in the stacking direction of the stack. The distance of the layer edge of the electrode layer from the one side edge of the trapezoidal semi-finished product must be dimensioned such that the electrically insulating distance from the relevant contacting area is ensured, so that each electrode layer is only connected to the other contacting area. By using the trapezoidal semi-finished product, polymer actuators with the step-like cross-section already described and the associated advantages can be produced. It is advantageous if the webs of the semifinished product are deformed during the winding onto the roller in such a way that the trapezoidal course of the webs is produced. In this case, a web made of a polymer tape and an electrode layer with parallel side edges can be used advantageously as a semifinished product, which can be easily produced. The trapezoidal course of the webs is then created by deliberately deforming the semi-finished product. Thus, by stretching the semi-finished product in the direction of the web course, the width of the semi-finished product can be reduced continuously or in steps, and by stretching the semi-finished product at right angles to the web course, the width of the web can be increased. The web is then rolled up in the deformed state, this state being retained in the finished stack actuators. In the deformed state of the polymer layers, these stresses are present in a direction which leads to a preferred deformation of the polymer layer at right angles to these stresses as soon as the polymer layer is exposed to an electrical field. With regard to a necessary installation space for the stack actuator, however, this preferred deformation of the polymer layers is harmless, since it preferably deforms in the direction in which the stresses have also led to a reduction in the dimensions of the polymer layer.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der erste und der zweite Kontaktierungsbereich einer selektiven Ätzbehandlung unterworfen werden, derart, dass die zur Kontaktierung vorgesehene Fläche der Elektrodenschichten vergrößert wird. Hierdurch können vorteilhaft beispielsweise Fertigungsungenauigkeiten bei der Beschichtung der Polymerlagen mit der Elektrodenlage ausgeglichen werden, da die Elektrodenlage auch dann zur Kontaktierung im Kontaktierungsbereich freigelegt wird, wenn diese nicht bis an den Lagenrand der Polymerschicht heran- reicht. Auch für den Fall, dass der Lagenrand der Elektrodenlage mit dem Lagenrand der Polymerlage genau abschließt, kann durch eine selektive Ätzbehandlung vorteilhaft die zur Kontaktierung zur Verfügung stehende Fläche der Elektrodenlage vergrößert werden.Furthermore, it is advantageous if the first and the second contacting areas are subjected to a selective etching treatment in such a way that the area of the electrode layers provided for contacting is enlarged. In this way, for example, manufacturing inaccuracies in the coating of the polymer layers with the electrode layer can advantageously be compensated for, since the electrode layer is also exposed for contacting in the contact area if it does not reach the edge of the layer of the polymer layer. enough. In the event that the layer edge of the electrode layer is exactly flush with the layer edge of the polymer layer, the area of the electrode layer available for contacting can advantageously be increased by a selective etching treatment.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. Hierbei zeigen Figur 1 und 2 Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Po- lymeraktors als schematische Schnitte, Figur 3 schematisch die Seitenansicht und die Aufsicht auf eine Fertigungsanlage zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, Figur 4 das Detail IV gemäß Figur 3a,Further details of the invention are described below with reference to the drawing. 1 and 2 show exemplary embodiments of the polymer actuator according to the invention as schematic sections, FIG. 3 schematically shows the side view and the top view of a manufacturing system for carrying out an exemplary embodiment of the method according to the invention, FIG. 4 shows detail IV according to FIG. 3a,
Figur 5 den Schnitt V-V gemäß Figur 3a und Figur 6 die Aufsicht auf eine Polymerlage mit Elektrodenlage eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Polymeraktors.5 shows the section V-V according to FIG. 3a and FIG. 6 shows the top view of a polymer layer with an electrode layer of a further exemplary embodiment of the polymer actuator according to the invention.
Ein Polymeraktor gemäß Figur 1 besteht aus einem Stapel 11, bei dem abwechselnd Polymerlagen 12 und Elektrodenlagen 13a, 13b aufeinanderliegen. Jeweils eine Polymerlage 12 bildet mit einer der Elektrodenlagen 13a, 13b eine Einheit, die vor dem Zusammenfügen des Stapels 11 als Abschnitt eines bahnförmigen Halbzeugs hergestellt wurde (vgl. Figur 3a). Die Abschnitte im Stapel 11 weisen Seitenkanten 15a, 15b auf, wobei die E- lektrodenlagen 13a bis an die zugehörigen Seitenkanten 15a heranreichen und die Elektrodenlagen 13b an die Seitenkanten 15b. Hierdurch entstehen an der Seitenfläche 16 des Stapels die Kontaktierungsbereiche 17a, 17b. Der Kontaktierungsbereich 17a ist direkt nach der Herstellung des Stapels 11 durch Schichten dargestellt. Die Darstellung des Kontaktierungsbereiches 17b zeigt den Zustand desselben nach einem anschließenden, selektiven Ätzschritt, wodurch das Material der Polymerlagen 12 abgetragen wurde und so die E- lektrodenlagen 13b eine größere Fläche für die anschließende Aufbringung einer Elektrodenschicht 18b zur Verfügung stellt. Die Elektrodenschicht kann gleichzeitig unter die unterste Polymerlage geführt werden, wo sie die Funktion einer dort fehlenden Elektrodenlage übernimmt.A polymer actuator according to FIG. 1 consists of a stack 11 in which polymer layers 12 and electrode layers 13a, 13b alternately lie one on top of the other. In each case a polymer layer 12 forms a unit with one of the electrode layers 13a, 13b, which was produced as a section of a web-shaped semifinished product before the stack 11 was joined (see FIG. 3a). The sections in the stack 11 have side edges 15a, 15b, the electrode layers 13a reaching as far as the associated side edges 15a and the electrode layers 13b reaching the side edges 15b. As a result, the contacting areas 17a, 17b are formed on the side surface 16 of the stack. The contacting area 17a is shown by layers immediately after the stack 11 has been produced. The representation of the contacting area 17b shows the state of the same after a subsequent, selective etching step, as a result of which the material of the polymer layers 12 has been removed and the electrode layers 13b thus provide a larger area for the subsequent application of an electrode layer 18b. The electrode layer can be led under the lowest polymer layer at the same time, where it takes on the function of a missing electrode layer.
Die Varianten der weiteren Ausführungsbeispiele sind, soweit sich Übereinstimmungen ergeben, mit denselben Bezugszeichen wie der Polymeraktor gemäß Figur 1 versehen und werden nur insoweit erläutert, wie sich Unterschiede zu der bereits beschriebenen Bauform ergeben.The variants of the further exemplary embodiments are provided with the same reference numerals as the polymer actuator according to FIG. 1, insofar as there are correspondences, and are only explained to the extent that there are differences from the design already described.
Bei dem Polymeraktor gemäß Figur 2 besteht der Stapel 11 aus ringförmigen Polymerlagen 12, wobei sich die Seitenfläche 16 aus dem Außenmantel sowie der entstehenden Lochwand im Stapel zusammengesetzt. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, die Elektrodenlagen 13a durch die Elektrodenschicht 18a außen auf der Mantelfläche des Stapels 11 zu kontaktieren, während die Elektrodenschichten 13b mittels der Elektrodenschicht 18b im Durchgangsloch kontaktiert sind. Weiterhin ist eine Spannungsquelle 19 angedeutet, die mit den Elektrodenschichten 18a, 18b verbunden werden kann, um den Polymeraktor zu aktivieren.In the polymer actuator according to FIG. 2, the stack 11 consists of ring-shaped polymer layers 12, the side surface 16 being composed of the outer jacket and the hole wall that is created in the stack. This results in the possibility of contacting the electrode layers 13a through the electrode layer 18a on the outside on the lateral surface of the stack 11, while the electrode layers 13b are contacted in the through hole by means of the electrode layer 18b. Furthermore, a voltage source 19 is indicated, which can be connected to the electrode layers 18a, 18b in order to activate the polymer actuator.
Der Figur 3 kann der Ablauf des Fertigungsverfahrens für die erfindungsgemäßen Polymeraktoren entnommen werden. Von zwei Vorratsrollen 20a, 20b wird jeweils ein Polymerband 21 abgerollt. Über Schlitzdüsen 22a, 22b wird Graphitpulver auf die Polymerbahnen 21 aufgebracht, wodurch jeweils ein bahnförmi- ges Halbzeug 23a, 23b, bestehend aus dem Polymerband 21 und einer Elektrodenlage (vgl. beispielsweise 13a in Figur 3b), entsteht. Das Halbzeug 23a wird über eine Umlenkwalze 24 zum Halbzeug 23b hingeführt, nachdem letzteres mittels eines Klebstoffverteilers 25a mit einer Klebstoffschicht versehen wurde. Über Druckwalzen 26a wird eine bleibende Verbindung zwischen den Halbzeugen 23a, 23b erzeugt. Nach Aufbringung einer weiteren Klebstoffschicht (27 in Figur 3b) mittels ei- nes weiteren Klebstoffverteilers 25b wird der Schichtverbund aus den Halbzeugen 23a, 23b auf einer Walze 28 aufgewickelt und dabei mittels einer Druckwalze 26b angedrückt. So wird ein Wickel 29 der Halbzeuge 23a, 23b erhalten, der im weiteren Herstellungsprozess zur Erzeugung der Stapel dient (vgl. Figur 4) .FIG. 3 shows the sequence of the manufacturing process for the polymer actuators according to the invention. A polymer tape 21 is unrolled from each of two supply rolls 20a, 20b. Graphite powder is applied to the via slot nozzles 22a, 22b Polymer webs 21 applied, whereby a web-shaped semi-finished product 23a, 23b, consisting of the polymer tape 21 and an electrode layer (cf. for example 13a in FIG. 3b), is produced. The semifinished product 23a is guided over a deflection roller 24 to the semifinished product 23b after the latter has been provided with an adhesive layer by means of an adhesive distributor 25a. A permanent connection between the semi-finished products 23a, 23b is produced via pressure rollers 26a. After applying a further adhesive layer (27 in FIG. 3b) by means of a further adhesive distributor 25b, the layer composite of the semi-finished products 23a, 23b is wound up on a roller 28 and pressed on by means of a pressure roller 26b. In this way, a winding 29 of the semi-finished products 23a, 23b is obtained, which is used in the further manufacturing process to produce the stacks (cf. FIG. 4).
In Figur 3b ist der Prozess gemäß Figur 3a als Aufsicht dargestellt. Es lässt sich erkennen, dass die Spaltdüse 22a nicht über die gesamte Breite des Polymerbandes 21 reicht, so dass die ausgebildete Elektrodenschicht 13b nur auf der einen Seite bis zur Seitenkante 15a, auf der anderen Seite jedoch nicht bis zur Seitenkante 15b der hergestellten Bahn des bahnförmigen Halbzeugs reicht. In Figur 3b nicht zu erkennen ist das bahnförmige Halbzeug 23b, bei dem die Elektroden- schicht in gleicher Breite, jedoch mit einem Abstand zur entgegengesetzten Seitenkante erzeugt wird.3b shows the process according to FIG. 3a as a supervision. It can be seen that the gap nozzle 22a does not extend over the entire width of the polymer tape 21, so that the electrode layer 13b formed only on one side up to the side edge 15a, but on the other side not up to the side edge 15b of the web of the web-shaped Semi-finished products are enough. The web-shaped semi-finished product 23b cannot be seen in FIG. 3b, in which the electrode layer is produced in the same width but with a distance from the opposite side edge.
Weiterhin ist der Figur 3b eine Möglichkeit zu entnehmen, wie die bahnförmigen Halbzeuge 23a, 23b durch Verformung in die Form eines Trapezes gebracht werden können, d. h. dass die Seitenkanten 15a, 15b die Trapezschenkel bilden. Dies kann einerseits rechtwinklig zum Bahnverlauf mittels Streckwalzen 30 bewerkstelligt werden, die aufgrund ihrer Haftung auf den Halbzeugen 23a, 23b die Kraft Fi auf die Halbzeuge 23a, 23b ausüben können. Entlang der Richtung des Bandes kann durch die (Druck) Walzen 26a, 26b, 28 mittels der Kraft F2 eine Streckung des Bandes vorgenommen werden, in dem das Band mit unterschiedlichen Tangentialgeschwindigkeiten über die jeweiligen Rollenpaare transportiert wird. Wird das Band mit trapezförmigem Verlauf auf der Walze 28 zum Wickel 29 aufgewickelt, so entsteht der in Figur 3b angedeutete treppenartige Verlauf der Seitenkanten 15a, 15b (vgl. auch Figur 5).Furthermore, FIG. 3b shows one possibility of how the web-shaped semi-finished products 23a, 23b can be shaped into a trapezoid by deformation, ie that the side edges 15a, 15b form the trapezoidal legs. On the one hand, this can be accomplished at right angles to the course of the web by means of stretching rollers 30, which due to their liability on the Semi-finished products 23a, 23b can exert the force Fi on the semi-finished products 23a, 23b. Along the direction of the belt, the (pressure) rollers 26a, 26b, 28 can be used to stretch the belt by means of the force F2, in which the belt is transported at different tangential speeds over the respective pairs of rollers. If the tape is wound with a trapezoidal shape on the roller 28 to form the winding 29, the step-like profile of the side edges 15a, 15b indicated in FIG. 3b is produced (cf. also FIG. 5).
In Figur 4 ist dargestellt, wie aus dem Wickel 29 mehrere Stapel 11 der Polymeraktoren erzeugt werden können, indem der Wickel entlang der angedeuteten Schnittlinien 31 bis auf den Grund der Walze 28 geschnitten werden kann. Dabei wird der Wickel 29 in Abschnitte 14 zerteilt. Aus Figur 4, die denFIG. 4 shows how a plurality of stacks 11 of the polymer actuators can be produced from the winding 29 by the winding being cut along the indicated cutting lines 31 down to the bottom of the roller 28. The winding 29 is divided into sections 14. From Figure 4, the
Ausschnitt IV gemäß Figur 3a darstellt, wird weiterhin deutlich, dass bei hinreichend großem Durchmesser d der Walze 28 die Krümmung des Wickels für die Planarität der Stapel 11 nicht mehr ins Gewicht fällt, da diese Stapel 11 eine genü- gende Elastizität aufweisen, die Krümmung auszugleichen.Section IV according to Figure 3a, it is also clear that with a sufficiently large diameter d of the roller 28, the curvature of the roll is no longer important for the planarity of the stacks 11, since these stacks 11 have sufficient elasticity to compensate for the curvature ,
In Figur 5 ist ein Stapel 11, der gemäß Figur 4 hergestellt wurde, im Schnitt dargestellt. Dieser Schnitt entspricht dem Schnitt V-V des Wickels 29 gemäß Figur 3a. Es ist zu erken- nen, dass die Trapezform der Halbzeuge 23a, 23b zu einem treppenartigen Verlauf des Stapels 11 führen. Ansonsten weist der Polymeraktor gemäß Figur 5 einen mit dem Polymeraktor gemäß Figur 1 vergleichbaren Aufbau auf.FIG. 5 shows a stack 11, which was produced according to FIG. 4, in section. This section corresponds to the section V-V of the winding 29 according to FIG. 3a. It can be seen that the trapezoidal shape of the semi-finished products 23a, 23b leads to a stair-like course of the stack 11. Otherwise, the polymer actuator according to FIG. 5 has a structure comparable to the polymer actuator according to FIG. 1.
In Figur 6 ist die Aufsicht auf eine Polymerlage 12 mit E- lektrodenlage 13b eines Polymeraktors mit runder Grundfläche gezeigt. Anstelle von Elektrodenlagen sind in Nuten in der Seitenfläche 16 des Stapels 11 Elektroden 32a, 32b eingegos- sen, wobei die Elektrodenlagen (dargestellt ist die Elektrodenlage 13b) abwechselnd mit der Elektrode 32a oder der E- lektrode 32b verbunden sind. Zu diesem Zweck weist der Rand der Elektrodenlage 13b zur Elektrode 32b einen Kontaktabschnitt 33 und zur Elektrode 32a einen Isolierabschnitt 34 auf. Bei den Elektrodenlagen 13a (nicht dargestellt) liegt der Kontaktabschnitt an der Elektrode 32a und der Isolierabschnitt an der Elektrode 32b. FIG. 6 shows the top view of a polymer layer 12 with an electrode layer 13b of a polymer actuator with a round base. Instead of electrode layers, electrodes 32a, 32b are cast into grooves in the side surface 16 of the stack 11. sen, wherein the electrode layers (the electrode layer 13b is shown) are alternately connected to the electrode 32a or the electrode 32b. For this purpose, the edge of the electrode layer 13b has a contact section 33 to the electrode 32b and an insulating section 34 to the electrode 32a. In the case of the electrode layers 13a (not shown), the contact section lies on the electrode 32a and the insulating section on the electrode 32b.

Claims

Patentansprüche claims
1. Polymeraktor, bei dem ein Stapel (11) aus abwechselnd geschichteten elektrisch leitfähigen Elektrodenlagen (13a, 13b) und insbesondere elektroaktiven Polymerlagen (12) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stapel (11) an seiner durch die Gesamtheit der Lagenränder gebildeten Seitenfläche (16) einen ersten (17a) und einen hiervon elektrisch getrennten zweiten (17b) Kontaktierungsbereich aufweist, wobei die Elektrodenlagen (13a, 13b) bezogen auf die Schichtfolge abwechselnd entweder mit ihrem Lagenrand einen Teil des ersten Kontak- tierungsbereiches (17a) bilden, während der Lagenrand von dem zweiten Kontaktierungsbereich (17b) einen elektrisch isolierenden Abstand aufweist, oder mit ihrem Lagenrand einen Teil des zweiten Kontaktie- rungsbereiches (17b) bilden, während der Lagenrand von dem ersten Kontaktierungsbereich (17a) einen elektrisch iso- lierenden Abstand aufweist.1. Polymer actuator in which a stack (11) is formed from alternately layered electrically conductive electrode layers (13a, 13b) and in particular electroactive polymer layers (12), characterized in that the stack (11) is formed on its side surface formed by the totality of the layer edges (16) has a first (17a) and a second (17b) contacting area which is electrically separated therefrom, the electrode layers (13a, 13b) alternatingly forming part of the first contacting area (17a) with respect to the layer sequence either with their layer edge, while the layer edge has an electrically insulating distance from the second contacting area (17b), or with its layer edge forms part of the second contacting area (17b), while the layer edge has an electrically insulating distance from the first contacting area (17a).
2. Polymeraktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dass der Stapel (11) aus Abschnitten (14) eines bahnförmigen Halbzeuges (23a, 23b) zusammengesetzt ist, wobei das Halbzeug (23a, 23b) als Polymerband (21) mit darauf aufgebrachter Elektrodenlage (13a, 13b) ausgebildet ist, derart, dass der Lagenrand der Elektrodenlage (13a, 13b) an die eine Seitenkante des Polymerbandes (21) heran- reicht und von der anderen Seitenkante einen Abstand aufweist, und - wobei die Abschnitte (14) derart geschichtet sind, dass abwechselnd Seitenkanten mit und ohne Elektrodenlage (13a, 13b) aufeinanderfolgen. 2. Polymer actuator according to claim 1, characterized in that the stack (11) is composed of sections (14) of a web-shaped semifinished product (23a, 23b), the semifinished product (23a, 23b) as a polymer tape (21) with an electrode layer applied thereon (13a, 13b) is designed such that the layer edge of the electrode layer (13a, 13b) reaches one side edge of the polymer tape (21) and is at a distance from the other side edge, and - The sections (14) are layered such that alternating side edges with and without an electrode layer (13a, 13b) follow one another.
3. Polymeraktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Fläche der Polymerlagen (12) in Stapelrichtung des Stapels kontinuierlich verkleinert und die Elektrodenlagen (13a, 13b) derart an die Fläche der jeweils benachbarten Po- lymerlagen (12) angepasst sind, dass der elektrisch isolierende Abstand zum betreffenden Kontaktierungsbereich (17a, 17b) gewährleistet ist.3. Polymer actuator according to claim 1 or 2, characterized in that the area of the polymer layers (12) decreases continuously in the stacking direction of the stack and the electrode layers (13a, 13b) are adapted to the area of the adjacent polymer layers (12) that the electrically insulating distance to the relevant contacting area (17a, 17b) is ensured.
4. Polymeraktor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Kontaktierungsbereichen je eine Elektrodenschicht (18a, 18b) aufgebracht ist.4. Polymer actuator according to one of the preceding claims, characterized in that an electrode layer (18a, 18b) is applied to each of the contacting areas.
5. Verfahren zum Erzeugen eines Polymeraktors mit einem Sta- pel (11) aus abwechselnd geschichteten elektrisch leitfähigen5. Method for producing a polymer actuator with a stack (11) of alternately layered electrically conductive
Elektrodenlagen (13a, 13b) und insbesondere elektroaktiven Polymerlagen (12) , bei dem die Polymerlagen (12) mit Elektrodenlagen (13a, 13b) beschichtet werden, derart, dass der Lagenrand der Elektro- denlagen (13a, 13b) jeweils teilweise unter Ausbildung eines Kontaktabschnittes (33) an den Lagenrand der Polymerlage (12) zumindest weitgehend heranreichen und teilweise unter Ausbildung eines Isolierabschnittes (34) von diesem einen Abstand aufweisen und - die beschichteten Polymerlagen (12, 13a, 13b) aufeinander geschichtet werden, derart, dass die Kontaktabschnitte (33) und die Isolierabschnitte (34) jeweils jeder zweiten Polymerlage (12) übereinanderliegen und dass die Kontakt- abschnitte (33) beim Schichten abwechselnd zur Bildung eines ersten (17a) oder eines zweiten (17b) Kontaktierungs- bereiches für die Elektrodenlagen (13a, 13b) beitragen 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass - ein bahnförmiges Halbzeug (23a, 23b) hergestellt wird, wobei das Halbzeug (23a, 23b) durch Beschichtung eines Polymerbandes (21) mit der Elektrodenlage (13a, 13b) gewonnen wird, derart, dass der Lagenrand der Elektrodenlage (13a, 13b) an die eine Seitenkante des bahnförmigen Halbzeugs (23a, 23b) zumindest weitgehend heranreicht und von der anderen Seitenkante einen Abstand aufweist, und das bahnförmige Halbzeug (23a, 23b) in die Polymerlagen (12) bildende Abschnitte (14) zerlegt wird.Electrode layers (13a, 13b) and in particular electroactive polymer layers (12), in which the polymer layers (12) are coated with electrode layers (13a, 13b) in such a way that the layer edge of the electrode layers (13a, 13b) each partially with the formation of a Contact section (33) at least largely approach the layer edge of the polymer layer (12) and are at some distance from it to form an insulating section (34) and - the coated polymer layers (12, 13a, 13b) are stacked on one another such that the contact sections (33) and the insulating sections (34) of each second polymer layer (12) lie one above the other and that the contact sections (33) when layering alternately contribute to the formation of a first (17a) or a second (17b) contacting area for the electrode layers (13a, 13b) 6. The method according to claim 5, characterized in that - a web-shaped semi-finished product (23a, 23b) is produced, the semi-finished product (23a, 23b) being obtained by coating a polymer tape (21) with the electrode layer (13a, 13b) in such a way that the layer edge of the electrode layer (13a, 13b) touches one side edge of the web-shaped semi-finished product (23a, 23b) at least largely reaches and is at a distance from the other side edge, and the web-shaped semifinished product (23a, 23b) is broken down into the sections (14) forming the polymer layers (12).
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Zerlegen des Halbzeugs (23a, 23b) in Abschnitte (14) - zwei Bahnen des Halbzeugs (23a, 23b) derart geschichtet werden, dass jeweils die Seitenkanten mit und ohne Elektrodenlage (13a, 13b) übereinander liegen und die geschichteten Bahnen des Halbzeugs (23a, 23b) auf einer Walze (28) aufgerollt werden, wobei bei dem Zerlegen des Halbzeugs die Stapel (11) entstehen.7. The method according to claim 6, characterized in that before disassembling the semi-finished product (23a, 23b) into sections (14) - two webs of the semi-finished product (23a, 23b) are layered such that the side edges with and without the electrode layer (13a , 13b) lie one above the other and the layered webs of the semifinished product (23a, 23b) are rolled up on a roller (28), the stacks (11) being formed when the semifinished product is disassembled.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahnen des Halbzeugs (23a, 23b) trapezförmig ausgebildet werden, wobei die Seitenkanten die Trapezschenkel bilden. 8. The method according to claim 7, characterized in that the webs of the semi-finished product (23a, 23b) are trapezoidal, the side edges forming the trapezoidal legs.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahnen des Halbzeugs (23a, 23b) während des Aufwickeins auf die Walze (28) derart verformt werden, dass der trapez- förmige Verlauf der Bahnen erzeugt wird.9. The method according to claim 8, characterized in that the webs of the semifinished product (23a, 23b) are deformed during winding onto the roller (28) such that the trapezoidal course of the webs is generated.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (17a) und der zweite (17b) Kontaktierungsbereich einer selektiven Ätzbehandlung unterworfen werden, derart, dass die zur Kontaktierung vorgesehene Fläche der Elektrodenlagen (13a, 13b) vergrößert wird. 10. The method according to any one of claims 5 to 9, characterized in that the first (17a) and the second (17b) contacting area are subjected to a selective etching treatment such that the surface area of the electrode layers (13a, 13b) provided for contacting is increased ,
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