WO2012171681A1 - Relativverschiebung erleichternde oberflächen bei eap-generatoren - Google Patents

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WO2012171681A1
WO2012171681A1 PCT/EP2012/057102 EP2012057102W WO2012171681A1 WO 2012171681 A1 WO2012171681 A1 WO 2012171681A1 EP 2012057102 W EP2012057102 W EP 2012057102W WO 2012171681 A1 WO2012171681 A1 WO 2012171681A1
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force
relative displacement
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Istvan Denes
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the generation of energy from waves is the conversion of the kinetic energy of waves at the sea surface into, for example, electrical energy.
  • the kinetic energy can be transformed into a linear one by means of the relative deflection of floats
  • Movement be transferred An example is the sea snake (Greek: Pelamis) designated design for wave power plants. These consist of several steel tube segments, which are movably connected to each other via joints. The joints are fitted with hydraulic pumps that drive a generator. Another example is the so-called point absorber. They are floating devices with components that move relative to each other due to the wave motion, such as a buoy within a fixed cylinder. The relative movement of the components is used to operate electromechanical or hydraulic energy converters.
  • An energy conversion device for the conversion of wave energy is described, for example, in the published patent application DE 10 2009 035 928 A1.
  • This conversion device has at least one coupling body arranged in a fluid, which is adapted to at least one of the
  • the conversion device has a guide device which specifies a guided, endlessly circulating orbital movement and / or rotational movement of the at least one coupling body.
  • the guide device has a drive on which it converts the circulation movement and / or the rotational movement into a torque.
  • Electroactive polymers are polymers that change their shape by applying an electrical voltage. Therefore, electroactive polymers are used as actuators or sensors. However, electroactive polymers also allow for regenerative operation where mechanical strain energy is converted directly into electrical energy. Such energy converters are referred to as EAP generators. The transformation of strain energy into electrical energy occurs on a capacitive basis by moving landings.
  • the EAP generator comprising at least one device comprising two compliant electrodes, between which a layer of electroactive polymer is disposed, is stretched due to an external force.
  • the arrangement In the state of maximum elongation of the EAP generator, the arrangement is subjected to electrical charges below the breakdown field strength.
  • the EAP relaxes because of the elastic action of the polymer.
  • the energy stored in the EAP generator increases. This process represents the actual transformation of the mechanical into electrical energy.
  • the assembly is discharged, causing the EAP generator to return to its original length. The energy recovery cycle can start again.
  • EAP stacks For EAP generators, multiple layers, each comprising two electrodes between which a layer of electroactive polymer is disposed, may be combined to form an EAP stack.
  • EAP stack but also embodiments understood that have only one layer of two electrodes with an intermediate layer of electroactive polymer.
  • EAP stacks in the context of the present invention are therefore stacks which have at least one layer comprising two preferably flexible electrodes and a layer of electroactive polymer arranged between the two electrodes.
  • the or more EAP stacks are arranged between two force transmitting surfaces arranged parallel to one another, preferably such that the layers of the EAP stack are arranged parallel to the force transmitting surfaces.
  • the stack As soon as a force is applied over these surfaces to an EAP stack, the stack is compressed in the vertical direction, ie in the direction perpendicular to the force-transmitting surfaces, but at the same time expands in the horizontal direction, ie in the plane of the layers of the EAP stack relative to the EAP layers.
  • the horizontal extent of an EAP stack is hampered by the frictional forces between the end faces of the EAP stack and the force transmitting surfaces at both ends thereof. This results in buckling of the EAP stack and associated, non-optimal energy conversion.
  • the invention relates to EAP generators comprising at least one EAP stack disposed between two mutually parallel force-transmitting surfaces, the EAP generator including at least one of the relative displacement between the one end of the at least one EAP stack and the end thereof facing, force transmitting surface facilitating
  • relative displacement refers to the relative displacement that occurs between the at least one EAP stack and the force transmitting surface, namely, between the one end of the at least one EAP stack and the force transmitting surface facing that end.
  • the relative displacement facilitating layer between the at least one EAP stack and the force transmitting surface is a friction reducing layer.
  • the term "friction reducing" refers to the friction that exists between the one end of the EAP stack and the force transmitting surface facing that end when a force is applied to the EAP stack when the end of the EAP stack.
  • the friction reducing layer is preferably made of a different material than the force transmitting surface and the end of the EAP stack between which the friction reducing layer is disposed, and / or
  • the friction reducing layer may be liquid or solid, and the friction reducing layer may be selected from the flu which contains liquid lubricants, for example lubricating oils, lubricating greases and solid lubricants such as graphite.
  • the EAP generator may include a liquid lubricant, such as lubricating oil, on the surface of the friction reducing layer, for example, between the at least one EAP stack and at least one of the force transmitting surfaces.
  • a liquid lubricant such as lubricating oil
  • the thickness of the liquid lubricant layer between an EAP stack and the force transmitting surface is highly dependent on the normal forces acting on the facing surfaces of the EAP stack and the force transmitting surface. As the force transferred from the force transmitting surface to the EAP stack increases above a certain level, the liquid may be forced out of the gap between the EAP stack and the force transmitting surface. That would lead to a dry friction between the two surfaces. In order to avoid a dry friction between these surfaces, the surface of the friction reducing layer may be structured, as long as this layer is a solid.
  • the friction reducing layer may have recesses or chambers communicating with the surface. These chambers may contain the lubricant. Due to the connection of the chambers to the surface of the friction preventing layer, the hydrostatic pressure in the chambers and between the surfaces is the same. During the expansion of the EAP surface, there is a relative shift between the friction reducing layer and the force transmitting surface.
  • the chambers provide the lubricant for the gap between the two surfaces as long as the volume of the chambers has not completely disappeared due to the deformation of the friction reducing layer caused by the transmitted forces.
  • the EAP generator according to the invention has a so-called intermediate layer as the relative shift facilitating layer.
  • the intermediate layer is highly deformable. It deforms when force is transferred to the EAP stack and it expands. Due to the strong deformability of the intermediate layer, the limiting forces can be reduced together with a buckling of the EAP stack.
  • the material that makes up the intermediate layer can be homogeneous and have intrinsic properties that allow it to be highly ductile.
  • the Swissschreib can also be in the form of a foamed material, wherein substantially the cavities contained in the foamed material allow the deformability of insects upon.
  • the intermediate layer At the end of the phase in which the area subjected to the transmitted force expands, the intermediate layer has a substantially trapezoidal shape. It is in contact with both the force transmitting surface and the surface facing this end of the EAP stack at this stage.
  • the EAP generator has only at one end of the at least one EAP stack a relative shift facilitating layer between the end of the EAP stack and the force transmitting surface facing this end.
  • the EAP generator of the invention has at each of the two ends of the EAP stack a relative shift facilitating layer between the end of the EAP stack and the force transmitting surface facing that end.
  • the relative motion facilitating layer may either be disposed or secured to the surface of the end of an EAP stack.
  • the relative displacement facilitating layer can also be arranged or fixed on the force-transmitting surface, preferably only in the region of this surface, which lies immediately below and / or immediately above an EAP stack.
  • EAP generators With the EAP generators according to the invention, undesired deformations of the EAP stacks can be avoided. This allows more efficient energy conversion to electrical energy. At the same time, the mechanical load on the EAP stacks is reduced, which also prolongs their lifetime.
  • the present invention also extends to the use of the EAP generators of the present invention for generating electrical energy.
  • the before underlying invention therefore also includes methods for generating electrical energy from strain energy on a capacitive basis by shifting charges, in which the EAP stack of an EAP generator, comprising at least one EAP stack, which is arranged between two mutually parallel, force-transmitting surfaces wherein the EAP generator has at least one layer facilitating the relative displacement between the one end of the at least one EAP stack and the force transmitting surface facing that end between that end of the at least one EAP stack and the force transmitting surface facing that end in that a layer of electroactive polymer is stretched due to an external force, in the state of maximum elongation subjected to electrical charges below the breakdown strength, the electroactive polymer is relaxed and the charge is dissipated upon complete relaxation of the layer.
  • FIG. 1 a shows the EAP stack 1 in the relaxed state, ie in a state in which no forces are transmitted from the force-transmitting surfaces 2, 3 to the EAP stack 1.
  • FIG. 1b shows the arrangement shown in FIG. 1a, in which the force-transmitting surfaces 2, 3 have been brought closer to one another, so that force is transmitted to the EAP stack 1 lying therebetween. As a result, the EAP stack is deformed.
  • Figures 2a and 2b show an embodiment in which a friction reducing layer 4 between the force transmitting surface 2 and the EAP stack 1 is arranged.
  • the friction reducing layer 4 is fixed to the surface 2.
  • the friction reducing layer 4 has chambers 5, 5 'and 5 ", wherein each of the chambers 5, 5' and 5" via a channel 6, 6 ', 6 "with the surface of the layer 4 and thus the gap 7 in combination
  • EAP stack 1 is filled with a lubricant 8.
  • Figure 2a shows the EAP stack 1 in the relaxed state, i. in a state where no forces are transmitted from the force transmitting surface 2 to the EAP stack 1.
  • FIG. 2b shows the arrangement shown in FIG. 2a in a state in which force is transferred from the surface 2 to the EAP stack 1.
  • the friction-reducing layer 4 is deformed and the lubricant 8 is pressed into the gap 7 via channels 6 from the compressed chambers 5, 5 'and 5 ".
  • FIGS. 3a and 3b show an alternative embodiment in which a deformable intermediate layer 9 is arranged between the force-transmitting surface 2 and the EAP stack 1.
  • the intermediate layer 9 is attached to the force transmitting surface 2.
  • the intermediate layer 4 has compressible cavities 10.
  • Figure 3a shows the EAP stack 1 in the relaxed state, i. in a state in which no forces from the force transmitting surface 2 is transmitted to the EAP stack 1.
  • FIG. 3 b shows the arrangement shown in FIG. 3 a in a state in which force is transmitted from the surface 2 to the stack 1.
  • the intermediate layer 9 is compressed.
  • the cavities 10 deform, the intermediate layer 9 assumes trapezoidal shape.

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Abstract

Vorgeschlagen wird ein EAP-Generator umfassend mindestens einen EAP-Stapel (1), der zwischen zwei parallel zueinander angeordneten, Kraft übertragenden Flächen (2, 3) angeordnet ist, mit mindestens einer die Relativverschiebung zwischen dem Ende des EAP-Stapels und der diesem Ende zugewandten, Kraft übertragenden Fläche (2) erleichternden Schicht (4, 9), insbesondere einer verformbaren oder Reibung vermindernden Zwischenschicht (4), sowie ein entsprechendes Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie aus Dehnungsenergie auf kapazitiver Basis durch Verschieben von Ladungen.

Description

Beschreibung
Titel
Relativverschiebung erleichternde Oberflächen bei EAP-Generatoren Stand der Technik
Die Erzeugung von Energie aus Wellen ist die Umwandlung der Bewegungsenergie von Wellen an der Meeresoberfläche in beispielsweise elektrische Energie. Um die Energie der Meereswellen nutzen zu können, kann die kinetische Energie mit Hilfe der relativen Auslenkung von Schwimmkörpern in eine lineare
Bewegung überführt werden. Ein Beispiel ist die als Seeschlange (griechisch: Pelamis) bezeichnete Bauform für Wellenkraftwerke. Diese bestehen aus mehreren Stahlrohrsegmenten, die über Gelenke beweglich miteinander verbunden sind. An den Gelenken sind hydraulische Pumpen befestigt, die einen Generator antreiben. Ein anderes Beispiel sind die so genannten point absorber. Bei ihnen handelt es sich um schwimmende Vorrichtungen mit Komponenten, die sich aufgrund der Wellenbewegung relativ zueinander bewegen, beispielsweise eine Schwimmboje innerhalb eines feststehenden Zylinders. Die Relativbewegung der Komponenten wird genutzt, um elektromechanische oder hydraulische Energie- wandler zu betreiben.
Eine Energieumwandlungseinrichtung zur Umwandlung von Wellenenergie wird beispielsweise in der Offenlegungsschrift DE 10 2009 035 928 A1 beschrieben. Diese Umwandlungseinrichtung weist mindestens einen in einem Fluid angeord- neten Kopplungskörper auf, welcher dazu eingerichtet ist, an zumindest einer der
Wellenbewegung des Fluids zugeordneten Orbitalströmungsbewegung zu koppeln. Ferner weist die Umwandlungseinrichtung eine Führungseinrichtung auf, die eine geführte, endlos umlaufende Orbitalbewegung und/oder Drehbewegung des mindestens einen Kopplungskörpers vorgibt. Dabei weist die Führungsein- richtung einen Antrieb auf, an dem sie die Umlaufbewegung und/oder die Drehbewegung in ein Drehmoment umsetzt. Elektroaktive Polymere (EAP) sind Polymere, die ihre Form durch das Anlegen einer elektrischen Spannung verändern. Daher werden elektroaktive Polymere als Aktoren oder Sensoren verwendet. Elektroaktive Polymere ermöglichen aber auch einen generatorischen Betrieb, bei dem mechanische Dehnungsenergie direkt in elektrische Energie umgewandelt wird. Derartige Energiewandler werden als EAP-Generatoren bezeichnet. Die Umwandlung der Dehnungsenergie in elektrische Energie erfolgt auf kapazitiver Basis durch Verschieben von Landungen. Bei der Energiegewinnung mittels EAPs wird der EAP-Generator, umfas- send mindestens ein Bauelement, das zwei nachgiebige Elektroden umfasst, zwischen denen eine Schicht aus elektroaktivem Polymer angeordnet ist, aufgrund einer äußeren Krafteinwirkung gedehnt. Im Zustand maximaler Dehnung des EAP-Generators wird die Anordnung mit elektrischen Ladungen unterhalb der Durchbruchsfeldstärke beaufschlagt. Bei Verringerung der äußeren Kraftein- Wirkung relaxiert das EAP wegen der elastischen Wirkung des Polymers. In dieser Phase erhöht sich die im EAP-Generator gespeicherte Energie. Dieser Vorgang stellt die eigentliche Umwandlung der mechanischen in die elektrische Energie dar. Sobald der EAP-Generator vollständig relaxiert ist, wird die Anordnung entladen, wodurch der EAP-Generator wieder seine Ausgangslänge er- reicht. Der Energiegewinnungszyklus kann erneut beginnen.
Für EAP-Generatoren können mehrere Lagen, jeweils umfassend zwei Elektroden zwischen denen eine Schicht aus elektroaktivem Polymer angeordnet ist, zu einen EAP-Stapel zusammen gefasst werden. Für die vorliegende Erfindung werden unter dem Begriff EAP-Stapel aber auch Ausführungsformen verstanden, die nur eine Lage aus zwei Elektroden mit einer dazwischen liegenden Schicht aus elektroaktivem Polymer aufweisen. EAP-Stapel im Sinne der vorliegenden Erfindung sind daher Stapel, die mindestens eine Lage, umfassend zwei vorzugsweise flexible Elektroden und eine zwischen den beiden Elektroden ange- ordnete Schicht aus elektroaktivem Polymer, aufweisen. Für EAP-Generatoren werden der oder mehrere EAP-Stapel zwischen zwei, parallel zueinander angeordneten, Kraft übertragenden Flächen angeordnet, vorzugsweise derart, dass die Lagen des EAP-Stapels parallel zu den Kraft übertragenden Flächen angeordnet sind. Sobald eine Kraft über diese Flächen auf einen EAP-Stapel ausge- übt wird, wird der Stapel in vertikaler Richtung gestaucht, also in der Richtung, die Senkrecht zu den Kraft übertragenden Flächen, dehnt sich aber gleichzeitig in horizontaler Richtung aus, d. h. in der Ebene der Lagen des EAP-Stapels bezogen auf die EAP-Lagen. Die horizontale Ausdehnung eines EAP-Stapels wird durch die Reibungskräfte zwischen den Endflächen des EAP-Stapels und den Kraft übertragenden Flächen an seinen beiden Enden behindert. Dadurch kommt es zu einem Ausbeulen des EAP-Stapels und einer damit verbundenen, nicht optimalen Energieumwandlung.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung betrifft EAP-Generatoren, umfassend mindestens einen EAP- Stapel, der zwischen zwei parallel zueinander angeordneten, Kraft übertragenden Flächen angeordnet ist, wobei der EAP-Generator mindestens eine die Relativverschiebung zwischen dem einen Ende des mindestens einen EAP-Stapels und der diesem Ende zugewandten, Kraft übertragenden Fläche erleichternde
Schicht zwischen diesem Ende des mindestens einen EAP-Stapels und der diesem Ende zugewandten, Kraft übertragenden Fläche aufweist. Mit dem Begriff Relativverschiebung wird auf die Relativverschiebung Bezug genommen, die zwischen dem zumindest einen EAP-Stapel und der Kraft übertragenden Fläche stattfindet, nämlich zwischen dem einen Ende des zumindest einen EAP-Stapels und der Kraft übertragenden Fläche, die diesem Ende zugewandt ist.
Bei einer Ausführungsform ist die Relativverschiebung erleichternde Schicht zwischen dem zumindest einen EAP-Stapel und der Kraft übertragenden Fläche ei- ne die Reibung verringernde Schicht. Durch den Begriff„Reibung verringernde" wird Bezug auf die Reibung genommen, die zwischen dem einen Ende des EAP- Stapels und der diesem Ende zugewandten, Kraft übertragenden Fläche bei Übertragung einer Kraft auf den EAP-Stapel herrscht, wenn das Ende des EAP- Stapels und die diesem Ende zugewandte, Kraft übertragende Fläche direkt in Kontakt miteinander stehen würden. Die Reibung verringernde Schicht besteht vorzugsweise aus einem anderen Material als die Kraft übertragende Fläche und das Ende des EAP-Stapels zwischen denen die Reibung verringernde Schicht angeordnet ist, und/oder weist andere Oberflächeneigenschaften auf. Die Reibung verringernde Schicht kann eine Flüssigkeit sein oder aus einem Feststoff bestehen. Die Reibung verringernde Schicht kann aus der Grippe ausgewählt sein, die flüssige Schmierstoffe, zum Beispiel Schmieröle, Schmierfette und Festschmierstoffe wie Grafit enthält.
Sofern die Reibung verringernde Schicht aus einem Feststoff besteht, kann der EAP-Generator zusätzlich ein flüssiges Schmiermittel, beispielsweise ein Schmieröl, auf der Oberfläche der Reibung verringernden Schicht aufweisen, beispielsweise zwischen dem zumindest einen EAP-Stapel und zumindest einer der Kraft übertragenden Flächen. Die Dicke der flüssigen Schmiermittelschicht zwischen einem EAP-Stapel und der Kraft übertragenden Fläche hängt stark von den Normalkräften ab, die auf die einander gegenüberliegenden Flächen des EAP-Stapels und der Kraft übertragenden Fläche einwirken. Wird die Kraft, die von der Kraft übertragenden Fläche auf den EAP-Stapel übertragen wird, über einen bestimmten Wert hinaus erhöht, kann die Flüssigkeit aus dem Spalt zwischen EAP-Stapel und Kraft übertragender Fläche gepresst werden. Das würde zu einer trockenen Reibung zwischen den beiden Flächen führen. Um zu vermeiden dass es zu einer trockenen Reibung zwischen diesen Flächen kommt, kann die Oberfläche der Reibung verringernden Schicht strukturiert sein, sofern es sich bei dieser Schicht um einen Festkörper handelt.
Als Strukturierung ihrer Oberfläche kann die Reibung verringernde Schicht Vertiefungen oder Kammern aufweisen, die mit der Oberfläche in Verbindung stehen. Diese Kammern können aus das Schmiermittel enthalten. Aufgrund der Verbindung der Kammern mit der Oberfläche der Reibung verhindernden Schicht ist der hydrostatischen Druck in den Kammern und zwischen den Flächen gleich. Während der Ausdehnung der EAP-Fläche findet eine Relativverschiebung zwischen der Reibung verringernden Schicht und der Kraft übertragenden Fläche statt. Die Kammern stellen das Schmiermittel für den Spalt zwischen den beiden Flächen bereit, solange das Volumen der Kammern durch die Verformung der Reibung verringernden Schicht, die durch die übertragenen Kräfte verursacht wird, nicht vollständig verschwunden ist.
Bei einer anderen Ausführungsform weist der erfindungsgemäße EAP-Generator eine so genannte Zwischenschicht als die Relativverschiebung erleichternde Schicht auf. Die Zwischenschicht ist stark verformbar. Sie verformt sich, sofern Kraft auf den EAP-Stapel übertragen wird und er sich ausdehnt. Aufgrund der starken Verformbarkeit der Zwischenschicht, können die einschränkenden Kräfte zusammen mit einem Ausbeulen des EAP-Stapels verringert werden.
Das Material, aus dem die Zwischenschicht besteht, kann homogen sein und intrinsische Eigenschaften haben, die die starke Verformbarkeit ermöglichen. Die Zwischenschickt kann jedoch auch in Form eines geschäumten Materials vorliegen, wobei im Wesentlichen die in dem geschäumten Material enthaltenen Hohlräume die Verformbarkeit der Zwischenschickt ermöglichen. Am Ende der Phase, in der sich die mit der übertragenen Kraft beaufschlagte Fläche ausdehnt, weist die Zwischenschicht eine im Wesentlichen trapezförmige Form auf. Sie steht in dieser Phase sowohl mit der Kraft übertragenden Fläche als auch mit der Fläche in Kontakt, die diesem Ende des EAP-Stapels zugewandt ist.
Gemäß einer Ausführungsform weist der EAP-Generator nur an einem Ende des mindestens einen EAP-Stapels eine die Relativverschiebung erleichternde Schicht zwischen dem Ende des EAP-Stapels und der diesem Ende zugewandten, Kraft übertragenden Fläche auf. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße EAP-Generator an jedem der beiden Enden des bzw. jedes EAP-Stapels eine die Relativverschiebung erleichternde Schicht zwischen dem Ende des EAP-Stapels und der diesem Ende zugewandten, Kraft übertragenden Fläche auf.
Die Relativbewegung erleichternde Schicht kann entweder auf der Fläche des Endes eines EAP-Stapels angeordnet oder befestigt sein. Die Relativverschiebung erleichternde Schicht kann auch auf der Kraft übertragenden Fläche angeordnet oder befestigt sein, vorzugsweise nur in dem Bereich dieser Fläche, die unmittelbar unterhalb und/oder unmittelbar oberhalb eines EAP-Stapels liegt.
Mit den erfindungsgemäßen EAP-Generatoren können unerwünschte Verformungen der EAP-Stapel vermieden werden. Dadurch wird eine effizientere Energieumwandlung in elektrische Energie ermöglicht. Gleichzeitig wird die mechanische Belastung der EAP-Stapel verringert, wodurch sich auch deren Lebendauer verlängert.
Die vorliegende Erfindung erstreckt sich auch auf die Verwendung der erfindungsgemäßen EAP-Generatoren zur Erzeugung elektrischer Energie. Die vor liegende Erfindung umfasst daher auch Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie aus Dehnungsenergie auf kapazitiver Basis durch Verschieben von Ladungen, bei dem die EAP-Stapel eines EAP-Generators, umfassend mindestens einen EAP-Stapel, der zwischen zwei parallel zueinander angeordneten, Kraft übertragenden Flächen angeordnet ist, wobei der EAP-Generator mindestens eine die Relativverschiebung zwischen dem einen Ende des mindestens einen EAP-Stapels und der diesem Ende zugewandten, Kraft übertragenden Fläche erleichternde Schicht zwischen diesem Ende des mindestens einen EAP-Stapels und der diesem Ende zugewandten, Kraft übertragenden Fläche aufweist, indem eine Schicht aus elektroaktivem Polymer aufgrund einer äußeren Kraftein Wirkung gedehnt, im Zustand maximaler Dehnung mit elektrischen Ladungen unterhalb der Durchbruchsstärke beaufschlagt, das elektroaktive Polymer relaxiert und die Ladung bei vollständiger Relaxierung der Schicht abgeleitet wird.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Abbildungen und konkreten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass weder die Abbildungen noch die zur Erläuterung verwendeten konkreten Ausführungsformen als die Erfindung hierauf beschränkend angesehen werden sollen. Die Erfindung wird ausschließlich durch die Ansprüche bestimmt.
Die Figuren 1 a und 1 b veranschaulichen das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem. Eine EAP-Stapel 1 ist zwischen einer ersten Kraft übertragenden Fläche 2 und einer zweiten Kraft übertragenden Fläche 3, die parallel zur ersten Kraft übertragenden Fläche 2 angeordnet ist, angeordnet. Figur 1 a zeigt den EAP-Stapel 1 in relaxiertem Zustand, d.h. in einen Zustand, bei dem keine Kräfte von den Kraft übertragenden Flächen 2, 3 auf den EAP-Stapel 1 übertragen werden. Figur 1 b zeigt die in Figur 1 a dargestellte Anordnung, wobei die Kraft übertragenden Flächen 2, 3 einander angenähert wurden, so dass Kraft auf den dazwischen liegenden EAP-Stapel 1 übertragen wird. In Folge dessen wird der EAP-Stapel verformt. Er beult sich aus, da er aufgrund der Reibung zwischen seinen, den Kraft übertragenden Flächen zugewandten Flächen und den Kraft übertragenden Flächen sich nicht über seine gesamte Höhe gleichförmig ausdehnen kann. Die Figuren 2a und 2b zeigen eine Ausführungsform, bei der eine die Reibung verringernde Schicht 4 zwischen der Kraft übertragenden Fläche 2 und dem EAP-Stapel 1 angeordnet ist. Die Reibung verringernde Schicht 4 ist an der Fläche 2 befestigt. Die Reibung verringernde Schicht 4 weist Kammern 5, 5' und 5" auf, wobei jede der Kammern 5, 5' und 5" über einen Kanal 6, 6', 6" mit der Oberfläche der Schicht 4 und somit dem Spalt 7 in Verbindung steht. Die Kammern 5, 5' und 5" und der Spalt 7 zwischen der Reibung verringernden Schicht 4 und
EAP-Stapel 1 ist mit einem Schmiermittel 8 gefüllt.
Figur 2a zeigt den EAP-Stapel 1 in relaxiertem Zustand, d.h. in einen Zustand, bei dem keine Kräfte von der Kraft übertragenden Fläche 2auf den EAP-Stapel 1 übertragen wird. Figur 2b zeigt die in Figur 2a dargestellte Anordnung in einem Zustand, bei dem Kraft von der Fläche 2 auf den EAP-Stapel 1 übertragen wird. Dabei wird die Reibung verringernde Schicht 4 verformt und das Schmiermittel 8 über Kanäle 6 aus den komprimierten Kammern 5, 5' und 5" in den Spalt 7 ge- presst.
Figuren 3a und 3b zeigen eine alternative Ausführungsform, bei der eine verformbare Zwischenschicht 9 zwischen der Kraft übertragenden Fläche 2 und dem EAP-Stapel 1 angeordnet ist. Die Zwischenschicht 9 ist an der Kraft übertragenden Fläche 2 befestigt. Die Zwischenschicht 4 weist komprimierbare Hohlräume 10 auf.
Figur 3a zeigt den EAP-Stapel 1 in relaxiertem Zustand, d.h. in einen Zustand, bei dem keine Kräfte von der Kraft übertragenden Fläche 2 auf den EAP-Stapel 1 übertragen wird. Figur 3b zeigt die in Figur 3a dargestellte Anordnung in einem Zustand, bei dem Kraft von der Fläche 2 auf den Stapel 1 übertragen wird. Dabei wird die Zwischenschicht 9 zusammengedrückt. Die Hohlräume 10 verformen sich, die Zwischenschicht 9 nimmt Trapezform an.

Claims

Ansprüche
1 . EAP-Generator, umfassend mindestens einen EAP-Stapel (1 ), der zwischen zwei parallel zueinander angeordneten, Kraft übertragenden Flächen (2, 3) angeordnet ist, wobei der EAP-Generator mindestens eine die Relativverschiebung zwischen dem einen Ende des mindestens einen EAP-Stapels (1 ) und der diesem Ende zugewandten, Kraft übertragenden Fläche (2) erleichternde Schicht (4, 9) zwischen diesem Ende des mindestens einen EAP- Stapels (1 ) und der diesem Ende zugewandten, Kraft übertragenden Fläche (2) aufweist.
2. EAP-Generator gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Relativverschiebung erleichternde Schicht (4, 9) eine die Reibung verringernde Schicht (4) ist.
3. EAP-Generator gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibung verringernde Schicht (4) aus einem Festkörper besteht.
4. EAP-Generator gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibung verringernde Schicht (4) eine strukturierte Oberfläche aufweist, vorzugsweise in Form von Kammern (5, 5', 5"), die mit der Oberfläche der Reibung verringernden Schicht (4) in Verbindung stehen.
5. EAP-Generator gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass er zusätzlich ein flüssiges Schmiermittel (8) auf der Oberfläche der Reibung verringernden Schicht (4) aufweist.
6. EAP-Generator gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass er eine Zwischenschicht (4, 9) als die Relativverschiebung erleichternde Schicht aufweist, wobei die Zwischenschicht (4, 9) stark verformbar ist.
7. EAP-Generator gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (4, 9) aus einem homogenen Material besteht, dessen intrinsi- sehe Eigenschaften die Verformbarkeit ermöglichen, oder aus einem geschäumten Material.
EAP-Generator gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er eine die Relativverschiebung erleichternde Schicht nur an einem Ende des mindestens einen EAP-Stapels (1 ) aufweist, oder eine die Relativverschiebung erleichternde Schicht (4, 9) an jedem der beiden Enden des mindestens einen EAP-Stapels (1 ).
EAP-Generator gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung erleichternde Schicht (4, 9) entweder auf der Fläche des Endes eines EAP-Stapels (1 ) angeordnet oder befestigt ist, oder auf der Kraft übertragenden Fläche (2, 3) angeordnet oder befestigt ist, vorzugsweise nur in dem Bereich der Kraft übertragenden Fläche (2, 3), die unmittelbar unterhalb und/oder unmittelbar oberhalb eines EAP- Stapels (1 ) liegt.
0. Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie aus Dehnungsenergie auf kapazitiver Basis durch Verschieben von Ladungen, bei dem die EAP-Stapel (1 ) eines EAP-Generators, umfassend mindestens einen EAP-Stapel (1 ), der zwischen zwei parallel zueinander angeordneten, Kraft übertragenden Flächen (2, 3) angeordnet ist, wobei der EAP-Generator mindestens eine die Relativverschiebung zwischen dem einen Ende des mindestens einen EAP- Stapels (1 ) und der diesem Ende zugewandten, Kraft übertragenden Fläche (2, 3) erleichternde Schicht (4,9) zwischen diesem Ende des mindestens einen EAP-Stapels (1 ) und der diesem Ende zugewandten, Kraft übertragenden Fläche (2) aufweist, indem eine Schicht aus elektroaktivem Polymer aufgrund einer äußeren Krafteinwirkung gedehnt, im Zustand maximaler Dehnung mit elektrischen Ladungen unterhalb der Durchbruchsstärke beaufschlagt, das elektroaktive Polymer relaxiert und die Ladung bei vollständiger Relaxierung der Schicht abgeleitet wird.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2913859A1 (de) * 2014-02-27 2015-09-02 FESTO AG & Co. KG Elastomer-Aktuator

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9836123B2 (en) * 2014-02-13 2017-12-05 Mide Technology Corporation Bussed haptic actuator system and method
CN105365794B (zh) * 2015-11-10 2018-06-15 河南工程学院 基于电活性聚合物的汽车制动能量回收装置
CN105416254B (zh) * 2015-11-10 2018-09-28 河南工程学院 基于压电陶瓷的汽车制动能量回收装置
CN108599613B (zh) * 2018-05-08 2019-10-11 西安交通大学 一种具有纳米结构的摩擦发电机

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010011562A1 (en) * 2008-07-23 2010-01-28 Single Buoy Moorings, Inc. Wave energy converter
US20100079037A1 (en) * 2008-09-26 2010-04-01 Commissariat A L'energie Atomique Electroactive polymer transducer
WO2010111376A1 (en) * 2009-03-25 2010-09-30 Nikhil Bhat Energy harvesting system
DE102009035928A1 (de) 2009-05-26 2010-12-02 Robert Bosch Gmbh Energiewandlungseinrichtung zur Umwandlung von Wellenenergie

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6812624B1 (en) * 1999-07-20 2004-11-02 Sri International Electroactive polymers
US7608989B2 (en) * 1999-07-20 2009-10-27 Sri International Compliant electroactive polymer transducers for sonic applications
ATE381116T1 (de) * 1999-07-20 2007-12-15 Stanford Res Inst Int Elektroaktive polymergeneratoren
AU2001238675A1 (en) * 2000-02-23 2001-09-03 Sri International Electroactive polymer thermal electric generators
WO2008018278A1 (fr) * 2006-08-08 2008-02-14 Konica Minolta Medical & Graphic, Inc. Sonde à ultrasons et procédé de fabrication d'une sonde à ultrasons
WO2008067137A2 (en) * 2006-11-08 2008-06-05 United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration A carbon nanotube film electrode and an electroactive device fabricated with the carbon nanotube film electrode and methods for making same
US9786944B2 (en) * 2008-06-12 2017-10-10 Massachusetts Institute Of Technology High energy density redox flow device
US8237324B2 (en) * 2008-12-10 2012-08-07 The Regents Of The University Of California Bistable electroactive polymers
JP5558876B2 (ja) * 2009-09-18 2014-07-23 東海ゴム工業株式会社 誘電膜、およびその製造方法、並びにそれを用いたトランスデューサ
EP2523231B1 (de) * 2010-01-06 2014-05-07 Tayca Corporation Piezoelektrischer verbundkörper, verfahren zur herstellung des besagten piezoelektrischen verbundkörpers und piezoelektrisches verbundelement mit besagtem piezoelektrischen verbundkörper
US8193655B2 (en) * 2010-03-10 2012-06-05 Allan Roberts System for converting ocean wave energy to electric power
JP2012164917A (ja) * 2011-02-09 2012-08-30 Fujifilm Corp 静電容量変化型発電素子

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010011562A1 (en) * 2008-07-23 2010-01-28 Single Buoy Moorings, Inc. Wave energy converter
US20100079037A1 (en) * 2008-09-26 2010-04-01 Commissariat A L'energie Atomique Electroactive polymer transducer
WO2010111376A1 (en) * 2009-03-25 2010-09-30 Nikhil Bhat Energy harvesting system
DE102009035928A1 (de) 2009-05-26 2010-12-02 Robert Bosch Gmbh Energiewandlungseinrichtung zur Umwandlung von Wellenenergie

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2913859A1 (de) * 2014-02-27 2015-09-02 FESTO AG & Co. KG Elastomer-Aktuator

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