Leistungselektronik für den Einsatz dielektrischer Elastomere in aktorischen, sensorischen und integrierten sensomotorischen Systemen

Abstract

Dielektrischen Elastomeren werden aufgrund ihrer inhärenten Eigenschaften für den Einsatz in elastischen sowie weichen mechatronischen Applikationen ein hohes Potenzial zugesprochen. Um diese Technologie als eine neuartige Generation von Aktoren und Sensoren etablieren zu können, sind neben Forschungsarbeiten in Materialwissenschaften und zu eeigneten Herstellungsprozessen ebenfalls neuartige adaptive Leistungselektronikkonzepte notwendig, welche eine Applikationsintegration dielektrischer Elastomere ermöglichen. Der übergeordnete Forschungsinhalt der Dissertationsschrift ist daher die Erforschung skalierbarer, universell einsetzbarer leistungselektronischer Methoden sowie das lösungsorientierte Aufzeigen technologiebedingter Herausforderungen hinsichtlich der Applikationsintegration von dielektrischen Elastomeraktoren und -sensoren in unterschiedlichen Anwendungsbereichen. Die in dieser Arbeit adressierten Forschungsschwerpunkte teilen sich auf die drei Betriebsmodi der aktorischen, sensorischen sowie sensomotorischen Nutzung von dielektrischen Elastomeren auf. Leistungselektronikkonzepte werden für den jeweiligen Betrieb hergeleitet, entworfen sowie deren Realisierung an dielektrischen Elastomeraktoren und -sensoren erprobt sowie evaluiert. Die Ergebnisse zeigen, dass mit den vorgestellten leistungselektronischen Konzepten für den separaten und kombinierten Betrieb unterschiedliche Anwendungsfälle adressierbar sind. Dabei werden Aktoren simultan auch als Sensoren nutzbar, mit denen von außen wirkende Krafteinflüsse registriert und der Aktor- oder in Zukunft gar der Systemzustand ohne externe Sensoren erfasst werden kann. Umgekehrt ist auch die Realisierung von primär als Sensoren genutzten dielektrischen Elastomeren mit aktivem Feedback denkbar.