Motorlose Pumpen und selbstdosierende Ventile
Hauchdünne Folie aus dielektrischen Elastomeren
Sie können mehr als «auf und zu»: Die Ventile und Pumpen einer Forschergruppe der Universität des Saarlandes bestehen aus Silikonfolie. Die Ingenieure können diese präzise elektrisch ansteuern, sie vibrieren lassen und sie erhalten gleichzeitig eine Rückmeldung über die Bewegung der Folie. Das macht es möglich, den Durchfluss durch Ventile stufenlos zu regeln oder die Leistung einer Pumpe zu variieren. Die Folien-Pumpen und -Ventile signalisieren ausserdem, wenn sie etwa ein Fremdkörper blockiert. Die Forscher passen sie jeder Gehäuseform an, so dass sie in der Praxis Einsatz finden können.
Fallen in grossen Industrieanlagen kleine Ventile oder Pumpen aus, wird es für den Reparaturdienst schwierig. Bis der Fehler gefunden ist, kann viel Zeit vergehen. Hat sich etwa ein Fremdkörper im Ventil verklemmt und schliesst es nicht mehr richtig, kann es dauern, bis sich das Malheur zeigt.
Anders ist das bei den neuartigen Pumpen und Ventilen einer Forschergruppe der Universität des Saarlandes: Sie können ihren Zustand und ihre Funktion rückmelden. So kann das Ventil Feedback geben, ob es offen, geschlossen und auch, wie weit genau es geöffnet ist. Auch wenn ein Fremdkörper es nicht mehr schliessen lässt, gibt es dies weiter.
Die Ventile und Pumpen bestehen aus dünner Silikonfolie, aus sogenannten dielektrischen Elastomeren. Wenn eine elektrische Spannung angelegt wird, bewirkt die elektrostatische Anziehung, dass die Folie sich in Dickenrichtung zusammenzieht und sich in der Fläche ausdehnt. Indem sie das elektrische Feld verändern, können die Ingenieure die Folie hochfrequent vibrieren oder stufenlose Hub-Bewegungen vollführen lassen. Sie kann auch jede gewünschte Stellung halten.
Mit einer Steuerung über Algorithmen im Hintergrund können selbstregelnde Ventile und motorlose Pumpen realisiert werden. Da die Pumpen ohne einen Motor auskommen, sind sie kompakt, flach und sehr energieeffizient. Ausserdem kann der Volumenstrom der Pumpe über die angelegte Spannungsamplitude und nicht nur wie üblich über die Frequenz geregelt werden. Dadurch können sehr leise Pumpen hergestellt werden.
Jede Verformung der Folie lässt sich präzise einem Messwert der elektrischen Kapazität zuordnen. So lässt sich die mechanische Auslenkung der Folie bestimmen. In einer Regelungseinheit können die Bewegungsabläufe dadurch genau berechnet und programmiert werden. Und so kann auch das Folienventil Druckluft oder Flüssigkeiten exakt nach Bedarf dosieren.
25.3.2019
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