Als Elastomere bezeichnet man Werkstoffe, die bei Raumtemperatur gummielastische Eigenschaften aufweisen. Grund für die hohe Elastizität sind die schwach vernetzten, langen Kettenmoleküle. Im unbelasteten Zustand liegen diese Polymerketten als geknäulte Struktur vor, die sich unter mechanischer Belastung entflechten und entlang der Zugrichtung ausrichten. Sie kommen in der Technik in vielfältigen Anwendungen zum Einsatz, zum Beispiel zur Schwingungsbeeinflussung im Maschinen- und Anlagenbau.
Wird eine dünne Elastomerschicht beidseitig mit elektrisch leitfähigen Schichten versehen und mehrere solcher Schichten gestapelt, entsteht ein Schichtverbund mit besonderen elektromechanischen Eigenschaften. Das so erzeugte dielektrische Elastomer stellt einen Wandlerwerkstoff dar und kann unterschiedlich eingesetzt werden.
Einerseits stellt ein dielektrisches Elastomer einen flexiblen Kondensator, dessen Kapazität sich bei Deformation durch mechanische Lasten in Dickenrichtung ändert, dar. Diese Veränderungen können elektronisch detektiert und so Rückschlüsse auf die Belastung gezogen werden, das Material also als Sensor fungieren. Andererseits entstehen bei Anlegen einer elektrischen Spannung Deformationen, die aktorisch genutzt werden können. Darüber hinaus können dielektrische Elastomere als Wandlerwerkstoffe mechanische in elektrische Energie wandeln und für Energy-Harvesting-Anwendungen eingesetzt werden.
Am Fraunhofer-Institut LBF wurde ein Konzept für dielektrische Elastomerwandler entwickelt, das auf speziell strukturierten, metallischen Elektroden basiert und insbesondere für dynamische Anwendungen Vorteile bietet. Damit lassen sich dielektrische Elastomere in der Strukturdynamik sowohl als Sensoren als auch als Aktoren wirkungsvoll einsetzen.
So arbeitet das Fraunhofer LBF an Anwendungen dielektrischer Elastomere als funktionsintegrierte Kraftsensoren, die statisch und dynamisch Lasten bei geringem Bauraumbedarf erfassen und so einen Beitrag zu Digitalisierung von Maschinen und Prozessen leisten. Andererseits werden aktive Elastomerlager zur aktiven Schwingungsreduktion genauso erforscht wie Lautsprecher basierend auf dielektrischen Elastomeren zur intelligenten Lärmkontrolle.
Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF