Motorløse pumper og selvregulerende ventiler lavet af ultratynd film

Ventilerne og pumperne, der udvikles af forskergruppen ledet af professor Stefan Seelecke ved Saarlands Universitet, er lavet af elektroaktiv silikonefilm og tilbyder meget mere end blot den typiske 'åbn/luk' eller 'tænd/sluk'-funktionalitet. Forskerne styrer filmen elektrisk og kan få den til at udføre præcise vibrationer eller pulser efter behov, samtidig med at dens nøjagtige position eller form overvåges. Denne reaktionsevne gør det muligt kontinuerligt at variere flowhastigheden gennem en ventil eller kontinuerligt at regulere en pumpes ydeevne. Et andet træk ved disse filmbaserede enheder er, at de kan indikere, om de er blevet blokeret af et fremmedlegeme. Da forskerne kan forme filmene, så de passer ind i næsten alle hylstre, filmene kan bruges i en bred vifte af praktiske anvendelser.

Holdet vil være til dette års Hannover Messe, hvor de vil demonstrere deres teknologi på Saarland Research and Innovation Stand (Hal 2, Stand B46).

Svigt i små ventiler eller pumper i et stort industrianlæg kan forårsage store problemer for vedligeholdelses- og reparationsteamene. Det kan tage lang tid, før den defekte komponent er blevet sporet. Og dette kan være så meget desto mere problematisk, hvis fejlen tog tid at gøre sig gældende; jo længere tid det tager at finde en fejl, jo større er den potentielle skade på planten. Hvis, for eksempel, et fremmedlegeme bliver fanget i en ventil, og ventilen lukker ikke ordentligt som et resultat, det kan tage tid, før operatørerne er opmærksomme på fejlen.

Heldigvis, denne situation opstår ikke med de nye pumper og ventiler, der er blevet udviklet af professor Stefan Seelecke og hans forskerhold ved Saarlands universitet. 'Vores enheder er i stand til at kommunikere deres status og deres aktivitet i realtid. For eksempel, ventilen kan ikke kun fortælle os, om den er åben eller lukket, men præcis hvor langt åben den er. Hvis det ikke kan lukke på grund af tilstedeværelsen af ​​et fremmedlegeme, det kan også kommunikere dette faktum til os, ' forklarer professor Seelecke.

Ventilerne og pumperne skabt af forskergruppen Saarbrücken er lavet af en tynd silikonefilm, der er trykt på begge sider med et elektrisk ledende materiale. Forskere omtaler disse materialer som dielektriske elastomerer. 'Hvis vi sætter en spænding på filmen, det genererer en elektrostatisk tiltrækningskraft, der komprimerer filmen, får det til at udvide sig sidelæns, siger Steffen Hau, en ph.d. ingeniør, der arbejder i Seeleckes team. Ved at ændre det påførte elektriske felt på en kontrolleret måde, ingeniørerne kan få filmen til at gennemgå højfrekvente vibrationer eller kontinuerligt variable bøjningsbevægelser. Effektivt, filmen kan antage næsten enhver ønsket position eller orientering. "Disse egenskaber betyder, at filmen kan bruges til at designe nye drivsystemer, ' forklarer Hau.

Brug af intelligente algoritmer til at styre filmens bevægelse, forskerne ved Saarland University og ved Center for Mekatronik og Automationsteknologi (ZeMA) i Saarbrücken udvikler selvregulerende ventiler og motorløse pumper. 'Vi har ikke brug for separate bevægelige dele til vores pumper. Fordi pumperne kan køre uden en roterende motor, de er flade, kompakt og meget energieffektiv, siger Hau. 'Vi kan styre volumenstrømningshastigheden i disse pumper ved at bruge amplituden af ​​den påførte spænding i stedet for frekvensen, hvilket er det der normalt bruges, « tilføjer han. Dette gør det muligt at bygge meget støjsvage pumper.

"Da filmen selv kan fungere som en positionssensor, det samme kan en komponent lavet af det, siger Philipp Linnebach, en ph.d.-forsker, der studerer de nye filmbaserede drivsystemer. Når filmen forvrænger, en elektrisk kapacitansværdi kan tildeles præcist til enhver bestemt position af filmen. 'Hvis vi måler en ændring i kapacitans, vi ved præcis, hvor meget filmen har forvrænget, forklarer Linnebach. Dette gør det muligt at beregne specifikke bevægelsessekvenser præcist og programmere i en styreenhed. Den filmbaserede ventil kan derfor bruges til at levere præcis den nødvendige mængde trykluft eller væske.

Selve filmen er i bund og grund en flad struktur. 'Vi har nu udviklet teknologien til et punkt, hvor vi kan producere film i den ønskede form. Så vi kan nu tilpasse filmene til at opfylde behovene for specifikke applikationer, siger Steffen Hau. Teknologien er omkostningseffektiv at fremstille, og komponenterne er meget lette. De bruger også meget lidt energi og er mere end hundrede gange mere energieffektive end konventionelle komponenter. Sammenlignet med en konventionel magnetventil, den filmbaserede ventil bruger op til 400 gange mindre energi.