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

Power electronics for the operation of dielectric elastomers in actuatory, sensory and integrated sensorimotor systems

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:29-opus4-156451
  • 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 geeigneten 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 dasDielektrischen 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 geeigneten 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 werden können. Somit ist es möglich, den Aktor- oder in Zukunft gar den Systemzustand ohne externe Sensoren zu erfassen. Umgekehrt ist auch die Realisierung von primär als Sensoren genutzten dielektrischen Elastomeren mit aktivem Feedback denkbar.show moreshow less
  • Due to their inherent properties, dielectric elastomers depict a promising technology with high potential for the use in elastic as well as soft mechatronic applications. To establish this technology as a new generation of actuators and sensors, next to research work in material science and suitable manufacturing processes, also novel adaptive power electronics concepts are necessary, which enable the integration of dielectric elastomers in different applications. Therefore, the main research content of this dissertation is the investigation of scalable, universally applicable power electronic methods as well as the solution oriented pointing out of technology related challenges. Thereby,Due to their inherent properties, dielectric elastomers depict a promising technology with high potential for the use in elastic as well as soft mechatronic applications. To establish this technology as a new generation of actuators and sensors, next to research work in material science and suitable manufacturing processes, also novel adaptive power electronics concepts are necessary, which enable the integration of dielectric elastomers in different applications. Therefore, the main research content of this dissertation is the investigation of scalable, universally applicable power electronic methods as well as the solution oriented pointing out of technology related challenges. Thereby, the challenges are regarding the application integration of dielectric elastomer actuators and sensors in different application areas. The addressed research focus in this work is divided into the three operating modes, the actuatory, sensory and the sensorimotor usage of dielectric elastomers. Power electronics concepts are derived and designed for each operation mode. Furthermore, their implementation on dielectric elastomer actuators and sensors is tested and evaluated. The results show that different application cases are addressable with the presented power electronics concepts of separated and combined operation modes. With the established power electronics, actuators can be simultaneously used as sensors, with which external forces can be registered and the actuators’ or in future even the system’s state can be determined without external sensors. Conversely, the realization of active feedback for dielectric elastomers primarily used as sensors is also conceivable.show moreshow less

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Metadaten
Author:Maximilian Landgraf
Persistent identifiers - URN:urn:nbn:de:bvb:29-opus4-156451
Persistent identifiers - DOI:https://doi.org/10.25593/978-3-96147-381-6
ISBN:978-3-96147-381-6
Series (Volume number):FAU Studien aus dem Maschinenbau (357)
Publisher:FAU University Press
Place:Erlangen
Editor:Jörg Franke, Nico Hanenkamp, Marion Merklein, Michael Schmidt, Sandro Wartzack
Referee:Jörg Franke, Stefan Johann Rupitsch
Advisor:Jörg Franke
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of publication:2020
Date of online publication (Embargo Date):2021/01/20
Publishing Institution:FAU University Press
Granting institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Technische Fakultät
Acceptance date of the thesis:2020/10/20
Release Date:2021/01/25
Tag:Hochspannungsbetrieb; Leistungselektronik für dielektrische Elastomere; dielektrische Elastomeraktoren; dielektrische Elastomersensoren; selbstfühlende dielektrische Elastomere
SWD-Keyword:Leistungselektronik; Hochspannung; Dielektrisches Elastomer; Sensomotorik; Mechatronik; Ingenieurwissenschaften; Maschinenbau; Produktionstechnik
Length/size:xxiii, 166 Seiten
Notes:
Parallel erschienen als Druckausgabe bei FAU University Press, ISBN: 978-3-96147-380-9
Original publication:mb.fau.de/diss
Institutes:Technische Fakultät / Department Maschinenbau
Technische Fakultät / Department Maschinenbau / Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS)
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 60 Technik / 600 Technik, Technologie
6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 62 Ingenieurwissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 62 Ingenieurwissenschaften / 629 Andere Fachrichtungen der Ingenieurwissenschaften
open_access (DINI-Set):open_access
Collections:Universität Erlangen-Nürnberg / FAU University Press
Licence (German):Creative Commons - CC BY-NC - Namensnennung - Nicht kommerziell 4.0 International
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