21.03.2019 12:59
Hannover Messe: Motorlose Pumpen und selbstdosierende Ventile aus hauchdünner Folie
Sie können mehr als „auf und zu“ oder „an und aus“: Die Ventile und Pumpen der Forschergruppe von Professor Stefan Seelecke von 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.
Ihre Technologie zeigt die Forschergruppe ab 1. April auf der Hannover Messe: am saarländischen Forschungsstand B46 in Halle 2.
Fallen in großen Industrieanlagen kleine Ventile oder Pumpen aus, wird es für den Reparaturdienst schwierig. Bis der Fehler gefunden ist, kann einige Zeit ins Land gehen. Erst recht, wenn der Fehler sich erst spät auswirkt oder der Schaden sich in der Anlage weiterfrisst. 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, die Professor Stefan Seelecke und seine Forschergruppe von der Universität des Saarlandes entwickelt haben: „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“, erklärt Professor Seelecke.
Die Ventile und Pumpen der Saarbrücker Forschergruppe bestehen aus dünner Silikonfolie, die beidseitig mit elektrisch leitfähigem Material bedruckt ist. Die Wissenschaftler sprechen dabei von dielektrischen Elastomeren: „Legen wir eine elektrische Spannung an, bewirkt die elektrostatische Anziehung, dass die Folie sich in Dickenrichtung zusammenzieht und sich in der Fläche ausdehnt“, sagt Steffen Hau, promovierter Ingenieur in Seeleckes Team. 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. „Das macht die Folie zu einem neuartigen Antrieb“, erklärt Hau.
Mit einer Steuerung über Algorithmen im Hintergrund entwickeln die Forscher an der Saar-Universität und am Zentrum für Mechatronik und Automatisierungstechnik (Zema) selbstregelnde Ventile und motorlose Pumpen. „Für unsere Pumpen etwa brauchen wir keine beweglichen Teile. Sie kommen ohne einen Motor aus, der rotiert. Das macht sie kompakt, flach und sehr energieeffizient“, erklärt Hau. „Außerdem kann der Volumenstrom der Pumpe über die angelegte Spannungsamplitude und nicht nur wie üblich über die Frequenz geregelt werden“, ergänzt er. Dadurch können sehr leise Pumpen hergestellt werden.
„Die Folie und damit auch das jeweilige Bauteil haben selbst die Funktion eines Positions-Sensors“, sagt Doktorand Philipp Linnebach, der als wissenschaftlicher Mitarbeiter an den Folien-Antrieben arbeitet. Jede Verformung der Folie lässt sich präzise einem Messwert der elektrischen Kapazität zuordnen. „Messen wir die elektrische Kapazität, wissen wir genau, welche mechanische Auslenkung die Folie gerade angenommen hat“, erklärt Linnebach. 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.
Die Folie an sich ist ein flaches Bauteil. „Wir haben die Technik aber so weiterentwickelt, dass wir sie in die gewünschte Bauform bringen können. Wir können sie also den jeweiligen Anforderungen der Praxis anpassen“, sagt Steffen Hau. Die Technologie ist kostengünstig in der Herstellung und die Bauteile sind leicht. Außerdem verbrauchen sie nur wenig Energie – sie sind hundertfach energieeffizienter als übliche Verfahren. Im Vergleich zu Magnet-Ventilen etwa hat das Folienventil einen bis zu 400-mal geringeren Energieverbrauch.
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Am Zentrum für Mechatronik und Automatisierungstechnik Zema in Saarbrücken arbeiten Universität des Saarlandes, Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes sowie Industriepartner zusammen. In zahlreichen Projekten entwickeln sie industrienah und setzen neue Methoden aus der Forschung in die industrielle Praxis um. http://www.zema.de/
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