EAP装置、EAP连续混合膜的应用以及用于制造EAP装置的方法

摘要

本发明提出一种具有至少一个EAP堆1的EAP装置，其中所述至少一个EAP堆1具有多个沿纵轴线彼此相邻布置的层，其中所述层包括电极层和电介质层2、3，其中所述电介质层3构造为分别具有至少一个电介质段3a的EAP层，其中所述电极层2构造为分别具有至少一个电极段2a的EAP层，其中所述电极层和/或所述电介质层2、3构造为EAP膜。

说明书

技术领域

本发明涉及一种EAP装置、一种EAP连续混合膜的应用以及一种用于制造所述EAP装置的方法。

背景技术

电活性聚合物，已知通常简称为EAP，通过施加电压而改变其形状。因此EAP能够用作执行器。但是EAP也实现发电模式，其中机械引起的EAP的膨胀直接转换成电能。这种能量转换器称作EAP发电机。EAP的膨胀到电能的转换基于电容通过电荷移动实现。

由可能示出了最近的背景技术的文献DE 10 2011 086 256 A1已知用于获得电能的波能转换器。波能转换器包括敞开朝向具有起伏波浪的水体的区域，并且设有活动的平面压力接收器。此外，波能转换器具有电气-机械转换模块，所述转换模块与压力接收器机械耦接。构造所述转换模块用于将压力接收器的自行运动转换成电压，其中所述转换模块构造为至少一个电活性聚合物。

发明内容

在本发明的范围中提出了具有权利要求1所述特征的EAP装置、具有权利要求9所述特征的EAP连续混合膜的应用以及具有权利要求10所述特征的用于制造所述EAP装置的方法。由从属权利要求、以下的说明以及附图得出本发明的优选的或者有利的实施方式。

因此按照本发明提出了一种具有至少一个EAP堆的EAP装置。尤其构造所述EAP、也已知为电活性聚合物用于将电能转化成机械功和/或反之亦然。EAP实现发电模式，其中机械膨胀能直接转换成电能。例如至少一个EAP堆构造为EAP发电机用于产生电能。替代地，所述至少一个EAP堆能够构造为EAP执行器。在EAP堆作为EAP执行器时能够控制期望的膨胀和压缩。

所述至少一个EAP堆包括多个沿纵轴线彼此相邻布置的层，其中所述层具有电极层和电介质层。所述多个层理解为至少三个、优选至少四个层。电介质层构造为分别具有至少一个电介质段的EAP层。电极层构造为分别具有至少一个电极段的EAP层。可变形、尤其是可弹性变形地构造电介质层和电极层作为EAP层。作为优选的层序列，EAP堆具有至少两个具有电极和对应电极作为电极段的电极层以及至少一个或者刚好一个布置在两个电极层之间的具有电介质作为电介质段的电介质层。所述电极层和电介质层尤其是以对于纵轴线优选有规律的层序列彼此堆叠。所述电极层和电介质层尤其优选以三明治结构堆叠。

在本发明的范围中提出，电极层和/或电介质层构造为EAP膜。

电极层和电介质层通过由EAP的制造具有相同或者相似的膨胀特性。因此，电极层和电介质层能够有利地至少近似相同地弹性膨胀。因此避免或者至少降低由不断压缩和解压缩引起的电极层和电介质层脱落的风险。此外，电介质层通过相似的膨胀特性在其膨胀时不会被电极层妨碍或者说能够充分利用电介质层的膨胀特性。以该方式实现改善效率和使用寿命。

EAP膜的另一个主要优点是其与平板状的层比较有较小的层厚度和柔韧性。例如EAP膜具有小于0.1mm的层厚度、尤其是小于0.05mm、特别小于0.005mm。在此，电极层和电介质层能够具有不同的、但是优选相同的层厚度。尤其是由此得出的EAP膜的灵活应用实现了EAP膜的成本低廉的连续制造。因此，有利地在大批制造中以膜共同挤压方法能够经济地制造EAP堆。此外，EAP膜实现了节省空间地实施EAP 堆。

EAP层特别优选由干EAP形成。电极层的、尤其是电极段的EAP优选是电致伸缩的和/或铁电的聚合物。此外，电介质层的、尤其是电介质段的EAP优选是绝缘弹性体。所述绝缘弹性体例如是有机弹性体、比如像EPDM、NBR、HNBR，作为可能的替代品是热塑性弹性体。绝缘弹性体尤其优选是硅酮和/或丙烯酸聚合物（Acryl）。

在一种优选的实施方式中，所述构造为EAP膜的电极层在平面的延伸部中分别具有至少或者刚好两个导电段，其中一个导电段形成电极段并且另一个导电段形成集电极段。所述集电极段在EAP堆的纵向上尤其形成对于两个相同电势的电极的能导电的连接部位。各个EAP膜的电极段和集电极段优选具有不同的电势。此外，构造为EAP膜的电极层在平面的延伸部中分别包括至少或者刚好一个绝缘段，所述绝缘段使导电段彼此电绝缘。电极层的平面延伸尤其垂直于EAP堆的纵轴线分布。尤其通过构造为EAP膜一体地制造所述电极层。因此，所述导电段和绝缘段尤其一体地彼此连接。有利地借助一体地制造在EAP膜中的导电段和绝缘段，通过减少零件降低安装费用并且缩短工序链，这引起制造成本的降低。

在另一种优选的实施方式中，构造为EAP膜的电介质层在平面的延伸部中分别具有至少或者刚好两个导电段，所述导电段通过电介质段彼此电绝缘。所述导电段尤其分别形成集电极段。所述集电极段在EAP堆的纵向上优选形成对于两个相同电势的电极段的连接部位。各个EAP膜的集电极段和电极段尤其具有不同的电势。集电极层的平面延伸尤其垂直于EAP堆的纵轴线分布。尤其通过构造为EAP膜一体地制造所述集电极层。因此，所述导电段和绝缘段尤其一体地彼此连接。通过导电段和绝缘段一体的制造降低安装费用并且缩短工序链，这引起制造成本的降低。

在本发明的一种可能的设计方案中，EAP堆包括或者形成集电极和对应极电极。配套的电极段、也就是说具有相同电势的电极段通过所述集电极和对应极电极彼此电连接。所述集电极优选由电介质层的一个集电极段和由电极层的一个导电段形成。此外优选的是，对应极电极由电介质层的另一个集电极段和由电极层的另一个导电段形成。电极层和/或电介质层的集电极段尤其形成两个在对于纵轴线的纵向上相邻的相同电势的电极段的连接区域。电极层和电介质层尤其材料配合地彼此相连。以该方式不需要提供在电极和对应电极之间的接触的附加的接触元件。能够有利地在大批制造中自动和正确地提供材料配合的连接。此外，以较小的电阻转换稳定的和可承载的直接接触。

优选地，集电极构造为电极梳并且对应极电极构造为对应电极梳，电极梳和对应电极梳嵌入到彼此中并且通过绝缘段和电介质段彼此绝缘。集电极和对应极电极通过梳形结构实现EAP堆的简单和紧凑的结构形式。

本发明的一种优选的实施方式规定，通过在EAP中导电的添加剂形成导电段和/或集电极段。导电的添加剂优选是能导电的小颗粒。例如导电的添加剂由碳颗粒、尤其由碳纳米管、由碳黑颗粒和/或由金属颗粒、尤其由金属丝形成。以该方式实现在EAP中的导电能力，其中有利地尽可能保留EAP的膨胀特性。

在本发明的一种可能的设计方案中，EAP装置制成波能转换器用于从水波的动能获得电能。至少一个EAP堆特别优选构造为EAP发电机，所述EAP发电机将传输给其的动能转化成电能。

本发明的另一个主题涉及一种EAP连续混合膜用于EAP装置的EAP堆的应用，其中所述EAP连续混合膜包括多个具有导电段和绝缘段的电极层和/或多个具有导电段和电介质段的电介质层。

本发明的另一个主题涉及一种用于制造按以上说明所述的EAP装置的方法。提供电极层和电介质层作为EAP膜。在另一个制造步骤中，EAP膜沿纵轴线彼此相邻布置并且彼此接合。

EAP膜能够首先被裁剪并且接着彼此相邻布置并且彼此接合成EAP堆。然而，电介质层和电极层作为EAP膜的一个主要优点是薄的厚度并且进而连续制造的可能性。以此为背景尤其优选的是，EAP膜借助膜共同挤压方法彼此接合。对于膜共同挤压方法涉及用于制造由多个同类的或者异类的塑料层制成的挤压制品的方法。在膜共同挤压方法中，包括多个电介质层和/或电极层的多个EAP连续混合膜尤其分别由卷筒展开并且未剪切地经历彼此堆叠和配属的电介质层和电极层的接合。为此，EAP连续混合膜优选沿纵向分别具有交替布置的电介质层的导电段和电介质段和/或电极层的导电段和绝缘段。在接合之后优选制成EAP连续堆。在后续步骤中，EAP连续堆能够裁剪成单个EAP堆。膜共同挤压方法保证了EAP膜彼此稳定的直接接触。此外，膜共同挤压方法在大批制造中实现提供便宜的EAP堆。

附图说明

由以下对本发明的优选实施例的描述得出本发明的其他特征、优点和作用。在此示出：

图1是作为本发明的一种优选的实施例的一个EAP堆；

图2是图1所示的具有梳形结构的EAP堆；

图3是提供各个EAP连续混合膜以借助膜共同挤压方法制造图1所示的EAP堆的示图。

具体实施方式

图1示出了EAP堆1作为本发明的一种优选的实施例。EAP是一种电活性聚合物，所述聚合物根据工作方向将电能转换成机械功或者机械功转换成电能。EAP堆1能够例如制成EAP发电机或者EAP执行器。

EAP堆1包括多个沿纵轴线A彼此相邻连续布置的层，其中所述层具有电极层和电介质层2、3。在该实施例中，EAP堆1总共包括六个EAP层2、3，其中层的数量根据期望的机械能或者电能的获得能够更少或者更多。在图1中为了简明起见，电极层和电介质层2、3沿纵向彼此间隔距离地布置，但是为了形成EAP堆1而装配成堆。例如电极层和电介质层2、3材料配合地彼此连接。电极层和电介质层2、3以对于EAP堆1的纵轴线A规则的层序列彼此堆叠。

电极层2在平面的延伸部中分别具有两个导电段2a、2c和一个绝缘段2b，其中导电段2a、2c通过绝缘段2b彼此电绝缘。较大的导电段形成电极段2a并且较小的导电段2c形成集电极段2c。在该实施例中，电极段2a沿纵向交替地构造为电极和对应电极。电极层2的集电极段2c沿纵向形成对于相同电势的两个电极段2a的导电的连接部位。

在所述平面延伸部上、也就是说沿纵轴线A的径向观察，电极段和集电极段2a、2c布置在电极层2的两个对置的端部区域上。电极段、绝缘段和集电极段2a、2b、2c在电极层2的整个层厚度d上延伸。层厚度d沿纵轴线A的方向延伸。此外，电极段、绝缘段和集电极段2a、2b、2c在电极层2的整个层宽度t上延伸。层宽度t垂直于纵轴线A延伸。例如电极段2a占电极层2的总体积的至少百分之二十的体积份额、尤其是至少百分之四十、特别是至少百分之六十。例如EAP堆1的电极层2结构相同地构造。

电介质层3在平面的延伸部中分别具有一个电介质段3a以及两个导电段3b，所述导电段通过电介质段3a彼此电绝缘。导电段3b相应地构造为集电极段3b。集电极段3b直接或者间接地形成对于两个电极段2a的导电的连接部位。电介质段3a沿EAP堆1的纵向分别作为电介质布置在两个电极段2a之间、尤其是布置在电极和对应电极之间。电介质段3a与电极层2的分别沿纵向相邻地布置的绝缘层2b相连接。因此，不同电势的电极段2a彼此电绝缘。沿纵轴线A的径向观察，集电极段3b布置在电介质层3的两个对置的端部区域上。集电极段3b与分别沿纵向相邻的电极段或者说集电极段2a、2c相连接。集电极段2c、3b具有相同的结构尺寸。

电介质段和集电极段3a、3b在电介质层3的整个层厚度d上延伸。此外，电介质段和集电极段3a、3b在电介质层3的整个层宽度t上延伸。例如电介质段3a占电介质层3的总体积的至少百分之二十的体积份额、尤其是至少百分之三十、特别是至少百分之五十。例如EAP堆1的电介质层3结构相同地构造。电极层和电介质层2、3的沿纵向相邻的导电段或者说集电极段2a、2c、3b对于电接触来说布置在EAP堆1的相同的棱边区域上。

像在图2中能够清晰看出的那样，EAP堆1包括集电极4和对应极电极5。配套的电极段2a通过集电极4和对应极电极5彼此电连接。集电极4由电介质层3的其中一个集电极段3b并且由电极层2的其中一个导电段2a/2c形成。对应极电极5由电介质层3的另一个集电极段3b并且由电极层2的相应另一个导电段2a/2c形成。因此，电极段2a以相应相同的电势经由电介质层3的集电极段3b的彼此电连接。正如在图1中示出的那样，集电极4和对应极电极5分别包括一个电极接头6。以该方式例如能够由EAP堆1获得电能。

集电极4制成电极梳并且对应极电极5制成对应电极梳，所述电极梳和对应电极梳嵌入到彼此中并且通过彼此连接的绝缘段和电介质段2b、3a彼此电绝缘。在该实施例中，电极层2在图1中示出的正视图中对于分别沿纵向最近的电极层2旋转180°地布置，从而能够实现梳形结构。

电极层和电介质层2、3制成EAP膜。例如电极层和电介质层2、3作为EAP膜具有小于0.1mm的层厚度d。EAP膜能够有利地由EAP连续混合膜制成。EAP连续混合膜又以膜共同挤压方法实现EAP堆1的经济的制造。以该方式实现EAP堆1的简单的、成本低廉的和可靠的制造。

根据图3可以阐述在图1示出的EAP堆1的膜共同挤压方法作为可行的制造实例。对于EAP堆1的电极层和电介质层2、3来说，EAP连续混合膜7分别由卷筒展开。这里纯示例性地示出了六个展开的EAP连续混合膜7的截取区段。三个EAP连续混合膜7包括多个电极层2，其中另外三个EAP连续混合膜7具有多个电介质层3。因此，EAP连续混合膜7沿纵向包括交替布置的电极层2的导电段和绝缘段2a、2b、2c或者说电介质层3的导电段和电介质段3a、3b。

展开的EAP连续混合膜7沿有待制造的EAP堆1的方向交替地以电极层2和电介质层3布置。在后续步骤中展开的EAP连续混合膜7结合成EAP堆1。为此例如EAP连续混合膜7以热熔粘合材料（Schmelz-Klebstoff）涂覆并且接合成层压塑料。EAP连续混合膜7如此彼此布置，从而电极层和电介质层2、3在结合成EAP连续混合膜时以期望的形式彼此接触地布置。接着，EAP连续混合膜能够卷成卷筒用于存放，替代地能够相同地裁剪成各个EAP堆1。