Fokus auf intelligente Dichtungslösungen

Leistungsstarke gestapelte dielektrische Polymeraktuatoren mit vielseitigen Funktionalitäten (Bild: Dätwyler)

16.10.2020 Fokus auf intelligente Dichtungslösungen

Im Zuge der fortschreitenden Entwicklung des Mobilitätssektors hin zu immer intelligenteren Fahrzeugen bietet Dätwyler zwei Lösungen für die Automobilindustrie im Bereich von elektroaktiven Polymeren (EAPs) und integrierter Elektronik.

Der auf einem neuen Prinzip basierende EAP-Aktuator spart Energie und eliminiert gleichzeitig mechanische Geräusche im System, während die in intelligenten Dichtungslösungen eingebettete Elektronik vorausschauende Wartung ermöglicht und die Rückverfolgbarkeit der produzierten Teile verbessert. In Zusammenarbeit mit dem spezialisierten Partner CTSystems spielte Dätwyler bei der Industrialisierung und Kommerzialisierung dieser Lösung eine zentrale Rolle. Der Aktuator wurde ohne die Verwendung traditioneller mechanischer und Spulenkomponenten konstruiert und kann dank seines Designs geräuschlos und nicht nur zuverlässiger, sondern auch  energieeffizienter arbeiten als herkömmliche Alternativen. Diese Technologie basiert auf der Herstellung kleiner Plattenkondensatoren in einem Dreischichtsystem, das aus zwei Elektroden aus leitfähigen Materialien und einem weichen elektroaktiven Polymer dazwischen besteht. Wenn Spannung an den Kondensator angelegt wird, bewegen sich die Oberflächenelektroden aufeinander zu, wodurch das Polymer komprimiert und dadurch eine geringe axiale Bewegung ermöglicht wird. Diese einzelnen Kondensatoren werden dann mit hoher Präzision aufeinandergestapelt, um eine technisch verwertbare, genau definierte axiale Bewegung zu generieren. Der Aktuator kann hinsichtlich Baugröße und Geometrie unterschiedlich ausgeführt und somit an die jeweilige Einbau- und Anwendungssituation angepasst und ohne weitere mechanische Elemente praktisch in jedes Bauteil, das Betätigung erfordert, direkt integriert werden.
Die axiale Bewegung des Aktuators kann stufenlos eingestellt und gesteuert werden. Da der Aktuator keine mechanischen Komponenten besitzt, arbeitet er völlig geräuschlos, was mechanische Schwingungen, die für den Fahrer störend sein können, vollständig beseitigt. Dies ist von besonderem Vorteil bei batterieelektrischen (BEV) und Hybridfahrzeugen, bei denen das von einem konventionellen Verbrennungsmotor (ICE) erzeugte Grundgeräusch nicht vorhanden ist, welches zusätzliche mechanische Geräusche überdeckt. Die Eliminierung des mechanischen Elements erhöht auch dessen Zuverlässigkeit, da die traditionellen beweglichen Teile wegfallen. Auch der Energieverbrauch ist im Vergleich zu einem herkömmlichen Magnetspulensystem deutlich geringer, da hier permanenter Strom oder permanente Spannung benötigt werden, um einen bestimmten Zustand, z.B. `Aus` oder `Ein`, aufrechtzuerhalten. Bei einem EAP-System wird die Spannung in den Elektroden gespeichert und Spannung wird nur dann benötigt, wenn ein Zustandswechsel von Aus auf Ein oder umgekehrt erforderlich ist.“

Der zweite Einsatzbereich ist intelligente Elektronik oder Sensorik, die entweder in eine Elastomerkomponente integriert wird oder alternativ direkt auf die Oberfläche gedruckt werden kann, um eine funktionale Struktur zu bilden. Die resultierenden intelligenten Dichtungslösungen bieten eine Vielzahl von Vorteilen. So können in eingebetteten RFID-Chips Informationen gespeichert werden, die Herstellern im Mobilitätssektor Vorteile bringen können. So lässt sich z.B. die Authentizität eines Bauteils leicht überprüfen, während Teilenummern und Produktionsdaten im Zuge der fortschreitenden Digitalisierung von Lieferketten auch zur Rückverfolgbarkeit beitragen können. Komponenten, die ähnlich aussehen, wie z.B. Membranen, können ebenfalls überprüft werden, um beim Zusammenbau von Baugruppen sicherzustellen, dass Teile aus dem richtigen Material verwendet werden.

Die Fortschritte bei intelligenten Dichtungslösungen gehen weit über die Lieferkette hinaus. So können z.B. sensoraktive Schichten innerhalb von Elastomeren auf Druck oder Berührung reagieren und sogar Leckagen oder das Vorhandensein von Flüssigkeiten auf der Oberfläche einer Dichtung erkennen, was zu neuen Möglichkeiten im Hinblick auf vorausschauende Wartung führt. In dem Maße, wie wir voranschreiten und die Elektrifizierung weiter an Fahrt gewinnt, ist es höchst wünschenswert, solche Eigenschaften in Batteriepaketen zu haben, wo jede Form von Leckage zu reduzierter Funktionalität oder sogar Überhitzung führen kann.

Elektronische Komponenten wie Chips und Sensoren können auch Parameter wie Temperatur, Flüssigkeitsstände und Abrieb erkennen, wenn sie in Dichtungslösungen integriert sind. Diese Informationen tragen ebenfalls dazu bei, dass Fahrzeuge vorausschauende Analysen liefern können, was wiederum das Risiko ungeplanter Ausfallzeiten und sogar potenzieller Sicherheitsprobleme senken kann.