DE102009059024A1 - Energy transformer with electroactive polymer - Google Patents

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Karsten 70178 Glien
Herbert 71263 Schmidt
Klaus Dr. 97753 Reymann
Thomas 70806 Grund
Metin Dr. 71394 Koyuncu
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Energietransformer (1) mit elektroaktivem Polymer (2). Das elektroaktive Polymer (2) bildet eine Polymerfolie (3). Die elektroaktive Polymerfolie (3) weist eine Elektrode (4) und eine Gegenelektrode (5) eines mechanisch flexiblen Kondensators (6) auf, der aufgrund der mechanischen Flexibilität und des elektroaktiven Polymers (2) eine variable Kapazität bildet. Die Elektrode (4) und die Gegenelektrode (5) weisen jeweils ein ebenes Elektrodengitter (7) aus leitfähigem Material auf. Mehrere Elektrodengitter (7) von Elektrode (4) und Gegenelektrode (5) sind abwechselnd übereinander beabstandet gestapelt und von dem Material des elektroaktivem Polymers (2) durchdrungen. Zwischen jeder Elektrode (4) und Gegenelektrode (5) ist eine Schicht (8) des elektroaktiven Polymers (2) vorhanden.The invention relates to an energy transformer (1) with an electroactive polymer (2). The electroactive polymer (2) forms a polymer film (3). The electroactive polymer film (3) has an electrode (4) and a counter electrode (5) of a mechanically flexible capacitor (6) which, due to the mechanical flexibility and the electroactive polymer (2), forms a variable capacitance. The electrode (4) and the counter electrode (5) each have a flat electrode grid (7) made of conductive material. Several electrode grids (7) of electrode (4) and counter-electrode (5) are alternately stacked at a distance from one another and penetrated by the material of the electroactive polymer (2). A layer (8) of the electroactive polymer (2) is present between each electrode (4) and counter electrode (5).

Description

Die Erfindung betrifft einen Energietransformer mit elektroaktivem Polymer. Das elektroaktive Polymer bildet eine Polymerfolie. Die elektroaktive Polymerfolie weist eine Elektrode und eine Gegenelektrode eines mechanisch flexiblen Kondensators auf, der aufgrund der mechanischen Flexibilität und des elektroaktiven Polymers eine variable Kapazität bildet.The invention relates to an energy transformer with electroactive polymer. The electroactive polymer forms a polymer film. The electroactive polymer film has an electrode and a counterelectrode of a mechanically flexible capacitor, which forms a variable capacitance due to the mechanical flexibility and the electroactive polymer.

Aus der Druckschrift DE 60 2004 008 639 T2 ist ein Wellenenergietransformer bekannt, wobei ein Schwimmkörper ein Verbindungselement trägt, das mit dem Wellengang auf- und abgleitet und entsprechend elektrische Energie in einer das Verbindungselement umgebenden Spule erzeugt.From the publication DE 60 2004 008 639 T2 a wave energy transformer is known, wherein a floating body carries a connecting element which slides up and down with the swell and correspondingly generates electrical energy in a coil surrounding the connecting element.

Aus der Druckschrift US 2007/0257490 A1 ist ein System und ein Verfahren zur Nutzung eines elektroaktiven Polymertransformers bekannt, um mechanische Energie, die ursprünglich in einem oder mehreren Wellen enthalten ist, in elektrische Energie zu wandeln. Dazu weist der Transformer ein maritimes Gerät auf, das die mechanische Energie einer Welle in mechanische Energie umwandelt, die als Eingang für einen elektroaktiven Polymertransformer geeignet ist.From the publication US 2007/0257490 A1 For example, a system and method for utilizing an electroactive polymer transformer to convert mechanical energy originally contained in one or more waves into electrical energy is known. For this purpose, the transformer has a marine device that converts the mechanical energy of a wave into mechanical energy, which is suitable as an input for an electroactive polymer transformer.

Auch aus dieser Druckschrift ist ein Schwimmkörper bekannt, der teilweise mit unter Wasser angeordneten Massen verbunden ist oder direkt am Meeresboden verankert ist. Der Schwimmkörper trägt mehrere Behälter, in denen bewegliche Massen synchron mit dem Wellengang mechanische Bewegungen ausführen und damit mechanische Energie des Wellenganges in kinetische Energie transformieren, mit der ein elektroaktiver Polymertransformer zur Erzeugung von elektrischer Energie beaufschlagt wird.Also from this document, a floating body is known, which is partially connected to submerged masses or anchored directly on the seabed. The floating body carries a plurality of containers in which moving masses perform mechanical movements synchronously with the waves and thus transform mechanical energy of the waves into kinetic energy, which is applied to an electroactive polymer transformer for generating electrical energy.

Ein derartiger elektroaktiver Polymertransformer hat eine elektroaktive Polymerfolie, auf deren Oberseite eine Elektrode und auf deren Unterseite eine Gegenelektrode eines Kondensators angeordnet sind. Bei einer Dehnung, einer Krümmung oder einer anderen Verformung des elektroaktiven Polymermaterials variiert die Kapazität des Kondensators aus Elektrode, Gegenelektrode und dazwischen angeordneter Polymerfolie, so dass aus mechanischer Verformung des Polymermaterials in einer geeigneten Generatorschaltung elektrische Energie gewonnen werden kann.Such an electroactive polymer transformer has an electroactive polymer film, on the top side of which an electrode and on the underside of which a counterelectrode of a capacitor are arranged. Upon expansion, curvature, or other deformation of the electroactive polymer material, the capacitance of the capacitor, electrode, counter electrode, and interposed polymer film varies, so that electrical energy can be obtained from mechanical deformation of the polymer material in a suitable generator circuit.

Wird das elektroaktive Polymer bei nur geringer elektrischer Feldstärke durch ein mechanisches Energieübertragungssystem aufgrund des Wellenganges gedehnt, so erhöht sich die elektrische Feldstärke. Die erhöhte elektrische Feldstärke wird beibehalten, während sich die elektroaktive Polymerfolie entspannt, und kann elektrische Energie an einen Zwischenspeicher wie eine Zwischenkapazität oder eine Ladebatterie in der Entspannungsphase der Folie abgeben. Dazu weist der Wellenenergietransformer mindestens einen Positionssensor auf, der die Umkehrpositionen von Dehnungsphase in Entspannungsphase und umgekehrt erfasst und eine Positionsänderung einem entsprechenden Steuergerät des Generators signalisiert.If the electroactive polymer is stretched by a mechanical energy transmission system due to the waves at low electric field strength, the electric field strength increases. The increased electric field strength is maintained as the electroactive polymer film relaxes, and can deliver electrical energy to a buffer such as an intermediate capacity or charge battery in the relaxation phase of the film. For this purpose, the wave energy transformer has at least one position sensor which detects the reversal positions of the expansion phase in the relaxation phase and vice versa and signals a change in position to a corresponding control unit of the generator.

Ein Nachteil der bekannten Wellenenergietransformer ist ihr relativ komplexer und materialintensiver Aufbau, der gemäß der Vorrichtung nach DE 60 2004 008 639 T2 einen hohen Aufwand an Kupferspulen erfordert, um eine Auf- und Abwärtsbewegung eines Verbindungselements, das mit einem Schwimmkörper in Verbindung steht, in elektrische Energie zu transformieren. Bei den aus der Druckschrift US 2007/0257490 A1 bekannten Wellenenergieübertrager mit einem elektroaktiven Polymertransformer sind aufwendige folienartige Aufbauten bekannt, um einen Schwimmkörper über entsprechende Verbindungselemente mit der elektroaktiven Polymerfolie derart zu verbinden, dass die mechanische Energie des Wellenganges auf das elektroaktive Polymermaterial übertragen werden kann, so dass das elektroaktive Polymermaterial in der Lage ist, mittels einer Generatorschaltung elektrische Energie an eine Last oder eine Ladebatterie abzugeben.A disadvantage of the known wave energy transformers is their relatively complex and material-intensive structure, according to the device according to DE 60 2004 008 639 T2 requires a high cost of copper coils to transform an up and down movement of a connecting element, which is in communication with a float in electrical energy. In the from the publication US 2007/0257490 A1 known wave energy transfer with an electroactive polymer transformer are known elaborate foil-like structures to connect a floating body via corresponding connecting elements with the electroactive polymer film such that the mechanical energy of the waves can be transferred to the electroactive polymer material, so that the electroactive polymer material is able by means of a generator circuit to deliver electrical energy to a load or a rechargeable battery.

Aus der Druckschrift EP 1 212 800 D1 ist darüber hinaus ein Generator zum Umwandeln von mechanischer Energie in elektrische Energie bekannt, bei dem wenigstens zwei Elektroden in einem Polymer in einer Weise angeordnet sind, dass eine Veränderung des elektrischen Feldes als Reaktion auf eine auf einem ersten Teil des Polymers aufgebrachte Auslenkung auftritt. Ferner sind unterschiedliche Aufbauten und Anordnungen der Elektroden in Bezug auf das elektroaktive Polymermaterial bekannt, wobei unter anderem ein Stapeln von elektroaktiver Polymerfolie zu einem effektiveren Kondensator mit variabler Kapazität vorgeschlagen wird. Ein Nachteil dieses Kondensators ist es jedoch, dass er durch Abscheiden von Elektrodenmaterial auf einer elektroaktiven Polymerfolie mit anschließender Stapelung derartiger mit Elektroden versehender Folien aufeinander in herkömmlicher Weise hergestellt wird und damit einerseits ein hoher Raumbedarf für den elektroaktiven Kondensator erforderlich ist und andererseits eine hohe Anzahl von Fertigungsschritten für die Herstellung eines derartigen elektroaktiven Kondensators vorzusehen sind.From the publication EP 1 212 800 D1 In addition, there is known a generator for converting mechanical energy to electrical energy, wherein at least two electrodes are disposed in a polymer in a manner such that a change in the electric field occurs in response to a deflection applied to a first portion of the polymer. Further, various structures and arrangements of the electrodes with respect to the electroactive polymer material are known, including but not limited to stacking electroactive polymer film into a more effective variable capacitance capacitor. A disadvantage of this capacitor, however, is that it is produced by depositing electrode material on an electroactive polymer film with subsequent stacking of such electrodes providing films on each other in a conventional manner and thus on the one hand a high space requirement for the electroactive capacitor is required and on the other hand, a large number of Manufacturing steps are to be provided for the production of such an electroactive capacitor.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Energietransformer zu schaffen, der eine vereinfachte und kostengünstige Struktur des Kondensators aufweist und bei Biege-, Krümmungs- und anderen bewegungsabhängigen Verformungen eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Wirkungsgrad aufweist.The object of the invention is to provide an energy transformer, which has a simplified and cost-effective structure of the capacitor and in bending, bending and other movement-dependent deformations one opposite has improved efficiency in the prior art.

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved with the subject matter of the independent claims. Advantageous developments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Erfindungsgemäß wird ein Energietransformer mit elektroaktivem Polymer geschaffen. Das elektroaktive Polymer bildet eine Polymerfolie. Die elektroaktive Polymerfolie weist eine Elektrode und eine Gegenelektrode eines mechanisch flexiblen Kondensators auf, der aufgrund der mechanischen Flexibilität und des elektroaktiven Polymers eine variable Kapazität bildet. Die Elektrode und die Gegenelektrode weisen jeweils ein ebenes Elektrodengitter aus leitfähigem Material auf. Mehrere Elektrodengitter von Elektrode und Gegenelektrode sind abwechselnd übereinander beabstandet gestapelt und von dem Material des elektroaktivem Polymers durchdrungen. Zwischen jeder Elektrode und Gegenelektrode ist eine Schicht des elektroaktivem Polymers vorhanden.According to the invention, an energy transformer with electroactive polymer is provided. The electroactive polymer forms a polymer film. The electroactive polymer film has an electrode and a counterelectrode of a mechanically flexible capacitor, which forms a variable capacitance due to the mechanical flexibility and the electroactive polymer. The electrode and the counter electrode each have a planar electrode grid made of conductive material. Multiple electrode grid of the electrode and counter electrode are alternately stacked one above the other and penetrated by the material of the electroactive polymer. Between each electrode and counter electrode is a layer of the electroactive polymer.

Dieser Kondensator mit elektroaktiven Polymer hat aufgrund der gitterförmigen Elektroden den Vorteil einer hohen Flexibilität, da durch die Gitterstruktur die Elektroden den Krümmungen, Verwölbungen und Dehnungen des flexiblen Kondensators aus einem elektroaktiven Polymer besser folgen können. Außerdem gestaltet sich die Herstellung einer derartigen aus einem Gitterelektrodenstapel hergestellten elektroaktiven Polymerkondensators äußerst kostengünstig, da praktisch mit einem Verfahrensschritt mit dem Einbringen des elektroaktiven Polymers in einem vorbereiteten Elektrodengitterstapel der Kondensator praktisch zur Verfügung steht.This electroactive polymer capacitor has the advantage of high flexibility because of the lattice-shaped electrodes, because the lattice structure allows the electrodes to better follow the curvatures, warping and strains of the flexible electroactive polymer capacitor. In addition, the production of such an electroactive polymer capacitor made of a grid electrode stack is extremely cost-effective, since the capacitor is practically available in practice with a process step involving the incorporation of the electroactive polymer in a prepared electrode grid stack.

In eine bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht das Elektrodengitter aus einer gitterförmigen perforierten elektrisch leitenden Folie. Diese gitterförmige Perforation kann mit Hilfe von entsprechenden Ätztechniken und/oder mit Hilfe von Stanztechniken in eine Folie erreicht werden, wobei durch die Gitteröffnungen in den übereinander im Abstand gestapelten gitterförmigen Folien ein fließfähiges viskoses elektroaktives Polymer die Gitterstrukturen durchdringen kann und eine Schichtfolge von mindestens einer Elektrode, elektroaktivem Polymer und einer Gegenelektrode bilden kann.In a preferred embodiment of the invention, the electrode grid consists of a grid-shaped perforated electrically conductive film. This grid-shaped perforation can be achieved by means of appropriate etching techniques and / or with the aid of punching techniques in a film, wherein a flowable viscous electroactive polymer can penetrate through the grid openings in the stacked spaced lattice-shaped films and a layer sequence of at least one electrode , electroactive polymer and a counter electrode can form.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, das Elektrogitter aus Matten von elektrisch leitenden Kurzfasern herzustellen. Diese Kurzfasern können in der Matte beziehungsweise in dem Elektrodengitter einander auch noch kontaktieren, selbst wenn die elektroaktive Polymerfolie gedehnt oder gekrümmt wird.In a further embodiment of the invention, it is provided to produce the electric grid from mats of electrically conductive short fibers. These short fibers can also still contact each other in the mat or in the electrode grid, even if the electroactive polymer film is stretched or curved.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Elektrodengitter elektrisch leitende Gewebe aufweisen aus Metallfasern, Kohlefasern und/oder amorphen Kohlefasern. Durch das Verweben dieser elektrisch leitenden Fasern zu einer gitterförmigen Elektrode beziehungsweise Gegenelektrode kann ebenfalls gewährleistet werden, dass die Dehnung des elektrisch aktiven Polymers beim Einsatz in einem Energietransformer nicht durch die Elektrodenstruktur behindert wird.In a further embodiment of the invention, it is provided that the electrode meshes comprise electrically conductive fabrics of metal fibers, carbon fibers and / or amorphous carbon fibers. By interweaving these electrically conductive fibers to a grid-shaped electrode or counter electrode can also be ensured that the strain of the electrically active polymer is not hindered by the electrode structure when used in an energy transformer.

Besonders geeignet ist der Energietransformer als Wellenenergietransformer, da im Wasser ein kostengünstiger und stabiler Aufbau des Transformers besonders wichtig ist.The energy transformer is particularly suitable as a wave energy transformer, since a cost-effective and stable construction of the transformer is particularly important in the water.

Weiterhin ist es vorgesehen, dass die variable Kapazität des Kondensators mit elektroaktiver Polymerfolie aus einem von dem elektroaktiven Polymer durchdrungenen Stapel aus Elektrodengittern mit einer Generatorschaltung zusammenwirkt, wobei die Generatorschaltung eine Versorgungsbatterie, einen Zwischenkondensator als Zwischenspeicher und eine Steuereinheit aufweist. Die Steuereinheit überträgt abhängig vom Wellengang Ladungen auf den Zwischenkondensator beziehungsweise Zwischenspeicher und kann alternativ eine Ladebatterie aufladen und/oder eine Last speisen.Furthermore, it is provided that the variable capacitance of the electroactive polymer film capacitor of a stack of electrode gratings penetrated by the electroactive polymer interacts with a generator circuit, wherein the generator circuit has a supply battery, an intermediate capacitor as a buffer and a control unit. Depending on the waves, the control unit transmits charges to the intermediate capacitor or intermediate storage and can alternatively charge a charging battery and / or feed a load.

Ein Verfahren zur Herstellung einer elektroaktive Polymerfolie mit einer Elektrode und einer Gegenelektrode eines Kondensators mit variabler Kapazität für einen Wellenenergietransformer weist die folgenden Verfahrenschritte auf. Zunächst wird ein aushärtbarer elektroaktiver Polymer in fließfähigem viskosem Zustand bereitgestellt. Parallel kann bereits ein Stapeln von Elektrodengittern in mehreren Ebenen übereinander zu einem Elektrodengitterstapel erfolgen. Dann wird das aushärtbare elektroaktive Polymer in fließfähigem viskosem Zustand auf den Elektrodengitterstapel aufgebracht und der Elektrodengitterstapel mit dem aushärtbaren elektroaktiven Polymer in fließfähigem viskosen Zustand wird durchdrungen, so dass anschließend lediglich ein Aushärten des elektroaktiven Polymers unter Druck und Temperatur zu einer elektroaktiven Polymerfolie mit mehreren eingelagerten Elektrodenebenen aus Elektrodengittern erforderlich ist.A method for producing an electroactive polymer film having an electrode and a counter electrode of a variable capacitance capacitor for a wave energy transformer comprises the following method steps. First, a curable electroactive polymer is provided in a flowable viscous state. At the same time, a stacking of electrode gratings in several levels can already take place one above the other to form an electrode grid stack. Then, the curable electroactive polymer is applied in a flowable viscous state to the electrode grid stack and the electrode grid stack is penetrated with the curable electroactive polymer in a flowable viscous state so that subsequently only curing of the electroactive polymer under pressure and temperature to an electroactive polymer film having a plurality of embedded electrode planes is required from electrode grids.

Dieses Verfahren hat nicht nur den Vorteil, dass ein hochflexibler Kondensator mit den Gitterelektroden aufgebaut werden kann, sondern bietet auch die Möglichkeit, dass derartige elektroaktive Kondensatoren mit variabler Kapazität und hoher Flexibilität preisgünstig hergestellt werden können. Dazu werden als Elektrodengitter auch metallisch leitende Materialien eingesetzt wie beispielsweise feinkörnige Partikel aus Kohlenstoffpulver oder Metallpulver in einer derartigen Dichte einer entlang einer vorgegebnen Gitterstruktur, dass sie sich selbst bei einem Krümmen oder Verwölben des elektroaktiven Polymers ihren elektrischen Kontakt untereinander nicht verlieren.Not only does this method have the advantage of being able to construct a highly flexible capacitor with the grid electrodes, it also offers the possibility that such electroactive capacitors with variable capacitance and high flexibility can be manufactured inexpensively. For this purpose, metal-conducting materials are used as the electrode grid, such as, for example, fine-grained particles of carbon powder or metal powder in such a density along a predetermined lattice structure that they are themselves in a Bending or buckling of the electroactive polymer does not lose its electrical contact with each other.

Darüber hinaus ist es vorgesehen, dass als Elektrodengitter ein elektrisch leitendes Gewebe oder eine elektrisch leitende Matte aus Metallfasern, Kohlefasern oder amorphen Kohlefasern eingesetzt wird.In addition, it is provided that an electrically conductive fabric or an electrically conductive mat of metal fibers, carbon fibers or amorphous carbon fibers is used as the electrode grid.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.The invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying figures.

1 zeigt eine schematische perspektivische Teilansicht eines mechanisch flexiblen Kondensators für einen Wellenenergietransformer gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; 1 shows a schematic perspective partial view of a mechanically flexible capacitor for a wave energy transformer according to a first embodiment of the invention;

2 zeigt eine schematische perspektivische Teilansicht eines mechanisch flexiblen Kondensators für einen Wellenenergietransformer gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; 2 shows a schematic perspective partial view of a mechanically flexible capacitor for a wave energy transformer according to a second embodiment of the invention;

3 zeigt eine schematische perspektivische Teilansicht eines mechanisch flexiblen Kondensators für einen Wellenenergietransformer gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung; 3 shows a schematic perspective partial view of a mechanically flexible capacitor for a wave energy transformer according to a third embodiment of the invention;

4 zeigt eine schematische Darstellung eines Generators unter Einsatz eines der drei gezeigten Ausführungsformen für einen Wellenenergietransformer. 4 shows a schematic representation of a generator using one of the three embodiments shown for a wave energy transformer.

1 zeigt eine schematische perspektivische Teilansicht eines mechanisch flexiblen Kondensators 6 für einen Wellenenergietransformer gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Dazu weist der mechanisch flexible Kondensator mehrere Ebenen von Gitterelektroden auf, wobei abwechselnd eine Elektrode 16 und eine Gegenelektrode 17 des Kondensators 6 in einer Matrix aus elektroaktiven Polymer 2 eingebettet sind. Die Elektroden 16 und Gegenelektroden 17 sind jeweils aus Querstreben 10 aufgebaut, die innerhalb der Ebenen verlaufen. Aufgrund der gitterförmigen Struktur der aufeinander gestapelten Elektroden 16 und 17 mit dazwischen angeordneten Schichten 8 aus zwischen den Elektrodengittern eingedrungenem elektroaktiven Polymer 2 ist es möglich, dass das Elektrodengitter 7 des Elektrodengitterstapels 11 den Dehnungen, Wölbungen und Biegungen des hochflexiblen elektroaktiven Polymermaterials 2 folgen kann. 1 shows a schematic perspective partial view of a mechanically flexible capacitor 6 for a wave energy transformer according to a first embodiment of the invention. For this purpose, the mechanically flexible capacitor on several levels of grid electrodes, wherein alternately an electrode 16 and a counter electrode 17 of the capacitor 6 in a matrix of electroactive polymer 2 are embedded. The electrodes 16 and counter electrodes 17 are each made of cross struts 10 built, which run within the levels. Due to the latticed structure of the stacked electrodes 16 and 17 with layers arranged in between 8th from penetrated between the electrode grid electroactive polymer 2 is it possible for the electrode grid 7 of the electrode grid stack 11 the strains, bulges and bends of the highly flexible electroactive polymer material 2 can follow.

In 2 wird eine schematische perspektivische Teilansicht eines mechanisch flexiblen Kondensators 6 für einen Wellenenergietransformer einer zweiten Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Von diesem Wellenenergietransformer sind drei Ebenen 12, 13 und 14 aus Gitterelektroden 7 derart übereinander ausgerichtet, dass ein elektroaktives Polymer 2 in einem fließfähigen viskosen Zustand diese drei Gitterelektroden 7 durchdringen kann und durchdringen wird und damit einen flexiblen Kondensator 6 auf der Basis von elektroaktivem Polymer 2 bilden kann. Die Gitterelektroden sind als Fasern 9 aufgebaut, die innerhalb der Ebenen 12, 13, 14 verlaufen.In 2 is a schematic perspective partial view of a mechanically flexible capacitor 6 for a wave energy transformer of a second embodiment of the invention. From this wave energy transformer are three levels 12 . 13 and 14 from grid electrodes 7 aligned such that an electroactive polymer 2 in a flowable viscous state these three grid electrodes 7 can penetrate and penetrate and thus a flexible capacitor 6 based on electroactive polymer 2 can form. The grid electrodes are as fibers 9 built within the levels 12 . 13 . 14 run.

3 zeigt eine schematische perspektivische Teilansicht eines mechanisch flexiblen Kondensators 6 für einen Wellenenergietransformer einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Diesmal ist zwischen zwei Schichten aus elektroaktiven Polymer 2 eine stark perforierte Metallfolie 15 angeordnet, so dass das fließfähige viskose elektroaktive Polymermaterial die Perforation der Metallfolie 15 durchdringen kann und damit eine formschlüssige Verbindung zu dem elektroaktiven Polymer auf der Oberseite und der Unterseite der perforierten Folie 15 schaffen kann. 3 shows a schematic perspective partial view of a mechanically flexible capacitor 6 for a wave energy transformer of a third embodiment of the invention. This time is between two layers of electroactive polymer 2 a strongly perforated metal foil 15 arranged so that the flowable viscous electroactive polymer material the perforation of the metal foil 15 can penetrate and thus form-fitting connection to the electroactive polymer on the top and bottom of the perforated film 15 can create.

4 zeigt eine schematische Darstellung eines Generators unter Einsatz eines der drei gezeigten Ausführungsformen für einen Wellenenergietransformer 1. Dazu ist der Wellenenergietransformer 1 an seinen beiden Enden 23 und 24 jeweils in Halterungen 21 und 22 eingespannt oder über Schrauben 25 fixiert und wird den Kräften des Wellenganges 27 ausgesetzt, indem mittels eines Schwimmkörpers 17 und eines Kopplungselements 18 die Bewegung der Wellen 19 auf den Wellenenergietransformer 1 übertragen werden. 4 shows a schematic representation of a generator using one of the three embodiments shown for a wave energy transformer 1 , This is the wave energy transformer 1 at both ends 23 and 24 each in brackets 21 and 22 clamped or over screws 25 fixes and becomes the forces of swell 27 suspended by means of a float 17 and a coupling element 18 the movement of the waves 19 on the wave energy transformer 1 be transmitted.

Durch die Anordnung der in den vorhergehenden Figuren gezeigten Elektroden 16 und 17 ist es möglich, den Wellenenergietransformer 1 mit seiner Elektrode 16 und seiner Gegenelektrode 17 über entsprechende Stromleitungen 35 und 36 mit einer Generatorschaltung 28 zu verbinden. Die in einem Zyklus gewonnene Ladung kann über einen DC/DC-Wandler 41 in einer Ladebatterie 32 gespeichert werden. Außerdem ist es möglich über eine Leitung 34 von der Generatorschaltung 28 aus, einen Kondensator als Zwischenspeicher 30 mit den gewonnenen Ladungen aufzuladen.By the arrangement of the electrodes shown in the preceding figures 16 and 17 is it possible to use the wave energy transformer 1 with his electrode 16 and its counter electrode 17 via appropriate power lines 35 and 36 with a generator circuit 28 connect to. The charge obtained in one cycle can be transferred via a DC / DC converter 41 in a battery 32 get saved. It is also possible via a line 34 from the generator circuit 28 from, a capacitor as a buffer 30 to charge with the won charges.

Ferner ist die Generatorschaltung 28 auch mit einem Frequenzumformer 40 verbunden. Der Frequenzumformer 40 transformiert die niedrige Frequenz des Wellenganges 27 in eine Netzfrequenz, um beispielsweise einer Last 33 in einem Versorgungsnetz zu versorgen. Um derartige elektrische Ladungen mit Hilfe des Wellenenergietransformers 1 zu gewinnen, ist es notwendig, die einzelnen Phasen wie Entlastungsphase und Dehnungsphase des Wellenenergietransformers 1 mit einem Positionssensor 39 zu verbinden, der die variablen Positionen des verschieblich gelagerten Endes 24 erfasst und je nach Krümmung des flexiblen Kondensators 6 aus einer flachgewickelten elektroaktiven Polymerfolie die einzelnen Phasen wie Entspannungsphase und Dehnungsphase an eine Steuereinheit 31 signalisiert, die mit der Generatorschaltung 28 über eine Leitung 37 zusammenwirkt. Eine Versorgungsbatterie 29 sorgt für die Anfangsfeldstärke, die an den Wellenenergietransformer 1 aus elektroaktiven Polymer mit den Elektroden 16 und 17 zu legen ist.Furthermore, the generator circuit 28 also with a frequency converter 40 connected. The frequency converter 40 transforms the low frequency of the waves 27 in a grid frequency, for example, a load 33 in a supply network. To such electrical charges with the help of the wave energy transformer 1 It is necessary to extract the individual phases such as discharge phase and expansion phase of the wave energy transformer 1 with a position sensor 39 to connect the variable positions of the displaceable end 24 detected and depending on the curvature of the flexible capacitor 6 from a flat-wound electroactive polymer film, the individual phases such as relaxation phase and Expansion phase to a control unit 31 signals that with the generator circuit 28 over a line 37 interacts. A supply battery 29 provides the initial field strength, which corresponds to the wave energy transformer 1 of electroactive polymer with the electrodes 16 and 17 to lay is.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
WellenenergietransformerWave Energy Transformer
22
elektroaktives Polymerelectroactive polymer
33
elektroaktive Polymerfolieelectroactive polymer film
44
Elektrodeelectrode
55
Gegenelektrodecounter electrode
66
Kondensatorcapacitor
77
Elektrodengitterelectrode grid
88th
Schichtlayer
99
Faserfiber
1010
elektrisch leitende Folieelectrically conductive foil
1111
ElektrodengitterstapelElectrode grid stack
1212
Ebenelevel
1313
Ebenelevel
1414
Ebenelevel
1515
Metallfoliemetal foil
1616
Elektrodeelectrode
1717
Gegenelektrodecounter electrode
1818
Kopplungselementcoupling element
1919
Wellewave
2020
Schwimmkörperfloat
2121
Halterungbracket
2222
Halterungbracket
2323
EndeThe End
2424
EndeThe End
2727
Wellengangwaves
2828
Generatorschaltunggenerator circuit
2929
Versorgungsbatteriesupply battery
3030
Zwischenkondensator oder ZwischenspeicherIntermediate capacitor or buffer
3131
Steuereinheitcontrol unit
3232
Ladebatterierechargeable battery
3333
Lastload
3434
Leitungmanagement
3535
Stromleitungpower line
3636
Stromleitungpower line
3737
Leitungmanagement
3939
Positionssensor 39 position sensor 39
4040
Frequenzumformerfrequency
4141
DC/DC-WandlerDC / DC converter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (15)

Energietransformer mit elektroaktivem Polymer (2), wobei das Polymer (2) eine elektroaktive Polymerfolie (3) bildet, die eine Elektrode (4) und eine Gegenelektrode (5) eines mechanisch flexiblen Kondensators (6) aufweist, der aufgrund seiner mechanischen Flexibilität und des elektroaktiven Polymers (2) eine variable Kapazität bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (4) und die Gegenelektrode (5) jeweils ein ebenes Elektrodengitter (7) aus leitfähigem Material aufweisen, und wobei mehrere Elektrodengitter (7) von Elektrode (4) und Gegenelektrode (5) abwechselnd übereinander beabstandet gestapelt sind und von dem Material des elektroaktivem Polymers (2) durchdrungen sind und zwischen jeder Elektrode (4) und Gegenelektrode (5) eine Schicht (8) des elektroaktivem Polymers (2) vorhanden ist.Energy transformer with electroactive polymer ( 2 ), wherein the polymer ( 2 ) an electroactive polymer film ( 3 ) forming an electrode ( 4 ) and a counter electrode ( 5 ) of a mechanically flexible capacitor ( 6 ) due to its mechanical flexibility and the electroactive polymer ( 2 ) forms a variable capacitance, characterized in that the electrode ( 4 ) and the counterelectrode ( 5 ) each have a planar electrode grid ( 7 ) of conductive material, and wherein a plurality of electrode grid ( 7 ) of electrode ( 4 ) and counterelectrode ( 5 ) are alternately stacked on top of each other and of the material of the electroactive polymer ( 2 ) and between each electrode ( 4 ) and counterelectrode ( 5 ) a layer ( 8th ) of the electroactive polymer ( 2 ) is available. Energietransformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodengitter (7) eine gitterförmig perforierte elektrisch leitende Folie (10) aufweisen.Energy transformer according to claim 1, characterized in that the electrode grid ( 7 ) a grid-shaped perforated electrically conductive film ( 10 ) exhibit. Energietransformer nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodengitter (7) Matten aus elektrisch leitenden Fasern (9) aufweisen.Energy transformer according to claim 1 or claim 2, characterized in that the electrode grid ( 7 ) Mats made of electrically conductive fibers ( 9 ) exhibit. Energietransformer nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodengitter (7) elektrisch leitende Gewebe aufweisen.Energy transformer according to claim 1 or claim 2, characterized in that the electrode grid ( 7 ) have electrically conductive tissue. Energietransformer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewebe Metallfasern (9) aufweist.Energy transformer according to claim 4, characterized in that the fabric is metal fibers ( 9 ) having. Energietransformer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodengitter (7) ein elektrisch leitendes Gewebe aus Kohlefasern aufweisen.Energy transformer according to claim 4, characterized in that the electrode grid ( 7 ) comprise an electrically conductive fabric of carbon fibers. Energietransformer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodengitter (7) ein elektrisch leitendes Gewebe aus amorphen Kohlefasern aufweisen.Energy transformer according to one of claims 1 to 3, characterized in that the electrode grid ( 7 ) comprise an electrically conductive fabric of amorphous carbon fibers. Energietransformer nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodengitter (7) elektrisch leitende Matten aus elektrisch leitenden Kurzfasern aufweisen.Energy transformer according to claim 1 or claim 2, characterized in that the electrode grid ( 7 ) comprise electrically conductive mats of electrically conductive short fibers. Energietransformer nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodengitter (7) elektrisch leitende Matten aus Metallfasern aufweisen.Energy transformer according to claim 1 or claim 2, characterized in that the electrode grid ( 7 ) have electrically conductive mats made of metal fibers. Energietransformer nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodengitter (7) elektrisch leitende Matten aus Kohlefasern aufweisen.Energy transformer according to claim 1 or claim 2, characterized in that the electrode grid ( 7 ) have electrically conductive mats made of carbon fibers. Energietransformer nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodengitter (7) elektrisch leitende Matten aus amorphen Kohlefasern aufweisen.Energy transformer according to claim 1 or claim 2, characterized in that the electrode grid ( 7 ) comprise electrically conductive mats of amorphous carbon fibers. Energietransformer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die variable Kapazität des Kondensators (6) mit elektroaktiver Polymerfolie (3) aus einem von dem elektroaktiven Polymer (2) durchdrungenen Stapel aus Elektrodengittern (7) mit einer Generatorschaltung (28) zusammenwirkt, wobei die Generatorschaltung (28) eine Versorgungsbatterie (29), einen Zwischenkondensator (30) und eine Steuereinheit (31) aufweist, und wobei die Steuereinheit (31) abhängig vom Wellengang (27) Ladungen auf den Zwischenkondensator (30) überträgt und eine Ladebatterie (32) auflädt und/oder eine Last (33) speist.Energy transformer according to one of claims 1 to 11, characterized in that the variable capacitance of the capacitor ( 6 ) with electroactive polymer film ( 3 ) from one of the electroactive polymer ( 2 ) penetrated stack of electrode grids ( 7 ) with a generator circuit ( 28 ), wherein the generator circuit ( 28 ) a supply battery ( 29 ), an intermediate capacitor ( 30 ) and a control unit ( 31 ), and wherein the control unit ( 31 ) depending on the waves ( 27 ) Charges on the intermediate capacitor ( 30 ) and a rechargeable battery ( 32 ) and / or a load ( 33 ) feeds. Verfahren zur Herstellung einer elektroaktive Polymerfolie (2) mit einer Elektrode (4) und einer Gegenelektrode (5) eines Kondensators (6) mit variabler Kapazität für einen Energietransformer (1), das folgende Verfahrenschritte aufweist: – Bereitstellen eines aushärtbaren elektroaktiven Polymers (2) in fließfähigem viskosem Zustand; – Stapeln von Elektrodengittern (7) in mehreren Ebenen übereinander zu einem Elektrodengitterstapel (11); – Aufbringen des aushärtbaren elektroaktiven Polymers (2) in fließfähigem viskosem Zustand auf den Elektrodengitterstapel (11); – Durchdringen des Elektrodengitterstapels (11) mit dem aushärtbaren elektroaktiven Polymer (2) in fließfähigem viskosen Zustand; – Aushärten des elektroaktiven Polymers (2) unter Druck und Temperatur zu einer elektroaktiven Polymerfolie (3) mit mehreren eingelagerten Elektrodenebenen aus Elektrodengittern (7).Process for the preparation of an electroactive polymer film ( 2 ) with an electrode ( 4 ) and a counter electrode ( 5 ) of a capacitor ( 6 ) with variable capacity for an energy transformer ( 1 ), comprising the following steps: - providing a curable electroactive polymer ( 2 ) in a flowable viscous state; - stacking of electrode grids ( 7 ) in several levels one above the other to an electrode grid stack ( 11 ); Application of the curable electroactive polymer ( 2 ) in a flowable viscous state on the electrode grid stack ( 11 ); Penetrating the electrode grid stack ( 11 ) with the curable electroactive polymer ( 2 ) in a flowable viscous state; Curing the electroactive polymer ( 2 ) under pressure and temperature to an electroactive polymer film ( 3 ) with a plurality of embedded electrode planes made of electrode gratings ( 7 ). Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Elektrodengitter (7) ein metallisch leitendes Material eingesetzt wird.Method according to claim 13, characterized in that as electrode grid ( 7 ) a metallically conductive material is used. Verfahren nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Elektrodengitter (7) ein elektrisch leitendes Gewebe aus Metallfasern, Kohlefasern oder amorphen Kohlefasern eingesetzt wird.Method according to claim 13 or claim 14, characterized in that as electrode grid ( 7 ) an electrically conductive fabric of metal fibers, carbon fibers or amorphous carbon fibers is used.
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