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Jahresbericht 2022

Frau Dr.-Ing. Henriette Grellmann mit den Mitgliedern der Prüfungskommission

satz der Volumenkonstanz gilt, muss sich das Dielek- der Beschichtungsprozess, die zur Herstellung der
trikum in achsialer Richtung ausdehnen, sodass das textilen Aktoren und Sensoren eingesetzt werden,
Filament im aktivierten Zustand länger ist als im müssen umfangreich modifiziert werden, um die
nicht aktivierten. Diese makroskopische Bewegung Herstellung von stoffschlüssigen Filamenten mit
erfolgt in sehr kurzen Zykluszeiten, denn sie beruht Außendurchmessern von über 500 µm bei einer
ausschließlich auf der Trennung elektrischer Ladun- gleichzeitigen Vermeidung von Filamentbrüchen zu
gen. ermöglichen. Die realisierten Filamentstrukturen
werden zur Herstellung adaptiver Faser-Elastomer-
Die Umsetzung textiler Aktoren auf Basis von DEA Verbunde im Strickprozess weiterverarbeitet und
erfordert die Kombination einer sehr hohen Elasti- mit einer elastomeren Matrix beaufschlagt, sodass
zität mit einer ausreichenden elektrischen Leitfähig- die resultierenden Verbundstrukturen elektrome-
keit. Um dieses Ziel zu erreichen, wird Thermoplas- chanisch charakterisiert werden können.
tisches Polyurethan (TPU) mit Carbon Nanotubes
(CNT) compoundiert und schmelzgesponnen, bzw. Technological development of textile-based actua-
als Beschichtung aufgetragen. Die elektrisch leitfä- tor and sensor structures for complex deformable
higen und hochdehnbaren TPU-CNT-Compounds adaptive fiber rubber composites
werden in einem Kern-Mantel-Biko-Spinnprozess als
Kernkomponente eingesetzt und bilden die Innen- The subject of this thesis is the development of tex-
elektrode des angestrebten dreischichtigen Fila- tile actuator and sensor systems for use in adap-
mentaufbaus. Gleichzeitig können sie als hochdehn- tive fiber-elastomer composites. In order to fulfill the
bare Sensoren zur in-situ Erfassung von Dehnungen addressed application, high-frequency switchable tex-
von bis zu 50 % eingesetzt werden, da sich ihr spezi- tile actuators and sensors with Young’s moduli in the
fischer elektrischer Widerstand unter mechanischer range of human tissue are of crucial importance. To
Belastung stark ändert. realize these, dielectric elastomer actuators (DEA) in fil-
ament form are fabricated for the first time.
Um die Innenelektrode herum wird eine Mantel-
schicht aus reinem – und somit elektrisch isolieren- A DEA in filament geometry consists of an electrically
dem – TPU gesponnen. Diese erste Mantelschicht conductive, highly stretchable inner electrode, an elec-
bildet das Dielektrikum im Aktoraufbau. Die Außen- trically insulating but also highly stretchable dielec-
elektrode wird mit Hilfe eines Beschichtungspro- tric in the first sheath, and an electrically conductive
zesses auf die schmelzgesponnenen Filamente auf- outer electrode, which should also provide a very high
gebracht. Dazu werden TPU-CNT-Compounds in elasticity. If a voltage is applied between the outer and
Lösung gebracht und mittels Tauchbeschichtung inner electrode, both attract each other and the die-
aufgetragen. Sowohl der Schmelzspinn- als auch lectric between them is compressed in the radial direc-

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