Jetzt kommt der intelligente Gummi

„Es gibt endlos Möglichkeiten“, sagt Ken Graversen auf der Hannover Messe und gibt damit schon mal seiner Sorge Ausdruck, dass der Demonstrator auf dem Stand missverstanden werden könnte: Ein Gewicht (rot) hängt am Gummiband und wird von diesem rhythmisch auf- und niederbewegt, ohne sonstige Mechanik. Der Versuch verdeutlicht, welche Kraft und Dynamik in dem neuen Produkt stecken. Doch Anwendungen für die „PolyPower“-Technologie erwartet Graversen schon eher in filigraneren Bereichen mit mechatronischen, steuerungs- und regelungstechnischen Funktionalitäten.

Graversen ist Director Sales & Marketing der Danfoss PolyPower A/S in Nordbong/Dänemark, die 2008 als Teil der Danfoss-Gruppe gegründet wurde, um den intelligenten Gummi zu fertigen und vertreiben. „Intelligent“ ist das Material, weil es aktorische und sensorische Eigenschaften besitzt und sich je nach Anwendung sogar zum Erzeugen elektrischer Energie eignet. PolyPower lässt sich um bis zu 30 % dehnen. Nach dem heutigen Entwicklungsstand längt es sich bei Anlegen einer Spannung um bis zu 5 % und wird so zum Aktor. Sensorfunktionen bietet es bereits bis zur Bruchgrenze bei 30 %.

„Mit PolyPower haben wir eine Plattform-Technologie für eine Vielzahl von Anwendungen, die wir selbst nicht überschauen“, erklärt der Däne. „Deswegen wollen wir uns mit Kunden in einen gemeinsamen Entwicklungsprozess begeben.“ Als Beleg für das Innovationspotenzial nennt er weitere Vorzüge des Materials: Es arbeitet sehr leise, ist sehr leicht (da gerade mal 40 µm dick) und benötigt keine beweglichen Teile, um zu funktionieren. Und es hat die typischen Eigenschaften flexibler Elastomere, die sich rollen, falten und beispielsweise zu Membranen formen lassen.

Zwei bislang rein gedankliche Ideen gibt Ken Graversen preis, um die Anwendungsoptionen zu illustrieren: Roboter könnten mit dem Material ähnlich der menschlichen Hand gefühlvoll greifen, weil elastische Kraft und Sensorik zusammenkommen: Stahlteile ebenso wie ein rohes Ei. Notebooks könnten eine Folientastatur erhalten, die als Feedback auf jeden Tastendruck einen mechanischen Impuls abgibt.

Wie funktioniert PolyPower? Auf dem Silikonfilm befindet sich eine hauchdünne Metallschicht. Die Anordnung wirkt wie ein elektrischer Kondensator mit elastomerem Dielektrikum. Wird eine Spannung angelegt, quetschen die „Platten“ den Gummi so zusammen, dass er sich ausdehnen will. Da die Metallschicht mikrostrukturiert ist und Wellenform hat, kann sich das gequetschte Elastomer in Richtung der Wellen ausdehnen, nicht aber quer dazu. So entsteht ein Aktor mit linearem, unidirektionalem Hub.

Erfährt das PolyPower-Material umgekehrt eine Dehnung, wird das Dielektrikum dünner und verändert so die Kapazität des „Kondensators“. Der Spannungsbetrag ändert sich – es entsteht die sensorische Wirkung. In geeigneten Anwendungen lässt sich das Material sogar als Generator nutzen, von dem sich elektrische Energie abgreifen lässt.

Im Labor funktionierte das Prinzip schon länger. Neu sei jedoch, so erklärt Ken Graversen, die fertigungstechnische Umsetzung. Sie ermöglicht die Produktion von PolyPower auch in großen Mengen in einem kontinuierlichen Prozess. Entscheidenden Anteil daran habe die patentierte Wellen-Mikrostruktur der Oberflächenschicht auf dem Silikonkern: Sie beruht auf einer Polymerschicht, die aufgegossen und mit dem Metall hauchdünn besputtert wird. Gegründet wurde Danfoss PolyPower im Juli 2008, im August startete das inzwischen erfolgreich abgeschlossene Pilotprojekt für die industrielle Umsetzung.

Olaf Stauß olaf.stauss@konradin.de

Das Gummiband, das sich aktorisch, sensorisch und sogar als Generator einsetzten lässt, könnte zur Plattform-Technologie für verschiedenste Anwendungen werden. Das Besondere daran ist nämlich nicht nur, dass jetzt auch Aktoren mit gummielastischen Eigenschaften verfügbar werden, sondern auch, dass diese zugleich als Sensor wirken können – also Rückmeldung über ihr augenblickliches Tun geben können.