Dielektrische Elastomer-Aktoren Eine energieeffiziente Alternative für IoT-Anwendungen

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Leistungsfähige IoT-Geräte benötigen oft mehr Energie, da konventionelle Aktoren energieintensiv sind. Außerdem ist ihr Aufbau komplex. Dielektrische Elastomer-Aktoren sind effizienter, wenn elektrische Energie in mechanische Arbeit umgewandelt werden soll.

Dielektrische Elastomer-Aktoren (DEA) sind eine neue Art von Aktoren, die elektrische Energie in lineare Bewegung umwandeln können. Sie sind im Vergleich zu konventionellen Elektromotoren äußerst energieeffizient und widerstandsfähig gegen Umwelteinflüsse.

Auf Basis von DEA ist das BSCiDEA Entwicklungs-Kit entstanden. Dabei handelt es sich um ein umfassendes Angebot an Tools und Ressourcen für die Entwicklung von DEA-basierten Anwendungen. Das Kit enthält einen DEA-Aktor, eine elektronische Steuereinheit, einen EnOcean-Funkschalter und eine Software-Bibliothek.

Die elektronische Steuereinheit des BSCiDEA Entwicklungs-Kits bietet eine Reihe von Funktionen, die die Entwicklung von DEA-basierten Anwendungen vereinfachen. Dazu gehören eine Web-Schnittstelle zur Fernsteuerung des Aktors, IoT-Konnektivität zur Integration des Aktors in das Internet der Dinge und eine Programmierschnittstelle zur Anpassung des Aktors an spezifische Anwendungen.

Der EnOcean-Funkschalter im Detail

Der EnOcean-Funkschalter des BSCiDEA-Entwicklungskits ermöglicht eine einfache und benutzerfreundliche Bedienung des Aktors. Er kann mit jeder EnOcean-kompatiblen Steuereinheit verwendet werden. Der batterielose Funkschalter steuert EnOcean kompatible Geräte.

Er besteht aus einem Schaltelement, das eine Taste oder einen Sensor enthält, und einem Funkmodul, das die Signale des Schalters in das bidirektionale EnOcean-Funknetzwerk überträgt. Die EnOcean-Funktechnologie verwendet die Frequenz 868 MHz und die Sendeleistung des Funkmoduls beträgt 1 mW bei einer Reichweite von rund 30 m.

Die Vorteile von DEA gegenüber konventionellen Aktoren

• Energieeffizienter: DEA können bis zu 90 Prozent der elektrischen Energie in mechanische Arbeit umwandeln. Elektromotoren erreichen in der Regel nur einen Wirkungsgrad von 50 bis 80 Prozent.

• DEA sind unempfindlich gegenüber Temperatur, Vibration und Feuchtigkeit. Elektromotoren sind dagegen anfällig für diese Einflüsse.

• DEAs sind leichter und kleiner als Elektromotoren. Das bedeutet, sie sind ideal für Anwendungen, bei denen Gewicht und Größe eine Rolle spielen.

Hauptmerkmale des Entwicklungs-Kit

• Kernkomponente: DEA-Stack-Aktoren (10 mm x 10 mm x 20 mm) von Dätwyler, mit einer Bewegung von bis zu 2 mm und einer Kraft von bis zu 20 N.

• Evaluierungseinheit mit Echtzeit-Bewegungsanzeige im Verhältnis von 5:1 und einstellbarer externer Kraftanwendung für einfache Tests.

• Elektronische Steuereinheit mit integrierter Wi-Fi- und EnOcean-Funk-Schnittstelle sowie einer separaten Hochspannungsstromversorgung.

• Batterieloser EnOcean-Funkschalter zur Ansteuerung des Entwicklung-Kits.

• Web-Schnittstelle zur Steuerung und Einstellung der Parameter per Smartphone, Tablet oder PC, einschließlich Endpositionen, dynamischer Bewegung und Wegpunktsteuerung (0 bis 100 Prozent).

Die Welt des IoT konzentriert sich zunehmend auf die Datensammlung, -speicherung und -verarbeitung. Neben Fortschritten in der Kommunikationstechnologie und der Energiegewinnung dringt künstliche Intelligenz in eine Vielzahl von Anwendungen vor. Bei Aktoren sind jedoch konventionelle Designs mit Elektromotoren und komplexen Getrieben immer noch energieintensiv und komplex.

Das BSCiDEA Entwicklungs-Kit von BSC Computer hat das Potenzial, dieses Szenario zu ändern, indem es eine energieeffiziente Alternative bietet, die zudem als Sensor fungiert und sich ideal für innovative mechatronische IoT-Lösungen wie Schlösser sowie Riegel, Wearables, Ventile und Robotik eignet. BSC Computer hat in Zusammenarbeit mit dem Schweizer Industrialisierungspartner Dätwyler für die Serienproduktion der DEA-Stack-Aktoren und dem Materialhersteller Momentive Performance Materials Lösungen mit geringem Energieverbrauch für dielektrische Elastomer-Aktoren entwickelt. (heh)

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