Ein Forschungsteam der Universität des Saarlandes und des Zentrums für Mechatronik und Automatisierungstechnik (Zema) hat eine neuartige Technologie entwickelt, die Vakuumpumpen und Ventile ohne Druckluft, Motoren oder Schmiermittel möglich macht. Mit einer dünnen Silikonfolie als zentrales Element erreichen die Ingenieure eine kompakte, energieeffiziente Lösung, die in vielen Bereichen Anwendung finden kann.

Vakuumtechnik ohne laute Kompressoren und Wartung

Vakuumtechnologie ist in zahlreichen Bereichen unverzichtbar: Ob in der Lebensmittelverpackung, der Medizintechnik oder der Biotechnologie – überall wird Vakuum benötigt. Traditionell kommen dabei großvolumige, energieintensive Pumpen zum Einsatz, die mit Druckluft oder Motoren arbeiten. Diese sind oft laut, wartungsintensiv und benötigen Schmierstoffe, was sie für den Einsatz in Reinräumen oder sterilen Umgebungen ungeeignet macht.

Silikonfolien als Antrieb

Die Grundlage der neuen Technologie sind 50 Mikrometer dünne Silikonfolien, die beidseitig mit einer elektrisch leitfähigen Elektrodenschicht bedruckt sind. Wenn eine elektrische Spannung angelegt wird, zieht sich die Folie aufgrund der elektrostatischen Anziehung zusammen und dehnt sich in ihrer Fläche aus. „Mit diesen sogenannten dielektrischen Elastomeren entwickeln wir verschiedene neuartige Antriebe, die keine zusätzlichen Sensoren benötigen“, erläutert Motzki. Durch das gezielte Verändern des elektrischen Feldes können die Forscher die Folien stufenlos bewegen oder sogar Schwingungen erzeugen. Ein weiterer Vorteil: Die Folien können jede gewünschte Stellung halten, ohne dabei Energie zu verbrauchen.

„Die Folien sind selbst ihr eigener Sensor. Die Funktion eines Positionssensors liefern die dielektrischen Elastomere gleich mit“, so Motzki weiter. Jede Verformung der Folie lässt sich anhand der elektrischen Kapazität messen. Dadurch können die Ingenieure die Folienbewegungen genau überwachen und die Technologie zur Steuerung von Pumpen, Ventilen oder Schaltern nutzen.

Fehlerdiagnose und Monitoring in Echtzeit

Ein weiteres bemerkenswertes Feature der Folienpumpen und -ventile ist ihre Fähigkeit zur Selbstüberwachung. Durch die Messwerte der Folie können Fehler in Echtzeit erkannt und lokalisiert werden. Wenn zum Beispiel das Vakuum nicht richtig gezogen wird oder ein Ventil oder eine Pumpe blockiert sind, signalisiert die Technologie sofort den Fehlerort. Dies erleichtert die Fehlersuche erheblich, vor allem im Vergleich zu herkömmlichen Systemen, bei denen die Diagnose oft zeitaufwendig und kompliziert ist.

Erfolgreicher Prototyp und Zukunftsperspektiven

Mit dem Prototyp einer neuartigen Vakuumpumpe demonstriert das Forschungsteam seine Technologie auf der Hannover Messe. Der Folienantrieb kann bereits ein Vakuum von bis zu 300 Millibar erzeugen. „Die Technologie lässt sich einfach skalieren. Wir können unsere Aktoren und Pumpenkammern entweder parallel oder in Reihe schalten und so Druck und Volumenstrom vergrößern“, erklärt Paul Motzki. Ein Demonstrator zeigt anschaulich, wie die Folie ein Vakuum erzeugt – sichtbar am Beispiel eines Luftballons, der sich in einer Vakuumglocke ohne lauten Kompressoraufbau aufbläst.

Die neuartige Technologie hat das Potenzial, in verschiedenen Industrien und Anwendungen breite Anwendung zu finden. „Unsere Folienpumpen und -ventile sind massentauglich und können in verschiedensten Bauformen untergebracht werden“, so Motzki. In den kommenden Jahren könnte die Technologie als Katalogware weiterentwickelt und kommerzialisiert werden. Auf der Hannover Messe suchen die Forscher nach Partnern aus der Industrie, um die Technologie gemeinsam weiterzuentwickeln.

Forschungsförderung und Ausblick

Die Technologie wurde im Rahmen zahlreicher Forschungsprojekte entwickelt, darunter ein Marie-Curie Research Fellowship der EU und Förderungen durch die saarländische Landesregierung und MESaar. Neben der Anwendung in Vakuumpumpen und -ventilen wird die Technologie auch für Robotergreifer, Lautsprecher und sogar für smarte Textilien sowie haptisches Feedback genutzt.

Ausgründung

Mit der Gründung der mateligent GmbH wollen die Forscher ihre Ergebnisse in die Industriepraxis überführen. Die Firma wird ebenfalls auf der Hannover Messe vertreten sein und freut sich auf neue Kooperationen, um die Technologie weiter zu verbreiten.

Quelle: Universität des Saarlandes