Winzige Pumpen und Ventile dank hauchdünner Folie

Kompakt, leicht, flach und energieeffizient: Eine innovative Silikonfolie ermöglicht miniaturisierte Pumpen und Ventile, die ohne Druckluft, Motoren und Schmiermittel auskommen. Sie können präzise reguliert werden, sind leise und reinraumtauglich. Forschende der Universität des Saarlandes präsentieren die Technologie auf der Hannover Messe.

Wie funktioniert die neue Technologie?

Vakuumtechnologie spielt in zahlreichen Branchen eine zentrale Rolle: von der Lebensmittelindustrie über die Automobiltechnik bis hin zur Medizintechnik. Herkömmliche Systeme setzen oft auf Druckluft oder Motoren, die viel Energie verbrauchen, laut sind und regelmäßig gewartet werden müssen. Ein Forschungsteam der Universität des Saarlandes hat nun eine alternative Lösung entwickelt. Mithilfe hauchdünner Silikonfolien entstehen neue Pumpen und Ventile, die leiser, energieeffizienter und wartungsarm sind.

Die Basis der neuen Entwicklung bilden sogenannte dielektrische Elastomere. Dabei handelt es sich um 50 Mikrometer dünne Silikonfolien, die auf beiden Seiten mit leitfähigen, dehnbaren Elektroden bedruckt sind. Wird eine elektrische Spannung angelegt, zieht sich die Folie elektrostatisch zusammen und dehnt sich gleichzeitig in der Fläche aus. Auf diese Weise entstehen gezielte Bewegungen, die sich für unterschiedliche Anwendungen nutzen lassen.

Paul Motzki, Professor für Smarte Materialsysteme an der Universität des Saarlandes, erklärt: „Mit diesen sogenannten dielektrischen Elastomeren entwickeln wir verschiedene neuartige Antriebe, die keine zusätzlichen Sensoren benötigen.“ Durch Veränderung des elektrischen Feldes lassen sich die Folien stufenlos bewegen, vibrieren oder in einer bestimmten Position fixieren – ohne dabei Strom zu verbrauchen.

Vorteile gegenüber herkömmlichen Systemen

Der Einsatz dieser Technologie bietet laut Forschungsteam zahlreiche Vorteile:

• Energieeffizienz: Im Vergleich zu herkömmlichen druckluftbasierten Systemen benötigt die Folien-Technologie bis zu 400-mal weniger Energie.
• Leiser Betrieb: Da keine Motoren oder Kompressoren nötig sind, arbeiten die Pumpen und Ventile nahezu geräuschlos.
• Platz- und Gewichtseinsparung: Die leichten und kompakten Bauteile lassen sich in kleinste Geräte integrieren.
• Wartungsarm: Es sind keine Schmiermittel oder regelmäßige Wartungsarbeiten erforderlich.
• Reinraumtauglichkeit: Die Systeme können problemlos in sterilen Umgebungen eingesetzt werden.

Selbstregulierende Sensorik integriert

Die Forschenden sehen einen weiteren Vorteil: Die Folien dienen gleichzeitig als Sensoren. Jede Verformung lässt sich anhand von Messwerten der elektrischen Kapazität erfassen. „Die Folien sind selbst ihr eigener Sensor. Die Funktion eines Positionssensors liefern die dielektrischen Elastomere gleich mit“, sagt Paul Motzki. Dies ermöglicht eine kontinuierliche Überwachung und eine sofortige Fehlerdiagnose. Falls das Vakuum nicht korrekt aufgebaut wird oder ein Fremdkörper die Pumpe blockiert, können Probleme direkt erkannt und behoben werden.

Anwendungsgebiete und Zukunftsperspektiven

Die Einsatzmöglichkeiten der neuen Pumpen und Ventile sind vielfältig. In der Medizintechnik könnten sie in Absaugsystemen eingesetzt werden, ohne auf lärmende Kompressoren angewiesen zu sein. In der Industrie könnten Saugnapf-Greifer effizienter arbeiten, da sie ohne externe Druckluft auskommen. Auch für Laboranwendungen oder portable Geräte bietet die Technologie viel Potenzial.

Auf der Hannover Messe wird das Forschungsteam einen Prototypen präsentieren. Dabei demonstrieren die Ingenieurinnen und Ingenieure, wie ihre smarte Folie ein Vakuum erzeugt. Ein Luftballon in einer Vakuumglocke verdeutlicht anschaulich den Effekt.

„Die Technologie lässt sich einfach skalieren. Hierzu schalten wir unsere Aktoren und Pumpenkammern entweder parallel oder in Reihe oder beides zugleich und können so Druck und Volumenstrom vergrößern“, erklärt Motzki. Die Forschenden suchen nun Partner aus der Industrie, um die Technologie weiterzuentwickeln und auf den Markt zu bringen.

Die Universität auf der Hannover Messe: Saarland-Stand, Halle 2, Stand B10.