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Evaluierung von Elektroaktiven Polymeraktoren für den Gebrauch in einem Sitzkissen

Kevin Alexander Stevenson

Kevin Stevenson

Für Personen die an einen Rollstuhl oder ein Krankenbett gebunden sind, insbesondere solche mit Verletzungen der Wirbelsäule, stellen Dekubital- oder Druckgeschwüre eine erhebliche Minderung der Lebensqualität und Produktivität dar. Diese Personengruppe ist besonders gefährdet, bis zu 85 % von ihnen erleiden zumindest einmal im Leben ein Dekubitalgeschwür, weil sie aufgrund der Verletzung ihrer Wirbelsäule oftmals keine Rückmeldungen des Körpers in Form von Schmerzreizen erhalten und daher keine ausreichenden Druckausgleichsbewegungen durchführen.

Zusätzlich zu der spezifischen Steigerung der Lebensqualität der einzelnen Personen, kann durch eine Verbesserung der Prävention von Druckgeschwüren auch der Kostendruck auf das Gesundheitssystem gesenkt werden. Eine interessante Möglichkeit solch eine Verbesserung herbeizuführen stellt ein intelligentes Sitzkissen dar, welches in der Lage ist den Druckverlauf zu messen und auf diese Information angemessen zu reagieren.

Solch eine Funktionalität kann durch Elektroaktive Polymeraktoren bereitgestellt werden. Bei dieser Art von Aktoren handelt es sich im wesentlichen um ein elastisches Dielektrium, das auf zwei Seiten durch Elektroden mit einer Hochspannung beaufschlagt werden kann und durch die auftretenden Coloumbkräfte, verursacht durch die unterschiedlich geladenen Elektroden, gequetscht werden kann.

Ihre Sensoreigenschaft beruht auf der belastungsinduzierten Änderung der Dicke des Dielektrikums und der daraus resultierenden Änderung der Kapazität. Eine Skizze eines solchen Aktors und der Auswirkung einer angelegten Spannung ist in Abbildung 1 zu sehen.

Abbildung 1: Skizze eines Elektroaktiven Polymeraktors ohne beaufschlagter Spannung (links) und mit beaufschlagter Spannung (rechts).

Abbildung 1: Skizze eines Elektroaktiven Polymeraktors ohne beaufschlagter Spannung (links) und mit beaufschlagter Spannung (rechts).

Im Zuge dieses Projekts wurden Prototypen von gestapelten Elektroaktiven Polymeraktoren aufgebaut und hinsichtlich ihrer Charakterisika untersucht. Stapelaktoren bestehen aus mehreren Schichten, abwechselnd Dielektrikum und Elektroden, die in so einer Art erstellt werden dass sich mechanisch eine serielle Anordnung und elektrisch eine parallele Anordnung der Schichten ergibt, dies ist in Abbildung 2 veranschaulicht. Der Aufbau dieser Stapelaktoren erfolgte mit Hilfe einer speziell für diese Form von Anwendungen entwickelten Silikonfolie als Dielektrikum sowie einer Mischung aus Carbon Black und Silikonöl für die Elektroden. Untersucht wurden neben dem optimalen Mischverhältnis zwischen Carbon Black und Silikonöl, vor allem das Verhalten der Aktoren unter verschiedenen Bedingungen mit Bezug auf die Applikation in einem Sitzkissen. Die Untersuchungen beschäftigten sich mit dem Verhalten zwischen Quetschung der Aktoren und angelegter Spannung, zwischen Quetschung der Aktoren und verschiedenen Frequenzen, der Beziehung zwischen Gewichtsbelastung und Kapazität der Aktoren sowie der Quetschung der Aktoren unter Gewichtsbelastung.

Abbildung 2: Skizze eines Stapelaktors, rote und blaue Elektroden stellen die Verschaltung dar sodass die einzelnen Schichten elektrisch   parallel verschaltet sind.

Abbildung 2: Skizze eines Stapelaktors, rote und blaue Elektroden stellen die Verschaltung dar sodass die einzelnen Schichten elektrisch parallel verschaltet sind.

Schlagworte: Elektroaktive Polymeraktoren, Dekubitalgeschwüre, Sitzkissen

18. April 2017