Während heutige Stromgeneratoren typisch das Faradaysche Prinzip der elektromagnetischen Induktion nutzen, kann die Wandlung mechanischer Antriebsenergie in elektrische Nutzenergie auch mittels variabler Kapazitäten, also mit Hilfe eines elektrostatischen Wechselstromgenerators erfolgen.
Die Effizienz eines elektrostatischen Wechselstromgenerators wird maßgeblich durch Permittivitätszahl und elektrische Durchschlagsfestigkeit der verwendeten Isoliermaterialien bestimmt. Bestehende Lösungen nutzen hierzu flüssige oder gasförmige Medien bei hohem Druck. Da dies hohen Konstruktions- und Wartungsaufwand erfordert, bekommen diese heute nur noch geringe Aufmerksamkeit. Deshalb wurden im Forschungsprojekt Keramiken als Dielektrikum zwischen Rotor und Stator anstelle von Flüssigkeiten und Gasen eingesetzt.
rechts: Funktionsmuster mit einstellbarem Luftspalt (Quelle: EPCOS AG)
Verschiedene Funktionsmuster des Generators wurden aufgebaut und charakterisiert. Zudem wurden neuartige, hochfeste keramische Werkstoffe mit hoher Permittivitätszahl und Durchschlagfestigkeit entwickelt. An Stelle des hohen Drucks wurde zur weiteren Erhöhung der Durchschlagsfestigkeit ein sehr kleiner Luftspalt von 5 bis 50 µm mittels aerodynamischer Lager eingebaut. Ergänzend zur Entwicklung des Luftlagers wurden die Funktionsmuster an der Technischen Universität München, vertreten durch das Fachgebiet „Mikrostrukturierte mechatronische Systeme“, charakterisiert und erprobt.
Mit Hilfe einer externen Gleichspannungsquelle wurden die auf den beiden kreisrunden Keramikscheiben aufgebrachten Kondensatorplatten elektrisch ge- und entladen. Dabei wurde eine der Scheiben extern angetrieben gedreht, wodurch sich die resultierende Kapazität periodisch änderte und ein entsprechender Stromfluss generiert wurde. Ergebnis: Die Wirkungsgrade, die mit den Labormustern erzielt werden konnten, befanden sich auf dem erwarteten Niveau.
