Herstellung eines preiswerten, bistabilen Mikroventils mit niedriger Ansteuerspannung

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Seit einigen Jahren ermöglicht ein neues Verfahren, das Ultraschallheißprägen, die Herstellung von Mikrokanälen aus thermoplastischen Polymeren mit einer Zykluszeit von wenigen Sekunden. Das Ultraschallheißprägen ist für bis zu wenige Millimeter dicke Strukturen wirtschaftlicher als der Kunststoffspritzguss. Zudem sind die Investitionskosten von nur wenigen 10.000 € gering, sodass sich bereits Kleinserien ökonomisch fertigen lassen. Deshalb wurde ein bistabiles Mikroventil entwickelt, welches durch einem Außendurchmesser von 17 mm und eine Höhe von 3,6 mm bestens für das Ultraschallheißprägen als Herstellungsverfahren geeignet ist. Das Mikroventil wird durch einen elektromagnetischen Aktor angetrieben, welcher als Spule ausgeführt ist und ebenfalls kostengünstig gefertigt werden kann. Die Schaltzeit liegt bei 20 ms, der Durchfluss bei 880 ml/min bei einer Luftdruckdifferenz über dem Ventil von jeweils 100 kPa. Das Ventil ist dicht bis zu einem Druck von 130 kPa und sowohl für Gase als auch Flüssigkeiten geeignet. Durch das verwendete Material PVDF (Polyvinylidenfluorid) sind auch chemisch aggressive Medien verwendbar. Aufgrund seines bistabilen Charakters benötigt das Ventil lediglich 200 mJ elektrische Energie zum Schalten bei einer Schaltspannung von 15 V. Durch die Trennung von Aktor und Ventilkammer kann das Mikroventil auch für Anwendungen der Medizin oder Biologie verwendet werden.