Werkstoffe

Formgedächtnis-Mikroventile in 3D-Drucktechnik

| Redakteur: Jan Vollmuth

Stehen Parameter, Größe und Anordnung der fluidischen Verbindungen fest, werden mithilfe eines CAD-Systems die Aktoren gestaltet, die per Laser aus der FGL-Folie ausgeschnitten werden.
Bildergalerie: 4 Bilder
Stehen Parameter, Größe und Anordnung der fluidischen Verbindungen fest, werden mithilfe eines CAD-Systems die Aktoren gestaltet, die per Laser aus der FGL-Folie ausgeschnitten werden. (Bild: Bild: SMActuators)

Ein Startup-Unternehmen hat Mikroventile entwickelt, die eine Folie aus einer Formgedächtnislegierung (FGL) als Aktorelement für die Ventilbetätigung verwenden.

Formgedächtnislegierungen (FGL) eignen sich zur Realisierung von Ventilen beispielsweise für Lab-on-Chip-Anwendungen oder pneumatisch verstellbare Autositze. Ventile für pneumatisch verstellbare Autositze werden bereits in Großserie produziert, auf Grund ihrer Dimensionen sind sie im Bereich der Kleinstventile angesiedelt. Für Lab-on-Chip-Anwendungen werden dagegen Mikroventile benötigt, die aktuell noch nicht kommerziell erhältlich sind. Den Bedarf an Mikroventilen sehen Forscher nicht zuletzt in mobilen Analysegeräten für die Bereiche Bio-Analytik, Lebensmittel-Analytik und bei der medizintechnischen In-Vitro-Diagnose.

Mikroventile in mikrofluidische Systeme integriert

Dr. Christof Megnin vom Freiburger Institut für Mikrosystemtechnik (IMTEK) ist zusammen mit seinen Ausgründungspartnern Dipl.-Ing. Hinnerk Oßmer und Dipl.-Ing. Marcel Gültig – beide vom Karlsruher KIT am Institut für Mikrostrukturtechnik (IMT) – gelungen, mit ihrem Startup-Unternehmen SMActuators monostabile und bistabile Mikroventile zu entwickeln, die sich in mikrofluidische Systeme integrieren lassen.

Um bei ihren Mikroventilen einen kompakten Aufbau bei möglichst großer fluidischer Leistung zu erzielen, verwenden die Forscher eine strukturierte Folie aus einer Formgedächtnislegierung (FGL) als Aktorelement für die Ventilbetätigung. Um die Anzahl der Komponenten zu reduzieren und eine kostengünstige sowie schnelle Fertigung zu erreichen, werden die monostabilen Mikroventile mithilfe eines modularen Baukastens realisiert. Im Ruhezustand geöffnete oder geschlossene Mikroventile lassen sich damit schnell an geforderte Drücke und Durchflüsse anpassen.

Geringer Leistungsbedarf

Doch das ist nur einer der Vorteile der neuen Mikroventile. Der zweite betrifft die Tatsache, dass sich die Ventile optimal in fluidische und elektrische Anschlussplatten integrieren lassen – nicht zuletzt wegen ihres geringen Leistungsbedarfs von ca. 100 mW bei einer maximalen Spannung von 5 VDC. In Kombination mit Durchfluss- oder Drucksensoren können somit hochintegrierte fluidische Systeme realisiert werden.

Das Arbeitsprinzip der FGL-Aktoren ist einfach: Eine hauchdünne FGL-Folie sitzt bei der Normal-Offen-Version über einer kleinen Kugel. Wird der Aktor betätigt, erinnert er sich an seine zuvor eingeprägte Form und drückt innerhalb weniger Millisekunden die Kugel gegen eine Dichtungsmembran, die den Medienraum gegen den Aktor abdichtet und zugleich den Ventilsitz verschließt. Wird die Spannungsversorgung unterbrochen, kühlt der Aktor durch sein großes Oberflächen:Volumen-Verhältnis sehr schnell unter eine spezifische Umwandlungstemperatur und kann dabei leicht durch eine äußere Kraft verformt werden. In diesem Zustand kann der anliegende Systemdruck die Kugel anheben und das Medium frei durch das Ventil fließen lassen.

Bei der Normal-Geschlossen-Version drückt eine Spiralfeder im stromlosen Zustand den FGL-Aktor mitsamt der Kugel gegen die Dichtungsmembran. Unter elektrischer Spannung überwindet der FGL-Aktor die Federkraft, wodurch sich die Dichtungsmembran aus dem Ventilsitz hebt und das Medium durch das Ventil fließen lässt.

Ergänzendes zum Thema
 
Kongress informiert über Neue Aktoren

Inhalt des Artikels:

Kommentare werden geladen....

Kommentar zu diesem Artikel abgeben

Anonym mitdiskutieren oder einloggen Anmelden

Avatar
  1. Avatar
    Avatar
    Bearbeitet von am
    Bearbeitet von am
    1. Avatar
      Avatar
      Bearbeitet von am
      Bearbeitet von am

Kommentare werden geladen....

Kommentar melden

Melden Sie diesen Kommentar, wenn dieser nicht den Richtlinien entspricht.

Kommentar Freigeben

Der untenstehende Text wird an den Kommentator gesendet, falls dieser eine Email-hinterlegt hat.

Freigabe entfernen

Der untenstehende Text wird an den Kommentator gesendet, falls dieser eine Email-hinterlegt hat.

copyright

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter www.mycontentfactory.de (ID: 44048675 / Fluidtechnik)