Elektrostatisch angetriebenes 3/2-Wege-Mikroventil für pneumatische Anwendungen
In dieser Arbeit wird nun erstmals die Entwicklung und Herstellung eines 3/2?Wege-Mikroventils beschrieben, welches die Anforderungen der Industriepneumatik erfüllt. Ausgehend von einer Betrachtung des Marktpotentials für Mikroventile in der Pneumatik wird zunächst ein Überblick über die am Markt verfügbaren, konventionellen Miniaturventile sowie über die bereits entwickelten Mikroventile und deren Antriebsmechanismen gegeben. Darauf aufbauend wird ein theoretisches Modellsystem erarbeitet, mit dem das struktur- und strömungsmechanische Verhalten von Mikroventilen für Gase berechnet werden kann. Auf dieser Grundlage wird mit Hilfe von Simulationsmodellen die Auslegung des in der Arbeit realisierten, elektrostatisch angetriebenen 3/2-Wege-Mikroventils detailliert beschrieben. Allgemeine Betrachtungen zu möglichen Antriebsprinzipien sowie die ausführliche Darstellung des verwendeten elektrostatischen Antriebs beschließen den theoretischen Teil der Arbeit. Das umfassende Verständnis der sich gegenseitig beeinflussenden Ventilparameter wurde in der Realisierung des elektrostatisch angetriebenen 3/2-Wege-Mikroventils umgesetzt. Dazu werden überwiegend Standardverfahren der Silizium-Mikromechanik eingesetzt, wodurch die Voraussetzungen für eine industrielle Serienfertigung weitgehend gegeben sind. Der detaillierte Ablauf dieser Fertigungsverfahren wird ausführlich aufgezeigt. Ausgehend von den vereinzelten Silizium-Ventilchips mit einer Abmessung von etwa 6 x 6 x 1,5 mm³ werden die verwendete Gehäusekonstruktion und die eingesetzten Montageverfahren grob erläutert. Die meßtechnische Charakterisierung der Mikroventile zeigt, daß trotz des extrem geringen Ventilhubs von nur etwa 3 µm Durchflüsse bis 1 l/min erreicht werden können. Der Vergleich mit den simulierten Werten zeigt eine sehr gute Übereinstimmung.
MEMS, micromechanics, pneumatics, microvalve
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