Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein auf elektrostatischem
Antriebsprinzip basierendes Mikroventil zu schaffen, mit dem sich auch
größere Fluiddrücke schalten
lassen und das verhältnismäßig große Durchflussraten
zulässt.
Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist vorgesehen, dass die Zuführkanalmündung und die Abführkanalmündung gemeinsam
mit Abstand zueinander an der der ersten Elektrode zugeordneten
ersten Ventilkammerwand vorgesehen sind, wobei die Zuführkanalmündung einem
ersten Einwirkungsbereich der Ventilplatte gegenüberliegt, der derart vom Zentrum
der Ventilplatte beabstandet ist, dass die Ventilplatte im deaktivierten
Zustand des die erste Elektrode enthaltenden ersten elektrostatischen
Antrie bes aufgrund der zwischen den beiden Kanalmündungen
herrschenden Druckdifferenz in der Höhenrichtung verkippt wird und
sich einenends an die zum zweiten elektrostatischen Antrieb gehörende zweite
Elektrode annähert.
Auf
diese Weise nimmt die Ventilplatte beim Umschalten zwischen den
Schaltstellungen eine kurzzeitige Kippstellung ein, wobei der eine
Endbereich der Ventilplatte stark an die zweite Elektrode angenähert wird
oder gar mit dieser in Kontakt gelangt. Die dadurch erzielte Schiefstellung
ermöglicht es
dem elektrischen Feld des aktivierten zweiten elektrostatischen
Antriebes die Ventilplatte sozusagen "einzufangen" und ganzflächig gegen die zweite Elektrode
heranzuziehen, um somit einen großen Durchflussquerschnitt zwischen
der Zuführkanalmündung und
der Abführkanalmündung freizugeben. Wird
der zweite elektrostatische Antrieb wieder deaktiviert, kehrt die
Ventilplatte aufgrund der zwischen den beiden Kanalmündungen
herrschenden Druckdifferenz in die verkippte Stellung zurück, wobei
sie nun mit dem anderen Ende voraus an die erste Elektrode angenähert ist
oder an dieser ersten Elektrode anliegt, so dass aufgrund des verringerten
Abstandes der erste elektrostatische Antrieb in der Lage ist, die
Ventilplatte an die erste Elektrode heranzuschwenken und dadurch
die Fluidverbindung zwischen den beiden Kanalmündungen zu unterbinden. Trotz
eines großen
Abstandes zwischen der ersten und zweiten Elektrode und eines somit
realisierbaren großen
Schalthubes lässt
sich das Mikroventil folglich auch in Verbindung mit großen Fluiddrücken effektiv
betreiben. Dabei sind große
Durchsätze
erzielbar.
Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die
biegesteife Ventilplatte hat zweckmäßigerweise längliche
Gestalt, wobei die Zuführkanalmündung so
platziert ist, dass der ihr gegenüberliegende erste Einwirkungsbereich
an der ventilplatte in deren Längsrichtung
beabstandet zur Längsmitte
der Ventilplatte angeordnet ist.
Die
Abführöffnung ist
vorzugsweise so platziert, dass ihr in der Höhenrichtung der Ventilkammer ein
zweiter Einwirkungsbereich der Ventilplatte gegenüberliegt,
der sich auf der dem ersten Einwirkungsbereich entgegengesetzten
Seite der Längsmitte
der Ventilplatte befindet. Der Abstand der beiden Einwirkungsbereiche
von der Längsmitte
der Ventilplatte ist vorzugsweise identisch.
Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Federmittel so ausgebildet,
dass durch sie die Ventilplatte im sowohl drucklosen als auch spannungslosen
Zustand des Mikroventils an der der ersten Elektrode zugeordneten
Ventilkammerwand anliegt.
Die
der Ventilplatte zugeordnete dritte Elektrode ist vorzugsweise so
ausgebildet, dass sie sich nicht nur über die Ventilplatte, sondern
auch über
die Federmittel hinweg er streckt. Somit bildet die Ventilplatte
zusammen mit den Federmitteln ein Steuerelement, das in seiner Gesamtheit
mit den elektrostatischen Antrieben kooperiert. Je nach Materialwahl kann
die dritte Elektrode unmittelbar von der Ventilplatte und gegebenenfalls
den Federmitteln gebildet sein – beispielsweise
bei einer Realisierung aus Siliziummaterial –, oder aber es kann sich bei
der mindestens einen dritten Elektrode um eine gesonderte Komponente
handeln, beispielsweise eine auf einen Kunststoffkörper aufgebrachte
Metallisierung.
Besonders
zweckmäßig ist
es, wenn die Ventilplatte und die Federmittel einstückig miteinander
ausgebildet sind. Hier ist dann vor allem an eine Realisierung durch
Silizium-mikromechanische Herstellungsverfahren im Rahmen eines
Batch-Prozesses zu denken. Dies gestattet die Herstellung sehr ebener
Flächen
für die
Elektroden, die Ventilplatte und die Federmittel.
Als
besonders vorteilhaft wird angesehen, die Federmittel in Gestalt
mindestens einer Blattfeder zu realisieren. Insbesondere bietet
es sich an, auf zwei Blattfedern zurückzugreifen, die jeweils zum
einen gehäusefest
fixiert sind und zum anderen an der Ventilplatte angreifen.
In
Verbindung mit einer länglichen
Ventilplatte sind vorzugsweise zwei die Ventilplatte im Bereich ihrer
beiden Längsränder flankierende
Blattfedern als Federmittel vorgesehen, die sich zweckmäßigerweise
parallel zur Längsrichtung
der Ventilplatte erstrecken. Entsprechend dem konkret gewünschten
Verkippungsverhalten der Ventilplatte können dabei die Angriffsstellen
der Blattfedern an der Ventilplatte unterschiedlich platziert werden.
Beispielsweise können
beide Blattfedern am gleichen Endbereich oder an unterschiedlichen
Endbereichen der Ventilplatte angreifen, Auch ein Angriff im Bereich
der Längsmitte der
Ventilplatte wird als zweckmäßig angesehen.
Im
Vergleich zu der biegesteifen Ventilplatte sollte die Steifigkeit
der Blattfedern geringer sein. Bei Verwendung des gleichen Materials
lässt sich
dies beispielsweise durch unterschiedliche Materialstärken gewährleisten.
Auch besteht die Möglichkeit,
die Blattfedern so zu strukturieren, dass sie lokal, an einer oder
mehreren vorgegebenen Stellungen, über eine reduzierte Biegefestigkeit
verfügen.
Dies lässt sich
beispielsweise dadurch realisieren, dass die betreffende Blattfeder
an der gewünschten
Stelle lokal eingeschnürt
ist, beispielsweise durch eine mäanderförmige Strukturierung.
Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In
dieser zeigen:
1 in
vergrößerter,
schematischer Längsschnittdarstellung
eine bevorzugte Realisierungsform des erfindungsgemäßen Mikroventils,
wobei die Schnittebene entsprechend der Linie I-I aus 2 verläuft,
2 einen
Horizontalschnitt durch das Mikroventil aus 1, so dass
sich eine Ansicht in der Blickrichtung gemäß Pfeil II aus 1 ergibt,
3 bis 6 verschiedene
Betriebsphasen des Mikroventils gemäß 1 und 2 in
einer schematischen Darstellung, und
7 bis 9 modifizierte
Bauformen des Mikroventils in einer der 2 entsprechenden
Darstellungsweise, wobei insbesondere unterschiedliche Gestaltungsformen
und Angriffspunkte der Federmittel ersichtlich sind.
Die
in der Zeichnung dargestellten Mikroventile dienen zur Steuerung
von Fluidströmen,
wobei sowohl an gasförmige
als auch an hydraulische Fluide gedacht ist. Die bei den Mikroventilen
realisierte Erfindung ermöglicht
eine sichere Schaltfunktion auch bei relativ hohen Fluiddrücken, unter
Gewährleistung
kompakter Abmessungen und hoher Durchflussraten.
Obgleich
sich auf Basis der Erfindung auch Ventile mit anderer Funktionalität realisieren
lassen, orientiert sich die nachfolgende beispielhafte Beschreibung
an einer Ausgestaltung des Mikroventils als 2/2-Wegeventil. Außerdem zeigt
das Ausführungsbeispiel
einen Aufbau des Mikroventils in Siliziumtechnik, wobei die Erfindung
allerdings auch andere Ausprä gungen
zulässt,
so beispielsweise eine zumindest teilweise Realisierung aus Metall,
Glas und/oder Kunststoffmaterial.
Das
mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Mikroventil beinhaltet ein
elektrostatisches Antriebsprinzip. Es verfügt über ein zweckmäßigerweise
mehrschichtig aufgebautes Ventilgehäuse 2, das in seinem
Innern eine Ventilkammer 3 definiert. Diese Ventilkammer 3 ist
relativ flach, mit im Vergleich zu den Querabmessungen geringer
Höhe ausgeführt, wobei
die Höhenrichtung
strichpunktiert bei 4 angedeutet ist. In der Ventilkammer 3 befindet
sich ein Steuerelement 5, das sich aus einer biegesteifen
Ventilplatte 6 und daran angreifenden Federmitteln 7 zusammensetzt.
Das
Ventilgehäuse 2 besitzt
eine aus Siliziummaterial bestehende Basisschicht 8 und
eine dieser in der Höhenrichtung 4 gegenüberliegende, ebenfalls
aus Siliziummaterial bestehende Deckschicht 10, wobei zwischen
diesen beiden Schichten 8, 10 eine rahmenartige
Zwischenschicht 9 platziert ist. An den einander zugewandten
Seiten definieren die Basisschicht 8 und die Deckschicht 10 eine
erste und zweite Ventilkammerwand 12, 13. Die
Basisschicht 8 ist von zwei in Ätztechnik hergestellten Fluidkanälen durchsetzt,
bei denen es sich um einen Zuführkanal 14 und
einen Abführkanal 15 handelt.
Der Zuführkanal 14 öffnet sich über eine
an der ersten Ventilkammerwand 12 vorgesehene Zuführkanalmündung 16 in
die Ventilkammer 3 ein. In entsprechender Weise verfügt der Abführkanal 15 über eine ebenfalls
an der ersten Ventilkammerwand 12 vorgesehene Abführkanalmündung 17.
Die
Ventilkammer 3 erstreckt sich in einer zur Höhenrichtung 4 rechtwinkeligen
Ausdehnungsebene 22, die durch eine Hauptachse 18 und
eine Nebenachse 19 aufgespannt ist. Beim Ausführungsbeispiel
hat die Ventilkammer 3 einen rechteckförmigen, länglichen Grundriss, wobei die
Hauptachse 18 gleichzeitig die Längsachse der Ventilkammer 3 darstellt.
Die
Deckschicht 10 ist kanallos ausgeführt.
Das
Siliziummaterial der Basisschicht 8 und der Deckschicht 10 bildet
eine der Basisschicht 8 zugeordnete erste Elektrode 23 und
eine der Deckschicht 10 zugeordnete zweite Elektrode 24.
Die Ventilkammerwände 12, 13 stellen
somit unmittelbar die Elektrodenflächen der ersten und zweiten
Elektroden 23, 24 dar. Zur Potenzialtrennung ist
die Basisschicht 8 von der Deckschicht 10 über nicht
näher dargestellte
Isolationsschichten, beispielsweise aus Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid,
elektrisch isoliert. Die einzelnen Wafer sind beispielsweise mittels
Silicon Fusion Bonding fest miteinander verbunden.
Speziell
die Deckschicht 10 könnte
beispielsweise auch aus Glas bestehen. In einem solchen Fall, oder
auch wenn die mit einer Elektrode auszustattende Schicht aus Kunststoffmaterial
besteht, können
die Elektroden auch als gesonderte Komponen ten realisiert werden,
beispielsweise durch eine Metallisierung der betreffenden Schicht.
Die
beiden Elektroden 23, 24 erstrecken sich jeweils
bevorzugt vollflächig über die
gesamte zugeordnete Ventilkammerwand 12, 13 hinweg.
Ferner erstrecken sich die erste und zweite Elektrode 23, 24 in zueinander
parallelen Ebenen, die auf in der Höhenrichtung 4 entgegengesetzten
Seiten des Steuerelementes 5 angeordnet sind und die auch
zu der Ausdehnungsebene 22 parallel verlaufen.
Die
Ventilplatte 6 ist über
die Federmittel 7 mit Bezug zum Ventilgehäuse 2 beweglich
aufgehängt.
Dabei bilden die Federmittel 7 die die Beweglichkeit der
Ventilplatte 6 garantierenden Aufhängemittel.
Das
beim Ausführungsbeispiel
insgesamt aus elektrisch leitendem Material, vorzugsweise Siliziummaterial,
bestehende Steuerelement 5 bildet in seiner Gesamtheit
eine dritte Elektrode 25, die zwischen der ersten Elektrode 23 und
der zweiten Elektrode 24 liegt und die zusammen mit der
ersten Elektrode 23 einen ersten elektrostatischen Antrieb 26 und
zusammen mit der zweiten Elektrode 24 einen zweiten elektrostatischen
Antrieb 27 definiert. Über aus
dem Ventilgehäuse 2 herausgeführte elektrische Leiter 28,
die in 3 bis 6 schematisch angedeutet sind,
können
die beiden elektrostatischen Antriebe 26, 27 durch
wahlweises Anlegen oder Entfernen einer Steuerspannung U nach Wahl
aktiviert oder deaktiviert werden.
Im
aktivierten Zustand bildet sich zwischen den an eine Spannung angelegten
Elektroden ein elektrostatisches Feld aus, aus dem eine Stellkraft resultiert,
die die Ventilplatte 6 in Richtung zur ersten oder zweiten
Ventilkammerwand 12, 13 beaufschlagt.
Es
wäre zwar
prinzipiell möglich,
die dritte Elektrode 25 nur an der Ventilplatte 3 vorzusehen.
Es hat sich allerdings als vorteilhaft erwiesen, auch die Federmittel 7 in
die Elektrodenfunktion mit einzubeziehen.
Wird
für die
Realisierung des Steuerelementes 5 kein elektrisch leitendes
Material verwendet erfolgt eine gesonderte Realisierung der mindestens einen
dritten Elektrode 25, und zwar vorzugsweise wiederum in
Gestalt einer Metallisierungsschicht. In diesem Falle würde man
auf beiden in der Höhenrichtung 4 orientierten
Seiten des Steuerelementes 5 je eine dritte Elektrode 25 vorsehen,
von denen die eine mit der gehäusefesten
ersten Elektrode 23 und die andere mit der gehäusefesten
zweiten Elektrode 24 zur Bildung eines elektrostatischen
Antriebes zusammenarbeitet.
Durch
aufeinander abgestimmte Betätigung der
beiden elektrostatischen Antriebe 26, 27 ist die Ventilplatte 6 innerhalb
der Ventilkammer 3 relativ zum Ventilgehäuse 2 in
der Höhenrichtung 4 auslenkbar,
wobei es sich allerdings bei der Auslenkbewegung um keine rein translatorische
Bewegung handelt, sondern um eine ausschließliche oder zumindest überlagerte Kippbewegung
um mindestens eine Kippachse, die parallel zu der Nebenachse 19 verläuft. Hierauf
wird weiter unten noch eingegangen.
Auf
diese Weise kann die Ventilplatte wahlweise in einer Schließstellung
und in einer Offenstellung positioniert werden. In der Schließstellung nimmt
sie eine an der ersten Ventilkammerwand 12 anliegende Stellung
ein, die aus 3 ersichtlich ist und in der
sie zumindest die Zuführkanalmündung 16 unter
Abdichtung überdeckt
und verschließt.
Die Anordnung kann so getroffen werden, dass in der Schließstellung
auch die Abführkanalmündung 17 von
der Ventilplatte 16 dicht überdeckt und verschlossen wird.
In
der in 5 illustrierten Offenstellung liegt die Ventilplatte 6 an
der zweiten Ventilkammerwand 13 an, so dass die beiden
Kanalmündungen 16, 17 freigegeben
sind ist und das über
den Zuführkanal 14 zugeführte Fluid über die
Ventilkammer 3 hinweg in den Abführkanal 15 ausströmen kann.
Der
Zuführkanal 14 steht
mit einer nicht dargestellten Druckquelle in Verbindung, die unter
einem gewissen Überdruck
stehendes fluidisches Druckmedium liefert. Der Abführkanal 15 kann
beispielsweise zu einem zu betätigenden
Verbraucher führen.
Wie
schon erwähnt,
sind die Zuführkanalmündung 16 und
die Abführkanalmündung 17 gemeinsam,
mit Abstand zueinander, an der der ersten Elektrode 23 zugeordneten
ersten Ventilkammerwand 12 vorgesehen. Dabei liegt eine
besondere Platzierung mit Bezug zu der sich über die beiden Kanalmündungen 16, 17 hinweg
erstreckenden Ventilplatte 6 vor. Diese besondere Platzierung
besteht darin, dass die Zuführkanalmündung 16 einem
als erster Einwirkungsbereich 28 bezeichneten Bereich der Ventilplatte 6 in
der Höhenrichtung 4 gegenüberliegt, oder
derart von dem beim Ausführungsbeispiel
von der Längsmitte
gebildeten Zentrum 33 der Ventilplatte 6 beabstandet
ist, dass die Ventilplatte 6 im deaktivierten Zustand des
ersten elektrostatischen Antriebes 26 aufgrund der zwischen
den beiden Kanalmündungen 16, 17 herrschenden
Druckdifferenz verkippt wird und sich einenends an die zum zweiten
elektrostatischen Antrieb 27 gehörende zweite Elektrode 24 annähert (vgl. 4).
Die
Wirkung dieser Maßnahme
lässt sich
anhand der in 3 bis 6 illustrierten
Betriebsphasen des Mikroventils 1 gut ersehen.
Die 3 zeigt
das Mikroventil in einem Zustand, in dem der erste elektrostatische
Antrieb 26 aktiviert und der zweite elektrostatische Antrieb 27 deaktiviert
ist. Aufgrund des elektrischen Feldes des ersten elektrostatischen
Antriebes 26 wird hier die Ventilplatte 6 gegen
die erste Elektrode 23 herangezogen, so dass die Kanalmündungen 16, 17 trotz
des an der Zuführkanalmündung 16 anstehenden
hohen Fluiddruckes geschlossen bleiben. Das Druckmedium wird folglich
an einem Einströmen
in die Ventilkammer 3 durch die Zuführkanalmündung 16 hindurch
gehindert.
Zum
Umschalten in die Offenstellung des Mikroventils wird der erste
elektrostatische Antrieb 26 deaktiviert und zweckmäßigerweise
gleichzeitig oder sogar schon kurz vorher eine Aktivierung des zweiten elektrostatischen
Antriebes 27 vorgenommen. Die 4 zeigt
eine Zwischenphase beim Umschalten zwischen den beiden Antrieben,
wobei kurzzeitig beide Antriebe spannungslos sind. In diesem Zustand wirken
sich die an den beiden Kanalmündungen 16, 17 herrschenden
Druckverhältnisse
maßgeblich
auf das Bewegungsverhalten der Ventilplatte 6 aus. Der Grund
ist darin zu sehen, dass an der Zuführkanalmündung 16 ein größerer Druck
ansteht als an der Abführkanalmündung 17,
so dass folglich auch in dem ersten Einwirkungsbereich 28 eine
größere Druckkraft
auf die Ventilplatte 6 ausgeübt wird, als in einem als zweiter
Einwirkungsbereich 29 bezeichneten Bereich der Ventilplatte 6,
der der Abführkanalmündung 17 in
der Höhenrichtung 4 gegenüberliegt.
Als
Resultat kippt die Ventilplatte 6 an ihrem dem ersten Einwirkungsbereich 28 zugeordneten Endbereich
in Höhenrichtung 4 in
Richtung zur zweiten Elektrode 24 und es stellt sich zwischen
der Ventilplatte 6 und der ersten Ventilkammerwand 12 ein sich
zwischen den beiden Zuführkanalmündungen 16, 17 erstreckender
keilförmiger Überströmraum 34 ein, über den
hinweg das Druckmedium anfänglich von
der Zuführkanalmündung 16 zur
Abführkanalmündung 17 überströmen kann.
Diese Strömung kann
für das
erwähnte
Druckgefälle
mitverantwortlich sein.
Zweckmäßigerweise
ist die Anordnung so getroffen, dass die Ventilplatte 6 soweit
verkippt, dass ihr ausgelenkter Endbereich an der zweiten Ventilkammerwand 13 und
somit praktisch unmittelbar an der zweiten Elektrode 24 anliegt.
Zwischen der Ventilplatte 6 und der zweiten Ventilkammerwand 13 ergibt
sich dabei ein keilförmiger
Zwischenraum 35.
In
dem Moment, in dem der zweite elektrostatische Antrieb 27 aktiviert
ist (siehe 5) bildet sich in dem keilförmigen Zwischenraum 35 ein
elektrisches Feld zwischen der zweiten und dritten Elektrode 24, 25 aus.
Dieses ist im Bereich der Keilspitze 36 des keilförmigen Zwischenraumes 35 besonders hoch,
so dass die Ventilplatte 6 dort eine verstärkte Anzugskraft
erfährt.
Als Folge davon wird die Ventilplatte 6 um den an der zweiten
Ventilkammerwand 13 anliegenden Endbereich im Sinne einer
Verringerung des Keilwinkels verschwenkt, bis schließlich die
Ventilplatte 6 vollständig
in Parallellage an der zweiten Ventilkammerwand 13 anliegt.
In
dieser in 5 gezeigten Offenstellung liegt
zwischen der Ventilplatte 6 und der ersten Ventilkammerwand 12 ein
maximaler Abstand vor, so dass für
das zwischen den beiden Kanalmündungen 16, 17 überströmende Fluid
ein sehr großer
Querschnitt zur Verfügung
steht, der große
Durchflussraten ermöglicht.
Um
das Mikroventil in die Schließstellung
zurückzuschalten,
wird der zweite elektrostatische Antrieb 27 abgeschaltet
und statt dessen erneut der erste elektrostatische Antrieb 26 aktiviert.
Die 6 zeigt eine Zwischenphase beim Umschalten, wobei kurzzeitig
beide Antriebe 26, 27 deaktiviert sind. In diesem
Zustand führt
das unter der Ventilplatte 6 zwischen den beiden Kanalmündungen 16, 17 herrschende
Druckgefälle
dazu, dass die Ventilplatte 6 wieder in diejenige Schrägstellung
zurückkippt,
die auch schon in der Zwischenphase gemäß 4 vorgelegen
hatte. Dabei liegt der zurückgekippte
Endbereich der Ventilplatte 6 zweckmäßigerweise an der ersten Ventilkammerwand 12 an.
Durch die Schrägstellung
bildet sich zwischen der Ventilplatte 6 und der ersten
Ventilkammerwand 12 ein keilförmiger Zwischenraum 37 aus,
der zur Folge hat, dass bei der anschließenden Aktivierung des ersten
elektrosstatischen Antriebes 26 die Ventilplatte 6 ausgehend von
der Keilspitze 38 so verschwenkt wird, dass letztlich die
wieder in 3 gezeigte Schließstellung
vorliegt.
Somit
lässt sich
für die
Ventilplatte 6 insgesamt ein relativ großer Schalthub
realisieren, in Verbindung mit der Beherrschung verhältnismäßig großer Fluiddrücke.
Für die Auslegung
der Ventilplatte 6 kann es zweckmäßig sein, diese mit Durchgangsöffnungen zu
versehen, die eine Druckentlastung bewirken. Auch kann die Ventilplatte 6 zusätzlich so
strukturiert sein, dass bei vollflächigem Kontakt mit einer der Ventilkammerwände 12, 13 einem
Anhaften entgegengewirkt wird.
Die
Abführkanalmündung 17 ist
vorzugsweise so platziert, dass der durch sie bestimmte zweite Einwirkungsbereich 29 sich
auf der dem ersten Einwirkungsbereich 26 entgegengesetzten
Seite des Zentrums 33 der Ventilplatte 6 befindet.
Beim
Ausführungsbeispiel
ist überdies
vorgesehen, dass die Federmittel in einer Weise ausgebildet sind,
bei der die Ventilplatte 6 im sowohl spannungslosen Zustand
der beiden elektrostatischen Antriebe 26, 27 als
auch drucklosen Zustand der Kanalmündungen 16, 17 an
der der ersten Elektrode 23 zugeordneten ersten Ventilkammerwand 12 anliegt. Die
dann vorliegende Situation entspricht der in 3 gezeigten.
Die
Federmittel 7 bestehen zweckmäßigerweise aus mindestens einer
Blattfeder, wobei sämtliche
Ausführungsbeispiele
eine Ausstattung mit zwei Blattfedern 38a, 38b vorsehen.
Allen Ausführungsbeispielen
ist ferner gemeinsam, dass die beiden Blattfedern 38a, 38b wie
die Ventilplatte 6 eine längliche Gestalt haben und die
Ventilplatte 6 im Bereich ihrer Längsränder 42 auf einander
entgegengesetzten Längsseiten
flankieren. Jede Blattfeder ist zum einen gehäuseseitig fixiert und greift
zum anderen an der Ventilplatte 6 an.
Wie
aus 1, 2 und 7 bis 9 hervorgeht,
kann die gehäuseseitige
Fixierung durch eine Befestigung an der Zwischen schicht 9 erfolgen. Es
ist jedoch auch möglich,
wie dies aus 3 bis 6 zum Ausdruck
kommt (dort Befestigungsstellen 43), die Blattfedern 38a, 38b an
der Basisschicht 8 anzubringen, und zwar erforderlichenfalls
unter Einbeziehung einer geeigneten elektrischen Isolierung.
Die
Blattfedern 38a, 38b könnten in vielfältiger Weise
installiert werden. Die 2 zeigt eine Bauform, bei der
die beiden Blattfedern 38a, 38b mit ihren einen,
gleich orientierten ersten Endbereichen 44a, 44b gehäusefest
fixiert sind und mit ihren ebenfalls gleich orientierten anderen,
zweiten Endbereichen 45a, 45b, die in die entgegengesetzte
Richtung weisen, gemeinsam an dem zweiten Endbereich 31 der
Ventilplatte 6 angreifen. Dieser zweite Endbereich 31 ist
derjenige Endbereich, um den die Ventilplatte 6 ausgehend
von der Schließstellung
gemäß 3 beim
Verkippen verschwenkt wird. Der entgegengesetzte erste Endbereich 30 ist
derjenige Endbereich, der beim Umschalten aus der Schließstellung
in die Offenstellung ausgelenkt wird.
Gemäß 2 ist
also die längliche
Ventilplatte 6 nur an ihrem zweiten Endbereich 31 federnd aufgehängt, während sie
im übrigen
keinerlei Fixierung erfährt
und praktisch zum entgegengesetzten ersten Endbereich 30 hin
frei auskragt.
Bei
dem Ausführungsbeispiel
der 7 sind die beiden Blattfedern 38a, 38b jeweils
an einander entgegengesetzt orientierten ersten Endbereichen 46a, 46b am
Ventilgehäuse 2 be festigt,
während
sie mit ihren beiden anderen, ebenfalls einander entgegengesetzt
orientierten zweiten Endbereichen 47a, 47b an
einander entgegengesetzten Endbereichen der Ventilplatte 6 angreifen.
Die Ventilplatte 6 ist also beidenends federelastisch aufgehängt, wobei
die Blattfedern 38a, 38b wiederum seitlich neben
der Ventilplatte 6 verlaufen, um eine relativ große Federlänge zu erhalten,
die die gewünschte
Federsteifigkeit ermöglicht.
Bei
den beiden in 8 und 9 gezeigten Ausführungsformen
schließlich
sind jeweils beide Blattfedern 38a, 38b an beiden
Endbereichen 48a, 48b gehäusefest fixiert und greifen
jeweils mit einem mittleren Abschnitt 52 an der Ventilplatte 6 an,
wobei die beiden Angriffsbereiche zweckmäßigerweise in Richtung der
Längsachse 18 auf
gleicher Höhe
liegen.
Um
das gewünschte
Bewegungsverhalten der Ventilplatte 6 zu unterstützen, können die
Blattfedern lokal in einer die Federsteifigkeit verringernde Weise
strukturiert sein. In diesem Zusammenhang gehen aus 2, 7 und 9 entsprechend strukturierte
Bereiche 53 hervor, die sich insbesondere dadurch auszeichnen,
dass die Blattfedern dort gegenüber
den sich anschließenden
Längenabschnitten
eingeschnürt
sind und einen reduzierten Materialquerschnitt aufweisen. Beispielsweise
können
die Blattfedern 38a, 38b im Bereich ihrer Längsränder kerbenartige
Einschnitte aufweisen (2 und 7) oder
mit einem mäanderförmigen Verlauf strukturiert
sein.
In
allen Fällen
ist es empfehlenswert, die entsprechend strukturierten Bereiche 53 im
Bereich derjenigen Abschnitte der Blattfedern 38a, 38b vorzusehen, über die
die Verbindung zur Ventilplatte 6 stattfindet.
Als
vorteilhaft für
das Umschaltverhalten des Mikroventils wird ferner angesehen, wenn
die Zuführkanalmündung 16 und
die Abführkanalmündung 17 in
einander entgegengesetzten Richtungen gleich weit vom Zentrum 33 der
Ventilplatte 6 entfernt sind. Dies ist bei allen Ausführungsbeispielen
der Fall.
Es
wäre prinzipiell
möglich,
die dritte Elektrode 25 so auszubilden, dass sie sich lediglich
an der Ventilplatte 6 befindet, sei es durch unmittelbare
Ausgestaltung derselben als Elektrode oder durch separate Anbringung
von die dritte Elektrode 25 bildenden Mitteln. Beim Ausführungsbeispiel
ist jedoch darüber hinaus
vorgesehen, dass auch die Federmittel 7 in die Elektrodenfunktion
einbezogen werden. Daher erstreckt sich die dritte Elektrode über sowohl
die Ventilplatte 6 als auch die Blattfedern 38a, 38b.
Dies ermöglicht
eine nicht unbeträchtliche
Erhöhung
der für
den Umschaltvorgang erzielbaren elektrostatischen Stellkräfte.
Wie
schon bei der Ventilplatte 6 kann auch die den Blattfedern 38a, 38b zugeordnete
dritte Elektrode 25 unmittelbar von den Blattfedern selbst
oder durch auf diese aufgebrachte Strukturen gebildet sein.
Für die Erfindung
ist eine längliche
Gestalt der Ventilplatte 6 nicht zwingend erforderlich.
So könnte
die Ventilplatte 6 beispielsweise auch quadratisch gestaltet
sein. Durch die längliche
Gestaltung können
jedoch besonders kompakte Querabmessungen des Mikroventils erzielt
werden.