Gültig, M.

Hanemann, T.

Kohl, M.

Megnin, C.

Ossmer, H.

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C. Megnin*, H. Ossmer**, M. Gültig**, T. Hanemann*** und M. Kohl** Form-Gedächtnis Mikroventile für Fluid-Systeme Shape-Memory Microvalves for Fluidic Systems   FGL-Mikroventile  •  Normal geöffnete (NO) und normal geschlossene (NC) FGL-Mikroventile [2] •  Passive Rückstellkraft •  Fluiddruck (NO) •  Druckfeder •  Erweiterung zum Regelkreis •  Durchflusssenor •  PID-Regelung Tabelle 1: Statische und dynamische Eigenschaften der NO und NC Mikroventile für flüssige und gasförmige Medien.           Fluidsysteme •  4 laterale und 2 vertikale fluidische Anschlüsse •  FGL-Mikroventile schalten Kanäle •  Schaltelektronik zur Ansteuerung der FGL-Mikroventile             Zusammenfassung Diese Arbeit präsentiert die Herstellung von NO und NC FGL-Mikroventilen, die Einbindung in einen Regelkreis, deren Inte-gration in ein fluidisches System sowie die Charakterisierung der fluidischen und elektrischen Eigenschaften.   References [1]  M. Kohl, “Shape memory microactuators,” Microtech- nology and MEMS, Springer-Verlag, 2004.  [2]  C. Megnin, „Shape memory alloy microvalves for a fluidic control system“ JMM, vol. 24, no. 2, 2013  Kontakt: info@smactuators.com Kurzdarstellung Dieser Beitrag beschreibt die Entwicklung von Mikroventilen und darauf aufbauender mikrofluidischer Systeme auf Basis strukturierter Folien aus Formgedächtnislegierung (FGL). Im Detail bedeutet dies, die •  Auslegung •  Konstruktion •  Charakterisierung der Ventilkomponenten sowie deren Integration in mikro-fluidische Systeme.  Formgedächtniseffekt •  Im kalten Zustand (Martensit) leicht durch äußere Kraft verformbar (T < As) •  Rückverformung im warmen Zustand (Austenit) in ursprüngliche Gestalt nach Überschreiten einer materialspezifischen Umwandlungstemperatur (T < Af)  .         •  FGL besitzen eine Leistungsdichte von 107 J/m3 [1] •  Die Folienstärke des Materials beträgt 17 µm   Herstellung und Zusammenbau •  Schichtbasierter Aufbau •  Polymerkomponenten mittels Rapid-Manufacturing (Gehäuse, Abstandshalter und Deckel) •  Strukturierung des FGL-Brückenaktors durch einen parallelen nasschemischen Ätzprozess oder Laser •  Verbindung über Schnappverbindung oder Verschraubung           *Professur für Werkstoffprozesstechnik (WPT), Institut für Mikrosystemtechnik - IMTEK, Universität Freiburg, Germany **Institut für Mikrostrukturtechnik (IMT), Karlsruher Institut für Technologie - KIT, Germany ***Institut für Angewandte Materialien (IAM) , Karlsruher Institut für Technologie - KIT, Germany Abbildung 1: Schematische Darstellung des Verhaltens einer Formgedächtnislegierung mit Einweg-Effekt in einem Spannungs-Dehnungs-Temperatur Diagramm. Mf M As Af σ [N/mm2 ]  ε [%]  εmax NO NC Durchfluss @ 200 kPa  Gas [sccm] 2000 880 Wasser [ml/min] 12,5 8,5 Zeitkonstanten  Heizen [ms] 10 Kühlen [ms] 24 Regelabweichung % 1,5 Leckage Gas [sccm] < 1 Wasser [µl/min] < 10 Berstdruck Δp [kPa] 710 Heizleistung [mW] 80 225 Abbildung 2: Schematische Darstellung des FGL-Mikroventils.  Gehäuse Elektrische  Kontaktierung FGL-Brückenaktor Abstandshalter Sphärischer Stößel Fluidikeinheit Abbildung 3: Foto eines fertig montierten FGL-Mikroventils. Schaltelektronik  Ventilebene Fluidische  Schaltplatte  Fluidische Schaltplatte  Abbildung 4: Auf einer fluidischen Schaltplatte mittels magnetischem Anschluss verbundene FGL-Mikroventile, die über eine gemeinsame Schaltelektronik angesteuert werden.  

Form-Gedächtnis Mikroventile für Fluid-Systeme

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