DE102008042054A1 - Mikroventil, Mikropumpe sowie Herstellungsverfahren - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Mikroventil (3, 4), insbesondere für eine Mikropumpe (1), umfassend ein zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung verstellbares Ventilglied (12, 15), welches in seiner Schließstellung an einem Ventilsitz (16, 17) anliegt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Ventilsitz (16, 17) aus einem Polymermaterial ausgebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Mikropumpe sowie ein Herstellungsverfahren.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Mikroventil, insbesondere für eine Mikropumpe, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Mikropumpe gemäß Anspruch 12 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Mikroventils und/oder einer Mikropumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 13.
  • Mikropumpen zur kontrollierten und hochgenauen Abgabe von Insulin sind im Grundsatz bekannt. So zeigt beispielsweise die EP 1 651 867 B1 eine Mikropumpe, die als komplexe Schichtanordnung ausgebildet ist.
  • Üblicherweise umfassen bekannte Mikropumpen mindestens ein Einlassventil und mindestens ein Auslassventil. Diese Mikroventile weisen ein zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung verstellbares, in der Regel kolbenförmiges Ventilglied auf, welches in der Schließstellung mehr oder weniger dichtend an einem feststehendem Ventilsitz anliegt. Allgemein besteht das Problem einer nichtoptimalen Abdichtung des Ventils in seiner Schließstellung, was sich in teilweise inakzeptablen Leckraten und/oder reduzierten Betriebsdrücken äußert.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Technische Aufgabe
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mikroventil, insbesondere für eine Mikropumpe, vorzuschlagen, das sich durch eine verbesserte Dichtheit in seiner Schließstellung auszeichnet. Ferner besteht die Aufgabe darin, eine Mikropumpe mit einem derartig verbesserten Mikroventil sowie ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Mikroventils und/oder einer derartigen Mikropumpe vorzuschlagen.
  • Technische Lösung
  • Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Mikroventils mit den Merkmalen des Anspruchs 1, hinsichtlich der Mikropumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 12 und hinsichtlich des Herstellungsverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen. Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen verfahrensgemäß offenbarte Merkmale auch als vorrichtungsgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein. Ebenso sollen vorrichtungsgemäß offenbarte Merkmale als verfahrensgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein.
  • Die Erfindung hat erkannt, dass die im Stand der Technik auftretenden inakzeptablen Leckageraten bei Mikroventilen auf eine nicht optimale Dichtungspaarung zurückzuführen sind. Üblicherweise besteht die Dichtungspaarung bei einem aus Silizium hergestellten Mikroventil nach dem Stand der Technik immer aus zwei harten Dichtungswerkstoffen, bei spielsweise Si und Si3N4, oder Si und Glas oder Si und SiO2, etc.
  • In Erkenntnis des zuvor Beschriebenen schlägt die Erfindung zur Verbesserung der Dichtwirkung eines Mikroventils vor, den in der Schließstellung des Ventilgliedes mit dem Ventilglied dichtend zusammenwirkenden Ventilsitz aus einem, vorzugsweise elastischen, Polymermaterial auszubilden. Bevorzugt ist das Polymermaterial dabei weicher als das Ventilgliedmaterial, wodurch eine optimalere Dichtungspaarung mit daraus resultierender, reduzierter Leckagerate erzielt werden kann. Ein nach dem Konzept der Erfindung ausgebildetes Mikroventil eignet sich insbesondere zum Einsatz in Mikropumpen, die sich durch die verbesserte Mikroventildichtwirkung ideal zur Medikamentenverabreichung, vorzugsweise von hochkonzentrierten und leicht überdosierbaren Medikamenten, wie Insulin, Morphium, etc. eignen.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist, wie zuvor bereits erwähnt, von Vorteil, wenn das den Ventilsitz bildende Polymermaterial weicher ist als das Ventilgliedmaterial, um somit die Dichtwirkung weiter zu optimieren. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Polymermaterial um ein elastisches Material, um die verbesserte Dichtwirkung über die Lebensdauer des Mikroventils aufrecht zu erhalten.
  • Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform des Mikroventils, bei der dieses als Mehrschichtaufbau, umfassend mindestens zwei, insbesondere unterschiedliche, Materialschichten umfasst, wobei das relativ zum Ventilsitz verstellbare Ventilglied in einer Funktionsschicht ausgebildet ist, die ganz besonders bevorzugt aus einem Halbleitermaterial ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist eine Ausfüh rungsform, bei der das Ventilglied mit Hilfe von Federn in Richtung des Ventilsitzes federkraftbeaufschlagt ist, wobei es weiter bevorzugt ist, wenn die Federn in der das Ventilglied bildenden Funktionsschicht, beispielsweise als Spiralfedern, ausgebildet sind.
  • Besonders bevorzugt ist es, wenn der Ventilsitz aus Polymermaterial von einem Einsatzteil gebildet ist, welches ganz besonders bevorzugt vollständig aus Polymermaterial ausgebildet ist. Das Einsatzteil ist dabei, zumindest abschnittsweise, in einer Aussparung in einer zur Funktionsschicht unmittelbar oder lediglich mittelbar benachbarten Schicht aufgenommen bzw. in diese eingeführt und kommt somit in Schließstellung des Ventilgliedes mit diesem dichtend in Kontakt. Besonders bevorzugt ist es, wenn das Einsatzteil gleichzeitig die Dichtung zum Anschließen des Mikroventils oder einer mit dem Mikroventil ausgestatteten Mikropumpe an ein Fluidsystem, insbesondere an einen Fluidblock, ausgebildet ist, das Einsatzteil also gleichzeitig mindestens zwei Dichtwirkungen, vorzugsweise auf zwei voneinander abgewandten Seiten, erfüllt. Bei der die Aussparung aufweisenden Schicht des die Funktionsschicht aufweisenden Mehrschichtaufbaus kann es sich um eine unmittelbar an die Funktionsschicht angrenzende Schicht, oder alternativ über eine über mindestens eine weitere Schicht von der Funktionsschicht beabstandete Schicht handeln. Bevorzugt weist das Einsatzteil mindestens einen Kanal zum Zuführen oder Abführen von Fluid zum bzw. aus dem Mikroventil auf. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn der Kanal in einem Bereich radial innerhalb des eigentlichen Ventilsitzes ausmündet bzw. beginnt.
  • Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die die Aussparung für das Einsatzteil aufweisende Schicht als eine stabile Trägerschicht ausgebildet ist, die die Mikroventilkonstruktion bzw. die das bewegliche Ventilglied aufweisende Funktionsschicht stützt. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die stabile Trägerschicht aus einem härteren Material als die Funktionsschicht ausgebildet ist. Beispielsweise besteht die die Aussparung aufweisende Trägerschicht dabei aus einem Glas.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass das den Ventilsitz bildende bzw. aufweisende Einsatzteil die Aussparung und damit die die Aussparung aufweisende Schicht, insbesondere die Trägerschicht, in Richtung des Ventilgliedes, vorzugsweise mit einem kegelstumpfförmigen Abschnitt, überragt, vorzugsweise derart, dass das Ventilglied unter eine Vorspannung gesetzt wird, wodurch die Leckagerate und damit die Sicherheit einer mit einem derartigen Mikroventil ausgestatteten Mikropumpe weiter verbessert werden kann.
  • Um eine definierte Positionierung des Einsatzteils relativ zu dem verstellbaren Ventilglied zu ermöglichen, ist es besonders bevorzugt, wenn dem Einsatzteil ein, vorzugsweise in der Funktionsschicht ausgebildeter, ganz besonders bevorzugt ringförmiger Anschlag zugeordnet ist, der die Einführ- bzw. Einsteckbewegung des Einsatzteils in die Aussparung definiert begrenzt.
  • Zur erleichterten Zentrierung und zur Gewährleistung einer festen Verbindung zwischen dem Einsatzteil und der mindestens einen die Aussparung aufweisenden Schicht, ist es besonders bevorzugt, wenn die Aussparung sich in Richtung Ventilglied, vorzugsweise kegelstumpfförmig, insbesondere konisch, verjüngend ausgebildet ist, wobei zumindest ein Abschnitt des Einsatzteils formkongruent zur Aussparung ausgebildet sein sollte, um eine optimale Dichtwirkung zu erzielen.
  • Um einen optimalen Halt des Einsatzteils in der die Aussparung aufweisenden Schicht zu ermöglichen, ist es bevorzugt, wenn das Einsatzteil mit der die Aussparung aufweisenden Schicht fest verbunden, vorzugsweise verklebt oder verschweißt, ist. Zusätzlich oder alternativ kann das Einsatzteil mit einer beliebigen, vorzugsweise äußeren, Schicht des Mehrschichtaufbaus fest verbunden, insbesondere verschweißt oder verklebt, werden.
  • Besonders zweckmäßig ist eine Ausführungsform, bei der das Einsatzteil einen, insbesondere plattenförmigen, Abschnitt umfasst, der die Aussparung in radialer Richtung überragt und an einer Schicht des Mehrschichtaufbaus, insbesondere an der Außenseite der die Aussparung aufweisenden Schicht, anliegt. Bevorzugt bildet der plattenförmige Abschnitt gleichzeitig eine Dichtung zum Anschließen des Mikroventils an einen Fluidblock oder trägt einen derartigen Dichtabschnitt. Zur Herstellung des, vorzugsweise vollständig aus Polymermaterial ausgebildeten, Einsatzteils gibt es mehrere Möglichkeiten. So kann dieses beispielsweise durch Heißprägen und/oder Mikrospritzgießen und/oder Thermopolymerisation und/oder UV-Polymerisation, etc. hergestellt werden. Idealerweise wird das Einsatzteil in einem nicht vollständig polymerisierten bzw. nachvernetzbaren Polymermaterial bereitgestellt, welches beim und/oder nach dem Fügen in die Aussparung durchpolymerisiert/vernetzt werden kann, wodurch auch eine zuverlässige Verbindung zu der die Aussparung aufweisenden Schicht, insbesondere aus einer Siliziumverbindung und/oder einem Glas, herstellbar ist. Idealerweise wird der Mehrschichtaufbau hierzu, vorzugsweise die die Aussparung aufweisende Schicht, (vorher) oberflächlich modifiziert, sodass reaktive Gruppen für den Bondvorgang bereitstehen. Der eigentliche Ventilsitz sollte dagegen bereits vor dem Fügen vollständig polymerisiert sein oder die Gegenfläche des Ventilgliedes aus einem Material bestehen und/oder eine Beschichtung aufweisen, die keine Wechselwirkung mit dem Ventilsitz beim Fügen (Durchpolymerisieren) eingeht.
  • Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der an dem plattenförmigen Abschnitt mindestens zwei Einsteckabschnitte für jeweils ein Mikroventil ausgebildet sind. Anders ausgedrückt bildet das Einsatzteil gleichzeitig zwei voneinander beabstandete Ventilsitze, vorzugsweise für zwei unterschiedliche Mikroventile, aus.
  • Die Erfindung führt auch auf eine Mikropumpe, insbesondere zur Dosierung hochkonzentrierter, leicht überdosierbarer Medikamente, wie Insulin, Morphium, etc. Eine derartige Mikropumpe zeichnet sich durch mindestens ein zuvor beschriebenes Mikroventil aus. Bevorzugt sind sowohl das mindestens eine Einlassventil als auch das mindestens eine Auslassventil einer derartigen Mikropumpe wie zuvor beschrieben ausgebildet.
  • Darüber hinaus führt die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen eines, vorzugsweise wie zuvor beschrieben ausgebildeten, Mikroventils und/oder zum Herstellen einer, vorzugsweise wie zuvor beschrieben ausgebildeten, Mikropumpe. Kern des Verfahrens ist es, den Ventilsitz aus Polymermate rial herzustellen, welches bevorzugt weicher und/oder elastischer ist als das Ventilgliedmaterial.
  • Besonders bevorzugt ist der Ventilsitz an einem, vorzugsweise vollständig aus Polymermaterial gebildeten, Einsatzteil ausgebildet, beispielsweise durch Heißprägen und/oder Spritzgiessen und/oder durch eine entsprechend gesteuerte bzw. geformte Polymerisation. Ein derartiges Einsatzteil wird dann in eine, vorzugsweise als Bohrung ausgebildete, Aussparung einer Mehrschichtanordnung eingeführt und bevorzugt darauffolgend mit der Mehrschichtanordnung fest verbunden.
  • Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn das Einführen des Einsatzteils definiert begrenzt wird durch einen, insbesondere ringförmigen, Anschlag, an dem das Einsatzteil nach Zurücklegen einer definierten Einführstrecke anschlägt. Bevorzugt umgibt der Anschlag das Ventilglied dabei in einem radial äußeren Bereich.
  • Besonders bevorzugt ist es, wenn das Einsatzteil, wenn dieses in die Aussparung eingeführt ist, noch nicht vollständig durchvernetzt, also nachvernetzbar ist, und wenn, vorzugsweise nach dem Einführen eine Durchvernetzung bzw. zumindest eine weitergehende Vernetzung des Einsatzteils erfolgt, bevorzugt derart, dass gleichzeitig eine Verbindung zwischen Einsatzteil und der mindestens einen das Einsatzteil aufnehmenden Schicht einhergeht. Dies kann dadurch gefördert werden, dass der Mehrschichtaufbau, zumindest abschnittsweise, in einem mit dem Einsatzteil zu verbindenden Bereich oberflächenmodifiziert wird, insbesondere derart, dass reaktive Gruppen für den Bond- bzw. Durchvernetzungsvorgang bereit stehen. Mit Vorteil ist das Einsatzteil im Bereich des eigentlichen Dichtsitzes vor dem Einführen in die Aussparung bereits durchpolymerisiert und/oder die Gegenfläche des Ventilgliedes ist aus einem Material bzw. einer Beschichtung ausgebildet, die keine Wechselwirkung mit dem Einsatzteil beim Durchvernetzungsvorgang eingeht.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:
  • 1 eine noch nicht vollständige, als Mehrschichtaufbau ausgebildete Mikropumpe mit zwei Mikroventilen, noch ohne Ventilsitz,
  • 2 eine geschnittene Darstellung des in 1 linken Mikroventils,
  • 3 ein Einsatzteil aus Polymermaterial mit daran ausgebildeten Ventilsitzen,
  • 4 eine vergrößerte Darstellung des in 1 rechten Mikroventils in einer Schnittdarstellung während des Einfügens des Einsatzteils gemäß 3,
  • 5 einen Ausschnitt des Mikroventils mit gefügtem Einsatzteil,
  • 6 eine Schnittdarstellung der gesamten, fertiggestellten, d. h. mit Ventilsitzen versehenen Mikropumpe,
  • 7–13 unterschiedliche Ausführungsformen von aus Polymermaterial ausgebildeten Mikroventilsitzen.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • In den Figuren sind gleiche Elemente und Elemente mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • In 1 ist ein Zwischenstadium einer Mikropumpe 1 zur Insulinabgabe während der Fertigung gezeigt. Die Mikropumpe 1 umfasst eine aus einem Halbleitermaterial, hier Silizium, ausgebildete Funktionsschicht 2, in der später noch zu erläuternde Funktionselemente eingebracht sind. Die Mikropumpe 1 umfasst ein als Einlassventil ausgebildetes erstes Mikroventil 3 sowie ein als Auslassventil ausgebildetes zweites Mikroventil 4, wobei die Mikroventile 3, 4 mit einer Pumpenkammer 5 zusammenwirken. Jedes Mikroventil 3, 4 weist eine Ventilkammer 6, 7 auf, wobei die Ventilkammern 6, 7 sowie die Pumpenkammer 5 in der Funktionsschicht 2 ausgebildet sind und in der Zeichnungsebene unten (vgl. 2) von einer beweglichen Membran 8 (Membranschicht) begrenzt sind. An die Funktionsschicht 2 grenzt in der Zeichnungsebene in 2 oben eine als Trägerschicht ausgebildete Schicht 9 aus einem Glasmaterial an. Zu erkennen ist, dass in die Schicht 9 oberhalb des ersten Mikroventils 3 eine erste Aussparung 10 und oberhalb des zweiten Mikroventils 4 eine zweite Aussparung 11 angeordnet sind. Zentrisch unterhalb der ersten Aussparung 10 befindet sich ein erstes, flachzylindrisches Ventilglied 12, das mit Hilfe von drei über den Umfang verteilt angeordneten, als Spiral federn ausgebildeten Federn 13 mit dem von der Funktionsschicht 2 ausgebildeten Umfangsrand 14 der ersten Ventilkammer 6 verbunden ist. In der Zeichnungsebene unterhalb der zweiten Aussparung 11 befindet sich ein zweites, flachzylindrisches Ventilglied 15, das fest mit der Membran 8 verbunden ist und zusammen mit dieser relativ zur zweiten Aussparung verstellbar ist. Die Federn 13 sind derart ausgebildet und angeordnet, dass sie das erste Ventilglied 12 in Richtung der ersten Aussparung 10 federkraftbeaufschlagen.
  • Die Mikropumpe 1 ist mit Hilfe von ein, zwei oder drei, nicht gezeigten, unterhalb der Membran 8 anzuordnenden Aktuatoren betreibbar. Im Hinblick auf mögliche Funktionsweisen bzw. Ansteuermöglichkeiten der Mikropumpe 1 wird in diesem Zusammenhang auf die noch nicht veröffentlichte DE 10 2008 00 37 92.3 verwiesen. Der Offenbarungsgehalt dieser Patentanmeldung soll als zur vorliegenden Patentanmeldung zugehörig offenbart gelten, derart, dass mindestens ein beliebiges Merkmal der vorliegenden Anmeldung mit mindestens einem beliebigen Merkmal der DE 10 2008 00 37 92.3 kombinierbar und beanspruchbar ist.
  • Um als Mikropumpe 1 funktionieren zu können, fehlt den Mikroventilen 3, 4 jeweils ein in 3 gezeigter erster bzw. zweiter Ventilsitz 16, 17, an dem das erste bzw. zweite Ventilglied 12, 15 in ihrer jeweiligen Schließstellung dichtend anliegen.
  • In 3 ist ein vollständig aus Polymermaterial gebildetes Einsatzteil 18 gezeigt, das mit in der Zeichnungsebene unteren, kegelstumpfförmigen Abschnitten 19, 20 die Ventilsitze 16, 17 bildet, die an den in der Zeichnungsebene un teren Stirnseiten 21, 22 der kegelstumpfförmigen Fortsätze bzw. von diesen ausgebildet sind. In einem Bereich radial innerhalb der Ventilsitze 16, 17 befindet sich jeweils ein das Einsatzteil 18 durchsetzender Kanal 23, 24, wobei der erste Kanal 23 dem ersten Mikroventil 3 zugeordnet ist und als Zulaufkanal dient, wohingegen der zweite Kanal 24 dem zweiten Mikroventil 4 zugeordnet ist und als Ablauf- bzw. Abströmkanal dient.
  • Wie sich aus 3 ergibt, sind die kegelstumpfförmigen Abschnitte 19, 20 an einem plattenförmigen Abschnitt 25 (Trägerabschnitt) angeformt, wobei der plattenförmige Abschnitt 25 im montierten Zustand auf der als Trägerschicht dienenden Schicht 9 der Schichtanordnung gemäß 1 zum Liegen kommt. Die Abschnitte 19, 20 bilden im montierten Zustand Einsteckabschnitte 26, 27, die in den Aussparungen 10, 11 aufgenommen sind, wobei die Abschnitte 19, 20 mit einem unteren Abschnitt die Aussparung in Richtung des entsprechenden Ventilgliedes 12, 15 überragen und auf diese Weise das jeweilige Ventilglied 12, 15 vorspannen. Wie sich in 1 und 2 ergibt, sind die Aussparungen 10, 11 in Richtung zum jeweiligen Ventilglied 12, 15 sich kegelstumpfförmig verjüngend ausgebildet. Damit die Einsteckabschnitte 26, 27 dichtend in der zugehörigen Aussparung 10, 11 aufnehmbar sind, sind die Einsteckabschnitte 26, 27, zumindest abschnittsweise, formkongruent zu den Aussparungen 10, 11 ausgeformt.
  • Wie sich aus 1 ergibt, ist jedem Abschnitt 19, 20 des Einsatzteils 18 ein ringförmiger Anschlag 28, 29 zugeordnet, der die jeweilige Ventilkammer 6, 7 radial außen begrenzt und der innerhalb der Funktionsschicht 2 ausgebildet ist.
  • In 4 ist ein Schritt bei der Montage des Einsatzteils 18 gemäß 3 auf die in 1 gezeigte Schichtanordnung zur Fertigstellung des Mikroventils 1 gezeigt, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit in 4 lediglich in einer Schnittdarstellung das in 1 in der rechten Zeichnungshälfte befindliche, als Auslassventil dienende zweite Mikroventil 4 gezeigt ist. Zu erkennen ist dabei die Membran 8 mit darüber angeordneter Funktionsschicht 2 sowie der darüber angeordneten, als Trägerschicht aus Glas ausgebildeten Schicht 9 mit der sich verjüngenden zweiten Aussparung 11 zur Aufnahme des Einsteckabschnitts 27 des Einsteckteils 18. Ferner ist der zweite Kanal 24 zu erkennen, der das Einsteckteil 18 in Hochrichtung durchsetzt und der bei geschlossenem zweiten Mikroventil 4 von dem zweiten Ventilglied 15 dichtend verschlossen wird. Der stirnseitige Bereich um die Mündungsöffnung des zweiten Kanals 24 herum bildet dabei den zweiten Ventilsitz 17. Aus 4 ist ferner der ringförmige Anschlag 29 zu erkennen, der die Einsteckbewegung des Einsatzteils 18, genauer des Einsteckabschnitts 27, begrenzt.
  • Bevorzugt ist das Einsatzteil 18 in dem Stadium gemäß 4 noch nicht vollständig vernetzt und kann in dem in 5 gezeigten, montierten Zustand nachpolymerisiert werden, derart, dass eine Bindung zwischen der Schicht 9 und dem Einsatzteil 18 resultiert, bevorzugt sowohl innerhalb der zweiten Aussparung 11, als auch auf der in der Zeichnungsebene oberen Seite 30 der Schicht 9, auf der der plattenförmige Abschnitt 25 des Einsatzteils 18 aufliegt.
  • In 6 ist die fertig montierte Mikropumpe 1 ohne Aktuatoren gezeigt. Zu erkennen ist, dass durch die Integration des aus Polymermaterial ausgebildeten Einsatzteils 18 jedem Mikroventil 3, 4 ein Ventilsitz 16, 17 aus Polymermaterial zugeordnet ist. Das Einsatzteil 18 dient gleichzeitig unmittelbar als Dichtung 31, 32 zur Anbindung der Mikropumpe 1 an einen Fluidblock.
  • In den 7 bis 13 sind mögliche, unterschiedliche Ausführungsformen des Einsatzteils 18 bzw. des an diesem ausgebildeten Ventilsitzes 16, 17 gezeigt. Die Ausführungsform gemäß 7 dient dabei als Ventilsitz 17 für ein Auslassventil, wobei der Ventilsitz 17 von einem im Querschnitt dreieckig konturierten Ring an der Stirnseite des Einsteckabschnittes 27 gebildet ist. Dabei sind die inneren Flanken des Ventilsitzes 17 gerade ausgeformt, im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 8, das einen Ventilsitz 16 für ein Einlassventil zeigt, wobei der Ventilsitz 16 hier ebenfalls von einer im Querschnitt dreieckig konturierten Ringform gebildet ist, wobei jedoch die inneren Flanken abgeschrägt und die äußeren Flanken senkrecht ausgeformt sind.
  • 9 zeigt einen Ventilsitz 16, bei dem beide Flanken des den Ventilsitz 16 bildenden Rings abgeschrägt ausgebildet sind.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 10 ist der Ventilsitz 16, 17 nicht von einem angeformten Abschnitt ausgebildet, sondern unmittelbar von dem Einsteckabschnitt 26, 27, der sich hin zu einer umlaufenden Kante verjüngt.
  • 11 zeigt einen im Querschnitt trapezförmigen Ventilsitz 16, 17, 12 einen im Querschnitt teilkreisförmig gerundeten Ventilsitz 16, 17 und 13 einen im Quer schnitt rechteckigen Ventilsitz 16, 17. Sämtliche in den 7 bis 13 gezeigten Ventilsitze 16, 17 sind alternativ bei einem Einlassventil einer Mikropumpe 1 oder bei einem Auslassventil einer Mikropumpe 1 einsetzbar.
  • Neben den gezeigten Ausführungsbeispielen sind alle, die Ventilsitzfläche reduzierenden und damit die Flächenpressung erhöhenden Ventilsitzformen realisierbar. Ebenso sind solche Strukturen auch auf der Oberseite des Einsatzteils 18 realisierbar, um somit die Dichtfunktion zwischen dem Einsatzteil 18 und einem nicht gezeigten Fluidblock zu verbessern.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
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    • - DE 102008003792 [0033, 0033]

Claims (16)

  1. Mikroventil, insbesondere für eine Mikropumpe (1), umfassend ein zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung verstellbares Ventilglied (12, 15), welches in seiner Schließstellung an einem Ventilsitz (16, 17) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (16, 17) aus einem Polymermaterial ausgebildet ist.
  2. Mikroventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das den Ventilsitz (16, 17) bildende Polymermaterial weicher, vorzugsweise elastischer, ist als das Material des Ventilglieds (12, 15).
  3. Mikroventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikroventil (3, 4) als Mehrschichtaufbau realisiert ist, und dass das Ventilglied (12, 15) in einer Funktionsschicht (2), vorzugsweise aus einem Halbleitermaterial, ausgebildet ist.
  4. Mikroventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein den Ventilsitz (16, 17) bildendes, vorzugsweise vollständig aus Polymermaterial ausgebildetes, vorzugsweise gleichzeitig als Dichtung zum Anschließen des Mikroventils (3, 4) an ein Fluidsystem ausgebildetes, Einsatzteil (18), zumindest abschnittsweise, in einer Aussparung (10, 11) in einer Schicht (9) des Mehrschichtaufbaus aufgenommen ist.
  5. Mikroventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die die Aussparung (10, 11) aufweisende Schicht (9) als stabile Trägerschicht ausgebildet ist, die vorzugsweise aus einem härteren Material, insbesondere einem Glas oder Silizium, als die Funktionsschicht (2) ausgebildet ist.
  6. Mikroventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzteil (18), insbesondere mit einem kegelstumpfförmigen Abschnitt (19, 20), die Aussparung (10, 11) in Richtung des Ventilgliedes (12, 15) überragt.
  7. Mikroventil nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass, insbesondere in der Funktionsschicht (2), ein die Einstecktiefe des Einsatzteils (18) begrenzender, vorzugsweise ringförmiger, Anschlag (28, 29) vorgesehen ist.
  8. Mikroventil nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Aussparung (10, 11) in Richtung des Ventilgliedes (12, 15), vorzugsweise konisch, verjüngend ausgebildet ist.
  9. Mikroventil nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzteil (18) mit der zur Funktionsschicht (2) benachbarten Schicht (9) fest verbunden, vorzugsweise verklebt oder verschweißt, ist.
  10. Mikroventil nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzteil (18) einen plattenförmigen Abschnitt (25) und einen in die Aussparung (10, 11) einsteckbaren, den Ventilsitz (16, 17) bildenden, vorzugsweise durch Heißprägen und/oder Spritzgießen und/oder Polymerisation ausgeformten, Einsteckabschnitt (26, 27) aufweist.
  11. Mikroventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass an dem plattenförmigen Abschnitt (25) mindestens zwei Einsteckabschnitte (26, 27) für jeweils ein Mikroventil (3, 4) ausgebildet sind.
  12. Mikropumpe mit mindestens einem, vorzugsweise als Einlassventil oder als Auslassventil ausgebildetes Mikroventil (3, 4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  13. Verfahren zum Herstellen eines ein verstellbares Ventilglied (12, 15) und einen Ventilsitz (16, 17) aufweisenden Mikroventils (3, 4), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 11, und/oder einer Mikropumpe (1), insbesondere nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (16, 17) aus Polymermaterial hergestellt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein den Ventilsitz (16, 17) bildendes Einsatzteil (18), insbesondere durch Heißprägen und/oder Spritzgießen und/oder Polymerisation, hergestellt wird und, zumindest abschnittsweise, in eine Aussparung (10, 11) einer das Ventilglied (12, 15) aufweisenden Mehrschichtanordnung eingeführt wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzteil (18) soweit in die Aussparung (10, 11) eingeführt wird, bis es auf einen in der Schichtanordnung ausgebildeten Anschlag (28, 29) anschlägt.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzteil (18) in einem nachvernetzbaren Zustand in die Aussparung (10, 11) eingeführt und während und/oder nach dem Einführen, beispielsweise durch UV-Beaufschlagung und/oder Temperaturbeaufschlagung, nachversetzt wird, bevorzugt nach vorheriger Oberflächenbehandlung des Mehrschichtaufbaus, zumindest in einem mit dem Einsatzteil (18) zu verbindenden Bereich.
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