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Gegenstand der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Folien-Stapelaktor, welcher eine Anzahl elastischer Folien mit integrierten Elektroden umfasst. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Folien-Stapelaktors. Sie betrifft darüber hinaus eine Verwendung eines Folien-Stapelaktors, ein Ventil und einen Sensor.
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Hintergrund der Erfindung
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Durch das präzise übereinander Stapeln von dünnen Kunststofffolien mit dazwischen liegenden dünnen Elektroden kann ein Folienaktor realisiert werden, der beim Anlegen einer Spannung an den Elektroden senkrecht zur Fläche durch das elektrische Feld zusammengestaucht und zum anderen in der lateralen Ebene notwendigerweise gedehnt wird. Diese vertikalen und lateralen Bewegungen können als Aktorbewegung genutzt werden. Nachteilig ist, dass sich auch die dünnsten Elektroden zwischen den Folien beim Aufbau eines Folienstapels abzeichnen und die entsprechende Folienfläche sich nach außen wölbt. Je mehr Elektrodenschichten im Folienstapel angeordnet sind, desto größer ist die Wölbung an der Position der Elektroden. Dies führt dazu, dass zum Beispiel ein planarer Ventilsitz durch so einen Folienaktor nicht oder nur schlecht leckdicht geschlossen werden kann.
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Das Problem wurde bisher durch das Aufschleudern eines dünnen Elastomers, z. B. Elastosil P7670, auf ein Grundsubstrat gelöst. Die einstellbare Drehgeschwindigkeit des sogenannten „Spin-coaters“ (Vorrichtung zur Rotationsbeschichtung) definiert dabei die gewünschte Elastomerschichtdicke. Nach einem Vernetzungsschritt wird mit Hilfe einer Sprühvorrichtung und einer Schattenmaske die Elektrodenstruktur aus dem Elastomer realisiert. In diesem Verfahren wird Graphitpulver fluidisiert und versprüht, wobei die versprühte leitfähige Partikelmenge die Dicke der Elektrodenschicht definiert. Auf dem Schleuderteller wächst so von Prozessiteration zu Prozessiteration der Stapelaktor.
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Um den Stapelaktor funktionstüchtig zu machen, muss jede zweite Elektrode alternierend anodisch und kathodisch ankontaktiert werden. Diese Ankontaktierung wird durch das Durchstechen eines Metalldrahtes durch die jeweiligen Elektrodenschichten aber nur unzureichend hergestellt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Elektrodenstruktur durch eine Maske vorgegeben wird, sodass nur da wo die Maske offen ist, auch die leitfähige Graphitsuspension aufgetragen wird. Durch das additive Aufbauen der zwei Schichtsysteme zu einem Stapel wird durch die Elektrodenstrukturierung ein präzise planarer Aufbau nicht erreicht. Der Aktor kann somit beispielsweise nicht für Ventilanwendungen genutzt werden.
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Beschreibung der Erfindung
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen vorteilhaften Folien-Stapelaktor zur Verfügung zu stellen, der auch im zusammengestauchten Zustand eine planare Oberfläche aufweist. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Folien-Stapelaktors zur Verfügung zu stellen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine vorteilhafte Verwendung eines Folien-Stapelaktors, ein vorteilhaftes Ventil und einen vorteilhaften Sensor zur Verfügung zu stellen.
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Die erste Aufgabe wird durch einen Folien-Stapelaktor gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die zweite Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Folien-Stapelaktors nach Patentanspruch 7 gelöst. Die dritte Aufgabe wird durch eine Verwendung eines Folien-Stapelaktors nach Patentanspruch 13, sowie durch ein Ventil gemäß Patentanspruch 14 und einen Sensor gemäß Patentanspruch 15 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
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Der erfindungsgemäße Folien-Stapelaktor umfasst eine Anzahl elastischer Folien mit integrierten Elektroden. Die einzelnen Folien sind jeweils als Folienverbund aus mindestens zwei Schichten ausgestaltet. Dabei umfasst der Folienverbund eine erste, elektrisch nicht leitende, elastische Folienschicht und eine zweite Schicht aus Kunststoff. Die zweite Schicht aus Kunststoff umfasst elektrisch leitfähige Bereiche und elektrisch isolierende Bereiche. Dabei bilden die elektrisch leitfähigen Bereiche die Elektroden des Folien-Stapelaktors.
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Der erfindungsgemäße Folien-Stapelaktor hat den Vorteil, dass durch die Integration der Elektroden innerhalb einer Kunststoffschicht eine Auswölbung der Oberfläche des Folien-Stapelaktors im Bereich der Elektroden im zusammengestauchten Zustand des Aktors vermieden wird. Auf diese Weise wird ein hochplanarer Folien-Stapelaktor realisiert, der insbesondere auch im Rahmen von Ventilen oder Sensoren verwendet werden kann.
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Die einzelnen Folien können dabei eine Schichtdicke zwischen 10 Mikrometern und 50 Mikrometern, vorteilhafterweise zwischen 20 Mikrometern und 35 Mikrometern aufweisen. Weiterhin kann die Schicht aus Kunststoff eine Schichtdicke zwischen 5 Mikrometern und 15 Mikrometern, vorteilhafterweise 10 Mikrometern aufweisen. Zudem kann der erfindungsgemäße Folien-Stapelaktor eine konstante Elektrodenschichtdickenhomogenität im Bereich zwischen 200 nm und 300 nm über die gesamte Folienfläche mit lokalen leitfähigen und nicht leitfähigen Flächen bzw. Bereichen aufweisen.
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Die elektrisch leitfähigen Bereiche können beispielsweise einen Schichtwiderstand zwischen 100 Ω/sq. und 250 Ω/sq., vorteilhafterweise zwischen 100 Ω/sq. und 200 Ω/sq. aufweisen. Darüber hinaus können die elektrisch isolierenden Bereiche einen Schichtwiderstand von mindestens 108 Ω/sq., vorzugsweise von mindestens 109 Ω/sq. aufweisen.
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Grundsätzlich können die mindestens zwei Schichten des Folienverbundes unterschiedliche Folienhärten aufweisen. Die Schicht aus Kunststoff mit elektrisch leitfähigen und elektrisch isolierenden Bereichen kann vorteilhafterweise ein Polymer umfassen. Dabei kann es sich vorzugsweise um elektrisch leitfähige Polymere handeln. Diese können insbesondere die Eigenschaft haben, dass ihre elektrische Leitfähigkeit chemisch zerstörbar ist. Ein Beispiel hierfür ist das Produkt CleviosF ET der Firma Heraeus Precious Metals GmbH.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Folien-Stapelaktors bezieht sich auf einen Folien-Stapelaktor, der eine Anzahl elastischer Folien mit integrierten Elektroden umfasst. Die Folien werden als Stapel miteinander verbunden. Dabei werden die einzelnen Folien jeweils als Folienverbund aus mindestens zwei Schichten ausgestaltet. Die Herstellung der Folien umfasst folgende Schritte: ein leitfähiger Kunststoff wird auf eine elektrisch nicht leitende, elastische Folienschicht ganzflächig aufgetragen. Eine Elektrodenstruktur wird auf die Schicht aus leitfähigem Kunststoff durch Maskierung übertragen und die Leitfähigkeit der nicht maskierten Bereiche wird ohne Reduzierung der Schichtdicke chemisch zerstört.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung eines zuvor beschriebenen Folien-Stapelaktors. Es hat grundsätzlich dieselben Vorteile wie der zuvor beschriebene Folien-Stapelaktor. Insbesondere zeichnet sich der so hergestellte Folien-Stapelaktor dadurch aus, dass er auch im komprimierten oder zusammengestauchten Zustand eine hohe Planarität aufweist.
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Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der leitfähige Kunststoff auf die Folien mit Hilfe eines Rakelgerätes oder durch Rotationsbeschichtung, beispielsweise mit Hilfe eines sogenannten Spin-coaters, aufgetragen werden. Es kann grundsätzlich ein leitfähiger Kunststoff mit einem Schichtwiderstand zwischen 100 Ω/sq. und 200 Ω/sq., vorteilhafterweise zwischen 150 Ω/sq. und 200 Ω/sq. verwendet werden. Die Elektrodenstuktur kann auf die Schicht aus leitfähigem Kunststoff photolithographisch mit Hilfe einer Lackmaske übertragen werden. Als leitfähiger Kunststoff kann, wie bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Folien-Stapelaktor beschrieben, ein elektrisch leitfähiges Polymer bzw. Polymere verwendet werden. Die Polymere können insbesondere die Eigenschaft haben, dass ihre elektrische Leitfähigkeit chemisch zerstörbar ist. Es kann zum Beispiel das unter dem Namen CleviosF ET von der Firma Heraeus Precious Metals GmbH hergestellte Material verwendet werden.
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Die einzelnen Folien können miteinander durch Laminierung verbunden werden. Dies kann beispielsweise dergestalt erfolgen, dass die jeweilige Folie auf die jeweils in Stapel darunter liegende Folie auflaminiert wird.
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Die Elektroden in der Folienebene können durch Positionieren von Metallfäden zwischen den Folien, beispielsweise im Rahmen des Laminierungsprozesses, ankontaktiert werden. Eine weitere Variante besteht darin, die Elektroden in der Folienebene durch Schoopieren, insbesondere durch seitliches Schoopieren des bereits vollständig gestapelten und laminierten Aktors anzukontaktieren. Dazu kann insbesondere die Seite des Aktors mit Hilfe von Metalldämpfen oder Leitsilber belegt werden. Dieses Schoopierungsverfahren ist ein Standard-Metallisierungsschritt bei der Herstellung von beispielsweise Folienkondensatoren. Diese Art der Kontaktierung garantiert eine sichere elektrische Ankontaktierung für jede Elektrodenebene im Stapel. Ein weiterer Vorteil der leitfähigen Kunststoffschicht auf der Folie ist ihre Nachgiebigkeit unter Bewegungsstress. Da die Folien mit Hilfe eines elektrischen Feldes bezüglich ihrer Dicke periodisch gestaucht werden, ist es notwendig, dass die Elektrodenstruktur diese Bewegung über lange Zeit realisieren kann ohne zu zerreißen.
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Der bereits beschriebene Folien-Stapelaktor kann erfindungsgemäß als Ventil und/oder als Sensor und/oder als Bauteil einer peristaltisch angetriebenen Pumpe verwendet werden. Bei dem Ventil kann es sich beispielsweise um ein Schaltventil handeln. Bei dem Sensor kann es sich insbesondere um einen Drucksensor handeln.
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Das erfindungsgemäße Ventil umfasst einen zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Folien-Stapelaktor. Bei dem Ventil kann es sich beispielsweise um ein Schaltventil handeln. Der erfindungsgemäße Sensor, bei welchem es sich beispielsweise um einen Drucksensor handeln kann, umfasst einen zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Folien-Stapelaktor. Das erfindungsgemäße Ventil und der erfindungsgemäße Sensor haben grundsätzlich dieselben Vorteile wie der zuvor beschriebene erfindungsgemäße Folien-Stapelaktor.
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Die leitfähige Kunststoffschicht, insbesondere die sogenannte Cleviosschicht, wurde entwickelt um einen kostengünstigen Ersatz für die sogenannte ITO (englisch indium tin oxide, Indiumzinnoxid) Beschichtung in Displays zu erreichen. Diese Kunststoffschicht wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung für Folien-Stapelaktoren nutzbar gemacht, wobei ein sicheres und kostengünstiges Verfahren bei der Realisierung von hochplanaren Kunststoffaktoren realisiert wird. Das heißt, die Elektroden werden hochplanar in den Folienstapel eingebettet und führen nicht mehr zu einer lokalen Auswölbung der Folienfläche. Hiermit können Polymersysteme für eine Vielzahl von verschiedenen Anwendungen generiert werden.
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Wenn an die leitfähigen Schichten alternierend eine Spannung angelegt wird, kommt wie oben beschrieben durch die elektrostatische Anziehung eine Kontraktion der zwischen den Elektroden liegenden Polymerschicht zustande. Im entgegengesetzten Fall, also dass eine Spannung an den Elektroden angelegt wird und auf den Polymerstapel gedrückt wird, ändert sich der Abstand und damit die Kapazität zwischen den Elektroden. Eine Änderung der Kapazität bei konstant gehaltener Spannung am Kondensator hat einen Verschiebungsstrom in den elektrischen Anschlüssen zur Folge. Die durch diesen Strom bewegte Ladung ist ein direktes Maß für die Kapazitätsänderung. Die Kapazitätsänderung kann aber auch mit jedem anderen bekannten Kapazitätsmessprinzip nachgewiesen und quantifiziert werden. So lassen sich nicht nur aktorische, sondern auch sensorische Funktionen wie Drucksensoren oder taktile Flächendisplays zur Formerkennung oder als Eingabeflächen realisieren.
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Insbesondere lassen sich mit der Anwendung der vorgeschlagenen Verfahren sehr einfach und ohne Zusatzaufwand Kombinationen von Aktoren und Sensoren in einem Folienstapel realisieren. Des Weiteren lassen sich dieselben Erzeugnisstrukturen sowohl als Aktor, also wenn eine Dickenveränderung durch eine angelegte Spannung hervorgerufen wird, oder als Sensor nutzen, also wenn eine Spannung angelegt wird und in Folge einer Dickenänderung durch Druck auf den Folien-Stapel eine Kapazitätsänderung hervorgerufen wird.
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Ein weiterer Vorteil einer erfindungsgemäßen Kombination von transparenten, reißfesten Folien in einem Stapel als Aktor bzw. Sensor ist insbesondere die Möglichkeit, Anzeigen mit der Folien-Stapelstruktur zu überdecken und so eine Überlagerung von Anzeigen, wie beispielsweise auf dem Bildschirm von Smart Phones, mit einem Eingabesensor und insbesondere auch dem haptischen Feedback, also der Eingabebestätigung, auf einer Stelle der Anwendung zu realisieren. Auch können so flächige, sensorische Funktionen, zum Beispiel Tastaturen, auf beliebigen Oberflächen ermöglicht werden, ohne das Erscheinungsbild des Geräts zu stören oder gar zu verändern.
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Ein weiterer Vorteil für viele Anwendungen ist die Realisierung von sehr dünnen Folien, beispielsweise von Folien mit einer Dicke von weniger als 1 mm, mit gleichmäßiger Schichtdicke, die nur an bestimmten Stellen die elektrische Funktionalität enthalten. Solche Folien lassen sich einfacher in technische Anwendungen, wie zum Beispiel in Ventile, einbauen. Dabei können die Stellen mit der leitfähigen Schicht die aktive Funktionalität übernehmen und die Flächen des Folienstapels mit den nicht leitfähigen Stellen als Dichtung oder passive Membran, beispielsweise Ventilmembran, eingesetzt werden. Insbesondere lassen sich planare Folienstapel auch in Kunststoffanordnungen, zum Beispiel in der äußeren Erscheinung Kreditkarten ähnlichen Diagnosesystemen, einschweißen und so auch komplexe aktive Funktionen in kostengünstige Anwendungen implementieren.
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Die erfindungsgemäßen Folien-Stapelaktoren können zum Beispiel in sehr schnelle Schaltventile eingebaut werden, insbesondere wo ein kleines Steuerventil und ein viel größeres Lastventil hydraulisch schließt oder öffnet. Schnelle Schaltventile sind zum Beispiel unabdingbar notwendig in der Gaschromatographie. Dabei ist das Steuerventil aktiv und entspricht im vorliegenden Fall dem leitfähigen Bereich der Kunststoffschicht, währen das Lastventil ein passives, durch hydraulische Kräfte betätigtes Ventil ist, welches im vorliegenden Fall durch die nicht leitfähigen Bereiche der Kunststoffschicht realisiert wird.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher beschrieben. Alle bisher und im Folgenden beschriebenen Merkmale sind dabei sowohl einzeln als auch in einer beliebigen Kombination miteinander vorteilhaft. Die im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich Beispiele dar, welche den Gegenstand der Erfindung jedoch nicht beschränken.
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1 zeigt schematisch einen herkömmlichen Folien-Stapelaktor in perspektivischer Explosionsansicht.
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2 zeigt den in der 1 gezeigten Folien-Stapelaktor schematisch in einer Seitenansicht im zusammengestauchten Zustand.
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3 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Folien-Stapelaktor in einer Schnittansicht senkrecht zur Folienebene.
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4 zeigt schematisch ein Servoventil in einer Schnittansicht in (A) geschlossenem Zustand und (B) geöffnetem Zustand.
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5 zeigt schematisch einen Druckregler in perspektivischer und geschnittener Ansicht.
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Die 1 zeigt schematisch einen herkömmlichen Folien-Stapelaktor in perspektivischer Explosionsansicht. Der Folien-Stapelaktor 1 besteht aus einer Anzahl Folien 2, die in Form eines Stapels übereinander angeordnet sind. Zwischen den Folien 2 sind Elektroden 3 angeordnet. Diese sind abwechselnd anodisch und kathodisch ankontaktiert. In dem in der 1 gezeigten Beispiel sind die auf den Folien 11, 13, 15 und 17 angeordneten Elektroden anodisch kontaktiert, während die auf den Folien 12, 14, 16 und 18 angeordneten Elektroden kathodisch ankontaktiert sind. Die kathodische Kontaktierung ist mit der Bezugsziffer 4 gekennzeichnet. Die anodische Kontaktierung ist mit der Bezugsziffer 5 gekennzeichnet. Die Richtung senkrecht zur Oberfläche der Folien ist mit der Bezugsziffer 7 gekennzeichnet. Diese Richtung verläuft senkrecht zu den jeweiligen Oberflächennormalen der Folienoberflächen.
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Wird an den jeweiligen Elektroden eine Spannung angelegt, so werden die Folien senkrecht zur Fläche, also in Richtung des Pfeils 7 bzw. in der entgegengesetzten Richtung durch das elektrische Feld zusammengestaucht. Der gesamte Folienstapel wird also komprimiert oder seine Dicke d verringert sich. Gleichzeitig wird der Folienstapel beziehungsweise werden die einzelnen Folien in der Folienebene beziehungsweise der lateralen Ebene, die sich senkrecht zur Richtung 7 erstreckt, notwendigerweise gedehnt. Diese vertikalen, also in Richtung 7 verlaufenden, und lateralen, also senkrecht zur Richtung 7 verlaufenden, Bewegungen können als Aktorbewegung genutzt werden.
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Die 2 zeigt den in der 1 gezeigten Folien-Stapelaktor 1 schematisch in einer Seitenansicht im zusammengestauchten Zustand. Dabei ist der Folien-Stapelaktor 1 im zusammengestauchten Zustand nicht vollständig eben, das heißt es ist keine Planarität vorhanden. Im Bereich der Elektroden 3 wird in Folge der lokalen Metallisierung in der Fläche der Folien 2 eine Auswölbung 8 erzeugt. Eine derartige Auswölbung 8 ist, wie bereits in der Beschreibungseinleitung erwähnt, unerwünscht.
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Die 3 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Folien-Stapelaktor 10 in einer Schnittansicht senkrecht zur Folienebene. Der erfindungsgemäße Folien-Stapelaktor 10 umfasst eine Anzahl Folien 22. Die einzelnen Folien 22 sind als Stapel angeordnet und miteinander durch Laminierung verbunden. Die einzelnen Folien 22 sind jeweils als zwei Schichtsysteme aufgebaut. Sie umfassen jeweils eine elektrisch nicht leitfähige elastische Ausgangsfolie 23, auf die eine Kunststoffschicht 24 aufgebracht wurde. In die Kunststoffschicht 24 sind elektrisch leitfähige Bereiche 25, die die Elektroden bilden, integriert. Die Kunststoffschicht 24, bei der es sich beispielsweise um eine Polymerschicht handelt, umfasst also elektrisch leitfähige Bereiche 25 und elektrisch isolierende Bereiche 26.
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Der erfindungsgemäße Folien-Stapelaktor 10 zeichnet sich durch die Integration der Elektroden 25 in eine vollständige Kunststoffschicht 24 dadurch aus, dass er auch bei Anlegen eines elektrischen Feldes, also im zusammengestauchten Zustand, eine homogene Dicke d aufweist, also über eine hohe Planarität verfügt. Es werden also nicht die im Zusammenhang mit den 1 und 2 beschriebenen Auswölbungen 8 erzeugt.
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Als Folie oder Folienverbund (zwei Schichtsysteme) kann zum Beispiel eine insgesamt zwischen 20 Mikrometern und 35 Mikrometern dicke elastische Folie 22 benutzt werden, wobei auch unterschiedliche Folienhärten im Folienverbund Verwendung finden können. Ein hoch-planarer Folienstapelaufbau wird vorliegend dadurch realisiert, dass für die Elektrodenebene 24 ein leitfähiger Kunststoff, beispielsweise ein Polymer, zum Beispiel das Produkt CleviosF ET der Heraeus Precious Metals GmbH, verwendet wird. Dieser leitfähige Kunststoff, welcher beispielsweise einen Schichtwiderstand zwischen 150 Ω/sq. und 200 Ω/sq. aufweisen kann, wird mit Hilfe eines Spin-coaters oder mit Hilfe eines Rakelgerätes ganzflächig auf die einzelnen Folien 23, beispielsweise mit einer Dicke von 10 Mikrometern aufgetragen.
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Die Elektrodenstruktur wird danach standardmäßig, zum Beispiel photolithographisch mit Hilfe einer Lackmaske übertragen. Mit Hilfe einer Etchsuspension wird anschließend die Leitfähigkeit des leitfähigen Kunststoffes an den nicht maskierten Bereichen zerstört. Dabei reduziert sich die Leitfähigkeit und es erhöht sich der Schichtwiderstand dieser Bereiche 26, beispielsweise von 200 Ω/sq. auf 109 Ω/sq. Die Schichtdicke der Kunststoffschicht wird dabei nicht oder nur unwesentlich reduziert.
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Das Verfahren hinterlässt nach mehreren Temperschritten eine konstante Elektrodenschichtdickenhomogenität im Bereich zwischen 200 nm und 300 nm über die gesamte Folienfläche mit lokalen leitfähigen Flächen 25 und nicht leitfähigen Flächen 26.
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Der Stapelaktor 10 lässt sich anschließend durch das Auflaminieren einer Anzahl entsprechend beschichteter und strukturierter Folien 22 realisieren, ohne dass die Folienflächenplanarität verloren geht. Da vorliegend die Folien beispielsweise hintereinander auflaminiert werden, kann insbesondere die elektrische Ankontaktierung der Elektroden 25 in der Ebene durch das Einlegen dünner Metallfolienfäden realisiert werden. Alternativ dazu kann bei einem schon fertigen Aktor 10 durch eine seitliche Schoopierung, beispielsweise einer Belegung der Seite des Aktors mit Hilfe von Metalldämpfen oder Leitsilber, bewerkstelligt werden. Dieses Schoopierungsverfahren ist ein Standard-Metallisierungschritt bei der Herstellung von beispielsweise Folienkondensatoren. Diese Art der Kontaktierung garantiert eine sichere elektrische Ankontaktierung für jede Elektrodenebene 24 im Stapel.
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Ein weiterer Vorteil der leitfähigen Polymerschicht 24 auf der Folie ist ihre Nachgiebigkeit unter Bewegungsstress. Da die Folien mit Hilfe eines elektrischen Feldes in der Dicke d periodisch zusammengestaucht werden ist es notwendig, dass die Elektrodenstruktur dieser Belastung über längere Zeit Stand hält.
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Die 4 zeigt schematisch ein Beispiel für eine Anwendung des erfindungsgemäßen Folien-Stapelaktors als Ventil 20. Die 4 zeigt schematisch ein Servoventil 20 in einer Schnittansicht in (A) geschlossenem Zustand und (B) geöffnetem Zustand. Das in der 4 gezeigte Servoventil 20 umfasst ein Steuerventil 21 und ein Lastventil 22, welches mit Hilfe des Steuerventils 21 hydraulisch geschlossen oder geöffnet werden kann. Dabei kann das Lastventil 22 erheblich größer sein als das Steuerventil 21. Dabei ist das Steuerventil 21 aktiv, es umfasst im vorliegenden Ausführungsbeispiel also die leitfähigen Bereiche 25 der Kunststoffschicht 24, und das Lastventil 22 ein passives, durch hydrostatische Kräfte betätigtes Ventil, welches im vorliegenden Ausführungsbeispiel die nicht leitfähigen Bereiche 26 der Kunststoffschicht 24 umfasst. Entsprechend mögliche schnelle Schaltspiele sind zum Beispiel unabdingbar notwendig in der Gaschromatographie.
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In der 4 wird ein erster Strömungskanal 27 über das Lastventil 22 mit einem zweiten Strömungskanal 28 verbunden. Die Strömungsrichtung bei geöffnetem Lastventil 22 ist durch Pfeile 8 in der 4(B) gekennzeichnet. In der 4(A) sind das Lastventil 22 und das Steuerventil 21 geschlossen. Dies wird durch eine hydraulische Schließkraft auf dem Lastventil und dem Steuerventil bewirkt.
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Über einen weiteren Strömungskanal, der durch Pfeile 29 gekennzeichnet ist, ist der erste Strömungskanal 27 mit dem Steuerventil 21 strömungstechnisch verbunden. Bei Betätigung bzw. Öffnung des als Polymeraktor ausgestalteten Steuerventils 21 wird auch das Lastventil hydraulisch betätigt. Dies bewirkt, dass die Strömungsrate von dem ersten Strömungskanal 27 zum Steuerventil 21 erheblich abnimmt und der überwiegende Teil der Strömung von dem ersten Strömungskanal 27 über das geöffnete Lastventil 22 in den zweiten Strömungskanal 28 strömt. Die über das geöffnete Steuerventil 21 abströmende Strömung ist durch einen Pfeil 9 gekennzeichnet.
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Die 5 zeigt schematisch einen Druckregler 30 in perspektivischer und geschnittener Ansicht. In dem in der 5 gezeigten Beispiel wurde ein herkömmlicher Piezo-Aktor durch einen preisgünstigen Polymerstapelaktor 10 als Druckregler ersetzt. Der Folienstapel 10 dient dabei sowohl als Aktor, als auch als Drucksensor, beispielsweise zur Steuerung und/oder Regelung der Düse-Prallplatte 31.
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Eine weitere Anwendungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Folien-Stapelaktors 10 besteht in peristaltisch angetriebenen Pumpen, zum Beispiel für diagnostische Patronen- und Kartensysteme.
