DE102017218198A1 - Passives Ventil, Mikropumpe und Verfahren zur Herstellung eines passiven Ventils - Google Patents

Passives Ventil, Mikropumpe und Verfahren zur Herstellung eines passiven Ventils Download PDF

Info

Publication number
DE102017218198A1
DE102017218198A1 DE102017218198.2A DE102017218198A DE102017218198A1 DE 102017218198 A1 DE102017218198 A1 DE 102017218198A1 DE 102017218198 A DE102017218198 A DE 102017218198A DE 102017218198 A1 DE102017218198 A1 DE 102017218198A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
valve
opening
layer
valve seat
seat structure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102017218198.2A
Other languages
English (en)
Inventor
Julian Kassel
Ricardo Ehrenpfordt
Ulrike Scholz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102017218198.2A priority Critical patent/DE102017218198A1/de
Priority to PCT/EP2018/074280 priority patent/WO2019072467A1/de
Publication of DE102017218198A1 publication Critical patent/DE102017218198A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/02Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B43/04Pumps having electric drive
    • F04B43/043Micropumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/10Valves; Arrangement of valves
    • F04B53/1037Flap valves
    • F04B53/1047Flap valves the valve being formed by one or more flexible elements
    • F04B53/106Flap valves the valve being formed by one or more flexible elements the valve being a membrane
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/10Valves; Arrangement of valves
    • F04B53/1087Valve seats

Abstract

Die Erfindung betrifft ein passives Ventil (100), wobei das passive Ventil (100) eine Trägerschicht (101), eine Ventilstruktur (102) und eine Ventilsitzstruktur (103) umfasst,
• wobei die Trägerschicht (101) auf einer ersten Seite (1010) der Trägerschicht (101) eine erste Öffnung (104) aufweist,
• wobei in einem Kontaktbereich (1020) der Ventilstruktur (102), zwischen der Ventilstruktur (102) und der ersten Seite (1010) der Trägerschicht (101), die Ventilsitzstruktur (103) angeordnet ist,
• wobei die Ventilsitzstruktur (103) die erste Öffnung (104) umrahmt, und
• wobei die Ventilstruktur (102) dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit einer auf die Ventilstruktur (102) wirkenden Druckdifferenz die erste Öffnung (104) freizugeben, wobei beim Freigeben zumindest ein Teil des Kontaktbereichs (1020) der Ventilstruktur (102) von der Ventilsitzstruktur (103) beabstandet vorliegt, oder die erste Öffnung (104) zu verschließen, wobei beim Verschließen der Kontaktbereich (1020) der Ventilstruktur (102) auf der Ventilsitzstruktur (103) aufliegt, wobei
• die Ventilstruktur (102) als Membranschicht (106) ausgebildet ist, wobei zwischen der Membranschicht (106) und der Trägerschicht (101) zumindest teilweise eine Verbindungsschicht (107) angeordnet ist, wobei die Ventilsitzstruktur (103) und die erste Öffnung (104) in der Verbindungsschicht (107) ausgespart sind, und
• die Membranschicht (106) im Kontaktbereich (1020) eine zweite Öffnung (105) aufweist.

Description

  • Stand der Technik
  • In DE 19719862 A1 ist eine Mikromembranpumpe mit einem Einlass- und einem Auslassventil beschrieben, wobei die Ventile als passive Rückschlagventile ausgebildet sind.
  • Kern und Vorteile der Erfindung
  • Bei mikrofluidischen Anwendungen, wie beispielsweise Mikropumpen, können Ventile angeordnet werden, um eine Pumprichtung vorzugeben. Eine Aktorik einer Mikropumpe kann beispielsweise mittels eines Leiterplattenprozesses (PCB-Prozess) hergestellt werden, wobei beispielsweise Standardmaterialien wie Polyimid (PI), Kupfer, etc. verwendet werden. Zum Festlegen einer Richtung des Fluidstroms werden Ventile angeordnet.
  • Die Erfindung betrifft ein passives Ventil, eine Mikropumpe, welche mindestens ein passives Ventil umfasst und ein Verfahren zur Herstellung eines passiven Ventils.
  • Ein Vorteil der Erfindung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche ist, dass das passive Ventil vollständig mittels Standardtechnologien der PCB-Prozesskette hergestellt werden kann, wobei das passive Ventil in eine Leiterplatte integriert werden kann und somit einen kompakten Aufbau von mikrofluidischen Vorrichtungen, welche passive Ventile umfassen, ermöglicht.
  • Des Weiteren weist das passive Ventil eine hohe mechanische Robustheit und Zuverlässigkeit auf. Durch die Verwendung des passiven Ventils können leckagearme Mikropumpen kostengünstig mittels Standardtechnologien der PCB-Prozesskette hergestellt werden. Dadurch können Mikropumpen zu ähnlichen Preisen wie herkömmliche Standard-Leiterplatten hergestellt werden. Des Weiteren können somit hocheffiziente Mikropumpen realisiert werden, wodurch zuverlässige, kleinbauende, aktive fluidaktuierte Sensoren, beispielsweise für Smartphone-Anwendungen, realisiert werden können.
  • Dies wird erreicht mit einem passiven Ventil, wobei das passive Ventil eine Trägerschicht, eine Ventilstruktur und eine Ventilsitzstruktur umfasst. Die Trägerschicht weist auf einer ersten Seite der Trägerschicht eine erste Öffnung auf. Zwischen der Ventilstruktur und der ersten Seite der Trägerschicht ist die Ventilsitzstruktur in einem Kontaktbereich der Ventilstruktur angeordnet. Die Ventilsitzstruktur umrahmt die erste Öffnung. Die Ventilstruktur ist dazu eingerichtet, in Abhängigkeit einer auf die Ventilstruktur wirkenden Druckdifferenz die erste Öffnung freizugeben, wobei beim Freigeben zumindest ein Teil des Kontaktbereichs der Ventilstruktur von der Ventilsitzstruktur beabstandet vorliegt, oder die erste Öffnung zu verschließen, wobei beim Verschließen der Kontaktbereich der Ventilstruktur auf der Ventilsitzstruktur aufliegt. Das passive Ventil zeichnet sich dadurch aus, dass die Ventilstruktur als Membranschicht ausgebildet ist, wobei zwischen der Membranschicht und der Trägerschicht zumindest teilweise eine Verbindungsschicht angeordnet ist, wobei die Ventilsitzstruktur und die erste Öffnung in der Verbindungsschicht ausgespart sind und die Membranschicht im Kontaktbereich eine zweite Öffnung aufweist. Ein Vorteil ist, dass dadurch, dass die zweite Öffnung im Kontaktbereich der Membranschicht angeordnet ist, verhindert werden kann, dass ein Fluid das passive Ventil entgegen der Strömungsrichtung passieren kann, da die Membranschicht in diesem Fall auf der Ventilsitzstruktur aufliegt und die zweite Öffnung somit durch die Ventilsitzstruktur verschlossen wird. Somit kann eine Leckage des Ventils effizient verhindert werden. Das passive Ventil kann beispielsweise als passives Rückschlagventil und/ oder als ein in eine Leiterplatte integriertes passives Ventil ausgeführt sein.
  • In einer Ausführungsform sind die Trägerschicht und die Verbindungsschicht als Leiterplatte ausgebildet. In einem Ausführungsbeispiel umfasst die Trägerschicht ein Glasfasergewebe mit ausgehärtetem Epoxidharz. Die Verbindungsschicht umfasst ein Prepreg, d.h. ein Glasfasergewebe mit nicht ausgehärtetem Epoxidharz. Ein Vorteil ist, dass das passive Ventil in die Leiterplatte integriert ist und somit eine hohe mechanische Robustheit aufweist. Des Weiteren ermöglicht dieser Aufbau eine Miniaturisierung des passiven Ventils und somit einen kompakten Aufbau von mikrofluidischen Vorrichtungen, wie beispielsweise Mikropumpen, welche in die Leiterplatte integrierte passive Ventile umfassen.
  • In einer Ausführungsform weisen die erste Öffnung und/oder die Ventilsitzstruktur einen kreisförmigen Querschnitt auf. Ein Vorteil ist, dass die erste Öffnung und/oder die Ventilsitzstruktur somit mit einer hohen Zuverlässigkeit mit Standardprozessen hergestellt werden können. Dies ermöglicht eine kostengünstige Fertigung des passiven Ventils.
  • In einer Ausführungsform ist die zweite Öffnung schlitzförmig ausgebildet. Schlitzförmig kann hierbei bedeuten, dass die zweite Öffnung rechteckförmig ausgebildet ist, wobei eine Breite des Rechtecks sehr viel kleiner als eine Länge des Rechtecks ist. Beispielsweise kann die schlitzförmige zweite Öffnung eine schmale Öffnung mit länglicher Form beschreiben, wobei die zweite Öffnung erst dann besteht, wenn die Membranschicht beim Freigeben der ersten Öffnung ausgelenkt wird und beim Verschließen die Breite der zweiten Öffnung gegen Null geht. Durch das intrinsische Verschließen der zweiten Öffnung, wenn die Membranschicht im Kontaktbereich auf der Ventilsitzstruktur aufliegt, kann effizient verhindert werden, dass ein Fluid entgegen der Fluidströmungsrichtung das passive Ventil passieren kann. Ein Vorteil ist, dass eine Leckage des passiven Ventils verhindert und somit die Effizienz des passiven Ventils erhöht werden kann.
  • Die Vorteile einer Mikropumpe, umfassend mindestens eines der vorgenannten passiven Ventile, ergeben sich aus den vorgenannten Vorteilen. Eine Mikropumpe ist eine Pumpe aus der Mikrosystemtechnik, welche gegenüber klassischen Pumpen eine reduzierte Baugröße aufweist. Beispielsweise weist eine Mikropumpe Abmessungen im Millimeterbereich und/oder darunter auf.
  • In einer Ausführungsform ist die Membranschicht des passiven Ventils eine Pumpmembran der Mikropumpe. Ein Vorteil ist, dass somit auf das separate Anordnen einer Pumpmembran verzichtet werden kann und somit eine kostengünstige, kompakte Mikropumpe realisiert werden kann.
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines passiven Ventils umfasst die Schritte: Erzeugen einer ersten Öffnung auf einer ersten Seite einer Trägerschicht, Ausbilden einer Ventilsitzstruktur auf der Trägerschicht, wobei die erste Öffnung von der Ventilsitzstruktur umrahmt wird, Anordnen einer Ventilstruktur derart, dass in einem Kontaktbereich der Ventilstruktur zwischen der Ventilstruktur und der ersten Seite der Trägerschicht die Ventilsitzstruktur angeordnet ist. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein Anordnen einer Verbindungsschicht, welche eine Aussparung für die Ventilsitzstruktur und die erste Öffnung aufweist, auf der ersten Seite der Trägerschicht erfolgt. Des Weiteren zeichnet sich das Verfahren dadurch aus, dass im Schritt des Anordnens der Ventilstruktur eine Membranschicht mit einer zweiten Öffnung auf die Verbindungsschicht und die Ventilsitzstruktur derart aufgebracht wird, dass die zweite Öffnung im Kontaktbereich angeordnet wird. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein Verpressen erfolgt, wobei die Trägerschicht und die Membranschicht mit der Verbindungsschicht verkleben und die Membranschicht im Kontaktbereich auf der Ventilsitzstruktur aufgelegt wird. Im Kontaktbereich sind die Membranschicht und die Ventilsitzstruktur unverklebt, da im Kontaktbereich keine Verbindungsschicht angeordnet ist. Das Verfahren ermöglicht vorteilhafterweise eine kostengünstige Herstellung des passiven Ventils mit Standardprozessen der PCB-Prozesskette. Weitere Vorteile des Verfahrens ergeben sich aus dem vorgenannten Vorteilen zum passiven Ventil und der Mikropumpe.
  • In einer Ausführungsform erfolgt im Schritt des Ausbildens der Ventilsitzstruktur ein Strukturieren der Trägerschicht. Beispielsweise kann die Ventilsitzstruktur durch Rückfräsung der ersten Seite der Trägerschicht ausgebildet werden.
  • Beispielsweise können die Ventilsitzstruktur und die Trägerschicht aus einem Materialverbund bestehen. Die Ventilsitzstruktur kann hierbei freigefräst werden.
  • Alternativ oder ergänzend kann die Ventilsitzstruktur auch über einen weiteren Prepreg auf die Trägerschicht aufgepresst und mittels eines Klebers aufgeklebt werden. Die Trägerschicht kann hierbei bereits vorstrukturiert oder nach dem Aufkleben strukturiert werden. Die Strukturierung der Trägerschicht kann beispielsweise durch Bohren, Fräsen und/ oder durch einen Laserprozess erfolgen. Das Durchloch kann somit nach dem Aufbringen der Ventilsitzstruktur in einem gemeinsamen Bohrschritt oder vorher, das heißt in zwei getrennten Schritte erfolgen.
  • Figurenliste
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche oder gleichwirkende Elemente.
  • Es zeigen
    • 1 - 5 Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines passiven Ventils gemäß einem Ausführungsbeispiel,
    • 6 eine Aufsicht auf einen Ausschnitt eines passiven Ventils gemäß einem Ausführungsbeispiel,
    • 7 einen Querschnitt eines Ausschnitts eines passiven Ventils gemäß einem Ausführungsbeispiel, wobei eine Membranschicht eine erste Öffnung freigibt,
    • 8 einen Querschnitt eines Ausschnitts eines passiven Ventils gemäß einem Ausführungsbeispiel, wobei die erste Öffnung verschlossen ist und
    • 9 einen Querschnitt einer Mikropumpe, wobei die Membranschicht des passiven Ventils eine Pumpmembran der Mikropumpe ist und
    • 10 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines passiven Ventils gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung
  • In 1 bis 5 sind Schritte eines Verfahrens 300 zur Herstellung eines passiven Ventils 100 dargestellt. Für die Herstellung des passiven Ventils 100 können Standardprozesse aus der Leiterplattenherstellung angewendet werden. Eine Leiterplatte umfasst üblicherweise mindestens einen Core und mindestens eine Lage eines Prepreg. Der Core kann beispielsweise als Glasfasergewebe mit ausgehärtetem Epoxidharz ausgebildet sein. Als Prepreg kann beispielsweise ein Glasfasergewebe mit nicht ausgehärtetem Epoxidharz verwendet werden. Der Core kann als Trägerschicht 101 des passiven Ventils 100 verwendet werden. Ein Prepreg kann beispielsweise als Verbindungsschicht 107 des passiven Ventils 100 verwendet werden.
  • In 1 ist ein Ausschnitt eines Querschnitts der Trägerschicht 101 des passiven Ventils 100 dargestellt. Bei der Herstellung des passiven Ventils 100 wird eine erste Öffnung 104 auf einer ersten Seite 1010 einer Trägerschicht 101 erzeugt 301, wie dies in 1 gezeigt ist. Beispielsweise kann die erste Öffnung 104, wie in 1 dargestellt, als senkrechter Kanal bezüglich der ersten Seite 1010 ausgebildet sein. Die erste Öffnung 104 kann beispielsweise durch Bohren oder Lasern erzeugt werden, wobei Bohren und Lasern Standardtechnologien der PCB-Prozesskette sind. Die erste Öffnung 104 weist in 1 einen kreisförmigen Querschnitt auf, wobei der Durchmesser der ersten Öffnung 104 über die komplette Dicke der Trägerschicht 101 konstant ist. In einem weiteren, hier nicht gezeigten Ausführungsbeispiel kann sich der Durchmesser der ersten Öffnung 104 verändern, beispielsweise kann die erste Öffnung 104 schräge oder strukturierte Seitenflächen und/oder einen von einem kreisförmigen Querschnitt abweichenden Querschnitt aufweisen.
  • In 2 ist ein Ausschnitt eines Querschnitts der Trägerschicht 101 des passiven Ventils 100 im Herstellungsschritt Ausbilden 302 einer Ventilsitzstruktur 103 auf der Trägerschicht 101 dargestellt. Das Ausbilden 302 der Ventilsitzstruktur 103 erfolgt hierbei durch Strukturieren 3020 der Trägerschicht 101. Die erste Seite 1010 der Trägerschicht 101 wird hierbei abgefräst, sodass sich ein erhöhter, domartiger Bereich ergibt, welcher die erste Öffnung 104 umrahmt. Dieser erhöhte, domartige Bereich bildet die Ventilsitzstruktur 103. Umrahmen bedeutet hierbei, dass die Ventilsitzstruktur 103 auf der ersten Seite 1010 der Trägerschicht 101 beispielsweise eine erhöhte Kante für die erste Öffnung 104 bildet. Die Ventilsitzstruktur 103 kann somit einen Rahmen für die erste Öffnung 104 bilden. Die Ventilsitzstruktur 103 kann hierbei eine Dichtfläche für die erste Öffnung 104 bilden, auf welche eine Ventilstruktur 102 aufgelegt werden kann, um die erste Öffnung 104 abzudichten, sodass die Ventilstruktur 102 verhindern kann, dass ein Fluid die erste Öffnung 104 passieren kann. Die Ventilsitzstruktur 103 umschließt die erste Öffnung 104 beispielsweise ringförmig. Wie in 6 in einer Aufsicht auf das passive Ventil 100 zu sehen ist, kann die Ventilsitzstruktur 103 beispielsweise als kreisförmige Struktur, welche eine Aussparung im Bereich der ersten Öffnung 104 aufweist, auf der ersten Seite 1010 der Trägerschicht 101 ausgebildet sein. Die erste Öffnung 104 und die Ventilsitzstruktur sind in 2 nicht konzentrisch sondern exzentrisch zueinander angeordnet.
  • In 3 ist ein Ausschnitt eines Querschnitts der Trägerschicht 101 mit der Ventilsitzstruktur 103 dargestellt, wobei ein Anordnen 303 eine Verbindungsschicht 107 auf der ersten Seite 1010 der Trägerschicht 101 erfolgt. Das Anordnen 303 ist durch die beiden Pfeile links und rechts von der Verbindungsschicht 107 angedeutet. Die Verbindungsschicht 107 weist eine Aussparung 1071 für die Ventilsitzstruktur 103 und die erste Öffnung 104 auf. Die Aussparung 1071 ist hierbei kreisförmig ausgebildet und weist einen ersten Durchmesser 1070 auf. Die Ventilsitzstruktur 103 ist in 3 ebenfalls kreisförmig ausgebildet, wobei die Ventilsitzstruktur 103 einen zweiten Durchmesser 1030 aufweist. Der zweite Durchmesser 1030 ist gleich oder kleiner dem ersten Durchmesser 1070, sodass die Verbindungsschicht 107 bei einem Schritt Verpressen 305 einen Flussbereich erhält. Im Allgemeinen kann die Aussparung 1071 der Verbindungsschicht 107 auch eine von einer Kreisform abweichende Form aufweisen. Die lateralen Abmessungen der Ventilsitzstruktur 103 können hierbei kleiner als die lateralen Abmessungen der Aussparung 1071 der Verbindungsschicht 107 gewählt werden, sodass beim Verpressen 305 die Verbindungsschicht 107 einen Flussbereich erhält. Die Verbindungsschicht 107 kann hierbei dicker als die Ventilsitzstruktur 103 sein, d.h. die Verbindungsschicht 107 kann nach dem Anordnen 303 auf der ersten Seite 1010 der Trägerschicht über die Ventilsitzstruktur 103 hinausragen.
  • In 4 ist ein Ausschnitt eines Querschnitts der Trägerschicht 101 mit der Verbindungsschicht 107 auf der ersten Seite 1010 der Trägerschicht 101 dargestellt. Es erfolgt ein Anordnen 304 der Ventilstruktur 102, was durch die beiden Pfeile links und rechts der Ventilstruktur 102 angedeutet ist. Die Ventilstruktur 102 ist hierbei als Membranschicht 106 ausgebildet und weist eine zweite Öffnung 105 auf. Die Membranschicht 106 weist einen Kontaktbereich 1020 auf, in welchem die Membranschicht 106 und die Ventilsitzstruktur 103 in Kontakt miteinander gebracht werden können. Der Bereich der Membranschicht 106, welcher die erste Öffnung 104 überspannt, ist nicht Teil des Kontaktbereichs 1020. Der Kontaktbereich 1020 kann durch Projektion einer der Membranschicht 106 zugewandten Seite der Ventilsitzstruktur auf die Membranschicht 106 beschrieben werden. Die zweite Öffnung 105 ist im Kontaktbereich 1020 ausgebildet. Die Membranschicht kann als Folie, beispielsweise als Polyimid-Folie (PI-Folie), ausgebildet sein.
  • In 5 ist ein Ausschnitt eines Querschnitts der Trägerschicht 101 im Schritt des Verpressens 305 dargestellt. Durch Ausüben eines Verpressdrucks 3050 auf die Membranschicht 106 wird die Membranschicht 106 mittels der Verbindungsschicht 107 mit der Trägerschicht 101 flächig und gasdicht verklebt. Die Membranschicht 106 liegt im Kontaktbereich 1020 auf der Ventilsitzstruktur 103 auf, verklebt jedoch nicht, da zwischen der Membranschicht 106 der Ventilsitzstruktur 103 im Kontaktbereich 1020 keine Verbindungsschicht 107 angeordnet ist. Die Membranschicht 106 ist somit im Kontaktbereich 1020 und im Bereich der ersten Öffnung 104 beweglich und kann durch einen Fluidstrom, welcher von der ersten Öffnung 104 kommend auf die Membranschicht 106 auftrifft ausgelenkt werden, sodass der Fluidstrom die Membranschicht 106 durch die zweite Öffnung 105 passieren kann. Eine detailliertere Beschreibung der Funktionsweise des passiven Ventils 100 ist in den 7 und 8 und der zugehörigen Beschreibung gezeigt. Die Verbindungsschicht 107 weist nach dem Verpressen 305 die gleiche Dicke wie die Ventilsitzstruktur 103 auf. Aufgrund des Flussbereichs der Verbindungsschicht 107 wird der Abstand, welcher sich aus den unterschiedlichen Durchmessern der Aussparung 1071 und der Ventilsitzstruktur 103 ergab, beim Verpressen 305 von der Verbindungsschicht 107 aufgefüllt. Die zweite Öffnung 105 ist im Kontaktbereich 1020 ausgebildet und überlappt nicht mit der ersten Öffnung 104.
  • Die Trägerschicht 101 kann, wie in 5 gezeigt, beispielsweise als Core einer Leiterplatte 108 und die Verbindungsschicht 107 als Prepreg einer Leiterplatte 108 ausgebildet sein. Die vorstehend beschriebenen Prozessschritte sind Standardprozesse der Leiterplatten-Herstellung. Das passive Ventil 100 kann als ein in die Leiterplatte 108 integriertes passives Ventil 100 ausgeführt sein, wie dies beispielsweise in den 1 bis 5 dargestellt ist.
  • In 6 ist eine Aufsicht auf einen Ausschnitt des passiven Ventils 100 dargestellt. Die zweite Öffnung 105 ist schlitzförmig in der Membranschicht 106 ausgebildet. Die erste Öffnung 104 und die Ventilsitzstruktur 103 sind in diesem Ausführungsbeispiel kreisförmig ausgebildet, wobei die erste Öffnung 104 in die Ventilsitzstruktur 103 exzentrisch zueinander angeordnet sind. Die zweite Öffnung 105 ist im Kontaktbereich 1020 der Membranschicht 106 ausgebildet, in welchem die Membranschicht 106 auf der Ventilsitzstruktur 103 in einem nicht ausgelenkten Zustand aufliegt.
  • 7 zeigt einen Querschnitt eines Ausschnitts des passiven Ventils 100, wobei die Membranschicht 106 die erste Öffnung 104 freigibt. Es wirkt ein erster Druck 109 auf eine der ersten Öffnung 104 zugewandte Seite der Membranschicht 106 und es wirkt ein zweiter Druck 110 auf eine der ersten Öffnung 104 abgewandte Seite der Membranschicht 106. In diesem Ausführungsbeispiel ist der erste Druck 109 größer als der zweite Druck 110, d.h. auf die Membranschicht 106 wirkt eine negative Druckdifferenz. In Abhängigkeit der Differenz des ersten Drucks 109 und zwei Drucks 110 wölbt sich die Membranschicht 106 zumindest in einem Teil des Kontaktbereichs 1020 von der ersten Öffnung 104 weg, sodass die Membranschicht 106 von der Ventilsitzstruktur 103 beabstandet vorliegt und eine Verbindung zwischen der ersten Öffnung 104 und der zweiten Öffnung 105 von der Membranschicht 106 freigegeben wird. Ein Fluidstrom mit einer ersten Strömungsrichtung 111 kann somit die erste Öffnung 104 und die zweite Öffnung 105 passieren. Je betragsmäßig größer die Druckdifferenz zwischen dem erstem Druck 109 und dem zweitem Druck 110 ist, desto stärker wölbt sich die Membranschicht 106 von der Ventilsitzstruktur 103 weg. Die Membranschicht 106 ist im Kontaktbereich beweglich und außerhalb der Ventilsitzstruktur 103 und der ersten Öffnung 104 mittels der Verbindungsschicht 107 mit der Trägerschicht verbunden bzw. verklebt.
  • In 8 ist ein Fall dargestellt, in dem der erste Druck 109 kleiner als der zweite Druck 110 ist, d.h. eine positive Druckdifferenz auf die Membranschicht 106 wirkt. Die Membranschicht 106 liegt hierbei im Kontaktbereich auf der Ventilsitzstruktur auf und wird an die Ventilsitzstruktur 103 angedrückt, sodass die erste Öffnung 104 und die zweite Öffnung 105 gegeneinander abgedichtet sind. Ein durch die zweite Öffnung 105 auf das Ventil 100 auftreffender Fluidstrom mit einer zweiten Strömungsrichtung 112, welche der ersten Strömungsrichtung 111 entgegengesetzt gerichtet ist, kann somit nicht von der zweiten Öffnung 105 in die erste Öffnung 104 gelangen. Der Fluidstrom in Richtung der zweiten Strömungsrichtung 112 drückt die Membranschicht 106 im Kontaktbereich 1020 gegen die Ventilsitzstruktur. Eine Leckage durch Zurückströmen des Fluid entlang der zweiten Strömungsrichtung 112 kann somit verhindert werden. Das passive Ventil 100 kann somit die Strömungsrichtung des Fluids steuern. Das passive Ventil 100 kann somit als Rückschlagventil wirken.
  • In 9 ist eine Mikropumpe 200 im Querschnitt dargestellt. Die Mikropumpe 200 umfasst in diesem Ausführungbeispiel ein passives Ventil 100, wobei die Membranschicht 102 des passiven Ventils 100 zugleich die Membranschicht der Mikropumpe, die sogenannte Pumpmembran 201, umfasst. Die Membran 201 der Mikropumpe 200 wird beispielsweise elektromagnetisch ausgelenkt, d.h. in einem Ausführungsbeispiel enthält die Membran 201 magnetische Elemente und in den Prepregs bzw. Core oberhalb bzw. unterhalb sind elektrische Spulen in Form von Leiterbahnen ausgeführt, oder die Membran, aus z.B. PI, enthält Spulen in Form von Leiterbahnen, wobei oberhalb bzw. unterhalb der Membran in Core und Prepreg Magnete eingelassen sind.
  • In 10 ein Flussdiagramm eines Verfahrens 300 zur Herstellung des passiven Ventils 100 gezeigt das Verfahren 300 umfasst die Schritte: Erzeugen 301 der ersten Öffnung 104 auf der ersten Seite 1010 der Trägerschicht 101, Ausbilden 302 der Ventilsitzstruktur 103 auf der Trägerschicht 101, wobei die erste Öffnung 104 von der Ventilsitzstruktur 103 umrahmt wird, wobei der vorgenannte Schritt beispielsweise durch das Strukturieren 3020 der Trägerschicht 101 erfolgen kann und Anordnen 303 einer Verbindungsschicht 107 auf der ersten Seite 1010 der Trägerschicht 101, wobei die Verbindungsschicht 107 eine Aussparung 1071 für die Ventilsitzstruktur 103 und die erste Öffnung 104 aufweist. Des Weiteren umfasst das Verfahren 300 die Schritte Anordnen 304 einer Ventilstruktur 102 derart, dass in einem Kontaktbereich 1020 der Ventilstruktur 102 zwischen der Ventilstruktur 102 der ersten Seite 1010 der Trägerschicht 101 die Ventilsitzstruktur 103 angeordnet ist und die Membranschicht 106 mit der zweiten Öffnung 105 auf die Verbindungsschicht 107 und die Ventilsitzstruktur 103 derart aufgebracht wird, dass die zweite Öffnung 105 im Kontaktbereich 1020 angeordnet wird. Durch Verpressen 305 verkleben die Trägerschicht 101 in die Membranschicht 106 mittels der Verbindungsschicht 107 und die Membranschicht 106 wird im Kontaktbereich 1020 auf die Ventilsitzstruktur 103 aufgelegt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 19719862 A1 [0001]

Claims (10)

  1. Passives Ventil (100), wobei das passive Ventil (100) eine Trägerschicht (101), eine Ventilstruktur (102) und eine Ventilsitzstruktur (103) umfasst, • wobei die Trägerschicht (101) auf einer ersten Seite (1010) der Trägerschicht (101) eine erste Öffnung (104) aufweist, • wobei in einem Kontaktbereich (1020) der Ventilstruktur (102), zwischen der Ventilstruktur (102) und der ersten Seite (1010) der Trägerschicht (101), die Ventilsitzstruktur (103) angeordnet ist, • wobei die Ventilsitzstruktur (103) die erste Öffnung (104) umrahmt, und • wobei die Ventilstruktur (102) dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit einer auf die Ventilstruktur (102) wirkenden Druckdifferenz die erste Öffnung (104) freizugeben, wobei beim Freigeben zumindest ein Teil des Kontaktbereichs (1020) der Ventilstruktur (102) von der Ventilsitzstruktur (103) beabstandet vorliegt, oder die erste Öffnung (104) zu verschließen, wobei beim Verschließen der Kontaktbereich (1020) der Ventilstruktur (102) auf der Ventilsitzstruktur (103) aufliegt, dadurch gekennzeichnet, dass • die Ventilstruktur (102) als Membranschicht (106) ausgebildet ist, wobei zwischen der Membranschicht (106) und der Trägerschicht (101) zumindest teilweise eine Verbindungsschicht (107) angeordnet ist, wobei die Ventilsitzstruktur (103) und die erste Öffnung (104) in der Verbindungsschicht (107) ausgespart sind, und • die Membranschicht (106) im Kontaktbereich (1020) eine zweite Öffnung (105) aufweist.
  2. Passives Ventil (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (101) und die Verbindungsschicht (107) als Leiterplatte (108) ausgebildet sind.
  3. Passives Ventil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (101) ein Glasfasergewebe mit ausgehärtetem Epoxidharz umfasst.
  4. Passives Ventil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsschicht (107) ein Prepreg und/oder ein Glasfasergewebe mit einer Schicht, welche bei der Herstellung des passiven Ventils klebende Eigenschaften aufweist, umfasst.
  5. Passives Ventil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Öffnung (104) und/oder die Ventilsitzstruktur (103) einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.
  6. Passives Ventil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Öffnung (105) schlitzförmig ausgebildet ist.
  7. Mikropumpe (200), umfassend ein passives Ventil (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
  8. Mikropumpe (200) nach Anspruch 7, wobei die Membranschicht (106) des passiven Ventils (100) eine Pumpmembran (201) der Mikropumpe (200) ist.
  9. Verfahren (300) zur Herstellung eines passiven Ventils (100) mit den Schritten: • Erzeugen (301) einer ersten Öffnung (104) auf einer ersten Seite (1010) einer Trägerschicht (101), • Ausbilden (302) einer Ventilsitzstruktur (103) auf der Trägerschicht (101), wobei die erste Öffnung (104) von der Ventilsitzstruktur (103) umrahmt wird, • Anordnen (304) einer Ventilstruktur (102) derart, dass in einem Kontaktbereich (1020) der Ventilstruktur (102) zwischen der Ventilstruktur (102) und der ersten Seite (1010) der Trägerschicht (101) die Ventilsitzstruktur (103) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass • ein Anordnen (303) einer Verbindungsschicht (107), welche eine Aussparung (1071) für die Ventilsitzstruktur (103) und die erste Öffnung (104) aufweist, auf der ersten Seite (1010) der Trägerschicht (101) erfolgt, • im Schritt des Anordnens (304) der Ventilstruktur (102) eine Membranschicht (106) mit einer zweiten Öffnung (105) auf die Verbindungsschicht (107) und die Ventilsitzstruktur (103) derart aufgebracht wird, dass die zweite Öffnung (105) im Kontaktbereich (1020) angeordnet wird und • ein Verpressen (305) erfolgt, wobei die Trägerschicht (101) und die Membranschicht (106) mit der Verbindungsschicht (107) verkleben und die Membranschicht (106) im Kontaktbereich (1020) auf der Ventilsitzstruktur (103) aufgelegt wird.
  10. Verfahren (300) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Ausbildens (302) der Ventilsitzstruktur (103) ein Strukturieren (3020) der Trägerschicht (101) erfolgt.
DE102017218198.2A 2017-10-12 2017-10-12 Passives Ventil, Mikropumpe und Verfahren zur Herstellung eines passiven Ventils Withdrawn DE102017218198A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017218198.2A DE102017218198A1 (de) 2017-10-12 2017-10-12 Passives Ventil, Mikropumpe und Verfahren zur Herstellung eines passiven Ventils
PCT/EP2018/074280 WO2019072467A1 (de) 2017-10-12 2018-09-10 Passives ventil, mikropumpe und verfahren zur herstellung eines passiven ventils

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017218198.2A DE102017218198A1 (de) 2017-10-12 2017-10-12 Passives Ventil, Mikropumpe und Verfahren zur Herstellung eines passiven Ventils

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102017218198A1 true DE102017218198A1 (de) 2019-04-18

Family

ID=63586686

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102017218198.2A Withdrawn DE102017218198A1 (de) 2017-10-12 2017-10-12 Passives Ventil, Mikropumpe und Verfahren zur Herstellung eines passiven Ventils

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102017218198A1 (de)
WO (1) WO2019072467A1 (de)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19719862A1 (de) 1997-05-12 1998-11-19 Fraunhofer Ges Forschung Mikromembranpumpe

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4402119C2 (de) * 1994-01-25 1998-07-23 Karlsruhe Forschzent Verfahren zur Herstellung von Mikromembranpumpen
DE19737173B4 (de) * 1997-08-26 2007-04-05 Eppendorf Ag Mikrodosiersystem
US7284966B2 (en) * 2003-10-01 2007-10-23 Agency For Science, Technology & Research Micro-pump
DE102007045637A1 (de) * 2007-09-25 2009-04-02 Robert Bosch Gmbh Mikrodosiervorrichtung zum Dosieren von Kleinstmengen eines Mediums
EP2766606B1 (de) * 2012-12-21 2015-12-16 Fraunhofer Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Pumpenanordnung mit einer sicherheitsventilanordnung
CN108778984B (zh) * 2016-03-14 2023-05-23 奥特斯奥地利科技与系统技术有限公司 电子装置以及制造电子装置的方法和包括电子装置的面板

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19719862A1 (de) 1997-05-12 1998-11-19 Fraunhofer Ges Forschung Mikromembranpumpe

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019072467A1 (de) 2019-04-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2220371B1 (de) Pumpenanordnung mit sicherheitsventil
DE60013255T2 (de) Mikrofluidisches Anschlussstück
DE4402119C2 (de) Verfahren zur Herstellung von Mikromembranpumpen
EP1320686B1 (de) Mikroventil mit einem normalerweise geschlossenen zustand
DE112007003042B4 (de) Piezoelektrisches Ventil
DE112014002557T5 (de) Vorrichtung zur Ventil- und Flüssigkeitsregelung
DE10196634T5 (de) Piezoelektrisches Antriebselement und ein solches verwendende Pumpe
DE20313727U1 (de) Piezoaktor
DE102015116081A1 (de) Elektronisches Sensorbauelement mit einem Flip-Chip-montierten Halbleiterchip und einem Substrat mit einer Öffnung
DE102011078770A1 (de) Mikrofluidische Vorrichtung, mikrofluidisches System und Verfahren zum Transport von Fluiden
DE102013202807A1 (de) Halbleitervorrichtung und Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung
EP1576294A1 (de) Normal doppelt geschlossenes mikroventil
DE102007025338A1 (de) Verfahren zum Abdichten eines Gehäuses
DE102017218198A1 (de) Passives Ventil, Mikropumpe und Verfahren zur Herstellung eines passiven Ventils
WO2015169481A1 (de) Membranfederventil
DE102008035990A1 (de) Ein Mikroventil und ein Verfahren zur Herstellung desselben
DE10048871A1 (de) Flachdichtung
DE102005027276B3 (de) Verfahren zur Herstellung einer Stapelanordnung
DE102014210852B4 (de) Bauteil mit zwei Halbleiter-Bauelementen, die über eine strukturierte Bond-Verbindungsschicht miteinander verbunden sind, und Verfahren zum Herstellen eines solchen Bauteils
EP2759751B1 (de) Verfahren zum Herstellen eines normal-geschlossenen Rückschlagventils für mikrofluidische Bauteile aus einem polymeren Schichtsystem und Rückschlagventil
EP3520585B1 (de) Verfahren zum herstellen einer elektronischen baugruppe und elektronische baugruppe, insbesondere für ein getriebesteuermodul
DE10335492B4 (de) Verfahren zum selektiven Verbinden von mikrostrukturierten Teilen
DE102013226683A1 (de) Verfahren zur Herstellung von Hohlräumen bzw. Hinterschnitten in einer mehrlagigen Leiterplatte
DE102020214384A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines Sensors sowie Sensor
DE102012221835B3 (de) Normal-geschlossenes Rückschlagventil für mikrofluidische Bauteile aus einem polymeren Schichtsystem und Verfahren zum Herstellen des Rückschlagventils

Legal Events

Date Code Title Description
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee