DE19949912A1 - Device for transmitting force e.g. for valve or pump, uses driving mechanism for generating force to seal larger opening with smaller opening serving as force-decoupling window - Google Patents

Device for transmitting force e.g. for valve or pump, uses driving mechanism for generating force to seal larger opening with smaller opening serving as force-decoupling window

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Abstract

A casing shell has rigid sidewalls and two openings of different sizes. A driving mechanism for generating force seals the larger opening and the smaller opening serves as a power-decoupling window. Flexible solid matter serves as a medium for transmitting force from the driving mechanism to generate force on the window. An Independent claim is included for a method of manufacturing a transmitting force and its use.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für eine Kraftüberset­ zung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, ein Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung.The invention relates to a device for a power transmission tongue according to the preamble of claim 1, a method their manufacture and their use.

Für den Antrieb von Komponenten der Mikrosystemtechnik wurden verschiedene Aktoren entwickelt. So wird z. B. in dem Artikel "Micro liquid dosing system" von R. Roßberg, B. Schmidt und S. Büttgenbach in der Zeitschrift Microsystem Technologies 2 auf den Seiten 11 bis 16, die im Dezember 1995 erschienen ist, ein piezoelektrischer Antrieb für kleine Ventile beschrieben. Durch Anlegen einer Spannung dehnt sich eine piezoaktive Kera­ mikscheibe aus. Die Keramikscheibe ist auf einer nicht piezoak­ tiven Scheibe angebracht, so daß aus der Dehnung der piezoakti­ ven Keramik eine Wölbung wird. Diese Wölbung wird genutzt, eine Ventilöffnung zu verschließen bzw. freizugeben.Various actuators have been developed for driving microsystem technology components. So z. B. in the article "Micro liquid dosing system" by R. Roßberg, B. Schmidt and S. Büttgenbach in the journal Microsystem Technologies 2 on pages 11 to 16, which appeared in December 1995, describes a piezoelectric actuator for small valves . When a voltage is applied, a piezoactive ceramic disk expands. The ceramic disc is mounted on a non-piezoactive disc, so that the expansion of the piezoactive ceramic becomes a bulge. This curvature is used to close or open a valve opening.

Nachteilig bei dieser Art des Antriebs ist, daß eine piezoaktive Scheibe sich bei einer kleinen Bauweise nur um wenige Mikrometer auswölbt und relativ leicht zerbricht.The disadvantage of this type of drive is that a piezoactive With a small design, the disc only slices by a few micrometers bulges and breaks relatively easily.

Ein elektrostatischer Antrieb ist z. B. in dem Beitrag "A New Bistable Microvalve Using an SiO2 Beam as the Movable Part" von J. H. Babaei, R.-S. Huang, Ch. Y. Kwok in den Proceedings der Kon­ ferenz Actuator '94 auf den Seiten 34 bis 37 beschrieben. Eine ausgewölbte Membran wird durch Anlegen einer elektrischen Span­ nung bewegt, um einen Ventilsitz zu verschließen bzw. zu öffnen.An electrostatic drive is e.g. B. in the article "A New Bistable Microvalve Using an SiO 2 Beam as the Movable Part" by JH Babaei, R.-S. Huang, Ch. Y. Kwok in the proceedings of the Conference Actuator '94 on pages 34-37. A bulging diaphragm is moved by applying an electrical voltage to close or open a valve seat.

Nachteilig bei dieser Art des Antriebs ist jedoch, daß elektro­ statischen Kräfte nur bei einem sehr geringen Abstand der Elek­ troden groß genug sind, um ein Ventil zu schalten. Deshalb ist der Hub des Ventiles nur sehr klein und es kann kein großer Durchfluß durch das Ventil erreicht werden.A disadvantage of this type of drive is that electro static forces only when the elec are large enough to switch a valve. Therefore the stroke of the valve is very small and it cannot be large Flow through the valve can be achieved.

Weitere Antriebe, bei denen zwar eine verhältnismäßig große Kraft erzeugt wird, aber nur ein kleiner Stellweg erreicht wer­ den kann, sind die thermische Dehnung von Bauteilen und der Formgedächtniseffekt, wie sie z. B. in dem Beitrag von H. Jerman "Electrically-Activated, Normally-Closed Diaphragm Valves" im Digest of technical papers der Konferenz Transducers '91 auf den Seiten 1045 bis 1048 beschrieben sind, bzw. in dem Artikel von K. D. Skrobanek, M. Kohl und S. Miyazaki mit dem Titel "Stress- Optimised Shape Memory Microvalves", der in den Proceedings des 10th Annual International Workshop on Micro Electro Mechanical Systems, MEMS'97 auf den Seiten 256 bis 261 erschienen ist.Other drives, in which a relatively large force is generated, but only a small travel can be achieved who are the thermal expansion of components and the shape memory effect, as z. B. in the article by H. Jerman "Electrically-Activated, Normally-Closed Diaphragm Valves" in the Digest of technical papers of the Transducers '91 conference on pages 1045 to 1048, and in the article by KD Skrobanek, M. Kohl and S. Miyazaki, titled "stress Optimized Shape Memory Micro Valves", which appeared in the Proceedings of the 10 th Annual International workshop on Micro Electro Mechanical Systems, MEMS'97 on pages 256-261.

Ein als Hydraulik bekanntes Verfahren der Technik ist es, mit einem flüssigen Übertragungsmedium in einem festen Gehäuse einen kleinen Hub mit großer Kraft in einen großen Hub mit ver­ minderter Kraft zu übersetzen. Nachteilig bei diesem Verfahren ist jedoch, daß sich sehr kleine Gehäuse nur schwer blasenfrei mit einer Flüssigkeit füllen lassen und daß nur sehr schwer da­ für Sorge getragen werden kann, daß während des Betriebs einer sehr kleinen Hydraulik keine Flüssigkeit aus dem Gehäuse wieder austritt. Schon sehr kleine Gasblasen oder Hohlräume führen dazu, daß die Funktion einer kleinen Hydraulik nachhaltig ge­ stört wird.A technique known as hydraulics is using a liquid transmission medium in a solid housing small stroke with great force into a large stroke with ver reduced power to translate. A disadvantage of this method is, however, that very small housings are difficult to bubble free let it fill with a liquid and that it is very difficult care can be taken that a very small hydraulics no fluid from the housing again exit. Even very small gas bubbles or voids result to the fact that the function of a small hydraulic ge is disturbed.

In dem deutschen Patent DE 44 02 119 C2 ist ein Verfahren zur Verklebung von Mikromembranpumpen beschrieben, bei dem Gehäuse­ schalen justiert auf eine Membran geklebt werden, indem Hohl­ räume mit einem Klebstoff gefüllt werden. Dieses Verfahren ist nicht für die Herstellung einer Kraftübersetzung geeignet, weil der Klebstoff zu einer festen Masse aushärtet und danach nicht mehr flexibel ist.The German patent DE 44 02 119 C2 describes a method for Bonding of micro diaphragm pumps described in the housing shells are adjusted to be glued to a membrane by hollow rooms are filled with an adhesive. This procedure is not suitable for the production of a power transmission because the adhesive hardens to a solid mass and then not is more flexible.

Aufgabe Erfindung ist es, eine Vorrichtung für eine Kraftüber­ setzung so auszugestalten, daß ein kleiner Hub mit großer Kraft in einen großen Hub übersetzt wird sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung anzugeben. The object of the invention is a device for power transmission design so that a small stroke with great force is translated into a large hub as well as a process for their Specify manufacturing.  

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 7. Die übrigen Ansprüche beschreiben vorteilhafte Ausge­ staltungen oder nennen vorteilhafte Verwendungen der Erfindung.This object is achieved by the features of the claims 1 and 7. The other claims describe advantageous Ausge events or name advantageous uses of the invention.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß keine Gefahr besteht, daß Gasblasen oder Hohlräume, die Funktion der Kraftübersetzung stören, oder daß Übertragungsmedium aus dem Ge­ häuse austritt.A particular advantage of the invention is that none There is a risk that gas bubbles or cavities, the function of the Force transmission disturb, or that transmission medium from the Ge housing exits.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von den Fig. 1 bis 10 und von fünf Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigen die Figuren schematisch den Aufbau bzw. die Funktionsweise der gefertigten Produkte bzw. einzelne Stadien während deren Her­ stellung. Die Figuren sind nicht maßstäblich gezeichnet, um sehr dünne bzw. kleine Strukturen neben vergleichsweise großen Strukturen deutlich werden zu lassen. In den Anwendungsbeispie­ len werden Antriebe durch eine piezoelektrische Keramikscheibe beschrieben, es ist aber auch möglich, die hier beschriebene Kraftübersetzung mit anderen Antrieben einzusetzen wie z. B. elektrostatischen Antrieben oder mit Antrieben, deren Funktion auf der thermischen Dehnung oder dem Formgedächtniseffekt be­ ruht.The invention is explained in more detail below with reference to FIGS. 1 to 10 and five exemplary embodiments. The figures show schematically the structure and functioning of the manufactured products or individual stages during their manufacture. The figures are not drawn to scale to show very thin or small structures in addition to comparatively large structures. In the application examples, drives are described by a piezoelectric ceramic disk, but it is also possible to use the power transmission described here with other drives, such as. B. electrostatic drives or with drives whose function is based on the thermal expansion or the shape memory effect.

Das erste Anwendungsbeispiel beschreibt die Herstellung und Funktion von Ventilen mit Kraftübersetzung, bei denen Silikon als Übertragungsmedium eingesetzt wird. In den Figuren sind der Übersichtlichkeit wegen nur zwei Ventile dargestellt, die paral­ lel gefertigt werden. Es können aber viel mehr Ventile parallel hergestellt werden.The first application example describes the production and Function of valves with power transmission, in which silicone is used as a transmission medium. In the figures, the Clarity shown because only two valves, the par lel be manufactured. But there can be many more valves in parallel getting produced.

Mit dem bekannten Verfahren des Mikrospritzgusses wurden 1,5 mm dicke Gehäuseschalen 2 hergestellt. Dabei wurden immer mehrere Gehäuseschalen in einem Werkstück nebeneinander parallel gefer­ tigt. Diese Gehäuseschalen weisen Öffnungen 4 mit einem Durch­ messer von 4 mm und konischen Öffnungen 6 mit einem Durchmesser von 8-12 mm auf. Das Volumen der Gehäuseschalen liegt bei ei­ ner Höhe zwischen 1 und 15 mm, im Kubikzentimeterbereich. In die Öffnungen 6 wurden 400 µm dicke piezoelektrische Keramikschei­ ben 7 als Antrieb zur Krafterzeugung mit einem Durchmesser von 10 mm eingelegt, auf denen 200 µm dicke VA-Stahlplatten aufge­ klebt waren. Die Gehäuseschalen 2 wurden so zwischen zwei ebene Platten 9 aus PTFE eingespannt, daß die Öffnungen 4 und 6 ver­ schlossen wurden. Fig. 1 zeigt diesen Verfahrensschritt als Schnittbild entlang der Linie A-A in Fig. 3.1.5 mm thick housing shells 2 were produced using the known method of microinjection molding. Several housing shells were always manufactured in parallel in a workpiece. These housing shells have openings 4 with a diameter of 4 mm and conical openings 6 with a diameter of 8-12 mm. The volume of the housing shells is between 1 and 15 mm, in the cubic centimeter range. In the openings 6 400 microns thick piezoelectric ceramic ben 7 were inserted as a drive for force generation with a diameter of 10 mm, on which 200 microns thick VA steel plates were glued up. The housing shells 2 were clamped between two flat plates 9 made of PTFE that the openings 4 and 6 were closed ver. Fig. 1 shows this process step as a sectional view taken along line AA in Fig. 3.

Durch einen Kanal 8 wird dann, wie in Fig. 2 gezeigt, ein han­ delsübliches Silikon in flüssiger Form zugeführt, sodaß alle Hohlräume zwischen den Platten 9 und den Gehäuseschalen 2 bla­ senfrei befüllt werden. Dabei ist der Kanal 8 über in den Figu­ ren nicht dargestellte Zuführungen mit den Öffnungen 4, 6 ver­ bunden. Der aus zwei Komponenten bestehende, kalt vulkanisie­ rende Silikonkautschuk wird vor der Befüllung angerührt und här­ tet nach dem Befüllen zu einem viskoelastischen Feststoff 1 aus. Fig. 3 zeigt eine Aufsicht auf das Werkstück im hier beschrie­ benen Fertigungszustand. Fig. 2 stellt einen Schnitt entlang der Linie B-B in Fig. 3 dar. Das Silikon 1 verklebt die piezo­ elektrischen Keramikscheiben 7 mit den Gehäuseschalen 2, haftet aber nicht auf den PTFE-Platten 9.Through a channel 8 is then, as shown in Fig. 2, a commercial silicone supplied in liquid form, so that all the cavities between the plates 9 and the housing shells 2 are filled blas free. In this case, the channel 8 via feeds, not shown in the figures, with the openings 4 , 6 is connected. The two-component, cold vulcanizing silicone rubber is mixed before filling and hardens after filling to a viscoelastic solid 1 . Fig. 3 shows a plan view of the workpiece in the manufacturing state described here. FIG. 2 shows a section along the line BB in FIG. 3. The silicone 1 bonds the piezoelectric ceramic disks 7 to the housing shells 2 , but does not adhere to the PTFE plates 9 .

Auf die Gehäuse 2 werden positioniert zu der Öffnung 4 Gehäuse­ schalen 10 angebracht, in denen sich Öffnungen für den Ven­ tilauslaß 12 und den Ventileinlaß 11 befinden, wobei eine der beiden Öffnungen 11 oder 12 mittig unter der Öffnung 4 angeord­ net ist. Die Öffnungen 11 und 12 münden in einer zylindrischen Ausnehmung in der Gehäuseschale 10 unterhalb der Öffnung 4. Die so miteinander verbundenen Gehäuseschalen 2 und 10 werden mit einer Säge zerteilt, so daß einzelne Ventile entstehen. Fig. 4a zeigt in einer Schnittzeichnung ein Ventil, das geöffnet ist, wenn keine elektrische Spannung an der piezoelektrischen Scheibe 7 angelegt ist. Die elektrischen Anschlüsse sind in den Figuren nicht dargestellt, sie erfolgen analog zum Anwendungs­ beispiel 2. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung von 200 V (Fig. 4b) wölbt sich die piezoelektrische Scheibe 7 in ihrer Mitte um 5 µm nach unten aus. Dadurch wölbt sich das Silikon um 25 µm aus der Öffnung 4 aus und schließt die Ventileinlaßöff­ nung 11. Der Hub der Bewegung der Aktorscheibe 7 führt damit zu einer um einen Faktor 5 vergrößerten Auswölbung des Silikons 1 aus der Öffnung 4 im Gehäuse 2 heraus. Die Befestigung der pie­ zoelektrischen Keramikscheibe 7 am Übertragungsmedium 1 aus Si­ likon hat auch den Vorteil, daß Stöße, die von außen auf das Ventil wirken, durch das Silikon gedämpft werden und daß die piezoelektrische Keramikscheibe 7 deshalb nicht so leicht be­ schädigt werden kann.On the housing 2 are positioned to the opening 4 housing shells 10 , in which there are openings for the Ven tilauslaß 12 and the valve inlet 11 , one of the two openings 11 or 12 in the middle under the opening 4 is net angeord. The openings 11 and 12 open into a cylindrical recess in the housing shell 10 below the opening 4 . The housing shells 2 and 10 connected to one another in this way are cut up with a saw, so that individual valves are produced. Fig. 4a shows a sectional drawing of a valve which is open when no electric voltage is applied to the piezoelectric disc 7. The electrical connections are not shown in the figures, they are made analogously to application example 2 . By applying an electrical voltage of 200 V ( FIG. 4b), the piezoelectric disk 7 bulges downwards in the middle by 5 μm. As a result, the silicone bulges out of the opening 4 by 25 μm and closes the valve inlet opening 11 . The stroke of the movement of the actuator disk 7 thus leads to a bulge of the silicone 1, enlarged by a factor of 5, out of the opening 4 in the housing 2 . The attachment of the pie zoelectric ceramic disk 7 on the transmission medium 1 from Si likon also has the advantage that impacts that act on the valve from the outside are dampened by the silicone and that the piezoelectric ceramic disk 7 can therefore not be easily damaged.

Es ist auch möglich, die dafür vorgesehenen Hohlräume mit dem Übertragungsmedium 1 zu befüllen und erst dann die piezoaktive Keramikscheibe 7 im Bereich der Öffnungen 6 anzubringen.It is also possible to fill the cavities provided for this with the transmission medium 1 and only then to mount the piezoactive ceramic disk 7 in the area of the openings 6 .

Das zweite Anwendungsbeispiel beschreibt die Herstellung eines Ventils mit Kraftübersetzung, das ohne Energiezufuhr geschlossen ist. Die Form des Übertragungsmediums wird unter anderem durch eine Druckdifferenz eingestellt. Auch in diesem Fall werden in der Regel mehrere Ventile parallel gefertigt. In den Fig. 5, 6 und 7 ist der Übersichtlichkeit wegen nur ein Ventil darge­ stellt.The second application example describes the production of a valve with power transmission, which is closed without the supply of energy. The shape of the transmission medium is set, among other things, by a pressure difference. In this case, too, several valves are usually manufactured in parallel. In Figs. 5, 6 and 7 of clarity is due to only one valve is Darge.

Mit dem bekannten Verfahren des Mikrospritzgusses wurden 1,5 mm dicke Gehäuseschalen 2 hergestellt. Dabei wurden immer mehrere Gehäuseschalen in einem Werkstück nebeneinander parallel gefer­ tigt. Diese Gehäuseschalen weisen Öffnungen 4 mit einem Durch­ messer von 8 mm und Öffnungen 6 mit einem Durchmesser von 11 mm auf. Ein Draht 15 für den elektrischen Anschluß der piezoelek­ trischen Keramikscheibe 7 wird in einen dafür vorgesehenen Ka­ nal 13 gelegt und mit einem flexiblen, elektrisch leitfähigen Klebstoff 17 wird der Draht eingeklebt und die piezoelektrische Keramikscheibe 7 fixiert. Die elektrische Kontaktierung an der anderen Seite der Keramikscheibe 7 wurde mit einem angelöteten Draht 16 hergestellt.1.5 mm thick housing shells 2 were produced using the known method of microinjection molding. Several housing shells were always manufactured in parallel in a workpiece. These housing shells have openings 4 with a diameter of 8 mm and openings 6 with a diameter of 11 mm. A wire 15 for the electrical connection of the piezoelectric ceramic disk 7 is placed in a designated channel 13 and with a flexible, electrically conductive adhesive 17 , the wire is glued and the piezoelectric ceramic disk 7 is fixed. The electrical contact on the other side of the ceramic disk 7 was made with a soldered wire 16 .

Auf das Gehäuseteil 2 wurde nun auf der Seite der Öffnung 4 eine Membran 3 aus 10 µm dicker handelsüblicher PTFE-Folie aufge­ klebt. Auf der außen liegenden Seite der Membran 3 wird ein Ge­ häuseteil 10 so positioniert, daß sich die Ventilkammer 14 unter der Mitte der Öffnung 4 in der Gehäuseschale 2 befindet und mit Epoxydharzkleber befestigt. Die Ventilkammer 14 ist torusförmig ausgebildet und umschließt den Ventileinlaß 11.On the housing part 2 , a membrane 3 made of 10 µm thick commercially available PTFE film was now glued on the side of the opening 4 . On the outer side of the membrane 3 , a Ge housing part 10 is positioned so that the valve chamber 14 is located under the center of the opening 4 in the housing shell 2 and fastened with epoxy resin adhesive. The valve chamber 14 is toroidal and encloses the valve inlet 11 .

Durch einen hier nicht dargestellten Kanal 8 wird dann ein han­ delsübliches Silikon in flüssiger Form so zugeführt, daß der Hohlraum, der aus der piezoelektrischen Keramikscheibe 7, der Gehäuseschale 2 und der Membran 3 gebildet wird, blasenfrei be­ füllt wird. Das so zugeführte Übertragungsmedium 1 wird solange unter einem Druck von 0,8 bar gehalten, bis es ausgehärtet ist. Durch diesen Überdruck wölbt sich die Membran 3 aus der Öff­ nung 4 heraus. Ein Gehäuseteil 10 wird auf die nach außen wei­ sende Seite der Membran 3 geklebt, sodaß die Membran 3 und das Übertragungsmedium 1 deformiert werden, gegen den Ventilein­ laß 11 drücken und diesen verschließen. Die Membran 3 wird durch die mechanische Vorspannung des Übertragungsmediums 1 gegen den Ventileinlaß 11 gedrückt und hält ihn auch gegen einen Ge­ gendruck geschlossen. Wenn die Auswölbung der Membran 3 und da­ mit die Auswölbung des Übertragungsmediums 1 nach dem Aushärten durch eine Druckdifferenz eingestellt wird, hat dies den Vor­ teil, daß der Arbeitsbereich des Ventiles durch die Veränderung dieses Druckes auf einfache Weise eingestellt werden kann.Through a channel 8 , not shown here, a commercially available silicone is then supplied in liquid form so that the cavity which is formed from the piezoelectric ceramic disk 7 , the housing shell 2 and the membrane 3 is filled without bubbles. The transmission medium 1 thus supplied is kept under a pressure of 0.8 bar until it has hardened. This excess pressure causes the membrane 3 to bulge out of the opening 4 . A housing part 10 is glued to the outwardly white-transmitting side of the membrane 3 , so that the membrane 3 and the transmission medium 1 are deformed, press against the Ventilein 11 and close it. The membrane 3 is pressed by the mechanical bias of the transmission medium 1 against the valve inlet 11 and keeps it closed against a Ge back pressure. If the bulge of the membrane 3 and since the bulge of the transmission medium 1 is set after curing by a pressure difference, this has the part before that the working range of the valve can be easily adjusted by changing this pressure.

Nach dem Aushärten des Silikons 1 wurden die Ventile mit einer Säge vereinzelt.After the silicone 1 had hardened, the valves were separated with a saw.

Fig. 6 zeigt das Ventil im geschlossenen Zustand. Fig. 7 zeigt das Ventil, wenn an der piezoelektrischen Keramikscheibe 7 Span­ nung angelegt wird. Der Aktor wölbt sich nach oben und öffnet so das Ventil. Dabei wird aus einer verhältnismäßig kleine Auswöl­ bung der piezoelektrischen Keramikscheibe 7 eine vergleichsweise große Auslenkung der Membran 3. Fig. 6 shows the valve in the closed state. Fig. 7 shows the valve when 7 voltage is applied to the piezoelectric ceramic disk. The actuator bulges upwards and thus opens the valve. In this case, from a relatively small Auswöl the piezoelectric ceramic disc 7 exercise a relatively large deflection of the membrane. 3

Das dritte Anwendungsbeispiel beschreibt die Herstellung eines Ventils, bei dem die Form des Übertragungsmediums unter anderem durch die thermische Dehnung einer Membran vorgegeben wird. Auch bei diesem Herstellungsverfahren werden in der Regel mehrere Ventile parallel gefertigt werden. In der Fig. 8 ist der Über­ sichtlichkeit wegen nur ein Ventil dargestellt.The third application example describes the manufacture of a valve in which the shape of the transmission medium is determined, among other things, by the thermal expansion of a membrane. In this manufacturing process, too, several valves are generally manufactured in parallel. In Fig. 8, for clarity, only one valve is shown.

Mit dem bekannten Verfahren des Mikrospritzgusses werden 1,5 mm dicke Gehäuseschalen 2 aus Polysulfon hergestellt. Dabei werden immer mehrere Gehäuseschalen in einem Werkstück nebeneinander parallel gefertigt. Diese Gehäuseschalen wiesen Öffnungen 4 mit einem Durchmesser von 3 mm, einer Übertragungskammer 18 mit ei­ nem Durchmesser von 7,5 mm und einer Öffnung 6 mit einem Durch­ messer von 11 mm auf. Ein Draht 15 für den elektrischen Anschluß wird wie im 2. Anwendungsbeispiel in den dafür vorgesehenen Ka­ nal 13 mit einem flexiblen Klebstoff 17 eingeklebt. In die Öff­ nungen 6 werden die piezoelektrischen Keramikscheiben 7 mit ei­ nem Durchmesser von 10 mm eingeklebt. Die elektrische Kontaktie­ rung auf der anderen Seite der Keramikscheibe 7 erfolgt durch Anlöten eines Drahtes 16.With the known method of micro injection molding, 1.5 mm thick housing shells 2 are produced from polysulfone. In this case, several housing shells are always manufactured in parallel in a workpiece. These housing shells had openings 4 with a diameter of 3 mm, a transmission chamber 18 with a diameter of 7.5 mm and an opening 6 with a diameter of 11 mm. A wire 15 for the electrical connection is glued as in the 2nd application example in the intended channel 13 with a flexible adhesive 17 . In the openings 6 , the piezoelectric ceramic discs 7 are glued with a diameter of 10 mm. The electrical Kontaktie tion on the other side of the ceramic disk 7 is carried out by soldering a wire 16th

Auf das Gehäuseteil 2 wird nun auf der Seite der Öffnung 4 auf eine Membran 3 aus 25 µm dicker, handelsüblicher Polyimidfolie aufgeklebt. Das Verkleben erfolgt bei einer Temperatur von 80°C. Durch den größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Polyimid im Vergleich zu dem des Polysulfons kommt es zu ei­ ner Auswölbung der Membran 3 um ca. 80 µm in ihrem Zentrum, wenn das Werkstück nach der Verklebung wieder auf Raumtemperatur ab­ kühlt. Vorteilhaft bei der Auswölbung der Membran 3 durch die thermische Dehnung von Gehäuse 2 und Membran 3 ist, daß die Aus­ wölbung und damit die Kraft, mit der das Ventil geschlossen ge­ halten wird, durch die Wahl der Temperatur sehr genau einge­ stellt werden kann.On the housing part 2 is now glued on the side of the opening 4 on a membrane 3 made of 25 microns thick, commercially available polyimide film. Gluing takes place at a temperature of 80 ° C. Due to the larger thermal expansion coefficient of polyimide compared to that of polysulfone, there is a bulging of the membrane 3 by about 80 μm in its center when the workpiece cools down again to room temperature after the bonding. Advantageous in the bulging of the membrane 3 by the thermal expansion of the housing 2 and membrane 3 is that the bulge and thus the force with which the valve is kept closed can be set very precisely by the choice of temperature.

Es ist auch möglich, die Auswölbung der Membran auf eine andere Weise hervorzurufen. So kann z. B. das Gehäuse 2 vor der Verbin­ dung mit der Membran 3 gedehnt oder die Membran 3 vor der Ver­ bindung gestaucht werden. Vorteilhaft bei einer Dehnung bzw. Stauchung ist, daß sich die Auswölbung bei späteren Temperatu­ ränderungen beim Einsatz des Ventils nicht mehr so leicht verän­ dert.It is also possible to cause the membrane to bulge in a different way. So z. B. the housing 2 stretched before the connec tion with the membrane 3 or the membrane 3 before the connection Ver upset. An advantage of an expansion or compression is that the bulge does not change so easily at later temperature changes when using the valve.

Durch einen hier nicht dargestellten Kanal 8 wird dann das Über­ tragungsmedium 1 in Form eines handelsüblichen Silikons in flüs­ siger Form so zugeführt, daß der Hohlraum, der aus der piezo­ elektrischen Keramikscheibe 7, der Gehäuseschale 2 und der Mem­ bran 3 gebildet wird, blasenfrei befüllt wird. Wenn das Übertra­ gungsmedium 1 ausgehärtet ist, wird das Gehäuseteil 10 so auf die Membran 3 gepreßt, daß sich die Ventilkammer 14 mit einem Durchmesser von 4 mm mittig unter der gewölbten Membran befin­ det. Durch das Zusammenpressen werden die Membran 3 und das Übertragungsmedium 1 so verformt, daß sie dichtend auf dem Ven­ tileinlaß 11 anliegen und diesen auch gegen einen von außen an­ liegenden Druck geschlossen halten. In dieser Position wird das Gehäuseteil 10 mit der Membran 3 verklebt. Die Funktionsweise ist analog zu dem Ventil aus dem zweiten Anwendungsbeispiel und wird in Fig. 6 und 7 skizziert.Through a channel 8 , not shown here, the transmission medium 1 is then supplied in the form of a commercially available silicone in liquid form such that the cavity formed from the piezoelectric ceramic disk 7 , the housing shell 2 and the membrane 3 is filled with bubbles becomes. When the transmission medium 1 has hardened, the housing part 10 is pressed onto the membrane 3 in such a way that the valve chamber 14 with a diameter of 4 mm is located centrally under the curved membrane. By compressing the membrane 3 and the transmission medium 1 are deformed so that they rest sealingly on the Ven tileinlaß 11 and keep it closed against an external pressure. In this position, the housing part 10 is glued to the membrane 3 . The mode of operation is analogous to the valve from the second application example and is outlined in FIGS. 6 and 7.

Es ist auch möglich, nach der Verklebung und Abkühlung auf Raum­ temperatur eine Wölbung der Membran 3 in die Gehäuseschale 2 hinein zu erreichen. Dies führt zu einem Ventil, das geöffnet ist, wenn an der piezoaktiven Keramikscheibe 7 keine elektrische Spannung angelegt ist. Durch Anlegen einer geeigneten elektri­ schen Spannung an der piezoelektrischen Scheibe 7 wird das Ven­ til dann verschlossen.It is also possible to achieve a curvature of the membrane 3 into the housing shell 2 after gluing and cooling to room temperature. This leads to a valve that is open when no electrical voltage is applied to the piezoactive ceramic disk 7 . The Ven valve is then closed by applying a suitable electrical voltage to the piezoelectric disk 7 .

Das vierte Anwendungsbeispiel beschreibt die Herstellung einer Pumpe, bei der ein Übertragungsmedium aus einer kleinen Auslen­ kung einer piezoelektrischen Keramikscheibe eine große Auslen­ kung der Pumpmembran erzeugt. Auch bei diesem Herstellungsver­ fahren können mehrere Pumpen parallel gefertigt werden. Fig. 9 zeigt schematisch den Querschnitt durch eine solche Pumpe.The fourth application example describes the production of a pump in which a transmission medium generates a large deflection of the pump diaphragm from a small deflection of a piezoelectric ceramic disk. Several pumps can also be manufactured in parallel in this manufacturing process. Fig. 9 shows schematically the cross section through such a pump.

Wie beim dritten Anwendungsbeispiel werden durch Mikrospritzguß 1,5 mm dicke Gehäuseschalen 2 mit 8 mm breiten Öffnungen 4 und 11 mm breiten Öffnungen 6 hergestellt. In die Öffnungen 6 wird eine piezoelektrische Keramikscheibe 7 eingelegt und elektrisch kontaktiert.As in the third application example, 1.5 mm thick housing shells 2 with 8 mm wide openings 4 and 11 mm wide openings 6 are produced by micro injection molding. A piezoelectric ceramic disk 7 is inserted into the openings 6 and electrically contacted.

Auf das Gehäuseteil 2 wird auf der Seite der Öffnung 4 auf eine Membran 3 aus 2 µm dickem Polyimid aufgeklebt. Auf die außen liegende Seite der Membran 3 wird ein Gehäuseteil 10, in das eine Pumpenkammer eingebracht wurde, so positioniert, daß sich die Pumpenkammer unter dem Zentrum der Öffnung 4 befindet und mit Epoxydharzkleber aufgeklebt. Neben der Pumpenkammer 20 be­ finden sich Ventilkammern 21, in denen sich Ventilsitze 22 be­ finden. Die Befüllung mit dem Übertragungsmedium 1 erfolgt in gleicher Weise wie bei den vorangegangenen Anwendungsbeispielen. Pumpenkammer 20, Ventilkammern 21 und Ventilsitze 22 sind, wie in der DE 44 02 119, Fig. 1 dargestellt und in der Beschreibung Spalte 2 Zeilen 32 bis 59 erläutert, ausgeführt.On the housing part 2 on the side of the opening 4 is glued to a membrane 3 made of 2 micron thick polyimide. A housing part 10 , into which a pump chamber has been introduced, is positioned on the outer side of the membrane 3 such that the pump chamber is located under the center of the opening 4 and is glued on with epoxy resin adhesive. In addition to the pump chamber 20 be there are valve chambers 21 in which there are valve seats 22 be. The transfer medium 1 is filled in the same way as in the previous application examples. Pump chamber 20 , valve chambers 21 and valve seats 22 are, as shown in DE 44 02 119, Fig. 1 and explained in the description column 2 lines 32 to 59 .

Die große Auslenkung der Membran 3, die durch die Kraftüberset­ zung erreicht wird, hat für die Pumpe den Vorteil, daß ein gro­ ßer Förderhub und damit eine große Förderrate erreicht werden.The large deflection of the membrane 3 , which is achieved by the force ratio, has the advantage for the pump that a large delivery stroke and thus a large delivery rate can be achieved.

Das fünfte Anwendungsbeipiel beschreibt einen optischen Schal­ ter. Die Herstellung erfolgt analog zu den vorhergegangenen An­ wendungsbeispielen, allerdings wird vor dem Einpressen des Über­ setzungsmediums 1 eine Fahne 24 auf die Membran 3 unter der Öff­ nung 4 geklebt. Durch die Auslenkung der piezoelektrischen Kera­ mikscheibe 7 wird die Fahne 24 ausgelenkt und der Strahlengang zwischen zwei Glasfasern 19 bzw. 23 wird, wie in Fig. 10 dar­ gestellt, unterbrochen. Wenn keine elektrische Spannung angelegt ist, wird die Fahne 24 wieder aus dem Lichtweg entfernt. Hat die Öffnung 4 einen Durchmesser von 8 mm und die Schalterkammer einen Durchmesser von 2 mm, bewirkt die Auslenkung des Aktors von 5 µm bei 200 V eine Bewegung der Fahne 24 von 80 µm.The fifth application example describes an optical scarf ter. The preparation is carried out analogously to the previous application examples, but before the pressing of the translation medium 1 a flag 24 is glued to the membrane 3 under the opening 4 opening. The flag 24 is deflected by the deflection of the piezoelectric ceramic disc 7 and the beam path between two glass fibers 19 and 23 is interrupted, as shown in FIG. 10. If no voltage is applied, the flag 24 is removed from the light path again. If the opening 4 has a diameter of 8 mm and the switch chamber has a diameter of 2 mm, the deflection of the actuator of 5 μm at 200 V causes the flag 24 to move 80 μm.

Für die oben beschriebenen Anwendungsbeispiele wurde als An­ trieb zur Krafterzeugung eine piezoaktive Keramikscheibe bei­ spielhaft gewählt. Darüber hinaus eignen sich die folgenden An­ triebe für diese Anwendungsbeispiele: For the application examples described above, An powered a piezoactive ceramic disc to generate the force chosen playfully. The following types are also suitable drives for these application examples:  

Ein elektrostatischer Antrieb, wie er in dem Beitrag "A New Bis­ table Microvalve Using an SiO2 Beam as the Movable Part" von J. H. Babaei, R.-S. Huang, Ch. Y. Kwok in den Proceedings der Kon­ ferenz Actuator '94 auf den Seiten 34 bis 37 beschrieben ist.An electrostatic drive, as described in the article "A New Bis table Microvalve Using an SiO 2 Beam as the Movable Part" by JH Babaei, R.-S. Huang, Ch. Y. Kwok in the proceedings of the Conference Actuator '94 on pages 34-37.

Ein Bimaterialaktor, bestehend aus einer Membran, die aus zwei Schichten mit unterschiedlicher thermischer Dehnung aufgebaut ist, so daß sich die Membran bei Temperaturänderungen auswölbt.A bimaterial actuator consisting of a membrane consisting of two Layers with different thermal expansion built up is so that the membrane bulges when the temperature changes.

Ein Formgedächtnisaktor, bei dem sich die Form einer Membran durch Temperaturerhöhung ändert.A shape memory actuator, in which the shape of a membrane changes by increasing the temperature.

Ein Piezoaktor, der über einen Hebel oder direkt auf eine starre Scheibe auf dem Übertragungsmedium wirkt.A piezo actuator that operates via a lever or directly onto a rigid one Disc acts on the transmission medium.

Claims (13)

1. Vorrichtung für eine Kraftübersetzung, bestehend aus einer Gehäuseschale mit starren Seitenwänden, zwei unterschiedlich großen Öffnungen, wobei die größere von einem Antrieb zur Krafterzeugung verschlossen ist und die kleinere als Kraft­ auskoppelfenster dient und einem Übertragungsmedium zur Kraftübertragung vom Antrieb zur Krafterzeugung auf das Fen­ ster, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsmedium (1) ein elastischer Feststoff ist.1.Device for a power transmission, consisting of a housing shell with rigid side walls, two differently sized openings, the larger of which is closed by a drive for power generation and the smaller is used as a force decoupling window and a transmission medium for power transmission from the drive for power generation to the window , characterized in that the transmission medium ( 1 ) is an elastic solid. 2. Vorrichtung für eine Kraftübersetzung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß das Übertragungsmedium (1) Silikon­ kautschuk ist.2. Device for power transmission according to claim 1, characterized in that the transmission medium ( 1 ) is silicone rubber. 3. Vorrichtung für eine Kraftübersetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseschale rotationssymme­ trisch ist und daß die zwei unterschiedlich großen Öffnungen einander gegenüber angeordnet sind.3. Device for a power transmission according to claim 1 or 2, characterized in that the housing shell is rotationally symmetrical is tric and that the two different sized openings are arranged opposite each other. 4. Vorrichtung für eine Kraftübersetzung nach einem der Ansprü­ che 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kleineren Öff­ nungen (4) von einer Membran (3) verschlossen werden.4. Device for a power transmission according to one of claims 1 to 3, characterized in that the smaller openings ( 4 ) are closed by a membrane ( 3 ). 5. Vorrichtung für eine Kraftübersetzung nach einem der Ansprü­ che 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsme­ dium (1) im Bereich der Öffnungen (4) so ausgestaltet ist, daß es sich im kräftefreien Fall nach innen oder nach außen wölbt und durch das Einwirken der Kraft eine Gegenbewegung erzeugt wird. 5. A device for power transmission according to one of Ansprü che 1 to 4, characterized in that the transmission medium ( 1 ) in the region of the openings ( 4 ) is designed such that it bulges inwards or outwards in the force-free case and through the action of the force creates a countermovement. 6. Verfahren zur Herstellung einer Kraftübersetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Über­ tragungsmedium (1) in flüssiger Form in das Gehäuse (2) ein­ gefüllt und dann zu einem Feststoff gehärtet wird.6. A method for producing a power transmission according to one of claims 1 to 5, characterized in that the transmission medium ( 1 ) in liquid form in the housing ( 2 ) is filled and then hardened to a solid. 7. Verfahren zur Herstellung einer Kraftübersetzung gemäß An­ spruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) auf ei­ ner Form (5) angebracht wird, die die spätere Wölbung des Übertragungsmediums (1) vorgibt.7. A method for producing a power transmission according to claim 6, characterized in that the housing ( 2 ) on egg ner form ( 5 ) is attached, which specifies the subsequent curvature of the transmission medium ( 1 ). 8. Verfahren zur Herstellung einer Kraftübersetzung gemäß An­ spruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Befüllen mit dem Übertragungsmedium eine Membran (3) so auf dem Gehäuse (2) angebracht wird, daß sie eine Wölbung aufweist.8. A method for producing a power transmission according to claim 6, characterized in that a membrane ( 3 ) is attached to the housing ( 2 ) before filling with the transmission medium so that it has a curvature. 9. Verfahren zur Herstellung einer Kraftübersetzung gemäß An­ spruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wölbung der Membran (3) dadurch hervorgerufen wird, daß während der Härtung des Übertragungsmediums (1) eine Druckdifferenz über der Membran vorhanden ist.9. A method for producing a force transmission according to claim 8, characterized in that the curvature of the membrane ( 3 ) is caused in that a pressure difference across the membrane is present during the hardening of the transmission medium ( 1 ). 10. Verfahren zur Herstellung einer Kraftübersetzung gemäß An­ spruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wölbung der Membran (3) dadurch hervorgerufen wird, daß die Verbindung von Ge­ häuse (2) und Membran (3) unter solchen Umständen ausgeführt wird, daß das Gehäuse (2) nach der Verbindung eine stärkere Schrumpfung ausführt als die Membran (3) oder daß die Membran (3) eine stärkere Ausdehnung erfährt als das Gehäuse (2).10. A method for producing a power transmission according to claim 8, characterized in that the curvature of the membrane ( 3 ) is caused by the fact that the connection of Ge housing ( 2 ) and membrane ( 3 ) is carried out under such circumstances that the housing ( 2 ) after the connection undergoes a greater shrinkage than the membrane ( 3 ) or that the membrane ( 3 ) experiences a greater expansion than the housing ( 2 ). 11. Verwendung einer Vorrichtung für eine Kraftübersetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 als aktives Element bei einem Ventil.11. Use of a device for a power transmission according to one of claims 1 to 6 as an active element in a Valve. 12. Vorrichtung für eine Kraftübersetzung gemäß einem der Ansprü­ che 1 bis 6 als Antrieb für eine Pumpe. 12. Device for power transmission according to one of the claims che 1 to 6 as a drive for a pump.   13. Vorrichtung für eine Kraftübersetzung gemäß einem der Ansprü­ che 1 bis 6 als Antrieb für einen optischen Modulator zur Mo­ dulierung des Lichts zwischen zwei Lichtleitern (19, 23).13. Device for force transmission according to one of claims 1 to 6 as a drive for an optical modulator for modulating the light between two light guides ( 19 , 23 ).
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