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Title:
MICROVALVE OR MICROPUMP HAVING AN ELECTROMAGNETIC ACTUATOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2010/066459
Kind Code:
A1
Abstract:
A microvalve or a micropump, in particular for a fluidics system, comprises an electromagnetic actuator (10), which has a final control element and a magnet assembly. The final control element comprises a circuit board (16) having at least one conductive track (22). The magnet assembly exerts a Lorentz force on the final control element when the conductive track (22) is energized. The final control element is mounted to be linearly movable.

Inventors:
DIERKS, Johannes (Nagelsberger Weg 35, Künzelsau, 74653, DE)
WINKLER, Michael (Konrad-Hornschuch-Strasse 15, Weissbach, 74679, DE)
Application Number:
EP2009/008946
Publication Date:
June 17, 2010
Filing Date:
December 14, 2009
Export Citation:
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Assignee:
BÜRKERT WERKE GMBH (Christian-Bürkert-Strasse 13-17, Ingelfingen, 74653, DE)
DIERKS, Johannes (Nagelsberger Weg 35, Künzelsau, 74653, DE)
WINKLER, Michael (Konrad-Hornschuch-Strasse 15, Weissbach, 74679, DE)
International Classes:
H01F5/00; F16K99/00; H01F7/06
Attorney, Agent or Firm:
STRASS, Jürgen (Prinz & Partner, PatentanwälteRundfunkplatz 2, München, 80335, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Mikroventil oder Mikropumpe, insbesondere für ein Fluidik-System, mit einem elektromagnetischen Aktor (10), der ein Stellglied und eine Magnetanordnung aufweist, wobei das Stellglied eine Leiterplatte (16) mit wenigstens einer Leiterbahn (22) umfasst und die Magnetanordnung bei Bestromung der Leiterbahn (22) eine Lorentzkraft auf das Stellglied ausübt, und wobei das Stellglied linear beweglich gelagert ist.

2. Mikroventil oder Mikropumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahn (22) spiralförmig, vorzugsweise in Form einer rechteckigen Spirale, auf der Leiterplatte (16) aufgebracht ist.

3. Mikroventil oder Mikropumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Teil von Leiterbahnabschnitten (22a), die bei Bestromung der Leiterbahn (22) im Wesentlichen in einer ersten Stromflussrichtung vom Strom durchflössen werden, von einem in einer ersten Magnetfeldrichtung orientierten Magnetfeld (28) durchsetzt ist, und ein zweiter Teil von Leiterbahnabschnitten (22b), die bei Bestromung der Leiterbahn (22) im Wesentlichen in einer der ersten Stromflussrichtung entgegengesetzten zweiten Stromflussrichtung vom Strom durchflössen werden, von einem in einer der ersten Magnetfeldrichtung entgegengesetzten zweiten Richtung orientierten Magnetfeld (30) durchsetzt ist.

4. Mikroventil oder Mikropumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied eine mehrlagige Leiterplatte (16) mit Durchkontaktierungen zwischen den Lagen aufweist.

5. Mikroventil oder Mikropumpe nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass zur linear beweglichen Lagerung des Stellglieds ein miniaturisiertes Gleitlager, ein Festkörperlager oder eine Lagerbuchse (32) mit einem Gleitzapfen (34) vorgesehen ist.

6. Mikroventil oder Mikropumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied von einem Gehäuse (12, 14) umgeben ist, das auf entgegengesetzten Seiten Durchbrüche (36, 38) für das Stellglied aufweist.

7. Mikroventil oder Mikropumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dafür innenseitig vorgesehenen Aussparungen des Gehäuses (12, 14) wenigstens ein Magnetpaar (24, 26; 24a, 24b, 26a, 26b) so angeordnet ist, dass eine gegenseitige anziehende Kraft auf die Magnete wirkt, und dass das Stellglied zwischen dem Magnetpaar (24, 26; 24a, 24b, 26a, 26b) angeordnet ist.

8. Mikroventil oder Mikropumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (16) in einem von zwei entgegengesetzt orientierten Magnetfeldern (28, 30) durchsetzten Längsspalt (40) angeordnet ist.

9. Mikroventil oder Mikropumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens auf einer Seite des Längsspalts (40) zwei Magnete (24a, 24b, 26a, 26b) übereinander angeordnet und durch einen Querspalt (42a, 42b) voneinander getrennt sind. 10. Mikroventil oder Mikropumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Eisenplatte (44, 46) zur Verstärkung des bzw. der von der Magnetanordnung erzeugten Magnetfelds bzw. Magnetfelder (28, 30) vorgesehen ist.

11. Mikroventil oder Mikropumpe nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Magnetpaare (24, 26) vorgesehen sind, wobei zwischen gegenüberliegenden Abschnitten der Magnete (24, 26) Anziehungskräfte wirken, und dass das Stellglied zwischen den Magnetpaaren (24, 26) angeordnet ist.

12. Mikroventil oder Mikropumpe nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass an das Stellglied ein verstellbares Bauteil

(52, 56) des Mikroventils oder der Mikropumpe gekoppelt ist, insbesondere ein mit einem Dichtsitz (60) zusammenwirkendes Dichtelement (56).

13. Mikroventil oder Mikropumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das verstellbare Bauteil (52, 56) mittels eines Koppelelements (50) an die Leiterplatte (16) gekoppelt ist, welches das verstellbare Bauteil (52, 56) definiert zur Leiterplatte (16) ausrichtet.

14. Mikroventil oder Mikropumpe nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das verstellbare Bauteil ein Führungselement (52) ist, das mit einer Fluidmembran (56) verbunden ist oder zusammenwirkt und vorzugsweise über ein Gewinde mit dem Koppelelement (50) verbunden ist.

15. Mikroventil oder Mikropumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur elektrischen Kontaktierung der Leiterbahn (22) elastisch auslenkbare Kontaktfähnchen (62) an der Leiterplatte (16) angebracht sind.

Description:
Mikroventil oder Mikropumpe mit elektromagnetischem Aktor

Die Erfindung betrifft ein Mikroventil oder eine Mikropumpe, insbesondere für ein Fluidik-System, mit einem elektromagnetischen Aktor.

Elektromagnetische Aktoren werden häufig in der Fluidventiltechnik einge- setzt. Hierbei wird ein Anker aus magnetischem Material mittels eines Magnetfeldes bewegt, welches von einer Spule erzeugt wird. Besonders bei gewünschter Miniaturisierung sind die Möglichkeiten, einerseits Raum sparend zu konstruieren und andererseits genügend Magnetkraft zur Verfügung zu stellen, begrenzt.

Ein Schritt bei der Spulenfertigung ist der Fehler anfällige Drahtwickelprozess, bei dem vor allem im Fall kleiner werdender Drahtstärke Drahtbruch ein häufig auftretendes Problem ist. Ebenfalls nachteilig ist auf Grund von erzeugtem Wicklungskurzschluss produzierter Ausschuss. Diese Probleme betreffen insbesondere neuartige Mikroventile und Mikropumpen mit Aktoren, deren Abmessungen im Zentimeterbereich oder darunter liegen. Aus anderen Einsatzbereichen sind größere Aktoren mit einem durch Lo- rentzkräfte bewegbaren Stellglied bekannt. Beispielsweise zeigt die DE 103 30 460 A1 einen für einen Einsatz in Verbindung mit einem Sicherungsautomaten geeigneten elektrischen Aktor mit einem Stator und einem relativ dazu in einer Ebene beweglichen Stellglied. Am Stellglied sind mehrere parallele Leiterbahnen angeordnet. Eine Magnetanordnung erzeugt ein die Ebene der Leiterbahnen senkrecht durchsetzendes Magnetfeld. Das Stellglied wird durch Lorentzkräfte betätigt, die bei elektrischer Bestromung der Leiterbahnen im Magnetfeld wirken. Das Stellglied führt dabei eine Schwenkbewegung aus. Durch Änderung der Richtung des elektrischen Stroms relativ zum Magnetfeld ist das Stellglied zwischen zwei Schwenk-Endlagen verstellbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Mikroventil oder eine Mikropumpe mit einem geeigneten leistungsstarken elektromagnetischen Aktor zur Verfügung zu stellen, der zuverlässig mängelfrei hergestellt und mit geringer elektrischer Spannung betrieben werden kann. Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Mikroventil oder eine Mikropumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Das erfindungsgemäße Mikroventil bzw. die erfindungsgemäße Mikropumpe umfasst einen elektromagnetischen Aktor, der ein Stellglied und eine Magnetanordnung aufweist. Das Stellglied umfasst eine Leiterplatte mit wenigstens einer Leiterbahn. Die Magnetanordnung übt bei Bestromung der Leiterbahn eine Lorentzkraft auf das Stellglied aus. Das Stellglied ist linear beweglich gelagert.

Der Aktor des erfindungsgemäßen Mikroventils oder der erfindungsgemäßen Mikropumpe arbeitet ohne gewickelte Spule, sodass der zugehörige kritische Herstellungsschritt entfällt. Statt einer Spule weist das Stellglied eine Leiterplatte mit aufgedruckter Leiterbahn auf. Selbst in kleinen Abmessungen können geeignete Leiterplatten kostengünstig nach bewährten Standardverfahren der Leiterplattentechnik hergestellt werden. Die auf das Leiterplattenstellglied wirkende Kraft kann über die Dimensionierung der Strom durchflossenen Leiterbahn im Magnetfeld, die Stromstärke und die Dimensionierung des Magnetspalts, in der sich das Leiterplattenstellglied bewegt, vorgegeben werden. Die lineare Bewegungsrichtung des Leiterplattenstellglieds ist durch die Flussrichtung des Stroms und die Orientierung des Magnetfeldes bestimmbar. Durch Umkehr der Stromflussrichtung wirkt die Lorentzkraft in entgegengesetzter Richtung, wodurch eine lineare Rückstellbewegung des Stellglieds bewirkt wird. Auf ein Rückstellelement kann also verzichtet werden. Die durch die besondere Lagerung des Stellglieds erreichten umkehrbaren linearen Bewegungen lassen sich in Mikroventilen oder -pumpen beson- ders vorteilhaft nutzen.

Es ist von Vorteil, dass die zum Betrieb des Aktors benötigten Spannungen sehr gering sind. Die tatsächlich benötigte Spannung ist in hohem Maße abhängig von der elektrischen Kontaktierung des Leiterplattenstellglieds, insbesondere vom Widerstand der Kontaktierung, die beispielsweise durch die Drahtdicke bedingt ist. So lassen sich auch mit kleinen Spannungen Kräfte erzeugen, die ausreichen um insbesondere ein Ventilelement zu bewegen und einen Ventilsitz zu verschließen. Aufgrund der effektiven Umsetzung der elektrischen und magnetischen Energie in Bewegungsenergie können erfindungsgemäß ausgestatte- te Miniaturventile oder -pumpen mit Batterien oder Akkumulatoren betrieben werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Leiterbahn spiralförmig auf der Leiterplatte aufgebracht, vorzugsweise in Form einer rechteckigen Spirale. Diese Form beinhaltet mehrere Bereiche mit geraden, in gleicher Richtung mit Strom durchflossenen Leiterbahnabschnitten. Dies ermöglicht den Einsatz mehrerer, unterschiedlich orientierter Magnetfelder zur Erzeugung der als Antriebskraft dienenden Lorentzkraft. Selbstverständlich sind aber auch andere auf die Magnetanordnung abgestimmte und auf einfache Weise realisierbare Geometrien möglich.

Besonders bevorzugt ist eine Konfiguration, bei der ein erster Teil von Leiterbahnabschnitten, die bei Bestromung der Leiterbahn im Wesentlichen in einer ersten Stromflussrichtung vom Strom durchflössen werden, von einem in einer ersten Magnetfeldrichtung orientierten Magnetfeld durchsetzt ist, und ein zweiter Teil von Leiterbahnabschnitten, die bei Bestromung der Leiterbahn im Wesentlichen in einer der ersten Stromflussrichtung entgegengesetzten zweiten Stromflussrichtung vom Strom durchflössen werden, von einem in einer der ersten Magnetfeldrichtung entgegengesetzten zweiten Richtung orientierten Magnetfeld durchsetzt ist. In einer solchen Konfiguration kann die ohnehin vorhandene Polarität (Nord-/Südpol) von Permanentmagneten effektiv genutzt werden, um einen großen Teil der Leiterbahnabschnitte für die Erzeugung der Antriebskraft nutzbar zu machen. In den beiden Leiterbahnabschnitten mit unterschiedlicher Stromflussrichtung wird jeweils eine Lorentzkraft erzeugt, die in die gleiche Richtung wirkt, sodass daraus eine große Gesamtantriebskraft resultiert. Wie bereits erwähnt bestimmen unter anderem die Leiterbahnlänge und

-dicke die Größe der auf das Stellglied wirkenden Lorentzkraft. Die Leiterbahnlänge lässt sich durch eine mehrlagige Leiterplatte mit Durchkontaktierungen zwischen den Lagen erhöhen.

Zur linear beweglichen Lagerung des Stellglieds mit möglichst geringer Rei- bung kann ein miniaturisiertes Gleitlager, ein Festkörperlager oder eine Lagerbuchse mit einem Gleitzapfen eingesetzt werden. Für die Lagerung und/oder Führung des linear beweglichen Stellglieds ist dieses vorzugsweise von einem Gehäuse umgeben, das auf entgegengesetzten Seiten Durchbrüche für das Stellglied aufweist.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist in dafür innenseitig vorgesehenen Aussparungen des Gehäuses wenigstens ein Magnetpaar so angeordnet, dass eine gegenseitige anziehende Kraft auf die Magnete wirkt; wobei das Stellglied zwischen den beiden Magneten angeordnet ist.

Insbesondere in Bezug auf eine der oben genannten bevorzugten Leiterbahngeometrien ist die Anordnung der Leiterplatte in einem von zwei entgegengesetzt orientierten Magnetfeldern durchsetzten Längsspalt vorteilhaft. Der als magnetischer Arbeitsspalt dienende Längsspalt erlaubt die vorgesehene lineare Bewegung der als Stellglied fungierenden Leiterplatte in der Längsrichtung des Spalts.

In einer möglichen Ausgestaltung der Magnetanordnung sind wenigstens auf einer Seite des Längsspalts zwei Magnete übereinander angeordnet und durch einen Querspalt voneinander getrennt.

Zur Verstärkung des bzw. der von der Magnetanordnung erzeugten Magnetfelds bzw. Magnetfelder kann wenigstens eine Eisenplatte vorgesehen sein.

In einer alternativen Ausgestaltung der Magnetanordnung mit mehreren Magnetpaaren wirken zwischen gegenüberliegenden Abschnitten der Magnete Anziehungskräfte, wobei das Stellglied zwischen den Magnetpaaren angeordnet ist.

Gemäß einer bevorzugten Anwendung der Erfindung ist am Stellglied des elektromagnetischen Aktors ein verstellbares Bauteil des Mikroventils oder der Mikropumpe angebracht, insbesondere ein mit einem Dichtsitz zusammenwir- kendes Dichtelement.

Um eine präzise Auslenkung des verstellbare Bauteils zu gewährleisten, ist das verstellbare Bauteil vorzugsweise mittels eines Koppelelements an die Leiterplatte gekoppelt, welches das verstellbare Bauteil definiert zur Leiterplatte ausrichtet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mikroventils ist das verstellbare Bauteil ein Führungselement, das mit einer Fluid- membran verbunden ist oder zusammenwirkt und vorzugsweise über ein Gewinde mit dem Koppelelement verbunden ist. Die Fluidmembran ist geeignet, einen sehr kleinen Ventilsitz zuverlässig zu öffnen und zu schließen. Die Gewindeverbindung zwischen Führungselement und Koppelelement erlaubt vorteilhaft eine Feinjustage.

Zur elektrischen Kontaktierung der Leiterbahn können elastisch auslenkbare Kontaktfähnchen an der Leiterplatte angebracht sein, die die Bewegungen des Leiterplattenstellglieds im Betrieb ausgleichen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfol- genden Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:

Figur 1 eine räumliche Darstellung eines Aktors für ein erfindungsgemäßes Mikroventil oder eine erfindungsgemäße Mikropumpe;

Figur 2 eine Seitenansicht des in Figur 1 gezeigten Aktors; Figur 3 einen Längsschnitt durch den in Figur 2 dargestellten Aktor entlang der Linie IM-III;

Figur 4 eine Draufsicht auf eine Leiterplatte des Aktors;

Figur 5 eine alternative Anordnung von Magneten im Aktor;

Figur 6 eine weitere alternative Anordnung von Magneten im Aktor; Figur 7 eine Explosionsansicht der Magnete und der Leiterplatte gemäß der

Anordnung in Figur 5 ohne Eisenplatten; und

Figur 8 eine Explosionsansicht eines erfindungsgemäßen Mikroventils mit einem Aktor.

Die Figuren 1 , 2 und 3 zeigen einen Aktor 10 mit einem Gehäuseoberteil 12 und einem Gehäuseunterteil 14, die miteinander verbunden sind. Die beiden

Gehäuseteile 12, 14, die vorzugsweise aus einem gespritzten Kunststoff (z. B.

PA oder PPS) bestehen, umhüllen ein Stellglied, das eine Leiterplatte 16 umfasst und nachfolgend als Leiterplattenstellglied bezeichnet wird. Auf zwei entgegengesetzten Gehäusestirnseiten sind Ausnehmungen (Durchbrüche) 36, 38 vorgesehen, durch die entgegengesetzte Vorsprünge 18, 20 der Leiterplatte 16 ragen. Der aus dem Gehäuseoberteil 12 herausragende erste Vorsprung 18 dient vornehmlich dazu, eine elektrische Kontaktierung zu ermög- liehen. Der aus dem Gehäuseunterteil 14 heraus ragende zweite Vorsprung 20 ist zur mechanischen Anbindung eines verstellbaren Bauteils eines Ventils oder einer Pumpe vorgesehen.

In Figur 4 ist eine Draufsicht auf eine beispielhafte Ausbildung einer Leiterplatte 16 für den Aktor 10 dargestellt. Die Leiterplatte 16 kann eine Standard- leiterplatte oder eine mikrosystemtechnisch hergestellte Folienleiterplatte sein. Die Leiterplatte 16 ist im Wesentlichen rechteckig geformt und geht auf zwei entgegengesetzten Seiten in die schmaleren Vorsprünge 18, 20 über. Auf die Leiterplatte 18 ist eine spiralförmige Leiterbahn 22 aufgebracht, vorzugsweise in Form einer rechteckigen Spirale. Der Abstand zwischen den Leiterbahn- abschnitten beträgt etwa 0,1 mm. Es sind grundsätzlich auch andere Geometrien für die Anordnung der Leiterbahnen 22 auf der Leiterplatte 16 möglich, solange sie in einem Magnetfeld für die Erzeugung einer gerichteten Lorentzkraft sorgen, wie später noch genauer erläutert wird.

Im Schnittbild der Figur 3 ist zu erkennen, dass zumindest der obere Gehäuseteil 12 in zwei symmetrisch angeordnete vertikale Hälften 12a, 12b unterteilt ist, zwischen denen sich die Leiterplatte 16 befindet. Durch die beiden Vorsprünge 18, 20 der Leiterplatte 16 sind die elektrische und die mechanische Verbindung nach außen hergestellt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der zweite Vorsprung 20 fest mit einem Gleitzapfen 34 verbunden, welcher in einer in das Gehäuseunterteil 14 eingepressten Lagerbuchse 32 reibungsarm verschiebbar gelagert ist.

Insgesamt ist die Lagerung des Leiterplattenstellglieds so ausgelegt, dass es nur in den Richtungen A linear beweglich ist. Um auftretende Reibungskräfte möglichst auszuschließen und die Dynamik des Aktors 10 nicht zu beschränken, können anstelle der Lagerbuchse 32 mit dem Gleitzapfen 34 auch miniaturisierte Gleitlager oder Festkörperlager eingesetzt werden. Bei Verwendung des Aktors 10 in einem Ventil kann der Gleitzapfen 34 beispielsweise fest mit einem Dicht- element verbunden sein, welches durch die Bewegung des Stellglieds einen Ventilsitz abdichtet und freigibt.

In dafür innenseitig vorgesehenen Aussparungen des Gehäuseoberteils 12 ist in jeder Gehäuseteilhälfte 12a, 12b wenigstens ein Permanentmagnet 24, 26 angeordnet, zwischen welchen sich ein Abstand wenigstens in Leiterplattendicke (z. B. 0,4 mm) befindet. Dieser Abstand bildet einen Luft- bzw. Arbeitsspalt (Längsspalt) 40, in dem die Leiterplatte 16 als Stellglied linear beweglich angeordnet ist. Bei platten- oder stabförmiger Ausbildung der Permanentmagnete 24, 26 ' ergibt sich somit folgender Schichtaufbau: erster Permanentmagnet 24, Lei- terplatte 16, zweiter Permanentmagnet 26 (von rechts nach links). Als Material für die Permanentmagnete 24, 26 eignet sich insbesondere ein Nd-Fe-Material.

Die Permanentmagnete 24, 26 sind gleich dimensioniert und bezüglich des Längsspalts 40 symmetrisch angeordnet, wobei sich entgegengesetzte Pole der Permanentmagnete 24, 26 (Nord-/Südpol) gegenüberliegen. Aufgrund dieser Anordnung bilden sich zwischen den Permanentmagneten 24, 26 entgegengesetzt gerichtete Magnetfelder 28 und 30 aus. Die beiden Magnetfelder 28, 30 sind bezüglich der linearen Bewegungsrichtungen A des Leiterplattenstellglieds übereinander angeordnet. Die Feldlinien der Magnetfelder 28, 30 verlaufen größtenteils senkrecht zum Längsspalt 40 bzw. zu den linearen Bewegungsrich- tungen A des Leiterplattenstellglieds.

Bei Beaufschlagung der Leiterbahn 22 mit Strom fließt dieser in jedem horizontalen Leiterbahnabschnitt 22a der oberen Hälfte der rechteckigen Spirale in die gleiche (erste) Richtung und in jedem horizontalen Leiterbahnabschnitt 22b der unteren Hälfte der rechteckigen Spirale in die gleiche entgegengesetzte (zweite) Richtung. Dabei wirkt auf die obere Hälfte der rechteckigen Leiterbahnspirale das erste Magnetfeld 28 ein und auf die untere Hälfte das entgegengesetzt gerichtete zweite Magnetfeld 30. Dadurch ist sichergestellt, dass die Stromflussrichtung in den oberen Leiterbahnabschnitten 22a genauso senkrecht auf der Richtung des Magnetfelds 28 steht wie die Stromflussrichtung in den unteren Leiterbahnabschnitten 22a auf der Richtung des Magnetfelds 30.

Somit erfahren beide Spiralhälften gemäß der sogenannten "Drei-Finger- Reger 1 eine Lorentzkraft in die gleiche Richtung. Dies führt dazu, dass die Leiterplatte 16 eine Bewegung in einer der Richtungen A nach oben bzw. nach unten ausführt. Die tatsächliche Bewegungsrichtung hängt von der Flussrichtung des Stroms und der Orientierung der Magnetfelder 28, 30 ab. Bei einem Wechsel der Stromflussrichtung kehrt sich die Bewegungsrichtung der Leiterplatte 16 um.

Die insgesamt auf das Leiterplattenstellglied wirkende Kraft ist abhängig von der Gesamtlänge der Strom durchflossenen Leiterbahnabschnitte 22a, 22b in den Magnetfeldern 28, 30, von der Stromstärke und von der Größe des Längsspalts 40 zwischen den Permanentmagneten 24, 26. Insbesondere kann die Leiterplatte 16 mehrlagig mit Durchkontaktierungen zwischen den Lagen ausgeführt sein, um die Anzahl der wirksamen Leiterbahnabschnitte 22a, 22b in den Magnetfeldern 28, 30 zu erhöhen.

Für die benötigte elektrische Kontaktierung der Leiterplatte 16 ist es vorteilhaft, Drähte mit geringem Biegewiderstand, bewegliche Spiralelemente oder eine Kontaktierung in Kombination mit einem Festkörperlager zu verwenden. Dadurch bleibt die axiale (lineare) Bewegungsrichtung des Leiterplattenstellglieds unbe- einträchtigt.

In den Figuren 5 und 6 sind alternative Anordnungen von Permanentmagneten gezeigt. Bei der Anordnung gemäß Figur 5 sind auf beiden Seiten des Längsspalts 40 jeweils zwei Permanentmagnete 24a, 24b bzw. 26a, 26b übereinander angeordnet. Zwischen den beiden Permanentmagneten 24a, 24b bzw. 26a, 26b auf jeder Seite befindet sich jeweils ein Querspalt 42a bzw. 42b. Die Permanentmagnete 24a, 24b, 26a, 26b sind so orientiert, dass sich sowohl in Längs- als auch in Querrichtung immer entgegengesetzte Pole gegenüberliegen.

Zur Verstärkung der im Längsspalt 40 wirkenden Magnetfelder sind die übereinander angeordneten Permanentmagnete 24a, 24b bzw. 26a, 26b auf ihren vom Längsspalt 40 abgewandten Seiten jeweils über eine einen magnetischen Rückschluss bildende Eisenplatte 44 bzw. 46 magnetisch miteinander gekoppelt. Auch die Querspalte 42a, 42b können mit Eisen aufgefüllt sein. Anstelle von Eisen kann selbstverständlich auch ein anderes geeignetes magnetisch leitendes Material verwendet werden. Figur 7 veranschaulicht noch einmal die Magnetfeldrichtungen B, die Stromflussrichtung I und die resultierende Lorentzkraft F auf die Leiterplatte 16 für die Konfiguration der Magnetanordnung nach Figur 5. Die in Figur 6 gezeigte Magnetanordnung unterscheidet sich von der der Figur 5 dadurch, dass nur auf einer Seite des Längsspalts 40 zwei Permanentmagnete 24a, 24b übereinander angeordnet sind. Auf der gegenüberliegenden Seite ist nur eine Eisenplatte 46 vorgesehen. Die Eisenplatte erstreckt sich verti- kal über die gesamte Höhe der Permanentmagnete 24a, 24b. Dadurch ergeben sich im Längsspalt 40 ebenfalls zwei übereinander angeordnete Magnetfelder, die entgegengesetzt orientiert sind.

Der beschriebene Aktor 10 wird in der Fluidik als Antrieb für Mikroventile oder -pumpen eingesetzt. Figur 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Mikroventils mit einem solchen Aktor 10. Das Mikroventil umfasst neben dem Aktor 10 eine Abdeckkappe 48 mit einer darin untergebrachten Elektronik (Stromtreiber mit integrierter Leistungsabsenkung), ein Koppelelement 50, ein Führungselement 52, eine Klemmplatte 54 für eine Fluidmembran 56 als Gehäuseunterteil 14 und ein Fluidik-Bauteil 58 mit einem Ventilsitz 60. Zur elektrischen Kontaktierung der Leiterbahn 22 der Leiterplatte 16 sind an deren oberem Vorsprung 18 Kontaktfähnchen 62 angebracht. Die Kontaktfähnchen 62 stehen jeweils einerseits mit einem Ende der Leiterbahn 22 und andererseits mit einem aus der Abdeckkappe 48 heraus geführten elektrischen Anschluss 64 in Kontakt. Die Kontaktfähnchen 62 sind elastisch auslenkbar, so- dass in jeder möglichen Lage der Leiterplatte 16 eine elektrische Verbindung zwischen den Anschlüssen 64 und der Leiterbahn 22 sichergestellt ist. Die Kontaktfähnchen 62 werden aus einer messingbeschichteten Folie mithilfe eines Lasers ausgeschnitten.

Auf der entgegengesetzten Seite ist die Leiterplatte 16 einschließlich des unteren Vorsprungs 20 fest mit dem Koppelelement 50 verbunden. Das Koppelelement 50 weist hierzu auf seiner einen Seite eine Nut auf, in die die Leiterplatte 16 geschoben ist, wodurch eine Klemmwirkung hervorgerufen wird.

Auf der entgegengesetzten Seite weist das Koppelelement 50 eine hohlzy- lindrische Aufnahme auf, in der das zylindrische Führungselement 52 aufge- nommen ist. Das Führungselement 52 ist über ein Gewinde mit dem Koppelelement 50 verbunden. Die Schraubverbindung bietet die Möglichkeit der Justierung zum Toleranzausgleich der Teile. Das Koppelelement 50 richtet somit die beiden Bauteile Leiterplatte 16 und Führungselement 52 zueinander aus.

Das Führungselement 52 wird in der Lagerbuchse 32 der Klemmplatte 54 geführt und kann die zwischen der Klemmplatte 54 und dem Fluidik-Bauteil 58 eingespannte Fluidmembran 56 auf den im Fluidik-Bauteil 58 gebildeten Ventilsitz 60 drücken.

Das Mikroventil kann so ausgelegt sein, dass das Führungselement 52 in einer Ruhestellung der Leiterplatte 16 (unbestromt) die Fluidmembran 56 auf den Ventilsitz 60 drückt. Alternativ kann das Mikroventil so ausgelegt sein, dass das Führungselement 52 die Fluidmembran 56 nur bei einer Bestromung der Leiterbahn 22, die eine Auslenkung der Leiterplatte 16 nach unten bewirkt, auf den Ventilsitz 60 drückt. In beiden Fällen wird der Ventilsitz 60 durch Bestromung der Leiterbahn 22 in entgegengesetzter Richtung freigegeben.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Führungselement 52 fest mit der Fluidmembran 56 verbunden, sodass das Leiterplattenstellglied beim Öffnungsvorgang das Führungselement 52 samt Fluidmembran 56 mitnimmt.

Die als Dichtelement dienende Fluidmembran 56 kann als Formdichtung ausgeführt sein mit einer Dicke von 0,08 - 0,15 mm. Als Material kann Silikon oder ein Elastomer vorgesehen sein. Statt dem in Figur 8 gezeigten Schlauchanschluss 66 am Fluidik-Bauteil 58 ist auch eine Flanschausführung möglich.

Mit einem solchen Mikroventil können bei einem Strom von maximal 1 Ampere Drücke von etwa 2 bar sicher geschaltet werden. Das Mikroventil kann z. B. in den Gesamtabmessungen 10 x 10 x 17 mm hergestellt werden. Dies ermöglicht einen äußerst kompakten Aufbau eines Fluidik-Systems mit einer bislang nicht möglichen Anordnung mehrerer Mikroventile nebeneinander auf engstem Raum.