Wie funktioniert eigentlich …
... ein Piezoventil?
Seit über 30 Jahren stellt HOERBIGER hochpräzise Piezoventile für anspruchsvolle Einsatzbereiche her und entwickelt die Ventile stetig weiter. Doch wie funktionieren diese winzigen Schaltregler überhaupt? Philipp Baldermann, Leiter der Business Unit Flow & Motion Control in Altenstadt, erklärt es uns.
Was ist ein Piezoventil?
Philipp Baldermann — Ein Mikroventil steuert den Gasfluss in verschiedenen Anwendungen, ähnlich, wie Herzklappen den Blutfluss im Körper regulieren. Es öffnet und schließt, um die Gasmenge zu kontrollieren, die durchfließt. Anders als unser Herz können Piezoventile aber nur Gase wie Luft, Sauerstoff oder Stickstoff steuern, nicht aber Flüssigkeiten, da diese die kleinen Kanäle im Ventil verstopfen würden.
Und wie funktioniert das genau?
PB — Ein Biegewandler besteht wie ein Sandwich aus zwei Schichten Piezokeramik und einer Trennschicht dazwischen. Mittels Spannungszugabe dehnen sich die Keramikschichten aus und biegen den Wandler, wodurch das Ventil geöffnet oder geschlossen wird. Die Bewegung erstreckt sich auf nur 50 Mikrometer, was etwa dem halben Durchmesser eines menschlichen Haares entspricht, und basiert auf dem piezoelektrischen Effekt, bei dem sich piezoelektrische Materialien durch elektrische Felder verformen.
Wo kommen Piezoventile zum Einsatz?
PB — Überall dort, wo höchste Geschwindigkeit, maximale Genauigkeit und minimaler Stromverbrauch benötigt werden. Beispiele sind Beatmungsgeräte für Frühgeborene, pneumatische Skalpelle für Augenoperationen oder die Messung der Dichtheit von elektronischen Geräten. Nach 30 Jahren auf dem Markt finden wir aber auch ständig neue Anwendungen, wie die Reinigung von Mikroprozessoren in der Chipfertigung.
Was ist der Vorteil gegenüber mechanischen oder magnetischen Ventilen?
PB — Mechanische Ventile brauchen zusätzliche Motoren, was im Mikro- und Präzisionsbereich nicht möglich ist. Magnetventile verbrauchen viel Energie, da der Magnet immer Strom benötigt und sich stark erwärmt, was sie für wärmeempfindliche Anwendungen wie die Beatmung oder Dichtheitsmessung ungeeignet macht. Magnetventile können entweder schnell oder genau sein, aber nicht beides gleichzeitig. HOERBIGER Piezoventile sind sowohl schnell als auch genau und verbrauchen sehr wenig Energie. Die in einer Erdbeere enthaltene Energie (ca. 21.000 Joule) würde ausreichen, um das Ventil eine Milliarde Mal zu schalten. Deshalb können die Ventile auch in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden.
Die in einer Erdbeere enthaltene Energie würde ausreichen, um ein Piezoventil eine Milliarde Mal zu schalten.