Dosieren mit Piezoventilen

Bei Nano- oder Picoliterdosierern müssen die eingesetzten Antriebe mit hohen Betriebsfrequenzen bis zu einigen kHz arbeiten und dabei die erforderliche kinetische Energie aufbringen, um kleinste Tröpfchen ohne Nachtropfen, Vernebelung oder Satellitenbildung zu erzeugen.

Piezoventile sind dafür gut geeignet: die Piezoaktoren können das Ventil direkt schalten, aber auch gegen eine Verschlussfeder oder einen flexiblen Schlauch zur Volumenverdrängung arbeiten.

Modernste Mikrodosiertechnik

Dosieraufgaben können nicht nur mit gängigen Membranpumpen ausgeführt werden; wo zähere Flüssigkeiten, die höhere Kräfte erfordern, zu dosieren sind, werden gerne piezoelektrische Mikroventile verwendet.

Je nach Tropfengröße und damit erforderlichem Membranhub kann der Antrieb hier direkt mit Piezoaktoren oder mit Hilfe hebelübersetzter Systeme erfolgen.

 

Piezoelektrische Mikro- und Nanodispenser

Piezoelektrische Mikrodispenser übernehmen Verteil- und Dosieraufgaben, wo kleine Mengen im Milli- oder Mikroliterbereich zu steuern sind. Verfahren, die feine Tröpfchen mit Volumina im Mikro- oder Nanoliterbereich produzieren, arbeiten heute oft kontaktlos, d. h. die Tröpfchen werden aus einer Düse ausgestoßen und treffen danach auf das Substrat, möglichst ohne ihre Form einzubüßen.

Ein großer Markt dafür bildet die bei professionellen, großflächigen Druckern übliche Inkjet-Technologie. Die hochwertigen Farben werden als Tröpfchen mit genau definierten Volumina im Bereich zwischen 1 bis 100 Picolitern aus Düsen auf das Papier geschleudert, um die einzelnen Punkte zu erzeugen.

Auch im Bereich industrieller Fertigung ist man auf exakt dosierte Tröpfchen angewiesen, z. B. bei Packaging und Montage von Halbleiter-Chips oder in der Leiterplatten-Fertigung (PCB).

 

Piezoventile in der Biotechnologie, Medizintechnik und Diagnostik

Noch komplexer sind die Anforderungen an die Nanoliterdosierung in Biotechnologie, Medizintechnik oder Diagnostik. So müssen bei der Herstellung von Microarrays und Lab-on-a-chip-Systemen sowie für die Wirkstoff-Forschung meist viele verschiedene Flüssigkeiten mit recht unterschiedlichen Eigenschaften präzise dosiert werden.

Dabei gilt es, zum einen gegenseitige Kontaminationen zu verhindern. Zum anderen muss die verwendete Technik in der Lage sein, unter Berücksichtigung von Viskosität, Oberflächenspannung und Dichte der Medien sowie der Dosiergeschwindigkeit perfekte Tröpfchen zu generieren.

Vernebelung, Satellitenbildung beim Auftreffen oder ein Nachtropfen sind zu verhindern, um zuverlässige und wiederholbare Ergebnisse zu erhalten, z. B. beim Drug-Screening.

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Success Story: Antriebselemente aus piezoelektrischen Materialien

Die treibende Kraft für hochgenaue Dosieranwendungen
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Broschüre: Piezo-Antriebe für die Medizintechnik

Pumpen und Dosieren
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Katalog: Piezokeramische Materialien und Bauelemente

Grundlagen, Eigenschaften und Anwendungen
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