Mikroventile können allgemein in der Pneumatik und Fluidik bei der Steuerung von Gas- und Flüssigkeits-Strömungen, also Fluidströmungen, verwendet werden. Ein solches Ventil kann dabei entweder die Funktion eines Vorsteuerventils besitzen oder direkt der Steuerung eines Volumenstromes bzw. Drucks in einem Arbeitskolben und dergleichen dienen.

Derzeit bekannte piezoelektrisch betriebene Mikroventile, die auf dem inversen piezoelektrischen Effekt beruhen, wei- sen eine gro e, meist einseitig eingespannte Piezokeramik auf, mit der der Fluidstrom direkt geregelt wird. Ein derar- tiges piezoelektrisch betriebenes Silizium-Mikroventil ist in R. RoBberg, B. Schmidt, S. Büttgenbach: Mikro Liquid Do- sing System", Microsystem Technologies 2 (1995), Seiten 11 bis 16, Springer-Verlag 1995, beschrieben. Bei solchen Mi- kroventilen kann die Piezokeramik entweder selbst als Ven- tilstö el dienen oder es wird ein direkt von der Piezokera- mik geführter Ventilstö el eingesetzt.

Die in der obigen Schrift beschriebenen Mikroventile weisen einen Nachteil dahingehend auf, da für die für einen gro en Durchflu benötigte Auslenkung des Ventilstö els, der auch als Ventilklappe bezeichnet werden kann, über dem Ventilsitz eine sehr lange Piezokeramik benötigt wird. Zur Aufnahme ei- ner solchen Piezokeramik ist selbstverständlich auch ein entsprechend gro es Gehäuse erforderlich. Die bekannten pie- zobetriebenen Mikroventile, wie sie beispielsweise in der oben genannten Schrift beschrieben sind, weisen also im Ver- gleich zu Ihrer Baugrö e eine relativ kleine Ventilöffnung, d.h. Nennweite, auf.

Aus A. Dogan, J.F. Fernandez, J.F. Tressler, K. Uchino, R.E.

Newnham: "Properties of piezoelectric actuators"; Procee- dings 5th International Conference on New Actuators 1996; Bremen 26.-28. Juni 1996, und J.F. Fernandez, A. Dogan, J.F.

Tressler, K.Uchino, R.E. Newnham: "Tailoring performance of cymbal actuators", Proceedings 5th International Conference on New Actuators, Bremen 26.-28. Juni 1996, sind piezoelek- trische Betätigungsglieder bekannt, die aus einem piezoelek- trischen Keramikmaterial als einem Antriebselement bestehen, das zwischen zwei Endabdeckungen, die an ihren Rändern mit dem Keramikmaterial verbunden sind, angeordnet ist. Durch diese Anordnung wird eine laterale Bewegung der piezoelek- trischen Keramik in eine gro e axiale Verschiebung senkrecht zu den Endabdeckungen umgewandelt und verstärkt. Wie in der Schrift "Tailoring performance of cymbal actuators" be- schrieben ist, werden als Endabdeckungen Metalle bzw. Me- tallegierungen verwendet, beispielsweise Zirkon, Messing, kohlenstoffarmer Stahl, Molybdän oder Wolfram.

Das Abstract der JP-A-07158757 offenbart ein Mikroventil mit einem Grundkörper, der eine Durchla öffnung aufweist, die mittels einer Verdickung einer Siliziummembran verschlie bar ist. Auf der Siliziummembran ist ein piezoelektrischer Ak- tuator angebracht, durch den die Siliziummembran zum Öffnen und Schlie en der Durchla öffnung verschoben werden kann.

Die FR-A-2642812 beschreibt ein Mikroventil, bei dem ein Stö elbauglied mittels piezoelektrischer membranartiger Bau- glieder, die mit Flächenelektroden versehen sind, derart ge- lagert ist, da mittels des Stö elbauglieds eine Durchla - öffnung geöffnet und verschlossen werden kann.

Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, piezoelektrisch betriebene Mikroventile zu schaffen, die eine gegenüber be- kannten piezoelektrisch betriebenen Mikroventilen deutlich reduzierte Baugrö e aufweisen.

Diese Aufgabe wird durch ein Mikroventil gemä Anspruch 1 und ein Mikroventil gemä Anspruch 12 gelöst.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Mikroventil, das einen Grundkörper mit einer Durchla öffnung, einen Stö el, eine Aufhängungsvorrichtung, durch die der Stö el gegenüber dem Grundkörper derart führbar ist, da die Durchla öffnung durch den Stö el verschlossen oder freigegeben werden kann, und eine piezoelektrische Betätigungsvorrichtung zur Betä- tigung des Stö els, deren Erstreckung in Längsrichtung durch das Anlegen einer elektrischen Spannung veränderbar ist, aufweist. In Längsrichtung voneinander beabstandete Enden der piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung sind mit in Längsrichtung voneinander beabstandeten Enden der Aufhän- gungsvorrichtung verbunden. Bei dem erfindungsgemä en Mikro- ventil wird eine durch das Anlegen einer elektrischen Span- nung bewirkte Änderung der Erstreckung der piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung in Längsrichtung in eine Bewegung des Stö els senkrecht zu der Längsrichtung übersetzt, derart, da dadurch die Durchla öffnung freigegeben oder verschlos- sen wird. Die Aufhängungsvorrichtung ist an zumindest zwei beabstandeten Stellen derselben derart an dem Grundkörper befestigt, da eine im wesentlichen spannungsfreie Drehbe- wegung des Stö el-Chips möglich ist.

Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Mikroventil mit einem Grundkörper mit einer Durchla öffnung, einem Stö el und einer Aufhängungsvorrichtung, durch die der Stö el ge- genüber dem Grundkörper derart führbar ist, da die Durch- la öffnung durch den Stö el verschlossen oder freigegeben werden kann, wobei der Stö el die Durchla öffnung ver- schlie t, wenn keine Spannung an dem piezoelektrischen Betä- tigungsglied anliegt, und die Durchgangsöffnung offen lä t, wenn eine Spannung an dem piezoelektrischen Betätigungsglied anliegt. Eine piezoelektrische Betätigungsvorrichtung zur Betätigung des Stö els, deren Erstreckung in Längsrichtung durch das Anlegen einer elektrischen Spannung veränderbar ist, ist vorgesehen. Das piezoelektrische Betätigungsglied ist mittels einer Befestigungsvorrichtung an der dem Stö el und der Aufhängungsvorrichtung abgewandten Seite an dem Grundkörper angebracht, wobei die piezoelektrische Betäti- gungsvorrichtung zumindest ein Durchgangsloch aufweist, das über die Befestigungsvorrichtung in fluidmä iger Verbindung mit dem Durchgangsloch in dem Grundkörper ist. Der Stö el verschlie t das Durchgangsloch des Grundkörpers durch das Verschlie en des Durchgangslochs des Betätigungsglieds. In Längsrichtung voneinander beabstandete Enden der piezoelek- trischen Betätigungsvorrichtung sind mit in Längsrichtung voneinander beabstandeten Enden der Aufhängungsvorrichtung verbunden, wobei eine durch das Anlegen einer elektrischen Spannung an die piezoelektrische Betätigungsvorrichtung be- wirkte Änderung der Erstreckung der piezoelektrischen Betä- tigungsvorrichtung in Längsrichtung bewirkt eine Bewegung des Stö els im wesentlichen senkrecht zu der Längsrichtung, um dadurch die Durchla öffnung freizugeben oder zu ver- schlie en.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine besondere Bauweise von Mikroventilen, die den inversen piezoelektri- schen Effekt als Antriebsmechanismus benutzen, und insbeson- dere auf eine besondere Ausgestaltung des piezoelektrischen Antriebsmechanismusses, der eine für einen gro en Durchflu benötigte Auslenkung bei einer reduzierten Baugrö e eines piezoelektrisch betriebenen Mikroventils ermöglicht. Dieser piezoelektrische Aktor, der auch als Piezokeramik bezeichnet werden kann, ist für Mikroventile mit einer unterschiedli- chen Anzahl von Wegen und Schaltzuständen verwendbar. Ein 2/2-NO-Ventil weist beispielsweise zwei Wege und zwei Schaltzustände auf, und ist normal offen, d.h. ohne das An- legen einer Spannung an den Aktor ist ein Weg, d.h. eine Durchla öffnung, des Ventils durch den Ventilstö el nicht verschlossen. Ein 2/2-NG-Ventil weist zwei Wege und zwei Schaltzustände auf, wobei eine Durchla öffnung im Ruhezu- stand geschlossen ist. Ferner sind Ventile mit drei Wegen und zwei Schaltzuständen oder Ventile höherer Ordnung rea- lisierbar.

Durch das erfindungsgemä e Mikroventil kann aufgrund einer mechanischen Übersetzung zwischen einem Stö el und einer piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung, wobei die mecha- nische Übersetzung durch die Aufhängungsvorrichtung des Stö els geliefert wird, die Baugrö e von piezoelektrisch be- triebenen Ventilen deutlich reduziert werden. Durch die He- belübersetzung wird eine relativ geringe laterale Schrump- fung, d.h. eine Änderung der Erstreckung der Piezokeramik in Längsrichtung, in eine relativ hohe vertikale Auslenkung, d.h. eine hohe Auslenkung senkrecht zu der Erstreckung der Piezokeramik in Längsrichtung, des Ventilstö els über dem Ventilsitz umgewandelt. Dadurch sind auf geringer Fläche gro e Öffnungsweiten des Ventils realisierbar. Die nachfol- gend beschriebenen erfindungsgemä en Ventile können zudem im Gegensatz zu den bisher bekannten Ausführungen mit einer, in der Halbleitertechnik üblichen, Full-Wafer-Verbindungstech- nik montiert werden. Dies bedeutet, da auf einem Substrat nebeneinander sehr viele identische Bauteile gleichzeitig hergestellt werden können. Durch Vereinzeln am Ende des Her- stellungsprozesses werden dann die einzelnen Ventile gefer- tigt. Durch die Verwendung dieses sogenannten Batch-Verfah- rens steigt die Reproduzierbarkeit der Bauteilspezifikatio- nen. Durch diese Herstellung wird sowohl eine Kostenerspar- nis, da die Strukturen gleichzeitig gefertigt werden können, als auch eine Vereinfachung, da bereits ein Funktionstest im Waferverbund stattfinden kann, erreicht.

Die Baugrö e von piezoelektrisch betriebenen Mikroventilen, die gemä der vorliegenden Erfindung aufgebaut sind, kann bei gleichbleibendem Durchflu im Vergleich zu bekannten Mi- kroventilen drastisch verringert sein. Dies ermöglicht eine höhere Packungsdichte, beispielsweise bei sogenannten Ven- tilinseln, wodurch es möglich wird, z.B. pneumatisch ge- steuerte Maschinen zu verkleinern oder überhaupt erst zu realisieren. Vor allem auch der Einsatz von Mikroventilen im Kraftfahrzeugbereich ist eng mit der Baugrö e und dem daraus resultierenden Gewicht der Mikroventile gekoppelt. Daneben können, wenn die bisherige Baugrö e beibehalten wird, höhere Durchflüsse erzielt werden. Somit können schnellere Schalt- zeiten, beispielsweise von Arbeitskolben erreicht werden.

Durch die verringerte Baugrö e, die für einen gegebenen Durchflu nötig ist, sind ferner die Kosten für die Gehäu- sung reduziert.

Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist die Aufhängungsvorrichtung an zumindest zwei beabstandeten Stellen derselben mittels zumindest eines Drehgelenks an dem Grundkörper angebracht. Dabei sind die Aufhängungsvorrichtung, der Stö el und die drehgelenkartige Befestigung der Aufhängung an dem Grundkörper vorzugsweise einstückig aus einem mikromechanisch gefertigten Chip gebil- det. Somit ermöglicht die vorliegende Erfindung eine span- nungsfreie Drehbewegung des Stö el-Chips, obwohl der Stö el-Chip mit einer ausreichend gro en Fläche an der Grundplatte angebracht ist.

Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den ab- hängigen Ansprüchen dargelegt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich- nungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1A und 1B schematische Querschnittansichten zur Veran- schaulichung des piezoelektrischen Aktors für ein Mikroventil gemä der vorliegenden Erfindung; Fig. 2A und 2B schematische Querschnittansichten eines er- sten Ausführungsbeispieles eines Mikroventils gemä der vorliegenden Erfindung im Ruhezustand bzw. im aktivierten Zustand; Fig. 3 eine schematische Querschnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Mikroventils gemä der vorliegenden Erfindung im Ruhezustand; Fig. 4 eine schematische Querschnittansicht eines vierten Ausführungsbeispiels eines Mikroventils gemä der vorliegenden Erfindung im Ruhezustand; und Fig. 5A und 5B eine schematische Querschnittsdarstellung ei- nes fünften Ausführungsbeispiels des Mikroventils gemä der vorliegenden Erfindung im Ruhezustand bzw.

im aktivierten Zustand; und Fig. 6 eine schematische Querschnittsdarstellung eines sechsten Ausführungsbeispiel eines Mikroventils ge- mä der vorliegenden Erfindung im aktivierten Zu- stand.

Ein Betätigungsglied, bestehend aus einer Piezokeramik und einem mittels einer Aufhängungsvorrichtung 12 an der Piezo- keramik 10 befestigten Stö el 14, ist in den Fig. 1A und 1B dargestellt. Die Piezokeramik 10 dient als eigentlicher An- trieb. An die Piezokeramik 10 ist in üblicher Weise über an derselben angebrachte Elektroden (nicht gezeigt) eine Span- nung anlegbar.

An der Piezokeramik 10 ist ein mikromechanisch strukturier- ter Chip 16 angebracht. Der Chip ist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein Halblei- ter-Chip. Der mikromechanisch strukturierte Chip 16 kann beispielsweise mittels herkömmlicher Ätztechniken gefertigt sein. Als Chip-Material kann beispielsweise Silizium verwen- det sein. Alternativ kann der Chip auch ein mittels eines Spritzgu -Verfahrens, z.B. LIGA-Verfahrens (LIGA = Lithogra- phie, Galvanische Abformung), gefertigter Chip sein und so- mit aus Kunststoff bestehen.

Bei dem in den Fig. 1A und 1B dargestellten Betätigungsglied ist der Chip an allen Rändern fest mit der Piezokeramik ver- bunden, während der im wesentlichen in der Mitte des mikro- mechanisch strukturierten Chips befindliche, an den elasti- schen Aufhängungen 12 befestigte Stö el 14 vertikal beweg- lich ist. Bei einem 2/2-Wege-Ventil ist es jedoch nicht not- wendigerweise erforderlich, da der Chip an allen Rändern mit der Piezokeramik verbunden ist, da es für die Wirkungs- weise der erfindungsgemä en piezoelektrischen Betätigung des Stö els ausreicht, wenn der Chip zumindest an zwei voneinan- der beabstandeten Enden, die vorzugsweise sich gegenüberlie- gende Enden sind, mit der Piezokeramik verbunden ist, wobei der Stö el in einem Bereich zwischen den an der Piezokeramik befestigten Abschnitten des Chips angeordnet ist.

Die elastischen Aufhängungen 12 können aus einer Membran be- stehen, in der Durchführungen 18 für einen Druckausgleich angeordnet sein können. Die elastischen Aufhängungen können jedoch auch aus einzelnen Streifen bestehen, die den Stö el 14 mit dem an der Piezokeramik befestigten Teil des mikrome- chanisch strukturierten Chips 16 verbinden. Entlang des Um- fangs weist der mikromechanisch gefertigte Chip eine sich von der Piezokeramik 10 weg erstreckende Umrandung 20 auf, die für eine Befestigung des Betätigungsglieds an einem Ven- tilgrundkörper dienen kann.

In Fig. 1A ist der Zustand des Betätigungsglieds darge- stellt, wenn keine Spannung an die Piezokeramik 10 angelegt ist. Wird eine elektrische Spannung an die Piezokeramik an- gelegt, verringert die Piezokeramik 10 ihre laterale Aus- dehnung. Dies ist durch die parallel zu der Piezokeramik verlaufenden Pfeile in den Figuren, beispielsweise in Fig.

1B, dargestellt. Der entlang der Umrandung der Piezokeramik 10 mit derselben verbundene mikromechanisch strukturierte Chip 16 wird dabei gestaucht, wobei der Stö el 14 aufgrund der in dem mikromechanisch strukturierten Chip 16 auftreten- den lateralen Druckspannung dazu tendiert, sich in vertika- ler Richtung zu bewegen. Dies ist durch den Pfeil in Fig. 1B angezeigt. Bei einer geeigneten Formgebung des Chips 16 lä t sich hierbei eine Hebelwirkung erzielen, die den geringen lateralen Schrumpf der Piezokeramik 10 in eine hohe vertika- le Auslenkung des Stö els 14 übersetzt und damit eine gro e Ventilöffnungsweite ermöglicht. Im Gegensatz dazu folgt bei Mikroventilen herkömmlicher Bauart der Ventilstö el direkt der Bewegung der Piezokeramik und ist damit in seiner Aus- lenkung auf den Wert der Auslenkung der Piezokeramik be- schränkt.

In den Fig. 2A und 2B ist ein erstes Ausführungsbeispiel ei- nes Mikroventils gemä der vorliegenden Erfindung darge- stellt. Es handelt sich dabei um ein 2-2-NO-Mikroventil, das zwei Wege, d.h. zwei Durchla öffnungen, und zwei Schaltzu- stände aufweist, wobei das Mikroventil im deaktivierten Zu- stand geöffnet ist. Bei dem in den Fig. 2A und 2B darge- stellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemä en Mikro- ventils befinden sich die Ventilöffnungen 30 und 32 in einer Grundplatte 34, die beispielsweise aus Keramik besteht. Die Grundplatte 34 kann ferner gleichzeitig zur elektrischen Kontaktierung dienen. An den Ventilöffnungen 30 und 32 sind Fluidanschlüsse (nicht dargestellt) angebracht, beispiels- weise ein Verbraucheranschlu und ein Druckanschlu .

Auf der Grundplatte 34 ist ein mikrostrukturierter Stö el- Chip 16, der bei diesem Ausführungsbeispiel dem Chip ent- spricht, der in den Fig. 1A und 1B dargestellt ist, entlang seiner Umrandung, d.h. entlang der Randnase 20, befestigt, derart, da der Stö el 14 in der Mitte des mikromechanisch strukturierten Chips 16 frei beweglich ist. An dem mikrome- chanisch strukturierten Chip 16 ist ferner, wie bezugnehmend auf die Fig. 1A und 1B beschrieben wurde, eine Piezokeramik 10 angebracht. Die der Grundplatte 34 zugewandte Seite des Stö els 14 ist dabei gegenüber der Oberfläche der Grundplat- te 34 etwas zurückgesetzt. Dadurch wird die Höhe der Ventil- öffnung definiert.

Bei dem in den Fig. 2A und 2B dargestellten Ausführungsbei- spiel ist der der Grundplatte 34 zugewandte Chiprand, d.h.

die Fläche der Randnase 20, die an der Grundplatte 34 befe- stigt ist, sehr schmal ausgestaltet, was eine spannungsfreie Drehbewegung des Stö el-Chips ermöglicht. An der Grundplatte 34 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ferner eine Gehäuseabdeckung 36 angebracht, die eine Kapselung für den oben beschriebenen Aufbau liefert und ferner als Gasführung verwendet werden kann.

Wird nun eine elektrische Spannung an die Piezokeramik 10 angelegt, so ändert dieselbe Ihre Erstreckung in Längsrich- tung, d.h. sie verringert ihre laterale Ausdehnung. Dies ist in Fig. 2B wiederum durch die parallel zur Längsausdehnung der Piezokeramik 10 verlaufenden Pfeile angezeigt. Der an der Umrandung mit der Piezokeramik 10 verbundene mikrostruk- turierte Stö el-Chip 16 wird dabei gestaucht und tendiert dazu, die auftretende laterale Druckspannung durch ein Aus- weichen in vertikaler Richtung zu reduzieren. Durch diese vertikale Bewegung des Stö els 14 wird bewirkt, da die Durchla öffnung oder Ventilöffnung 30 der Grundplatte 34 verschossen wird. Durch die Formgebung des mikrostrukturier- ten Stö el-Chips 16 kann eine Übersetzung einer geringen la- teralen Kontraktion der Piezokeramik 10 in eine hohe verti- kale Auslenkung des Stö els 14 erreicht werden. Die in Fig.

2B dargestellten Pfeile 37 und 37' stellen ferner die nahezu spannungsfreie Drehbarkeit des Stö el-Chips dar, die durch die schmale Befestigungsfläche des mikrostrukturierten Stö el-Chips an der Grundplatte 34 gewährleistet ist. Durch die Wahl der Richtung der Fluidströmung durch das Ventil kann das Öffnen des Ventils unterstützt werden, oder alter- nativ das Schlie en desselben, wodurch sich ein verbessertes Leckratenverhalten ergibt.

In Fig. 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegen- den Erfindung dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein 2/2-NG-Ventil, das zwei Wege und zwei Schaltzustände aufweist und im deaktivierten Zustand ge- schlossen ist. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungs- beispiel ist wiederum ein mikromechanisch strukturierter Stö el-Chip 38 an einer Piezokeramik 40 angebracht. Der Stö el-Chip 38 weist wiederum einen Stö el 42 auf, der über eine elastische Aufhängung 44 an einem entlang des Umfangs des Stö el-Chips mit der Piezokeramik 40 verbundenen Teil 46 des Stö el-Chips 38 angebracht ist. Die Montage des Stö el- Chips an der Piezokeramik 40 erfolgt in diesem Fall derart, da der Ventilstö el 42 durch den Montageprozess bereits mit einer gewissen mechanischen Vorspannung beaufschlagt ist, und auf dem Ventilsitz aufliegt, wobei der Ventilsitz da- durch verschlossen wird.

Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel weist wiede- rum eine beispielsweise aus Keramik bestehende Grundplatte 48, die zwei Ventilöffnungen 50 und 52 aufweist, sowie einen Gehäusedeckel 54 auf. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist jedoch auch die Piezokeramik 40 zwei Durchla öffnungen 56 und 58 auf. Die Piezokeramik 40 ist über eine Befestigungs- vorrichtung, die jedoch eine laterale Expansion und Kontrak- tion der Piezokeramik zulä t, mit der Grundplatte 48 derart verbunden, da die Ventilöffnung 50 der Grundplatte 48 mit der Durchla öffnung 56 der Piezokeramik 40 fluidmä ig ver- bunden ist, und da die Ventilöffnung 52 der Grundplatte 48 mit der Durchla öffnung 58 der Piezokeramik 40 verbunden ist.

In dem Fall, in dem keine Spannung an die Piezokeramik ange- legt ist, verschlie t der Stö el 42 bei dem in Fig. 3 darge- stellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Durchla öffnung 56 in der Piezokeramik 40 und somit die mit der Durchla öffnung 56 fluidmä ig verbundene Ventilöffnung 50 in der Grundplatte 48. Wird nun eine Spannung an die Pie- zokeramik 40 angelegt, verringert dieselbe durch den inver- sen piezoelektrischen Effekt ihre Ausdehnung in Längsrich- tung, wobei diese Schrumpfung in eine Vertikalbewegung des Stö els 42 nach oben übersetzt wird. Dadurch wird die Durch- la öffnung 56 in der Piezokeramik 40 freigegeben und damit auch die Ventilöffnung 50 in der Grundplatte 48. Bei diesem Ventil kann die Richtung der Fluidströmung derart gewählt werden, da das Schlie en des Ventils unterstützt wird. Dies führt zu einem verbesserten Schlie - und Leckratenverhalten.

Ein drittes Ausführungsbeispiel eines Mikroventils gemä der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 4 dargestellt. Die Grund- platte 48 mit Durchla öffnungen 50, 52 und die Piezokeramik 40 mit Durchla öffnungen 56 und 58 weisen bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel den gleichen Aufbau wie bei dem bezugnehmend auf Fig. 3 beschriebenen Ausführungs- beispiel auf. Auf der Piezokeramik ist wiederum ein mikrome- chanisch strukturierter Stö el-Chip 60 angeordnet. Die ela- stischen Aufhängungen, durch die der Stö el 62 an dem an der Piezokeramik 40 befestigten Teil des Stö el-Chips 60 befe- stigt ist, weisen Fluiddurchführungen auf, die beispielhaft als Unterbrechungen 64 dargestellt sind.

Der mikromechanisch strukturierte Stö el-Chip 60 weist wie- derum eine Randnase 66 auf, auf der bei dem dritten Ausfüh- rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein weiterer Ven- tilsitz 68 angeordnet ist. Der Ventilsitz 68 weist eine Durchführungsöffnung 70 auf. Die Durchführungsöffnung 70 ist fluidmä ig mit einer Durchführungsöffnung 72 eines den be- schriebenen Aufbau kapselnden Gehäusedeckels 74 verbunden.

Durch die Pfeile 75 und 75' in Fig. 4 ist wiederum die nahe- zu spannungsfreie Drehbarkeit, die durch die schmale obere Fläche der Randnase 66 gewährleistet ist, angezeigt.

Das in Fig. 4 dargestellte Mikroventil kann als 3/2-Wege- Ventil bezeichnet werden. Ein solches Ventil weist 3 Wege und 2 Schaltzustände auf. Bei einem derartigen Ventil wird naturgemä ein zweiter Ventilsitz benötigt. Dieser ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem weiteren Chip, beispielsweise Keramik, Silizium oder dergleichen, ausgebildet. Bei einem derartigen 3/2-Wege-Ventil, wie es beispielsweise bezugnehmend auf Fig. 4 beschrieben wurde, ist der Stö el-Chip entlang seines gesamten Umfangs voll- ständig sowohl mit der Piezokeramik als auch dem zweiten Ventilsitz verbunden, da durch den Raum zwischen dem Chip und der Piezokeramik und den Raum zwischen dem Chip und dem zweiten Ventilsitz Fluid geführt wird.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Mikroventil ist die Ventil- öffnung 50 im entspannten Zustand der Piezokeramik 40 ge- schlossenen. Wird nun eine Spannung an die Piezokeramik 40 angelegt, verringert sich die Längsausdehnung derselben, wo- durch eine Vertikalbewegung des Stö els 62 nach oben bewirkt wird. Dadurch schlie t der Stö el 62 die Durchla öffnung 70 in dem zweiten Ventilsitz 68 und damit die Öffnung 72 in dem Gehäusedeckel 74.

3/2-Wege-Ventile werden aus Sicherheitsgründen zumeist im Normal-Geschlossen-Modus betrieben, sind also ohne anlie- gende Energieversorgung geschlossen. Aus diesem Grunde ist es vorteilhaft, die im Montageproze auf den Ventilstö el aufgebrachte Vorspannung so hoch zu wählen, da der Stö el auch bei Druckbeaufschlagung von unten am Ventilsitz ver- bleibt und das Ventil damit geschlossen bleibt.

In Abweichung von den speziell beschriebenen Ausführungsbei- spielen umfa t die vorliegende Erfindung auch Mikroventile, die sich bezüglich ihres Aufbaus, der Anordnung der Durch- la öffnungen, usw. von den beschriebenen Ausführungsbeispie- len unterscheiden, solange bei diesen Mikroventilen die erfindungsgemä e Betätigung des Ventilstö els verwendet ist.

Die vorliegende Erfindung schafft somit Mikroventile, die bei einer relativ geringen Baugrö e relativ gro e Durchla - öffnungen ermöglichen. Ferner ermöglichen die erfindungsge- mä en Mikroventile die Herstellung derselben mittels einer in der Halbleitertechnik üblichen Full-Wafer-Verbindungs- technik. Die erfindungsgmä en Mikroventile weisen somit ge- genüber bekannten Mikroventilen Vorteile bezüglich der Ein- fachheit der Herstellung sowie ferner eine Kostenersparnis bei derselben auf.

Bezugnehmend auf die Fig. 5A, 5B und 6 werden nachfolgend ein fünftes und ein sechstes Ausführungsbeispiel eines Mi- kroventils gemä der vorliegenden Erfindung beschrieben. Da- bei sind für gleiche Teile wie in den Fig. 1 bis 4 gleiche Bezugszeichen verwendet, wobei diese Teile nicht nochmals getrennt beschrieben werden.

Das in den Fig. 5A und 5B dargestellte fünfte Ausführungs- beispiel unterscheidet sich von dem in den Fig. 2A und 2B dargestellten Mikroventil dadurch, da der mikromechanisch gefertigte Chip 100 nunmehr eine breitere Randnase 102 auf- weist, in deren von dem Grundkörper 34 abgewandten Oberflä- che eine Ausnehmung 104 vorgesehen ist. Durch diese Ausneh- mung zusammen mit der Ausnehmung, die durch die Ausbildung der Aufhängungsvorrichtung und des Stö els definiert ist, ist ein Steg 106 festgelegt, der mit der Randnase 102 zusam- menwirkt, um ein Drehgelenk zu definieren.

Die Pfeile 108 und 108' in Fig. 5B zeigen, wie dieses Vorse- hen eines Drehgelenks an den Befestigungspunkten der Aufhän- gungsvorrichtung 12 an dem Grundkörper 34 eine spannungs- freie Drehbewegung des Stö el-Chips 100, d.h. der Aufhän- gungsvorrichtung 12, und somit ein spannungsfreies Öffnen und Schlie en der Öffnung 30 der Grundplatte ermöglicht. Ein Drehgelenk kann an einer Mehrzahl von Stellen umfangsmä ig um den Stö el-Chip 100 vorgesehen sein. Alternativ kann ein einziges Drehgelenk den Stö el-Chip umfangsmä ig vollständig umgeben. Wenn das Drehgelenk den Stö el-Chip 100 vollständig umgibt, mu die Öffnung 32 innerhalb der von diesem Drehge- lenk eingeschlossenen Fläche in dem Grundkörper 34 angeord- net sein. Ist der Stö el-Chip 100 jedoch nicht um den gesam- ten Umfang mit der Grundplatte 34 verbunden, mu nur gewähr- leistet sein, da die Öffnung 30 und 32 eine fluidische Ver- bindung aufweisen, wenn die Öffnung 30 geöffnet ist. Der Stö el-Chip 100 kann beispielsweise aus Silizium bestehen, während das Gehäuse 36 beispielsweise aus Kunststoff beste- hen kann.

In Fig. 6 ist ein sechstes Ausführungsbeispiel der vorlie- genden Erfindung dargestellt, das im wesentlichen dem bezug- nehmend auf Fig. 4 beschriebenen Ausführungsbeispiel ent- spricht, wobei wiederum die Anbringung des Stö el-Chips 120 an der Grundplatte 68 unterschiedlich ist. Wiederum ist der Stö el-Chip 120 drehgelenkartig an der Grundplatte 68 ange- bracht, wobei die spannungsfreie Drehbarkeit des Stö el- Chips 120 durch die Pfeile 122 und 122' in Fig. 6 angedeutet ist. Die Ausgestaltung der drehgelenkartigen Befestigung entspricht hierbei wiederum der in den Fig. 5A und 5B ge- zeigten.

Durch den bezüglich des fünften und des sechsten Ausfüh- rungsbeispiels beschriebenen Aufbau kann die Funktionsfähig- keit des piezoelektrisch betriebenen Mikroventils verbessert werden. Durch die Entkopplung der Drehbewegung von der Befe- stigung des strukturierten Siliziumchips auf der Grundplatte ergibt sich eine optimierte Befestigung in Form einer grö e- ren Klebefläche, sowie ein reproduzierbares Verhalten bezüg- lich der Drehbewegung. Dies liegt in der Tatsache begründet, da sich das Drehgelenk mit mikromechanischen Mitteln sehr genau fertigen lä t und damit an Genauigkeit einer Klebever- bindung weit überlegen ist. Bei der Klebeverbindung ergeben sich Belastungen, die zu einer Alterung und damit Änderung der mechanischen Eigenschaften führen. Dies ändert automa- tisch das Langzeitverhalten die Durchflu charakteristik des Ventils. Durch die bezugnehmend auf die Fig. 5 und 6 be- schriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ist ein Weg gefunden worden, die alterungsfreie elastische Biegung des Siliziums zu nutzen. Damit kann ein erhöhter Durchflu erwartet werden, da die Drehbewegung mit einem ge- ringeren Kraftaufwand erzielt werden kann. Dies bewirkt, da von der zu Verfügung stehenden Kraft des Piezoaktors ein grö erer Teil in die Ausbildung eines grö eren Hubs und da- mit einer hohen Ventilnennweite gesteckt werden kann. Somit wird sowohl eine Verbesserung der Reproduzierbarkeit in der Herstellung der Ventile, als auch eine Verbesserung im Lang- zeitverhalten der Ventile erreicht.