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Mikrodosierung

micro valves

Was ist ein Mikrodosierventil?

Ein Mikroventil für Dosieranwendungen ist ein 2/2-Wegeventil mit einer integrierten Düse. Es wird in der Fachsprache auch Jetting-Ventil genannt. Es kann Tropfen mit hoher Geschwindigkeit abschiessen und funktioniert ähnlich wie ein elektrisch geschalteter Wasserhahn, nur natürlich viel kleiner.

Zeit-Druck Dosierung

Um Flüssigkeitstropfen mit einem Mikroventil zu dosieren, wird ein Behälter mit Flüssigkeit unter Druck benötigt. Der Druck in diesem Tank fördert das Medium zum Ventil. Ein elektrisches Signal öffnet und schliesst das Ventil, um kleine Flüssigkeitstropfen zu erzeugen. Beim Mikroventil beträgt die Öffnungszeit oft nur wenige Millisekunden. Dadurch können Tropfen im Mikroliterbereich erzeugt werden.

Mikrodosierung

Kurze Ventil Schaltzeiten

Ein Mikroventil wird mit einer starken Magnetspule und einem sehr leichten beweglichen Anker oder Membrane gebaut. Kombiniert mit einem kurzen Ankerhub führt dies zu sehr kurzen Schaltzeiten. Diese machen das Dosieren von Mikrolitertropfen möglich. Als Beispiel beträgt die Schaltzeit des B-drop minis gerade mal 0.3 Millisekunden.

"kleine" Volumina

Maximal können Mikroventile einen kontinuierlichen Durchfluss von 5 bis 50 ml/min dosieren. Aber wie klein sind die minimal möglichen Dosiermengen? Diese Frage hängt von mehreren Parametern ab. Mit niedrig viskosen Flüssigkeiten wie Wasser und mit den richtigen Parametern, kann ein Mikroventil eine Tropfengrösse bis  zu 10 Nanolitern herunter erreichen. Jedoch ist bei diesen Mengen die Genauigkeit nicht mehr so gut. Wenn noch kleinere Tropfen gefordert sind, wird häufig ein Piezo- oder Inkjetventli verwendet.  Ab 100 Nanolitern und aufwärts ist aber das Mikroventil (Jetting Ventil) die kostengünstigste und effizienteste Variante.

Die Ansteuerung eines Mikroventils

Ein elektromagnetisches Dosierventil wird meist mit einer Ventilsteuerung geschaltet. Die Ventilsteuerung kann sehr kurze Öffnungspulse mit Mikrosekunden Auflösung erzeugen. Weiter ermöglicht sie einen Stromreduktionsmodus, wodurch ein Überhitzen des Ventils verhindert wird. Dieser Modus wird auch Peak-and-Hold genannt. Die Ventilsteuerung von ReseaTech hat zusätzlich eine Option, die die elektrische Spannung zum Schliessen des Ventils invertiert und somit das Ventil schneller schliessen lässt. Weiter gibt es einen Trigger Eingang, um die Dosierung mit einer Maschine zu synchronisieren.

wave form

Tropfengrösse messen

Tropfen die mit Jettingventilen dosiert werden, können auf verschiedene Arten gemessen oder verifiziert werden. Der üblichste Weg ist wohl das wägen der Tropfen mit einer Präzisionswaage zur Kalibrierung. Diese Vorgehensweise setzt jedoch einen exakt geregelten Druck und eine konstant bleibende Temperatur des Mediums voraus.

Als Alternative bietet ReseaTech die inline Tropfenmessung mittels Durchflusssensor an (der Pulsed Flow Sensor). Dadurch können alle dosierten Tropfen auch im Abfüllprozess protokolliert werden.

Flow curves sensor