Autor Andreas Zoost, Segment Manager MicroFluidics, Bürkert Fluid Control Systems
Standardabläufe der automatisierten Analytik wie Titration, definierte Probenentnahme und präzise Reagenziendosierung verlangen nach integrierten fluidischen Systemen mit reproduzierbarer Präzision. Anwender und Hersteller achten bei der Entscheidung für ein bestimmtes Ventil auch auf die Abmessungen, die medienberührten Materialien und besonders auf die Spüleigenschaften eines Ventils. Dabei hängen die Möglichkeiten, die Ventile zu reinigen und mit ihnen zu dosieren, nicht zuletzt von ihrem Konstruktionsprinzip ab.
Durch den Aufbau mit einer Membran erreichen Wippenventile sehr geringe interne Volumina und sind gut spülbar. Für biologische Medien stellten sie deshalb bisher die erste Wahl dar. Die Trägheit der Membran begrenzt allerdings die mögliche Schaltgeschwindigkeit. Daher sind Wippenventile für Anwendungen, wo es auf sehr schnelle und hoch genaue Dosierung ankommt, nur bedingt geeignet.
Flipperventile erreichen die Medientrennung ohne Membran. Es müssen nur geringe Massen bewegt werden, um sie zu schalten. Dadurch sind sie schnell und eignen sich sehr gut für Dosieraufgaben. Die geringere Walkarbeit in den Elastomerbauteilen ermöglicht zudem eine sehr hohe Lebensdauer. Ein weiterer Vorteil bei Dosierung kleinster Mengen ist, dass Flipperventile durch den konstruktiven Aufbau praktisch keinen Pumpeffekt beim Schalten aufweisen. Dennoch konnten Flipperventile bisher nicht alle Anwender von ihren Vorteilen überzeugen, was vor allem an ihrer etwas schlechteren Spülbarkeit lag.
Bürkert hat das Flipperprinzip konsequent weiterentwickelt, um diesen Nachteil zu beheben. Flipperventile weisen konstruktionsbedingt ein etwas höheres internes Volumen auf als Ventile vergleichbarer Größe mit Membrantechnologie. Dieses höhere Volumen wurde bislang als Nachteil betrachtet – vor allem im Hinblick auf seine Reinigungsmöglichkeiten. Doch bei den Flipperventilen der zweiten Generation sind diese Nachteile überwunden. In der Entwicklungsphase zeigten die FEM-Berechnungen, wie das Gehäuse dieses Ventils gestaltet werden musste, um Rückstände und damit Kontaminationen im Ventil auszuschließen. Verschiedene Geometrien, Kanal- und Ventilsitzpositionen wurden auf ihre Eignung hin simuliert und schrittweise optimiert. Durch die aus diesen Berechnungen und Simulationen resultierende Formgebung erreichen die Strömungslinien des Ventils jeden Ort des Fluidraums und es gibt keine Bereiche, die nicht vom Spülmedium erreicht werden. So wird der Verbrauch teurer Reagenzien minimiert und Kreuzkontamination verhindert.
Das Ergebnis dieser Entwicklungsarbeit ist das mediengetrennte Flipperventil 6650 mit nur 4,5 mm Baubreite und sehr guten Spüleigenschaften. Es vereint sehr kurze und verlässliche Schaltzeiten mit einer hohen Wiederholgenauigkeit und verbesserten Durchflusswerten. Durch die kleinen Abmessungen können Hersteller von Geräten und Anlagen mehr Ventile auf kleinerem Raum platzieren und erreichen so eine höhere Funktionalität.
