DE19631693A1 - Ventilanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung zur Druck- und Durchflußsteuerung eines Fluids.

Bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Steuerung des Gaszuflusses zu Brennern, und zwar insbeson­ dere zu atmosphärischen Injektorbrennern.

Gebräuchliche Ventilanordnungen dieser Art weisen ein Gehäuse auf, das eine Vielzahl von Einzelteilen enthält, nämlich Federn, Membranen, Ventilelemente sowie gegebenen­ falls weitere Verschlußeinrichtungen, die unter Umständen durch zusätzliche Magnetspulen oder dergleichen angetrieben werden. Auch wird das in der Regel aus Metall bestehende Ge­ häuse von einer Vielzahl von Bohrungen und Kanälen unter­ schiedlichen Durchmessers durchsetzt, wobei es sich teil­ weise um sehr feine Bohrungen handeln kann. Die mechanische Fertigung derartiger Ventilanordnungen ist sehr aufwendig und dementsprechend kostenintensiv.

Hinzukommt, daß der Energieinhalt des unter dem Versor­ gungsdruck von in der Regel 20-25 mbar anstehenden Gases zur Durchführung der Steuerung genutzt wird, um auf die Membrane und Rückstellfedern einzuwirken. Die gebräuchlichen Ventil­ anordnungen arbeiten daher mit einem entsprechenden Druck­ verlust, der ohne weiteres ca. 30% betragen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine baulich einfache Ventilanordnung zu schaffen, die mit sehr geringem Druckverlust arbeitet und eine dynamische Steuerung über ei­ nen weiten Leistungsbereich zuläßt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Ventilanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeich­ net,

• - daß ein erster Silizium-Wafer mit einer Mehrzahl von eingeätzten Durchgangsöffnungen und ein zweiter Silizium-Wa­ fer mit mindestens einer eingeätzten, durchgehenden Rahmen­ öffnung vorgesehen sind, wobei die Rahmenöffnung eine Mehr­ zahl von durch Ätzen erzeugten Klappen aufweist, welche über membranartige Stege einteilig mit dem zweiten Wafer verbun­ den sind,
• - daß die Wafer derart miteinander verbunden sind, daß jeder Klappe des zweiten Wafers mindestens eine der Durch­ gangsöffnungen des ersten Wafers zugeordnet ist, und
• - daß am Orte jeder der Klappen Steuermittel vorgesehen sind, die in Abhängigkeit von einer Steuereinrichtung selek­ tiv die Öffnungs- und Schließbewegungen der Klappen bewir­ ken.

Diese Ventilanordnung ist extrem einfach im Aufbau und kann, im Vergleich mit gebräuchlichen "dreidimensionalen" Ventilanordnungen, durchaus als zweidimensional" bezeichnet werden. Sie setzen sich im wesentlichen aus den beiden Sili­ zium-Wafern zusammen, die einem konventionellen anisotropen oder isotropen Ätzvorgang unterworfen werden. Dabei entste­ hen im ersten Wafer die Durchgangsöffnungen und im zweiten Wafer die Klappen, die in ihrer Öffnungsstellung, in der sie die Durchgangsöffnungen freigeben, vom Fluid umströmt wer­ den. Ein umfangreiches Gehäuse kann entfallen. Vielmehr läßt sich die Anordnung direkt in eine Versorgungsleitung einbau­ en. Dementsprechend ergeben sich sehr geringe Baugrößen, die einen Einsatz auch in Kleingeräten ermöglichen, zum Beispiel in Warmwasserbereitern, Kombigeräten, Heizungen für kleine Wohneinheiten und dergleichen.

Da das Fluid nicht gegen Membranen und Rückstellfedern arbeiten muß, sind die Druckverluste sehr gering. So steht bei der Gasversorgung von Injektorbrennern der Versorgungs­ druck praktisch an den Injektoren an. Dadurch lassen sich Luftzahlen einstellen, die zu wesentlich reduzierten Schad­ stoffemissionen beitragen.

Der leistungsabhängige Durchfluß wird dadurch gesteuert, daß bestimmte Klappen des zweiten Wafers selektiv geöffnet und andere selektiv geschlossen gehalten werden. Es wurde gefunden, daß auf dieser Weise eine modulierende Steuerung möglich ist, die einen Bereich von wenigen Prozent bis 100% abdeckt. Bei üblichen Ventilanordnungen erstreckte sich der dynamische Bereich bisher von ca. 60% bis 100%.

Vorzugsweise sind den einzelnen Klappen des zweiten Wa­ fers unterschiedliche Anzahlen und/oder Größen von Durch­ gangsöffnungen des ersten Wafers zugeordnet. Damit läßt sich eine maximale Variationsbreite erzielen. Die Steuerung sorgt dafür, daß durch Auswahl bestimmter Anzahlen und/oder Größen von Durchgangsöffnungen der jeweils erforderliche Durch­ flußquerschnitt zur Verfügung gestellt wird. Dieser Vorteil, verbunden mit der geringen Baugröße und der kostengünstigen Herstellung, bietet die Möglichkeit, jedem Injektor oder Brennersegment eine gesonderte Ventilanordnung zur Verfügung zu stellen. Dadurch läßt sich eine modulierende Steuerung mit optimaler Genauigkeit über einem maximalen Bereich er­ zielen.

Auch können mehrere Module von Durchlaßöffnungen und zu­ gehörigen Klappen gesondert voneinander modulierend gesteu­ ert werden, so daß also ein und dieselbe Wafer-Anordnung mehrere Injektoren oder Brenner jeweils unabhängig voneinan­ der versorgt.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß mindestens einige der Durchgangsöffnungen des ersten Wafers in Strömungsrichtung konisch verjüngt sind und daß die zuge­ hörigen Klappen des zweiten Wafers einteilig mit komplemen­ tär ausgebildeten Verschlußvorsprüngen versehen sind. Dies bietet eine zusätzliche Steuerungsmöglichkeit dergestalt, daß die Durchgangsöffnungen des ersten Wafers in ihrem Durchlaßquerschnitt verändert werden können. Das Ätzen der konisch verjüngten Durchlaßöffnungen und der komplementären Verschlußvorsprünge bereitet keine Schwierigkeiten, da der Ätzvorgang der Kristallorientierung des Siliziums folgen kann.

Beim Ätzen der Klappen des zweiten Wafers wird die Klap­ pendicke gegenüber der Dicke des Wafers stark vermindert. Dies gilt insbesondere für die membranartigen Stege die die Klappen mit dem Waferkörper verbinden. Der Wafer wird also entsprechend ausgehöhlt und durchbrochen, wobei eine Klap­ penfläche in der Ebene einer der Waferflächen liegt. Bei der Montage kann dann diese Fläche des zweiten Wafers auf den ersten Wafer aufgelegt werden. Die Klappen überdecken unter diesen Umständen abdichtend die zugehörigen Durchgangsöff­ nungen des ersten Wafers. Im übrigen trägt der Versorgungs­ druck des Fluids zur Erhöhung der Dichtwirkung bei. Wird hingegen der zweite Wafer in umgekehrter Orientierung auf den ersten Wafer aufgesetzt, so liegen die Klappen im Ab­ stand zur Berührungsebene der Wafer. Insbesondere für diesen Fall ist es vorteilhaft, die mebranartigen Stege der Klappen durch Dotieren des Siliziums in Schließrichtung vorzuspan­ nen. Die Vorspannung reicht aus, um die Klappen des zweiten Wafers auf den ersten Wafer zu drücken. Bei Klappen mit Ver­ schlußvorsprüngen, bei denen nur diese Art der Montage mög­ lich ist, bietet sich die Vorspannung der membranartigen Stege ganz besonders an. Allerdings kann eine Vorspannung zur Erhöhung der Dichtwirkung auch dann von Vorteil sein, wenn die Klappen des zweiten Wafers ohnehin auf der Fläche des ersten Wafers aufruhen.

Im übrigen werden die beiden Wafer durch geeignete Ju­ stier-, Montage- und Verklebetechniken exakt aufeinander ausgerichtet und miteinander verbunden, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von Dichtmaterialien.

Die Ventilanordnung macht in konsequenter Weise von der Technik des Micromachining Gebrauch. Der Aufbau ist fili­ gran, und die Durchlaßquerschnitte sind - bei aller Variati­ onsbereite - äußerst fein. Bei Anwendung auf gasförmige Me­ dien, insbesondere auf Brenngase, resultiert hieraus die Forderung, mit möglichst staubfreien Gasen zu arbeiten. Da dies nicht immer möglich ist, wird in Weiterbildung der Er­ findung vorgeschlagen, daß der zweite Wafer auf seiner vom ersten Wafer abgewandten Seite einen als Staubsieb geätzten dritten Silizium-Wafer aufweist. Die Sieböffnungen können sehr fein sein und dennoch aufgrund ihrer großen Zahl den erforderlichen Durchtrittsquerschnitt gewährleisten. Sie bieten einen wirksamen Schutz für die nachgeschalteten Klap­ pen und Durchgangsöffnungen, wobei der zusätzliche bauliche und kostenmäßige Aufwand äußerst gering ist, da auch hier die diesbezüglich vorteilhafte Technik des Micromachinings konsequent zur Anwendung kommt.

Vorzugsweise sind die Steuermittel zum selektiven Bewir­ ken der Öffnungs- und Schließbewegungen der Klappen zwischen dem ersten und dem zweiten Wafer und/oder zwischen dem zwei­ ten und dem dritten Wafer vorgesehen. Kommt ein dritter Wa­ fer zum Einsatz, so besteht die Möglichkeit, die zwischen dem ersten und dem zweiten Wafer wirksamen Steuermittel zu unterstützen oder aber gänzlich zu ersetzen.

Die Steuermittel zum Betätigen der Klappen können unter­ schiedlicher Natur sein, und zwar immer unter Berücksichti­ gung der Tatsache, daß auf dem Gebiet der Mikromechanik ge­ arbeitet wird. Denkbar ist beispielsweise eine thermisch an­ gesteuerte Bimetallbetätigung der Klappen. Einfacher ist un­ ter Umständen eine elektrische Ansteuerung, beispielsweise unter Nutzung des piezoelektrischen Effekts. Als ganz beson­ ders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung wird vorge­ schlagen, daß die Steuermittel kapazitive oder magnetfeldin­ duzierte Abstoßungs- bzw. Anziehungskräfte auf die Klappen ausüben. Hierzu ist es lediglich erforderlich, die Klappen und den bzw. die benachbarten Wafer mit einander gegenüber­ liegenden elektrischen Leitern zu versehen und diese ent­ sprechend zu polen. Die Anordnung wird dabei vorzugsweise so getroffen, daß die Klappen bei stromlosen elektrischen Steu­ ermitteln ihre Schließstellung einnehmen. Bei Stromausfall bewirkt der Versorgungsdruck, gegebenenfalls unterstützt durch die Vorspannung der Klappenstege, ein automatisches Schließen der gesamten Ventilanordnung.

Ferner kann es vorteilhaft sein, mindestens einen der Wafer im Bereich der Öffnungen mit einer Beschichtung aus thermisch blähfähigem Material zu versehen. Kommt es zu ei­ ner Überhitzung der Ventilanordnung, so bläht sich das Mate­ rial der Beschichtung und führt zu einem automatischen Ver­ sperren der Öffnungen. Eine gesonderte thermische Sicher­ heits-Absperrarmatur kann also entfallen.

Für die Anordnung des blähfähigen Materials bieten sich verschiedene Möglichkeiten an. So kann das Material die In­ nenwände der Durchgangsöffnungen des ersten Wafers bedecken. Auch kann es rund um die Durchgangsöffnungen auf einer oder beiden Seiten des ersten Wafers angeordnet sein. Ferner kommt eine Anbringung auf den dichtenden Flächen der Klappen in Frage. Die beiden letzt genannten Möglichkeiten dürften aus fertigungstechnischer Sicht günstiger sein als die Be­ schichtung der Innenwände der Durchgangsöffnungen. Kommt der ein Staubsieb bildende dritte Wafer zum Einsatz, so ist es ganz besonders vorteilhaft, diesen mit dem blähfähigen Mate­ rial auf der einen und/oder der anderen Seite zu beschich­ ten. Die einzelnen Maßnahmen können auch miteinander kombi­ niert werden.

Für eine korrekte dynamische Druck- und Durchflußsteue­ rung ist es erforderlich, sowohl den Versorgungsdruck als auch den Arbeitsdruck zu erfassen. Dieser Forderung wird die Ventilanordnung in Weiterbildung der Erfindung dadurch gerecht, daß in den ersten Wafer Druckmeßdosen eingeätzt sind, die druckseitig jeweils von einer einteilig mit dem Wafer verbundenen Membrane geschlossen sind.

Weiterhin ist es für Gasgeräte erforderlich, die Gasqua­ lität zu erfassen. Hierzu wird vorgeschlagen,

• - daß in den ersten Wafer ein Kapillarkanal eingeätzt und bis auf eine anströmseitige Einlaßöffnung und eine ab­ strömseitige Auslaßöffnung abgedeckt ist,
• - daß der Einlaß- und der Auslaßöffnung des Kapillarka­ nals je eine Klappe des zweiten Wafers zugeordnet ist und
• - daß an die Auslaßöffnung ein Drucksensor oder ein Ane­ mometer anschließbar ist. Der Kapillarkanal muß eine vorge­ gebene hänge aufweisen und wird daher mäanderförmig in den ersten Wafer eingeätzt. Vor Inbetriebnahme des Brenners wird die anströmseitige Einlaßöffnung geschlossen und die ab­ strömseitige Auslaßöffnung geöffnet. Im Kapillarkanal stellt sich also der Atmosphärendruck ein. Sobald dies geschehen ist, wird die abströmseitige Auslaßöffnung geschlossen und die anströmseitige Einlaßöffnung geöffnet. Das Gas durch­ strömt nun den Kapillarkanal, und zwar mit einer Geschwin­ digkeit, die neben den geometrischen Verhältnissen von der Viskosität des Gases abhängt. Letztere ist ihrerseits ein Maß für die anstehende Gasqualität. Da also vor jedem Bren­ nerstart die Gasqualität erfaßt und in die Steuerung einbe­ zogen werden kann, ergibt sich eine weitere Erhöhung der Re­ gelgüte.

Wird an die abströmseitige Auslaßöffnung des Kapillarka­ nals ein Anemometer angeschlossen, so erfaßt man die dort sich einstellende Fließgeschwindigkeit. Arbeitet man hinge­ gen mit einem Drucksensor, so wird der Druckanstieg gemes­ sen.

Im letztgenannten Fall ist es vorteilhaft, den Drucksen­ sor des Kapillarkanals als eingeätzte Druckmeßdose auszubil­ den, die von einer einteilig mit dem ersten Wafer verbunde­ nen Membran geschlossen ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Aus­ führungsbeispiele im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine eingebaute, aus drei Wafern bestehende Ventilanordnung, wobei die Konstruktionsmerkmale der einzelnen Wafer fortgelassen sind;

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen der Wafer;

Fig. 3 eine Einzelheit aus Fig. 2 in abgewandelter Ausführungsform;

Fig. 4 eine Draufsicht auf einen anderen der Wafer;

Fig. 5 einen Teilschnitt durch die Ventilanordnung;

Fig. 6 eine abgewandelte Ausführungsform in einer Darstellung entsprechend Fig. 5.

Nach Fig. 1 besteht eine Ventilanordnung 1 aus drei Wa­ fern, nämlich einen ersten Wafer 2, einem zweiten Wafer 3 und einem dritten Wafer 4. Die Ventilanordnung ist in eine Brenngasleitung 5 eingebaut, die im vorliegenden Fall zu ei­ nem Injektorbrenner führt. Die Ventilanordnung 1 läßt eine Durchströmung in der durch Pfeile angedeuteten Richtung zu.

Die Wafer 2 bis 4 bestehen aus Silizium, wobei ihre Formgebung durch konventionelles Ätzen erzeugt worden ist.

Nach Fig. 2 weist der erste Wafer 2 eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen 6 auf, die in noch zu beschreibender Weise selektiv geöffnet und geschlossen werden können, um Druck und Durchfluß des Gases in Abhängigkeit von einer nicht dargestellten Steuereinrichtung zu steuern. In Fig. 2 sind die Durchgangsöffnungen 6 als glatte Öffnungen gleicher Größe dargestellt, und zwar mit kreisförmigen Querschnitt. Ihre Zahl ist an die jeweiligen Gegebenheiten angepaßt.

Fig. 3 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform, bei der die Durchgangsöffnung 6 einen quadratischen Querschnitt auf­ weist und außerdem in Strömungsrichtung konisch verjüngt ist. Glatte Durchgangsöffnungen mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt sind gleichermaßen möglich. Im üb­ rigen sei darauf hingewiesen, daß die Durchgangsöffnungen 6 auch von unterschiedlicher Größe sein können.

Fig. 4 zeigt den zweiten Wafer 3, über den das Öffnen und Schließen der Durchgangsöffnungen 6 bewirkt wird. Als Schließelemente sind Klappen 7 vorgesehen, die durch Ätzen des zweiten Wafers 3 erzeugt worden sind. Dabei ist im zwei­ ten Wafer 3 eine Rahmenöffnung 8 entstanden, in die die Klappen 7 hineinragen. Jede Klappe 7 ist über einen membran­ artigen Steg 9 mit dem Körper des Wafers 3 verbunden. Die membranartigen Stege 9 lassen eine selektive Bewegung der Klappen 7 zu.

Aus Fig. 4 ergibt sich, daß den Klappen 7 unterschiedli­ che Anzahlen von Durchgangsöffnungen 6 zugeordnet sind. Durch entsprechende Steuerung der Klappen 7 lassen sich be­ liebige Durchflüsse einstellen. Dies ermöglicht eine modul­ ierende dynamische Regelung, die einen extrem weiten Regel­ bereich überdeckt. Eine zusätzliche Feinabstimmung wird da­ durch ermöglicht, daß die Durchgangsöffnungen 6 von unter­ schiedlicher Größe sind.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch die Ventilanordnung am Orte einer der Klappen 7. Daraus ergibt sich, daß die Wafer 2 und 3 aufeinander liegen, wobei die Klappe 7 des zweiten Wafers 3 die zugehörige Durchgangsöffnung 6 des ersten Wa­ fers 2 verschließt. Elektrische Steuermittel 10 bewirken ein Öffnen der Klappe 7. Bei den Steuermitteln 10 handelt es sich um zwei Leiterflächen, von denen die eine dem ersten Wafer 2 und die andere der Klappe 7 zugeordnet ist. Eine entsprechende Polung bewirkt eine kapazitive Abstoßungs­ kraft, die die Klappe 7 unter elastischer Verformung ihres Steges 9 in die Öffnungsstellung bringt. Sobald die Steuer­ mittel 10 stromlos geschaltet werden, schließt sich die Klappe 7, wobei der Versorgungsdruck des Brenngases eine zu­ sätzliche Schließkraft bewirkt. Die Anordnung arbeitet mit sehr geringem Druckverlust.

Fig. 5 zeigt ferner, daß der dritte Wafer 4 mit einge­ ätzten Sieböffnungen 11 versehen ist und somit ein vorge­ schaltetes Staubsieb bildet, das das nachgeschaltete Ventil­ system gegen Verschmutzung schützt. Sofern das Brenngas aus­ reichend staubfrei ist, kann auf den dritten Wafer 4 auch verzichtet werden.

Allerdings erfüllt der dritte Wafer 4 im vorliegenden Fall noch eine zusätzlich Funktion, indem er die Öffnungsbe­ wegung der Klappe 7 unterstützt. Hierzu ist ein weiterer Satz von Steuermitteln 10 vorgesehen, die einerseits dem dritten Wafer 4 und andererseits wiederum der Klappe 7 zuge­ ordnet sind. Die Polung erfolgt derart, daß eine kapazitive Anziehungskraft bewirkt wird. Auch hier hört die Kraftein­ wirkung auf, sobald die Steuermittel stromlos geschaltet werden.

Schließlich zeigt Fig. 5, daß die Durchgangsöffnung 6 mit einer Beschichtung 12 versehen ist. Letztere besteht aus einem thermisch blähfähigen Material, insbesondere aus einem Kunststoff, und dient als thermische Sicherung. Sobald die Temperatur der Ventilanordnung über einen bestimmten Wert von beispielsweise 650°C ansteigt, bläht sich die Beschich­ tung 12 auf und verschließt automatisch die Durchgangsöff­ nung 6.

Die Anordnung der Beschichtung 12 auf der Innenwandung der Durchgangsöffnung 6 wurde als zeichnerisch einfach dar­ stellbares Beispiel gewählt. Aus fertigungstechnischen Grün­ den kann es vorteilhafter sein, die Beschichtung im Bereich der Durchgangsöffnung 6 auf der einen und/oder anderen Flä­ che des Wafers 2 oder aber auf der dichtenden Fläche der Klappe 7 anzubringen. Eine besonders einfache Möglichkeit besteht darin, den dritten Wafer 4 auf der einen und/oder der anderen Seite zu beschichten. Eine Kombination der ein­ zelnen Maßnahmen ist ebenfalls möglich.

Bei der Variante nach Fig. 6 ist die Durchgangsöffnung 6 in Strömungsrichtung konisch verjüngt. Außerdem ist die Klappe 7 mit einem komplementär ausgebildeten Verschlußvor­ sprung 13 versehen. Dies bietet die Möglichkeit, den Quer­ schnitt der Durchgangsöffnung 6 zu verändern und dadurch die Variabilität der dynamischen Regelung weiter zu erhöhen.

Um die Klappe 7 nach Fig. 6 bei stromlosen Steuermitteln unabhängig vom Versorgungsdruck des Brenngases in der Schließstellung zu halten, ist das Silizium des zweiten Wa­ fers 3 am Orte des Steges 9 derart dotiert, daß die Klappe 7 entsprechend vorgespannt wird.

Es sei erwähnt, daß eine solche Vorspannung auch im Falle des Ausführungsbeispiels nach Fig. 5 erzeugt werden kann, dort allerdings nicht unbedingt erforderlich ist.

Aus Fig. 2 ergibt sich, daß der erste Wafer 2 mit einem Kapillarkanal 14 versehen ist. Dieser wird in den Wafer 2 eingeätzt und mit geeigneten Mitteln abgedeckt. Der Kapil­ larkanal 14 weist eine anströmseitige Einlaßöffnung 15 und eine abströmseitige Auslaßöffnung 16 auf, wobei diese Öff­ nungen durch Klappen 7 verschließbar sind, siehe Fig. 4. Die Einlaßöffnung 15 kann mit dem Versorgungsdruck beaufschlagt werden, während die Auslaßöffnung 16 an die Atmosphäre an­ schließbar ist. Außerdem bildet die Auslaßöffnung 16 eine Druckmeßdose, die mit einer Membran versehen ist. Letztere wird durch Ätzen des ersten Wafers 2 ausgebildet.

Vor jedem Start des zugehörigen Brenners wird die Ein­ laßöffnung 15 des Kapillarkanals 14 geschlossen und die Aus­ laßöffnung 16 mit der Atmosphäre in Verbindung gesetzt, so daß sich innerhalb des Kapillarkanals 14 der Atmosphären­ druck einstellt. Anschließend wird die Auslaßöffnung 16 ge­ schlossen und die Einlaßöffnung 15 geöffnet. Es baut sich sodann der Versorgungsdruck im Kapillarkanal 14 auf. Der Druckanstieg wird an der der Auslaßöffnung 16 zugeordneten Druckmeßdose erfaßt und gibt Aufschluß über die Viskosität des Brenngases und damit über dessen Gasqualität.

Wie aus Fig. 2 ferner ersichtlich, sind zwei weitere Druckmeßdosen 17 und 18 in den ersten Wafer 2 eingeätzt. Beide Druckmeßdosen 17 und 18 verfügen über Membranen aus Silizium, die beim Ätzen einteilig mit dem Wafer 2 ausgebil­ det werden. Die Druckmeßdose 17 erfaßt den Versorgungsdruck und die Druckmeßdose 18 den Arbeitsdruck, wobei diese Werte in die Regelung einbezogen werden. Dies erhöht deren Genau­ igkeit.

Im Rahmen der Erfindung sind durchaus Abwandlungsmög­ lichkeiten gegeben. So zeigen die Fig. 2 und 4 die Zuordnung eines ersten Satzes von Durchgangsöffnungen und Klappen zu einem Injektorbrenner. Weitere Sätze können vorgesehen sein, um weitere Injektorbrenner bzw. Injektoren von Brennersätzen jeweils unabhängig voneinander zu steuern. Ferner kann bei der Anordnung nach Fig. 5 der zweite Wafer 3 in umgekehrter Orientierung auf den ersten Wafer 2 aufgesetzt sein. Dabei wird dann der Steg 9 der Klappe 7 derart dotiert, daß die Klappe ihre Schließstellung einnimmt, wie es anhand von Fig. 6 gezeigt ist. Bei den dargestellten Steuermitteln 10 handelt es sich um kapazitive Steuermittel. Anstelle dessen können auch induktive Steuermittel vorgesehen sein. Ferner besteht die Möglichkeit, die Öffnungs- und Schließbewegungen der Klappen piezoelektrisch zu bewirken. Denkbar ist ferner eine thermische Ansteuerung unter Einsatz eines Bime­ tallelements. Nach Fig. 2 ist der Kapillarkanal 14 ausgangs­ seitig mit einer Druckdose versehen. Hier kann auch ein Anemometer angeschlossen werden, um über die sich einstel­ lende Fließgeschwindigkeit Aussagen über die Viskosität und damit die Qualität des Brenngases zu erhalten.

Die Erfindung wurde zwar anhand einer Brennersteuerung erläutert, jedoch kann die Ventilanordnung auch für andere Gase und ferner auch für Flüssigkeiten verwendet werden.

Claims (12)

1. Ventilanordnung zur Druck- und Durchflußsteuerung eines Fluids,
dadurch gekennzeichnet,

• - daß ein erster Silizium-Wafer (2) mit einer Mehrzahl von eingeätzten Durchgangsöffnungen (6) und ein zweiter Si­ lizium-Wafer (3) mit mindestens einer eingeätzten, durchge­ henden Rahmenöffnung (8) vorgesehen sind, wobei die Rahmen­ öffnung eine Mehrzahl von durch Ätzen erzeugten Klappen (7) aufweist, welche über membranartige Stege (9) einteilig mit dem zweiten Wafer (3) verbunden sind,
• - daß die Wafer (2, 3) derart miteinander verbunden sind, daß jeder Klappe (7) des zweiten Wafers (3) mindestens eine der Durchgangsöffnungen (6) des ersten Wafers (2) zuge­ ordnet ist, und
• - daß am Orte jeder der Klappen (7) Steuermittel (10) vorgesehen sind, die in Abhängigkeit von einer Steuerein­ richtung selektiv die Öffnungs- und Schließbewegungen der Klappen (7) bewirken.

2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß den einzelnen Klappen (7) des zweiten Wafers (3) unterschiedliche Anzahlen und/oder Größen von Durchgangsöff­ nungen (6) des ersten Wafers (2) zugeordnet sind.

3. Ventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mindestens einige der Durchgangsöffnungen (6) des ersten Wafers (2) in Strömungsrichtung konisch ver­ jüngt sind und daß die zugehörigen Klappen (7) des zweiten Wafers (3) einteilig mit komplementär ausgebildeten Ver­ schlußvorsprüngen (13) versehen sind.

4. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die membranartigen Stege (9) der Klappen (7) durch Dotieren des Siliziums in Schließrichtung vorgespannt sind.

5. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der zweite Wafer (3) auf seiner vom ersten Wafer (2) abgewandten Seite einen als Staubsieb geätzten dritten Silizium-Wafer (4) aufweist.

6. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Steuermittel (10) zum selekti­ ven Bewirken der Öffnungs- und Schließbewegungen der Klappen (7) zwischen dem ersten und dem zweiten Wafer (2, 3) und/oder zwischen dem zweiten und dem dritten Wafer (3, 4) vorgesehen sind.

7. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Steuermittel (10) kapazitive oder magnetfeldinduzierte Abstoßungs- bzw. Anziehungskräfte auf die Klappen (7) ausüben.

8. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Klappen (7) bei stromlosen elektrischen Steuermitteln (10) ihre Schließstellung einneh­ men.

9. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Wafer (2 bis 4) im Bereich der Öffnungen mit einer Beschichtung (12) aus thermisch blähfähigem Material versehen ist.

10. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in den ersten Wafer (2) Druck­ meßdosen (17, 18) eingeätzt sind, die druckseitig jeweils von einer einteilig mit dem Wafer verbundenen Membran ge­ schlossen sind.

11. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,

• - daß in den ersten Wafer (2) ein Kapillarkanal (14) eingeätzt und bis auf eine anströmseitige Einlaßöffnung (15) und eine abströmseitige Auslaßöffnung (16) abgedeckt ist,
• - daß der Einlaß- und der Auslaßöffnung (15, 16) des Ka­ pillarkanals (14) je eine Klappe (7) des zweiten Wafers (3) zugeordnet ist und
• - daß an die Auslaßöffnung (16) ein Drucksensor oder ein Anemometer anschließbar ist.

12. Ventilanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Drucksensor des Kapillarkanals (14) als eingeätzte Druckmeßdose ausgebildet ist, die von einer ein­ teilig mit dem ersten Wafer (2) verbundenen Membran ge­ schlossen ist.