Analysegeräte für den Weltraum müssen leicht und platzsparend sein und dürfen nur wenig Energie verbrauchen. In diesem Sinne wurde als Komponente eines Gaschromatographen, der als Analysegerät bei der Kometensonde Rosetta eingesetzt werden soll, ein Mikroventil entwickelt. Neben geringer Baugröße, Masse und Leistungsaufnahme weist es weitere besondere Eigenschaften auf: Minimales Totvolumen, Schaltzeiten im Bereich von einer Millisekunde, Temperaturbereich von -50 °C bis +200 °C, Druckbereich zwischen 0 und 16 bar einstellbar, lageunabhängige Funktionstüchtigkeit der Ventile. Das Ventil ist antimagnetisch und unempfindlich gegen Erschütterungen. Es ist nahezu leistungslos ansteuerbar und präzise. Möglich wurden diese Eigenschaften durch den Einsatz der Mikrosystemtechnik.

Das Mikroventil stieß auf das Interesse des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE, das sich mit der Entwicklung von Mikro-Brennstoffzellen befasste und die Hannover Messe 2000 für die Suche nach geeigneten Komponenten nutzte. Dort wurde der Technologiebedarf mit Vertretern der Initiative zum Technologietransfer aus der Raumfahrt besprochen und es erfolgte die Vermittlung an die Entwickler der Mikroventile. Diese waren damals am Institut für Mikro- und Informationstechnik der Hahn-Schickard-Gesellschaft tätig und widmen sich heute zusammen mit der Hoerbiger-Origa-Systems GmbH der Serienreifmachung und Weiterentwicklung der Ventile.

Mikroventile für Mikro-Brennstoffzellen

Ob Camcorder, Organiser, tragbare Audiogeräte oder Industriesensoren - entscheidend für diese Produkte ist eine zuverlässige, autarke Energieversorgung. Entsprechende innovative Energiesysteme auf Basis miniaturisierter Brennstoffzellen entwickelt die Fraunhofer-Initiative Mikrobrennstoffzelle - ein Verbund aus sieben Fraunhofer-Instituten. Mikro-Brennstoffzellen überzeugen gegenüber Batterien und Akkus durch ihre hohe Energiedichte und eine lange Lebensdauer. Sie zeigen weder Memory-Effekte noch Selbstentladung, haben eine sehr gute Ökobilanz und das Potential einer kostengünstigen Fertigung. Ihre flexible Geometrie erlaubt unterschiedlichste Anwendungen. Beispielhaft wurde ein Brennstoffzellen-System entwickelt, das bei einem Camcorder den üblicherweise verwendeten Akku vollständig ersetzt. Weiterhin wurde bereits ein Notebook mit in das Gehäuse integrierten Brennstoffzellen realisiert.

Ein getaktetes Mikroventil wird eingesetzt, um dem Brennstoffzellen-Stapel dosiert Wasserstoff aus einem wiederaufladbaren Metallhydridspeicher zuzuführen. Zwei Miniatur-Lüfter versorgen die Brennstoffzelle mit Sauerstoff aus der Umgebungsluft.

Das enorme Marktwachstum für portable elektronische Geräte und damit einhergehend die wachsenden Leistungsanforderungen an deren Energieversorgung machen die Entwicklung solcher neuen Konzepte und Lösungen immer dringlicher. Weitere interessante Anwendungsfelder für Mikro-Brennstoffzellen tun sich neben den Consumer-Produkten auf in der kabellosen Messtechnik, wie Umweltsensoren oder Staumeldern. Für die Mikroventile selbst ist das Anwendungsspektrum noch viel weiter und reicht von der Mess- und Analysetechnik bis zur Automatisierung.