CN102269150A - 微型泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微型泵，泵尤其微型泵（1）包括泵腔（4），该泵腔与入口阀（5）和出口阀（6）进行流体连接，其中所述泵腔（4）至少部分地由隔膜（12）限界，在该隔膜上固定着执行器（13）。

Description

微型泵

背景技术

广泛流行在许多应用中制造和使用微型泵。微型泵或者也称为MEMS泵（“微型电子机械系统”）相对于常规的巨型泵尤其具有在其于便携式设备中的可使用性方面或者通常在有限的结构空间中可集成性方面的优点。

在此，尤其将结构在至少一个维度上处于亚毫米区域内的并且/或者用微系统技术的机构制造的泵称作微型泵。

作为微型泵，例如公开了微型隔膜泵。其中重要的元件是泵腔，该泵腔在一侧上由泵隔膜进行限界。在泵工作时，所述泵隔膜振荡并且引起腔容积的周期性的变化。此外，所述泵包括入口阀和出口阀，该入口阀和出口阀分别在泵周期的吸气或者说压缩步骤中打开或者说关闭并且允许有待泵出的介质的定向输送。在此，能够通过外部的执行器主动地关上所述入口阀和出口阀。这种泵由DE 10 2008 003 792 A1公开。

在这种泵中已知，设置了外部的磁性执行器。为此，将所述微型泵插入为此设置的接纳装置中，随后调节所述执行器，也就是将其置于特定的位置中并且固定在那里。在此，能够手动或自动例如马达传动地进行这种调节。尤其必须非常精确地沿z轴线进行定位，因为泵隔膜的甚至最小的偏转都会显著降低压缩比并且由此显著降低泵出率。

发明内容

本发明的主题是泵，尤其微型泵，其包括泵腔，该泵腔与入口阀和出口阀进行流体连接，其中至少部分地通过隔膜对所述泵腔限界，在该隔膜上固定执行器。

按本发明的微型泵提供了以下优点，即执行器已经固定在隔膜上。已经可以自动化地并且高精度地在微型泵的制造商那里实现执行器与隔膜之间固定的连接，方法是将所述执行器与隔膜进行粘贴。由此在使用微型泵之前为最终用户省去了微型泵相对于执行器的麻烦的并且根本不能由最终用户实施的调节。因为在作为具有隔膜的泵的泵单元和执行器之间沿z方向的调节尤其必须高精度地实施，从而防止隔膜的破坏或毁坏。可以按本发明显著减少由调节引起的隔膜毁坏的危险。

按本发明的微型泵的另一优点在于相对于现有技术中的解决方案显著增加的泵功率。所述执行器可以通过与隔膜的固定连接不仅将拉力而且将压力施加到隔膜上并且如此操作该隔膜或者说微型泵。由此，相对于仅仅松散抵靠的执行器基本上将所述泵容积翻了一倍，因为所述执行器不能再用拉力进行工作。

在实施方式的范围内，所述执行器构造成推杆的形式。由此能够实现确定的接触点，在该接触点上所述执行器作用到隔膜上。此外，推杆状的执行器允许沿z方向非常确定的作用，使得推杆状的执行器允许微型泵的高精度的配量。

在另一实施方式的范围内，所述执行器可以磁性地或者压电地工作。关于磁性的工作，尤其可以在使用永磁体作为执行器例如执行器推杆时将非常精确的拉力或者说压力施加到隔膜上，由此能够在可以非常快速触发的泵循环中实现非常精确的配量。此外，可磁性工作的执行器大多数具有纵向很高的刚性，这进一步改善了用这种执行器进行配量的精度。在此，特别优选的是，所述执行器由铁磁性的材料制成，尤其由铁制成。此外，通过所述执行器的压电工作实现了非常精确的工作以及动态的泵循环。

在没有固定连接的执行器中，吸气过程尤其取决于隔膜的刚度。泵频率由隔膜的弹性模量限制，因为吸气过程的动态取决于隔膜的回复力。在按本发明的由隔膜和执行器组成的复合结构中，可以通过磁性的工作独立于隔膜的刚度或者说回复力控制所述吸气过程并且由此显著提高吸气过程。

在另一实施方式的范围内，所述微型泵具有保护装置，该保护装置包围所述执行器。由此，可靠地保护所述由执行器和隔膜组成的脆弱的系统防止损坏。甚至在不希望地不精确地或者有误差地将所述微型泵导入所述接纳装置中并且与执行器接触时，所述保护盖获取能量并且不允许所述接纳装置影响所述执行器。在此特别优选的是，所述保护装置由合成材料构成。通过该合成材料不是磁性的，可以毫无问题地在将微型泵插入接纳装置之后将所述保护盖保留在执行器和接纳装置之间。通过所述合成材料盖不会妨碍或者干扰所述执行器的例如磁性的工作。

本发明还涉及一种泵装置，尤其微型泵装置，其包括接纳装置，按本发明的微型泵可以布置在该接纳装置中，其中该接纳装置具有机构用于操作执行器。

刚好在按本发明的装置中，执行器与隔膜的按本发明的固定的连接强烈简化了在最终用户处的可使用性。在按本发明的装置中，用户只需将设有执行器的微型泵置于一个位置中，使得其插入所述接纳装置中。然而这可以不用麻烦的调节来实现。

对于所述微型泵在特定的时间之后必须更换的情况来说，可以毫无问题地将其从接纳装置中取出，其中可以同时将新的微型泵简单地插入所述接纳装置中。

由于在通过最终用户将微型泵导入接纳装置中时特别简单的操作，这种泵和/或装置还特别好地适用于一次性使用的物品。这种物品必须或者应该在使用之后清除并且不再使用。这种物品也称作“一次性用品”。

在一种实施方式的范围内，所述泵装置具有带有可磁性工作的执行器的泵，其中用于操作执行器的机构是电磁线圈。由此能够特别快速地触发所述执行器，并且还可以非常精确地进行配量。

在另一实施方式的范围内，所述接纳装置具有导向件，以便对所述微型泵在插入到接纳装置中时进行引导。由此还进一步简化了通过最终用户进行的操作。这样还能够进一步避免隔膜的损坏。

附图说明

按本发明的主题的其它优点以及有利的实施方式通过附图加以说明并且在下面的描述中进行解释。在此应该注意，所述附图只有所描述的特征并且不考虑以任何形式限制本发明。附图中：

图1是按本发明的微型泵从上面看的示意性剖视图；

图2是按本发明的微型泵的侧面的示意性剖视图；

图3是按本发明的微型泵装置的侧面的示意性剖视图。

具体实施方式

图1示出了按本发明的泵。该泵尤其是微型泵1，然而该泵也可以是巨型泵。然而下面以不受限制的方式为微型泵1描述本发明。该微型泵1例如可以用在健康护理中，例如尤其用在胰岛素给药的范围内。按本发明的微型泵1用于高精度地输送或者说配量胰岛素。然而除此之外，按本发明的微型泵1可以用在每个高精度输送流体的领域中。

所述微型泵1包括基体2，在该基体中加入微型泵1的不同的功能元件。在此，该基体2可以构造成多层的。该基体2尤其可以具有一个或者多个载体层以及一个功能层3。在图1中尤其可以看到功能层3。在其后面或者说在其下面布置了第二载体层或者下面的载体层，相反所述第一载体层或者上面的载体层布置在功能层3上。因此，该功能层3例如可以夹心状地嵌入两个载体层之间。在此，该载体层可以包括含有硅的层，尤其硅层，例如硅晶片，或者也包括由硼硅玻璃制成的载体层。

在所述功能层3中优选加入功能元件。可以根据常规的方法例如微型结构化来实现功能元件的加入，其中所述载体层能够至少部分地封闭所述功能元件。

作为功能元件，所述微型泵1包括泵腔4以及入口阀5和出口阀6。在此，所述泵腔4通过流体连接件7、8与入口阀5和出口阀6进行流体连接。

为了将有待输送的流体尤其液体导向入口阀5，设置了至少一个流体管路，该流体管路与入口阀5以及有待输送的流体例如储藏容器连接。此外设置了液体输出管路，该液体输出管路与出口阀6连接。在此特别优选的是，通向入口阀5的液体输入管路和/或来自出口阀6的液体输出管路垂直地通过所述上面的载体层进行布置。为此，在该载体层中设置至少一个、优选两个流体通道。所述流体通道例如能够通过钻孔、蚀刻或者类似方式置入载体层中。

在此，所述入口阀5可以包括至少一个螺旋弹簧9。优选如此布置该螺旋弹簧9，即该螺旋弹簧确保了沿z方向温和地挂起所述入口阀5的阀门柱塞10。在此，特别优选用多个相互交错的螺旋弹簧9进行悬挂，从而能够降低例如阀门柱塞10的不希望的材料应力。所述出口阀6同样装备有阀门柱塞11，其中在该阀门柱塞11中可以放弃螺旋弹簧。

所述泵腔4在其底侧上至少部分地通过隔膜12进行限界。这意味着所述泵腔4可以在其底侧上完全由隔膜12限界，也就是该隔膜12构成了所述泵腔4的底侧。在这种情况下，不需要对泵腔4限界的载体层。作为替代方案，也可以由隔膜12对泵腔4的底侧的仅仅一小部分限界。在这种情况下，可以通过基体2的载体层形成所述泵腔4的底侧的一部分，在所述基体中流体密封地加入隔膜12。

为了操作所述微型泵1，设置了至少一个执行器13，该执行器作用到隔膜12上。按本发明，该执行器13固定地与隔膜12连接。

图2示出了具有固定在隔膜12上的执行器13的微型泵1。在图2中可以看到该微型泵1的基体2的功能层3。如参照图1所描述的，在所述功能层3中布置功能元件，尤其是出口阀6、入口阀5以及泵腔4。在此，该泵腔4在底侧用隔膜12封闭，其中在该隔膜12上固定执行器13。在此，所有功能元件，也就是出口阀6和入口阀5能够在其底侧上至少部分地分别由隔膜进行封闭。无论如何，优选为每个功能元件分配执行器。因此，除了配属于隔膜12的执行器之外，还设置了两个另外的执行器14、15，这两个执行器能够关上所述入口阀或者说出口阀5、6。

特别优选借助于至少一个执行器15密封所述微型泵1的入口阀5。由此，所述输送容积独立于胰岛素储藏容器中的初压。由此能够实现非常高的配量精度。此外，防止所输送的配量的不希望的高效物质流或者说回流，并且所述配量严格地与所谓的脉冲容积进行耦合，也就是与相应于泵冲击尤其泵腔4的量进行耦合。

按本发明，所述执行器13固定在隔膜12上，并且其它执行器14、15固定在相应的隔膜或者说阀门上。在此，例如能够通过粘贴实现执行器13和隔膜12或者说执行器14、15和相应的隔膜的固定连接。然而对于本领域技术人员来说已知的每种类型的固定连接都是可以的。在此，还可以优选直接在制造中通过制造商实现这种固定的连接。由此能够实现高精度的连接，需要这种连接使得隔膜12例如在粘贴时不会被执行器13的太高的压力所破坏或者毁坏。同样地适用于具有相应于其的隔膜的执行器14、15。由此取消了沿z方向麻烦的调节。

优选所述执行器13、14、15构造成推杆的形式。在这种情况下，所述执行器例如可以很好地用作磁性的执行器，如参照图3所解释的那样。

为了在使用按本发明的微型泵1时不会通过执行器13的强烈运动损坏敏感的隔膜12，在实施方式中设置了至少一个保护装置16，该保护装置包围执行器13。在设置其它执行器14、15时，必要时设置其它保护相应的执行器14、15的保护装置。在此，所述保护装置16要么可以构造成保护盖，该保护盖配属于执行器并且仅仅包围该执行器。然而有利的是，所述保护装置16构造成一体的并且具有用于每个执行器13、14、15的插口空间，如在图2中所示。以这种方式不仅保护所述执行器13、14、15。更确切地说，也保护所述隔膜12防止直接的损坏。此外，微型泵1的这种保护装置16给予了进一步的稳定性，这也使得所述微型泵1完全不容易受到损坏。优选所述保护装置16固定地与功能层3或者说与位于其下面的载体层进行连接。

按本发明的微型泵1如下进行工作。在泵冲击之前，作用到出口阀6上的执行器14释放该出口阀，从而能够打开该阀门6。现在例如可以通过经由流体施加到阀门上的过压打开所述出口阀6的开口，使得液体能够从微型泵1流入出口通道中用于所希望的给药。

下面形成流体的过压。为此，操作配属于泵腔4的执行器13，也就是沿着所述泵腔4的内容积的方向移动，由此将所述泵腔4的隔膜12压入所述泵腔4的内部。以这种方式能够将预先确定的容积、脉冲容积从泵腔4中通过出口阀6发出。

现在可以为了精确地发出所述脉冲容积，通过配属于出口阀6的执行器14固定地关闭所述出口阀6。同时或者短时间之后操作所述配属于入口阀5的执行器15，由此开启入口阀。如果现在所述配属于泵腔4的执行器13置于其静止位置中或者还进一步偏置，那么在所述泵腔4中形成低压并且由此形成用于其它脉冲容积的空间。该脉冲容积通过入口阀5的打开输入泵腔4中。随后，配属于入口阀5的执行器15置于其静止位置中，由此关闭该入口阀5。

随后可以进行另一个泵循环。

图3示出了具有按本发明的微型泵1的泵装置17。该泵装置17包括接纳装置18，微型泵1可以布置在该接纳装置中。在此，所述微型泵1尤其能够可逆地与接纳装置18进行连接或者说能够可松开地固定在该接纳装置上。在此，该接纳装置18能够用作用于微型泵1的定子并且还引起执行器13、14、15的工作。所述接纳装置18尤其具有用于优选多个执行器13、14、15的插口区域。通过所述微型泵1的按本发明的设计方案，该微型泵也可以由最终用户简单地插入所述接纳装置18中。为此，只需将所述执行器13、14、15导入所述插口区域中。甚至在不精确导入时，通过优选设置的保护装置16不会出现损坏所述隔膜12或者其它隔膜的危险。

在此，还可以设置导向件，使得按本发明的微型泵1导入接纳装置18中的过程得到简化。所述导向件能够在其会破坏或者毁坏布置在执行器上的隔膜例如隔膜12之前进行粗调并且承受在导入时出现的剪切力。所述调节导向件或者替代的其它调节导向件还可以使得所述入口阀或出口阀5、6的调节或者说入口或出口流体管路通向其它组件的相应的流体接口的调节变得简单。

优选所述微型泵1连同有待输送的流体例如胰岛素储备、尤其连同注射针或者微型针列固定在装置中。

按本发明，所述执行器13、14、15不接触所述接纳装置18的插口区域的壁，所述插口区域能够与所述执行器13、14、15或者说与保护装置16之间具有一定的距离。以这种方式为脆弱的系统形成较小的损坏危险。

甚至在微型泵1必须在特定的工作期限之后进行更换时，可以非常简单地进行替换。在此，也可以由最终用户毫无问题地除去有缺陷的微型泵1，随后将新的微型泵1插入接纳装置18中。这是特别有利的，因为所述微型泵1可以设计成所谓的“弹药筒系统”中的一次性用品。这意味着最终用户能够独立于所述接纳装置18买到所述微型泵1并且能够在使用之前简单地插入所述接纳装置18中。

对于所述执行器13、14、15是磁性执行器的优选情况来说，所述接纳装置18优选包括电磁线圈或者说有利地为每个执行器13、14、15具有一个电磁线圈。所述线圈产生电磁场，用该电磁场能够使所述执行器13、14、15运动或者说操作所述执行器13、14、15。

因此，所述执行器13、14、15优选是永磁体并且由相应铁磁性的材料制成，例如铁、钴、镍、铁酸盐或者铁磁性合金。在该实施例中特别有利的是，所述保护装置16由合成材料制成。以这种方式，所述保护装置例如不会干扰磁性工作，因为铁磁场会穿过这种合成材料装置16。因此，所述保护装置16也可以在使用装置17时毫无问题地留在该装置中，从而确保特别简单地连接所述装置17。

Claims (11)

1.泵，尤其微型泵（1），包括泵腔（4），该泵腔与入口阀（5）和出口阀（6）进行流体连接，其中所述泵腔（4）至少部分地由隔膜（12）限界，在该隔膜上固定着执行器（13）。

2.按权利要求1所述的泵，其特征在于，所述执行器（13）与所述隔膜（12）粘贴。

3.按权利要求1或2所述的泵，其特征在于，所述执行器（13）构造成推杆的形式。

4.按权利要求1到3中任一项所述的泵，其特征在于，所述执行器（13）能够磁性或者压电地工作。

5.按权利要求4所述的泵，其特征在于，所述执行器（13）由铁磁性的材料制成，尤其由铁制成。

6.按权利要求1到5中任一项所述的泵，其特征在于，所述泵具有保护装置（16），该保护装置包围所述执行器（13）。

7.按权利要求6所述的泵，其特征在于，所述保护装置（16）由合成材料制成。

8.泵装置，尤其微型泵装置，包括接纳装置（18），按权利要求1到6中任一项所述的泵能够布置在该接纳装置中，其中该接纳装置（18）具有机构用于操作所述执行器（13）。

9.按权利要求8所述的泵装置，其特征在于，所述泵装置（17）包括按权利要求3所述的泵，其中用于操作执行器（13）的机构是电磁线圈。

10.按权利要求8或9所述的泵装置，其特征在于，所述接纳装置（18）具有导向件以用于对所述泵在插入到接纳装置（18）中时进行引导。

11.按本发明的泵和/或装置作为一次性使用的物品的用途。

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