CN108223339A - 腔室泵和用于运行腔室泵的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种腔室泵(10)和一种用于其运行的方法，其中，包括泵腔室(12)、腔室膜片(14)或活塞(34)以及为了改变泵腔室(12)的容积作用在腔室膜片(14)或活塞(34)处且可轴向移动的传动杆(24)的腔室泵(10)通过以下方式而出众，其包括充当用于影响传动杆(24)的轴向位置的促动器且一方面作用在传动杆(24)处以及另一方面作用在泵(10)的壳体处的电活性膜片(40,40')且在腔室泵(10)的运行中电活性膜片(40,40')为了影响传动杆(24)的轴向位置且为了获得腔室泵(10)的返回冲程或前进冲程被加载以电势。

Description

腔室泵和用于运行腔室泵的方法

技术领域

本发明涉及一种在下面被简称为泵的气体腔室泵或液体腔室泵。在此，活塞泵或膜片泵被称作腔室泵(Kammerpumpe)，在其中以本身已知的形式和方式在运行中由于活塞或者膜片的运动周期性地改变泵腔室的至少部分地借助于活塞或者膜片所限定的容积且基于泵腔室(Pumpenkammer)的周期性的容积变化产生相应的介质的输送和/或在泵上游或下游的压力变化。本发明涉及一种被确定使用在医疗设备(Medizingerät)中或在安全技术系统中的这样的腔室泵。

背景技术

在医疗设备中，这样的泵例如被用于驱动呼吸气体，以便于将测量气体(尤其患者气体)由取样位置传输至测量位置或用于控制或驱动另外的促动器(Aktuator)。关于这样的泵与患者气体分析相关联的使用可参照在麻醉中的吸出的患者气体监控和在移动私人气体测量技术中的所谓的远程系统。在安全技术系统中，这样的泵例如被用于在空气中的有害气体的移动的或静止的分析。同样地，在此借助于该泵例如实现测量气体由取样位置至测量位置的传输。此外，这样的泵在医疗设备中或在安全技术系统中同样考虑用于产生辅助按压(Hilfsdrücken)。基本上，在此所提出的本发明同样考虑用于超出医疗设备和安全技术系统的应用情况，例如用于测量设备和分析设备。这在下面在不带有专门的提示的情形中也应始终被一起阅读。

先前所提及的形式的泵可以以不同的实施方式获得，例如利用曲轴传动装置(Kurbeltrieb)或线性驱动器(Linearantrieb)。此外已知如下泵，在其中驱动器被压电式地实现。相应的驱动器作用到在相应的泵头(Pumpenkopf)中的膜片或活塞上。在两种结构形式(膜片或活塞)的情形中，借助于驱动器周期性地改变位于泵头中的泵腔室(密封腔)中的容积。这导致容积传输以及导致压力产生。在容积传输与压力之间的关系通过泵腔室的几何形状、冲程容积、运行频率、所需要的阀的开关特性(Schaltverhalten)和外部的气动负荷得出。

目前在市场上可供使用的用于气体和液体的在0mbar至110mbar或者200ml/min至1100ml/min或在200ml/min的情形中0mar至300mbar的功率范围中的泵在其工作点上可通过改变冲程频率(在借助于电动机驱动的情形中通过改变其转速)被匹配。进一步的匹配必须通过外部的气动布线(Beschaltung)在相应的应用中实现。在特别的情况中必须装配不同的泵头。

冲程频率的改变影响脉冲频率和在压力曲线上的交变分量(Wechselanteil)。这与如下缺点相联系：一方面，传统的用于抑制脉冲的措施(例如低通滤波器)失去其效果。另一方面，确定的传感器临界(sensor-kritisch)频率的避免不可被确保。最后，气动系统与泵的协调在整体上变得困难。

特别高的冲程频率(>100Hz)意味着对于泵的部件的极端负荷。由于不再低惯性地起反应的阀的损失极大地上升。阀的闭合角度的相位缩短或延长且相关于活塞或膜片的冲程运动移动。在密封件(活塞)或膜片中的往复工作(Walkarbeit)的份额急剧增加。最后，相应的泵的明显提高的噪音生成(Geräuschentwicklung)同样与较高的冲程频率相联系。

在较低冲程频率(<10Hz)的情形中，连续的压力曲线不再被确保。每个泵冲程作被识别为变得更强的压力脉冲且也被识别为流动脉冲(Flowpuls，有时也被称为流量脉冲)。通过缓冲容积的衰减或缓冲需要非常大的缓冲容积。较大的容积在气体混合物变换的情形中使气体峰前(Gasfront，有时也称为气体波前)变形(verzerren)。在借助于电动机驱动的情形中，该电动机在较低冲程频率的情形中位于临界工作范围中。伴随电刷(Bürste)在集电器中(在有整流式电动机的情形中)的较高磨损的不连续的角速度仅是一个负面的方面。此外，转速对于润滑薄膜(Schmierfilm)在轴承中的构建而言经常过小。此外，紧邻在泵的死点处的负荷峰值之前处于利用中的那些线圈被较强地负荷，从而产生在这些线圈中的温度峰值。最后，转子的惯性矩不足以确保负荷力矩的缓冲。

备选于被机电式驱动的泵可使用的线性泵(Linearpumpe)虽然可被良好地调节，但是由于其更大的气隙明显更低效且需要更高的功率。此外，其运行与较高的温度生成相联系。这样的线性泵同样明显更贵且在制造和维护上更耗费，因为对于线性运动的调节而言需要额外的且首先较快的用于探测驱动器的位置和/或速度的传感装置。此外，线性移动的质量的对于低振动的运转而言必要的平衡要求复杂的构造。

被压电驱动的泵在能量技术上仅适合用于微型应用。

发明内容

由相对现有技术的上面所概述的声明出发，本发明的任务在于说明一种可被良好地调整的被线性驱动的腔室泵和一种用于其运行的方法，该腔室泵或该方法至少避免上面所概述的缺点中的单个或减少其影响。

该任务借助于带有权利要求1的特征的腔室泵(泵)且鉴于用于运行这样的泵的方法借助于一种带有并行的独立方法权利要求的特征的方法来实现。在此，在先前所提及的形式的腔室泵的情形中(其包括泵腔室、腔室膜片或作为用于在泵运行的情形中循环改变泵腔室的容积的器件的活塞以及为了循环改变泵腔室的容积作用在腔室膜片或活塞处且可轴向移动的传动杆)，设置有至少一个被确定用于影响传动杆的轴向位置的且一方面作用在传动杆处以及另一方面作用在泵的壳体处的电活性膜片。该或每个电活性膜片关于传动杆的轴向运动充当促动器且至少部分地来到腔室泵的迄今的驱动器的位置处。

在一种用于运行这样的腔室泵或带有单个或多个随后所描述的另外的特征的腔室泵的对应的方法的情形中，至少一个一方面作用在传动杆处以及另一方面作用在泵或类似物的壳体处的电活性膜片为了影响传动杆的轴向位置且为了获得腔室泵的返回冲程(Rückhub)或前进冲程(Vorhub)、即腔室膜片或活塞的返回冲程或前进冲程被加载以电势。

腔室泵是一种用于输送液体或气体的循环工作的机器。这些液体或气体在下面被概括地称为介质。泵循环(Pumpenzyklus)众所周知包括返回冲程和前进冲程(或前进冲程和返回冲程)且在紧接着的泵循环中这继续。所提及的至少一个电活性膜片被确定或者用于获得或者用于支持返回冲程或前进冲程。更下面说明了一种在此所提出的腔室泵的专门的实施方式，在其中相应地至少一个电活性膜片被确定用于获得或用于支持返回冲程(返回冲程膜片)以及前进冲程(前进冲程膜片)。只要不重要的是，至少一个膜片被确定是用于获得或是用于支持返回冲程或前进冲程，一个部分冲程被提及，其中，完整的泵循环包括一个第一部分冲程和一个第二部分冲程，例如返回冲程和前进冲程。相应地，该用于运行目前所概述的形式的腔室泵的方法通过以下方式出众，即，至少一个一方面作用在传动杆处以及另一方面作用在泵或类似物的壳体处的电活性膜片为了影响传动杆的轴向位置且为了获得腔室泵的部分冲程、即腔室膜片或活塞的部分冲程被加载以电势。

至少一个膜片以电势的加载以基本上本身已知的形式和方式促使电活性膜片的所谓的高宽比(Aspektverhältnisse)(厚度相对面积的比例)的变化。简而言之，通过以电势的加载提高了至少一个膜片在其一方面在传动杆处且另一方面在泵或类似物的壳体处的固定点之间的有效长度。当该电势消失时，原有的高宽比再次出现且相应地至少一个膜片的有效长度减少。电活性膜片优选地被预紧。这导致经限定的比例。在不带有附加的电势的情形中，得出相应于预紧的有效长度。在附加的电势的情形中，电活性膜片的有效长度通过相应的势能来确定(该有效长度随着附加的电势增加)。

至少一个电活性膜片的有效长度的基于该至少一个电活性膜片以电势的交替加载而产生的周期性变化可无摩擦地且无噪音地以及无磨损地被用于驱动腔室泵，即用于驱动由此被包括的腔室膜片或由此被包括的活塞。此外有利地同样可实现非常高的冲程频率。

本发明的另一优点在于如下，即，这样的电活性膜片可被非常成本适宜地制造且可被自动地处理和应用。此外，这样的电活性膜片相比常规的驱动器具有非常小的质量。这不仅适用于移动质量的份额而且适用于总质量。移动质量是为何常规的线性驱动器对于许多应用、首先对于带有较高冲程频率的应用而言不可得到使用的一个重要原因。相比马达的旋转质量(其经常可容易被平衡)，在所谓的振荡电枢驱动器(Schwingankerantrieb)的情形中电枢的质量在线性方向上移动且因此周期性地移动质量重心。这导致振动和噪音生成，其在在此所提出的形式的驱动器的情形中不给出。

随后的说明在语言上简化的意义中且为了更好的可读性根据一种可选的实施方式来继续，在其中作为至少一个一方面作用在传动杆处且另一方面例如作用在泵的壳体处的电活性膜片的替代，设置有恰一个带有这些固定点的电活性膜片。这样的以锥形薄膜/锥形膜片的形式的单个的电活性膜片例如在其中心作用在传动杆处且在其侧边处例如被紧固、尤其被夹紧或粘住在泵壳体处。关于作用在传动杆处，这样的单个的电活性膜片例如在其中心具有孔(Loch)，传动杆或带有较小直径的传动杆区域被引导穿过该孔，其中，孔的边缘被紧固(例如通过夹紧、粘住或类似方式)在传动杆处。备选于这样的实施方式考虑如下实施方式，在其中作为单个的电活性膜片的替代使用多个膜片，其相应地被紧固在传动杆处、由传动杆径向向外伸延且在相对而置的端部处例如被紧固在泵壳体处。力作用的方向通过作用在传动杆处的位置以及例如作用在泵壳体处的位置来确定。因此，如果给出作用在传动杆处的相同位置和例如作用在泵壳体处的相同位置，恰一个膜片和多个单个的膜片起相同作用。这在此被假定。在恰一个电活性膜片的每次提及的情形中，因此带有多个在与单个电活性膜片相同的方向上起作用的膜片的备选的实施方式始终被一起阅读。

本发明的有利的设计方案是从属权利要求的目标。在此所使用的引用关系(Rückbeziehung)指向主权利要求的目标的通过相应的从属权利要求的特征的另外的构造且不可被理解为取消用于所引用的从属权利要求的特征组合的单独的代表性的获得。此外，鉴于权利要求以及说明书的设计在特征的更详细的具体化的情形中在排在后面的权利要求中从如下出发，即，这样的限制在相应前面的权利要求以及代表性的泵或用于其运行的方法的更普遍的实施方式中不存在。在对于排在后面的权利要求的方面的说明中的每次参照因此同样在无专门的指示的情形中可明确被读出为可选的特征的说明。最后应指出如下，即，腔室泵同样可相应于从属的方法权利要求例如以如下方式被改进，即，腔室泵包括用于实施一个或多个相应的方法步骤的器件，且相反地，从而使得关于本发明的各个装置方面和方法方面的公开内容始终可被相互参照。

在腔室泵的一种实施方式的情形中，其包括复位元件。借助于充当促动器的电活性膜片，用于传动杆到第一方向上的位移(Auslenkung)的力可被施加且在腔室泵的运行的情形中被施加。借助于复位元件，用于传动杆到相反于第一方向的第二方向上的位移的力可被施加且在腔室泵的运行的情形中被施加。完整的泵循环的两个部分冲程(返回冲程或前进冲程)中的一个可借助于电活性膜片被触发且在腔室泵的运行的情形中借助于电活性膜片被触发(传动杆到第一方向上的运动)。互补的部分冲程(前进冲程或者返回冲程)可借助于复位元件被触发且在腔室泵的运行的情形中借助于复位元件被触发(传动杆到相反于第一方向的第二方向上的运动)。作为复位元件例如考虑弹簧(压力弹簧或拉力弹簧)，其力方向相反于由于电活性膜片产生的力方向来定向。电活性膜片以电势的循环加载导致第一部分冲程，且互补的第二部分冲程借助于复位元件被触发。第一部分冲程和第二部分冲程的产生的交替触发导致泵作用。该泵为此例如包括带有至少一个输入端的控制单元，经由其部分冲程由于电活性膜片可例如以如下方式被触发，即，控制单元且进而泵在相应的输入端处被供应电势，电活性膜片应以该电势被加载。

在腔室泵的一种特别的实施方式的情形中，恰一个或至少一个另外的(第二)电活性膜片充当复位元件。上面被引入的简化在此同样适用，从而同样地在此在下面为了更好的可读性(但是不取消广泛的普遍适用性)提及第二电活性膜片。该膜片同样一方面作用在传动杆处且另一方面例如作用在泵的壳体处，尤其以如这在上面对于首先被提及的电活性膜片所说明的形式。在一种带有(恰一个或至少一个)充当促动器的第一电活性膜片和(恰一个或至少一个)充当促动器的第二电活性膜片的腔室泵的情形中，这些膜片相应地一方面作用在传动杆处且另一方面作用在腔室泵或类似物的壳体处且被确定用于相应地在传动杆的轴向上将力施加到传动杆上。借助于第二电活性膜片可被施加到传动杆上的且在运行中被施加的力反平行于借助于第一电活性膜片可被施加到传动杆上的且在运行中被施加的力来指向。在这样的腔室泵的情形中且在用于这样的腔室泵的运行的方法的情形中，完整的泵循环的两个部分冲程(返回冲程或前进冲程)中的一个可借助于第一电活性膜片被触发且在腔室泵的运行的情形中借助于第一电活性膜片被触发(传动杆到第一方向上的运动)。互补的部分冲程(前进冲程或者返回冲程)可借助于第二电活性膜片被触发且在腔室泵的运行的情形中借助于第二电活性膜片被触发(传动杆到相反于第一方向的第二方向上的运动)。第二电活性膜片充当用于借助于第一电活性膜片被触发的部分冲程的复位元件。同样地，第一电活性膜片但是同样充当用于借助于第二电活性膜片被触发的部分冲程的复位元件。第一电活性膜片以及第二电活性膜片以电势的交替的或至少相位移动的加载导致第一和第二部分冲程的交替触发且进而导致泵作用。该泵为此例如包括带有输入端的控制单元，经由其第一和第二部分冲程可例如以如下方式被触发，即，控制单元且进而泵在相应的输入端处被供应电势，第一或第二电活性膜片应以该电势被加载。

备选地，同样考虑控制单元的一种实施方式，在其中泵的控制单元例如包括用于电势的端口和至少一个输入端，其中，泵借助于输入端被预先给定用于期望的泵位置的额定值，例如以将用于传动杆的期望的轴向位置的大小编码的额定值的形式。泵的控制单元因此自动地借助额定值确定电势，电活性膜片以该电势被加载(或第一或第二电活性膜片以该电势被加载或第一和第二电活性膜片以该电势被加载)，以便于获得相应于或至少大致相应于额定值的泵位置。相应地被确定的电势被自动地借助于泵控制由外部附加的电势来产生。这例如借助于可以脉冲宽度调制信号被操控的电子开关(例如晶体管)实现，其被如此地接通到带有该电活性膜片(或这些电活性膜片)的电流回路中，以至于在开关闭合的情形中外部附加的势能附加在电活性膜片处。在时间上的中间中，基于被用于操控开关的脉冲宽度调制信号得出关于电活性膜片(或相应的电活性膜片)的势能，其导致传动杆的期望的位移。在此，脉冲宽度调制信号的基础频率足够高地来选择，例如不低于1kHz，从而确保如下，即，脉冲宽度调制信号的各个脉冲不促使电活性膜片的高宽比变化。

借助于这样的控制单元或类似物，在该方法的一种特别的实施方式的情形中，第一电活性膜片相应于被预先给定的或可被预先给定的第一电压特性(Spannungsprofil)被加载以电势且第二电活性膜片相应于被预先给定的或可被预先给定的第二电压特性被加载以电势。通过预先给定第一和/或第二电压特性，例如第一部分冲程和/或第二部分冲程的持续时间且进而在整体上冲程频率、第一部分冲程和/或第二部分冲程的幅度且进而在整体上冲程容积和/或泵腔室的容积的时间上的变化可被预先给定。以该方式，泵过程的主要参数可被单独地或组合地调整。

在腔室泵的一种专门的实施方式的情形中，第一电活性膜片在第二电活性膜片之前作用在传动杆处，即，由传动杆的作用在腔室膜片处或在活塞处的端部出发在第二电活性膜片之前。通过考虑两个电活性膜片由传动杆的上述端部出发的作用点，方向被限定。沿着该方向，在该专门的实施方式的情形中，第一电活性膜片在其在传动杆处的作用点之前作用在泵壳体或类似物处而第二电活性膜片在相同方向上在其在传动杆处的作用点之后作用在泵壳体或类似物处。这使得腔室泵的紧凑的结构形式成为可能。

在此处且在下面所描述的形式的腔室泵的一种另外的且特别优选的实施方式的情形中，电活性膜片(或在带有第一和第二电活性膜片的实施方式的情形中两个膜片中的一个或两个膜片)充当用于获得关于腔室膜片或活塞的位置的位置信息的传感器。正如电活性膜片在提供电势的情形中改变其高宽比且尤其改变其厚度那样，随着厚度变化在两个被安放在电活性膜片的表面上的电极之间可测得的电容变化。这样的信号成比例于膜片的相应厚度且进而同样成比例于膜片的相应的有效长度。膜片的有效长度又成比例于借助于膜片可移动的传动杆的轴向位置，从而使得测得的电容是对于传动杆的位置的大小且进而是对于腔室膜片或活塞的位置的大小。相应地，借助于电容测量可获得的信号提供了关于腔室膜片或活塞的通常被称作泵位置的位置的位置信息。这样的位置信息一方面可被用作用于泵位置的实际值且例如使得可供上游系统使用。因此，该系统具有关于泵位置的始终当前的信息且其可例如被显示。但是，位置信息同样可与预期的泵位置相比较且该比较的结果作为状态信息被输出或必要时产生错误报告(Fehlermeldung)。泵位置可额外地或备选地同样被用于泵的控制或调节。该控制或调节于是例如在泵的控制单元或上游系统的控制单元中实现。在这样的控制单元的情形中，其连续地比较用于泵的位置的相应的额定值与代表泵的当前位置的位置信息(实际值)且取决于在额定值与实际值之间的可能的偏差以基本上本身已知的形式和方式产生用于消除调节偏差或至少用于最小化调节偏差的调节参量(Stellgröße)、即如下调节参量，在电活性膜片(或一个电活性膜片或两个电活性膜片)处附加的电势被以该调节参量匹配。

在腔室泵的一种特别的实施方式的情形中，其一方面不仅包括用于第一部分冲程的第一电活性膜片和用于第二部分冲程的第二电活性膜片且在其中另一方面借助于在电活性膜片处的测量可获得编码位置信息的测量值，作如下设置，即，第一电活性膜片和第二电活性膜片交替地充当促动器和充当传感器。于是，第一和第二电活性膜片被循环交替地加载以电势，以便于获得第一或第二部分冲程。当例如第一电活性膜片被加载以电势且这导致其有效长度的变化(增加)时，这尤其在经预紧的膜片的情形中同样影响第二电活性膜片的高宽比。该变化(如上面所描述的那样)是可测量的且例如电容测量提供了位置信息。当第二电活性膜片被加载以电势且相应地位置信息借助于关于第一电活性膜片的测量、尤其电容测量被确定时，同样相应地适用。两个膜片中的一个或者作为传感器或者作为促动器的交替使用防止用于基于附加的电势确定位置信息的测量的歪曲且相应地确保关于位置信息的特别可靠的测量值。

该方法以及该方法的实施方式和由此被包括的方法步骤被自动地实施，即没有用户(即例如包括泵的医疗设备或类似物的用户)的干预。方法步骤的自动实施在控制单元的控制的情形下实现。该控制单元例如包括以微处理器的形式或根据微处理器的形式的处理单元以及存储器。可由处理单元实施的控制程序被加载或可被加载到存储器中，其在运行中通过其处理单元被实施。就此而言，本发明同样是带有控制单元的泵，其中，控制单元包括在此且在下面所描述的方法的实现(例如在软件中)，根据该方法工作且为此作为用于执行该方法的器件包括至少一个带有该方法的实现的控制单元。该方法的实现优选地在软件中实施。本发明因此一方面同样是带有可通过计算机(控制单元或者其处理单元)实施的程序编码指令的计算机程序且另一方面是带有这样的计算机程序的存储介质，即带有程序编码器件的计算机程序产品，以及最后同样是一种控制单元，在其存储器中作为用于执行该方法和其设计方案的器件这样的计算机程序被加载或可被加载。

附图说明

随后根据附图对本发明的实施例作进一步说明。彼此相应的对象或元件在所有附图中设有相同的附图标记。

该或每个实施例不应被理解为本发明的限制。相反地，在该公开内容的范围中可实现改变和修改，尤其这样的变型方案和修改方案，其例如通过各个与通常的或专门的说明部分相结合所说明的以及在权利要求和/或附图中所包含的特征的组合或变换对于专业人士而言鉴于该目的的解决方案可获得且通过可组合的特征导致新的对象。

其中：

图1显示了带有曲轴传动装置的腔室泵，

图2显示了带有振荡电枢驱动器和作为复位元件的弹簧的腔室泵，

图3显示了电活性薄膜和被提供到该处的电势的结果，

图4显示了在返回冲程(左)结束时和在前进冲程(右)结束时在此所提出的腔室泵的一种实施方式，

图5显示了在此所提出的腔室泵的一种专门的实施方式，

图6和

图7显示了用于触发返回冲程和前进冲程的用于加载电活性膜片的电压特性，

图8和

图9显示了作为不同电势的结果的腔室泵的泵腔室的不同容积，以及

图10显示了在此所提出的泵腔室的另一专门的实施方式，在其中电活性薄膜或者充当用于触发返回冲程或前进冲程的促动器或者充当用于确定泵的位置信息的传感器。

附图标记列表

10 泵/腔室泵

12 泵腔室

14 腔室膜片

16 壳体件

18,20 阀

22 偏心盘

24 传动杆

26 线圈

28 弹簧元件，复位元件

30 电枢

32 引导装置

34 活塞

36,38 (空)

40,40' 电活性膜片

42,44 (用于以电势加载电活性膜片)的导线

46,48 (用于在电活性膜片处的电容测量)的导线

50 返回冲程电压特性

52 前进冲程电压特性。

具体实施方式

在图1和图2中的图示以示意性简化的形式和方式显示了在下面有时也被简称为泵10的腔室泵10的两种基本上本身已知的实施方式。每个泵10具有泵腔室12，其一方面通过弹性膜片14且另一方面通过带有相应地至少一个在其中形成的流入开口和流出开口的泵壳体的壳体件16来限定。下面为了区分被称作腔室膜片14的膜片14侧向上与壳体件16相连接。该或每个流入开口以及该或每个流出开口相应地关联有阀18,20，其与泵循环同步地开启或封闭流入开口或流出开口。

该泵循环在泵10的运行中基于泵10的相应的驱动器得出。作为驱动器，在图1中显示了一种旋转驱动器(曲轴传动装置)，其转动运动借助于带有偏心地布置的曲柄销(Kurbelzapfen，有时也称为曲轴颈)的圆盘(偏心盘22)或类似物以基本上本身已知的形式和方式被转换成作用在腔室膜片14处的传动杆(连杆)24的振荡的线性运动。在图2中显示了一种电磁驱动器(带有至少部分区段地铁磁的传动杆24的线圈26)，其直接作用到传动杆24上且与施加复位力的弹簧元件28一起同样导致作用在腔室膜片14处的传动杆24的振荡的线性运动。该形式的泵10被称作振荡电枢泵(Schwingankerpumpe)且传动杆24的至少部分区段地铁磁的部分相应地被称作电枢30。传动杆24相应地在引导装置32中被引导。

基于传动杆24的轴向振荡运动，腔室膜片14被循环拉紧或放松。在传动杆24的返回冲程的情形中，腔室膜片14被拉紧且其产生腔室12的容积增大。在传动杆24的前进冲程的情形中，腔室膜片24被放松且产生腔室12的容积减少。这相应地适用于借助于传动杆24被驱动的活塞34(图9)。在腔室容积增大的情形中，相应的介质经由该或每个流入开口流动到腔室12中。在腔室容积的紧接着降低的情形中，先前流入到腔室12中的介质的至少一部分通过该或每个流出开口从腔室12被挤压。以本身已知的形式和方式，结果是所输送的介质的容积流和/或在泵10上游的压力减少和/或在泵10下游的压力提高。

图3中的图示以示意性简化的形式和方式显示了一种电活性膜片40(电活性薄膜40)。在此，其可以是下面有时被简称为膜片40的以电活性聚合物(EAP)或非传导性的弹性体(DEA)的形式的电活性膜片40。两种变型方案在下面在该膜片40或一个膜片40的每次提及的情形中始终被一起阅读。

电活性聚合物和非传导性的弹性体是基本上本身已知的。由此形成的膜片40或通常电活性膜片40众所周知取决于所提供的电势改变其高宽比(厚度相对面积的比例)。额外地或备选地，这样的膜片40鉴于其弹性同样可被调整，从而取决于所提供的势能产生较硬的且不可或仅可较少弯曲的膜片或可弹性弯曲的膜片，如这例如在文件US 2004 124384A1中所描述的那样。

在图3中的图示的上部区域中显示了膜片40，其未被加载以电势。紧邻在其下显示了在以电势加载的情形中的相同的膜片40。可看出的是，由于以电势的加载膜片40的厚度减少。在此，膜片40的面积增加。后者在图示中仅可以以膜片40沿着其主轴线中的一个的伸展而扩大的形式、即以长度变化的形式被看出。

膜片40以电势的加载在图3中的图示中以两个作用在膜片40处的导线42,44的形式来显示。导线42,44引导至未显示的电源，从而借助于导线42,44可将电势提供到相应的膜片40处。在未被加载以电势的膜片40的情形中，这些导线42,44未被显示。实际上，这些导线42,44在下面所描述的革新的具体实施方式的情形中显而易见不取决于电势是否被提供到相应的膜片40处而存在。膜片40以电势的加载例如借助于在带有导线42,44的电流回路中存在的开关元件、例如以晶体管或类似物的形式的电子开关以基本上本身已知的形式和方式来控制。对于附图的解释而言适用如下，即，可见的导线42,44呈现被加载以电势的膜片40，与之相反不带有这样可见的导线42,44的膜片40在相应地所显示的快照(Momentaufnahme)的情形中不被加载以电势。

在图3中的图示的下部区域中显示了两个膜片40，其一起形成膜片对。在放松的、即无势能的状态中，其在相同平面中并排地且彼此毗邻地布置。在其中两个膜片40彼此毗邻的区域中安放有弹簧元件。在被提供到膜片40处的势能的情形中，两个膜片40的弹性模量同样变化且基于所提供的电势变得可弯曲的膜片40部分地通过弹簧元件被提起，如这在示出的快照中所显示的那样。

借助图3中的下部图示指出了在解释随后的附图的情形中的另一特点。在成对配套的膜片40、即如在图3中的下部图示中的膜片对或多个配套的膜片40的情形中适用如下：即使当为了图示的清晰性仅在膜片40处显示被联接到该处的导线42,44(且因此示出以电势的加载)时，这(即以电势的加载)同样适用于膜片对的另一膜片40或任一其它附属的膜片40。配套的膜片40于是始终同时或者被加载以电势或者不被加载以电势。

由先前借助图3的说明出发，图4中的图示此时显示了在此所提出的形式的泵10的第一实施方式，其中，关于泵10的已知部件参照图1的说明。

图4中的图示在左侧上显示了在下顶点处的传动杆24且在右侧上显示了在振荡运动的上顶点处。相应地，在左侧上显示了带有腔室12的最大容积的情况。在腔室容积增大的情形中，直至腔室膜片14的示出的位置相应的介质流动到腔室12中。在右侧上，与此相对地显示了带有腔室12的最小容积的情况。在腔室容积降低的情形中，直至腔室膜片14的示出位置相应的介质被由腔室12挤出。

腔室膜片14的运动(或备选地活塞34(图9)的运动)基于在引导装置32中被引导的传动杆24的振荡运动得出。传动杆24的运动此时然而(相反于在图1和图2中的图示)不再基于图1中所显示的形式的曲轴传动装置或线性驱动器得出。传动杆24的驱动相反地借助于至少一个电活性膜片40或多个在径向上围绕传动杆24对称分布的电活性膜片40以及在相反方向上起作用的复位元件实现。

该或每个膜片40一方面作用在传动杆24的外表面处且另一方面作用在泵10的壳体处。在被提供到该或每个膜片40处的电势的情形中(图4：在左侧的图示)，该或每个膜片40在其一方面例如在泵壳体处且另一方面在传动杆24处的安装之间的有效长度增加。作用在传动杆24处的复位元件28、例如弹簧元件28(尤其以充当拉力弹簧的螺旋弹簧的形式的弹簧元件28)然后相应于该或每个膜片40的增加的有效长度使传动杆24位移，从而得出传动杆24的返回冲程且相应地腔室膜片14的返回冲程。这导致腔室容积的上述增大。一旦该或每个膜片40不再被加载以电势(图4：在右侧上的图示)再次得出该或每个膜片40的原有的较短的有效长度。传动杆24借助于该或每个膜片40相对复位元件28的力在前进冲程的方向上移动。因此同样得出腔室膜片14(或活塞34)的前进冲程，且这导致腔室容积的上面已描述的降低。

简而言之，泵10的在图4中所显示的实施方式的运动过程因此可如下来描述：在前进冲程的情形中，该或每个膜片40相对复位元件28的复位力拉动传动杆24。在返回冲程的情形中，基于被提供到该或每个膜片40处的电势其长度和弹性提高，从而使得复位元件28的复位力的效果占优势且相应地复位元件28在复位力的作用的方向上使传动杆24位移。

在将电势循环地提供到该或每个膜片40处的情形中，产生传动杆24的相应的循环运动以及腔室膜片14或活塞34的与此伴随的循环运动。这导致本身已知的泵作用(Pumpwirkung)。泵10的产生的冲程是在两个平行的辅助线之间的以H表示的距离。

在例如圆柱形泵壳体中的各个膜片40的情形中，膜片40一方面作用在传动杆24的外表面处且另一方面例如作用在泵壳体的内周面处。在此，膜片40与泵壳体的连接可例如以如下方式被建立，即，膜片40在泵壳体的侧边上在泵壳体的两个构件之间沿着泵壳体的圆周线或逐段地(stückweise)沿着该圆周线通过夹紧被紧固。备选地，例如考虑到泵壳体的内周面处的粘住。完全类似地，可例如以如下方式建立膜片40与传动杆24的连接，即，膜片40在传动杆24的两个部分之间被夹紧或膜片40在传动杆24处被粘住。

备选于在图4中所显示的实施方式，可设想带有力作用的互换方向的基于相同原理的实施方式。于是，该或每个膜在不带有所提供的电势的情形中在返回冲程的方向上起作用且在所提供的电势的情形中促使前进冲程的复位力(反力)例如借助于充当压力弹簧的碟簧或螺旋弹簧被施加。

图5中的图示显示了泵10的一种实施方式，其基于图4中所显示的实施方式，从而为了避免重复参照借助图4所说明的细节。在根据图5的实施方式的情形中，至少一个额外的电活性膜片40'承担复位元件的功能。为了区分，该或每个施加用于前进冲程的力的膜片40被称作前进冲程膜片40，而该或每个施加用于返回冲程的力的膜片40'被称作返回冲程膜片40'。前进冲程膜片40是在图5中所显示的实施方式的情形中在整体上相比返回冲程膜片40'更靠近地处在腔室膜片14处。该沿着传动杆24的纵向延伸的顺序不是强制的。如下是重要的，即，借助于至少一个膜片40在未被加载以电势的状态中可将力施加到传动杆24上，其导致泵10的前进冲程(前进冲程膜片40)，且借助于至少一个另外的膜片40'在未被加载以电势的状态中可将力施加到传动杆24上，其导致泵10的返回冲程(返回冲程膜片40')。

对于传动杆24的振荡运动且进而对于用于泵运行的腔室膜片14(或活塞34)的振荡运动而言，该或每个前进冲程膜片40以及该或每个返回冲程膜片40'交替地被加载以电势，从而交替地或者使得前进冲程膜片40的有效长度提高(图5，左侧)，因此返回冲程膜片40'的力作用占优势且返回冲程产生，或者使得返回冲程膜片40'的有效长度提高(图5，右侧)，因此前进冲程膜片40的力作用占优势且相应地泵10的前进冲程产生。

迄今，在此所提出的革新的说明在该或每个电活性膜片40,40'的特别简单的操控的基础上实现。在此，相应的膜片40或膜片40,40'或者被加载以相应的电势或者未被加载以电势。显而易见，同样存在如下可能性，即，基于相应的电源供使用的电势在一定程度上仅部分地在电活性膜片40,40'处被提供。

对于在图4中所显示的实施方式而言这意味着如下，即，借助于相应地被提供到该或每个在该处所显示的膜片40处的电势可调整，传动杆24可借助于复位元件28被拉回多远。传动杆24在返回冲程期间的最大位移确定泵腔室12的最大容积。在较高电势的情形中产生该或每个膜片40的较强的延长(Längung)，从而使得传动杆24可被相应较远地拉回。在较小的电势的情形中产生该或每个膜片40的不太强的延长，从而使得传动杆24可被相应不太远地拉回。在较高电势的情形中相应地产生较大的最大腔室容积。该腔室容积因此借助于被相应提供的电势(在腔室膜片14的弹性的范围中或在活塞34的运动区域的范围中)可被调整。传动杆24的合成的振动幅度确定泵腔室12的容积变化且进而例如确定每个时间单位(在泵循环期间、在返回冲程期间和紧接着的前进冲程期间)借助于泵10被输送的介质的容积。

在此，时间单位的长度、即泵循环的持续时间有利地同样可被精确地调整。为此参照在图6和图7中的图示。因此，为了调整泵循环的持续时间在返回冲程的情形中根据被预先给定的或可被预先给定的第一电压特性50(返回冲程电压特性50)的势能被提供到该或每个膜片40处且相应地在前进冲程的情形中根据被预先给定的或可被预先给定的第二电压特性52(前进冲程电压特性52)的势能被提供到该或每个膜片40处。前进冲程电压特性52和返回冲程电压特性50可为对称的，如这在图6和图7中的图示中所显示的那样。然而，这不是必需的且前进冲程电压特性52和返回冲程电压特性50同样可不同。返回冲程电压特性50和前进冲程电压特性52的相应的持续时间(t_R,t_V)的总和确定了泵10的泵循环的总持续时间且例如通过改变前进冲程电压特性52和返回冲程电压特性50的斜度被调整。

虽然在图7中的图示中为了简单的情况显示了线性的且单调上升或者下降的返回冲程电压特性50和前进冲程电压特性52，每个特性50,52可例如由多个逐段地直的带有相应不同斜度的区段组合而成。备选地或额外地同样考虑如下，即，特性50,52的至少各个区段或两个特性50,52遵循数学函数、例如三角函数或指数函数。

图7中的图示显示了返回冲程电压特性50和前进冲程电压特性52，其大致与被提供到该或每个膜片40处的势能的接通和切断相符。于是，泵腔室12的容积变化的时间曲线同样通过相应的复位力被确定。这样的特性50,52可被特别简单地实现。

普遍地适用如下，即，在图4中所显示的实施方式的情形中对于返回冲程而言在下阈值(V_min≥0V)与上阈值(V_max)之间的电势(V_返回)、例如基于电源最大供使用的势能被提供到该或每个膜片40处，且对于前进冲程而言在上阈值(V_max)与下阈值(V_min)之间的电势(V_前进)被提供到该或每个膜片40处：V_返回=[V_min..V_max]；V_前进=[V_max..V_min]。通过选择下阈值与上阈值(V_min或者V_max)，传动杆24的振荡运动的两个外部的顶点且进而泵冲程被精确地调整。这意味着泵腔室12在泵循环(返回冲程和紧接着的前进冲程)期间的容积变化的精确的可调整性。通过返回冲程的持续时间(t_R)的选择和前进冲程的持续时间(t_V)的选择可精确地调整泵10的冲程频率。通过返回冲程电压特性50的预设值和前进冲程电压特性52的预设值可精确调整在泵循环期间的泵腔室12的容积的时间上的变化，可选地甚至对于两个部分冲程而言彼此独立。所有这些调整可能性可彼此组合，然而同样可通过如下方式被分别利用，后者例如通过下阈值和上阈值(V_min,V_max)的预设值“仅”泵10的冲程容积被调整。

借助图6和图7的说明相应地同样适用于泵10的在图5中所显示的实施方式。在此恰如这在上面所说明的那样，额外地同样对于充当复位元件的返回冲程膜片40'而言可通过相应地附加的势能的预设值调整其相应地起作用的力。

在图8中的图示为此示例地显示了在返回冲程结束时(图8：左侧)和在前进冲程结束时(图8：右侧)的泵腔室12的可能的基于这样的可调整性产生的容积。在此，为了清晰性取消电活性膜片40的示出。相应地，在概念上至少一个根据图4的膜片40或至少一个前进冲程膜片40以及至少一个根据图5的返回冲程膜片40'可被补充。在图8中上方的图示的情形中，附属的V_max明显大于在图8中下方的图示的情形中。在图8中下方图示的情形中，附属的V_max大约与在图8中上方的图示的V_min相符。

图9中的图示显示了带有作为迄今所显示的腔室膜片14的替代的活塞34的泵10。在更上面已指出如下，即，同样在指出了作为用于周期性改变泵腔室12的容积的器件的腔室膜片14的实施方式的情形中，作为在该处的腔室膜片14的替代始终备选地同样考虑作为用于周期性改变泵腔室12的容积的器件的活塞34。在图8中显示如下，即，通过预先给定电势(以其加载该或每个膜片40或该或每个前进冲程膜片40和返回冲程膜片40')可调整中间位置，传动杆24且进而同样腔室膜片14(或活塞34)围绕该中间位置振荡。与此相对，在图9中借助于相应地以画虚线的形式示出的下部的(返回冲程)和上部的(前进冲程)活塞位置，通过预先给定电势(以其加载该或每个膜片40或该或每个前进冲程膜片40和返回冲程膜片40')同样可调整冲程容积。此外，两种借助图8和9图解说明的调整可行性方案同样可被组合。

图10中的图示最后基于图5中所显示的泵10显示了一种泵10的特别的实施方式。特点在于如下，即，至少一个充当前进冲程膜片40和至少一个充当返回冲程膜片40'的电活性膜片循环地或者充当促动器或者充当传感器。作为促动器的功能迄今已被说明且基于作为促动器的功能得出传动杆24的振荡运动。作为传感器的功能基于如下，即，借助于电容测量可确定用于膜片40,40'的相应的高宽比(厚度相对面积的比例)的大小。相应地被确定的电容是对于膜片40,40'的相应的有效长度的大小且进而同样是对于传动杆24的轴向位置的大小。传动杆24的轴向位置又是对于泵10的位置的大小，从而借助于电容测量可获得可被用于泵10的调节的位置测量值。迄今所提出的形式的泵10的一种特别的实施方式相应地在于如下，即，借助于基于电容测量在至少一个膜片40,40'处可获得的位置测量值实现传动杆24的位置的调节(位置调节)和/或传动杆24的运动速度的调节(速度调节)。在图10中的图示中以如下方式示出了膜片40,40'作为促动器或传感器的交替的功能，即，除了用于以电势加载相应的膜片40,40'的导线42,44之外显示了另外的用于电容测量的导线(测量导线)46,48。

在该意义中至少暂时充当传感器的膜片40,40'使得泵10的运动过程的探测成为可能且借助于相应的调节例如使得带有恒定的泵频率、恒定的冲程、恒定的力、恒定的泵腔室12在时间上的容积变化的泵10的运行形式成为可能。此外同样可实现上面提到的调节形式的功能上的组合。

在此所提出的说明的各个处在前面部分中的方面因此可简短地如下来概括：说明了一种腔室泵10和一种用于其运行的方法。腔室泵10以本身已知的形式包括泵腔室12、作为用于改变泵腔室12的容积的器件的腔室膜片14或活塞34、以及为了改变泵腔室12的容积作用在腔室膜片14或活塞34处的可轴向移动的传动杆24。在此所提出的腔室泵10通过以下方式出众，即，其包括至少一个充当用于影响传动杆24的轴向位置的促动器且一方面作用在传动杆24处以及另一方面作用在泵10的壳体处的电活性膜片40,40'且在腔室泵10的运行中至少一个电活性膜片40,40'为了影响传动杆24的轴向位置且为了获得腔室泵10的返回冲程或前进冲程被加载以电势。

Claims (11)

1.一种用于使用在医疗设备中或在安全技术系统中的腔室泵(10)，带有

泵腔室(12)，

作为用于改变所述泵腔室(12)的容积的器件的腔室膜片(14)或活塞(34)以及

为了改变所述泵腔室(12)的容积作用在所述腔室膜片(14)或所述活塞(34)处且可轴向移动的传动杆(24)，

其中，至少一个作用在所述传动杆(24)处的电活性膜片(40,40')充当用于影响所述传动杆(24)的轴向位置的促动器，

其中，借助于所述至少一个充当促动器的电活性膜片(40,40')可施加用于所述传动杆(24)在第一方向上位移的力且所述腔室泵(10)包括复位元件(28,40')，借助于其可施加用于所述传动杆(24)到相反于所述第一方向的第二方向上位移的力，

其特征在于，

至少一个一方面作用在所述传动杆(24)处的电活性膜片(40,40')另一方面作用在所述泵(10)的壳体处，

至少一个另外的充当促动器的电活性膜片(40')充当复位元件，其一方面作用在所述传动杆(24)处且另一方面作用在所述泵(10)的壳体处。

2.根据权利要求1所述的腔室泵(10)，带有至少一个充当促动器的第一电活性膜片(40)和至少一个充当促动器的第二电活性膜片(40')，其相应地一方面作用在所述传动杆(24)处且另一方面作用在所述腔室泵(10)的壳体处且被确定用于在所述传动杆(24)的轴向上将力施加到所述传动杆(24)上，

其特征在于，借助于所述或每个第一电活性膜片(40)可被施加到所述传动杆(24)上的力反平行于借助于所述或每个第二电活性膜片(40')可被施加到所述传动杆(24)上的力指向。

3. 根据权利要求2所述的腔室泵(10)，其特征在于，所述或每个第一电活性膜片(40)由所述传动杆(24)的作用在所述腔室膜片(14)处或所述活塞(34)处的端部出发在所述或每个第二电活性膜片(40')之前作用在所述传动杆(24)处，

其中，所述或每个第一电活性膜片(40)在该方向上在其在所述传动杆(24)处的作用点之前作用在所述泵壳体处，且

其中，所述或每个第二电活性膜片(40')在该方向上在其在所述传动杆(24)处的作用点之后作用在所述泵壳体处。

4.根据前述权利要求中任一项所述的泵腔室(10)，其特征在于，所述至少一个电活性膜片(40,40')充当用于获得关于所述腔室膜片(14)或所述活塞(34)的位置的位置信息的传感器。

5.根据权利要求4以及权利要求2或3中任一项所述的腔室泵(10)，其特征在于，所述至少一个第一电活性膜片(40)和所述至少一个第二电活性膜片(40')交替地充当促动器和传感器。

6.一种用于运行根据权利要求1所述的腔室泵(10)的方法，其特征在于，所述至少一个电活性膜片(40,40')或充当复位元件的至少一个另外的电活性膜片(40,40')为了影响所述传动杆(24)的轴向位置且为了获得所述腔室泵(10)的返回冲程或前进冲程被加载以电势。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述至少一个第一电活性膜片(40)和所述至少一个第二电活性膜片(40')交替地或相位移动地被加载以电势且充当用于获得所述传动杆(24)的振荡运动的促动器。

8.根据权利要求6或7中任一项所述的方法，其特征在于，所述或每个第一电活性膜片(40)相应于被预先给定的或可被预先给定的第一电压特性(50)被加载以电势且所述或每个第二电活性膜片(40')相应于被预先给定的或可被预先给定的第二电压特性(52)被加载以电势。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其特征在于，借助于至少一个电活性膜片(40,40')以电容测量的形式确定关于所述腔室膜片(14)或所述活塞(34)的位置的位置信息。

10.根据权利要求6至8所述的方法，其特征在于，所述或一个第一电活性膜片(40)被交替地加载以电势或为了获得其电容的位置信息被测量，且/或其中，所述或一个第二电活性膜片(40')被交替地加载以电势或为了获得其电容的位置信息被测量。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述位置信息充当用于调节所述腔室泵(10)的实际值。