CN114060257A - 流体设备 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种流体设备（1），所述流体设备具有构造成用于容纳流体的流体腔室（5），所述流体腔室由设备壳体（3）和弯曲弹性的膜片元件（4）共同限定。所述膜片元件（4）以外围的边缘区段（17）流体密封地固定在所述设备壳体（3）处并且具有由所述外围的边缘区段（17）围起来的膜片工作区段（27），所述膜片工作区段为了改变所述流体腔室（5）的容积能够通过压电致动器（7）进行偏转。所述膜片元件（4）由橡胶弹性的材料制成，其中，所述压电致动器（7）具有沿着所述膜片工作区段（27）延伸的驱动区段（42），所述驱动区段埋入到所述膜片元件（4）中并且由所述膜片元件（4）的橡胶弹性的材料包裹。

Description

流体设备

技术领域

本发明涉及一种流体设备，所述流体设备具有构造成用于容纳流体的流体腔室，所述流体腔室由设备壳体和具有在主延伸平面中的平面的延伸部的弯曲弹性的膜片元件共同限定，其中，膜片元件在其外围的边缘区段处流体密封地固定在设备壳体处，并且其中，膜片元件的由外围的边缘区段围起来的膜片工作区段为了改变流体腔室的容积能够通过流体设备的作用于膜片元件的压电致动器在实施沿横向于主延伸平面定向的工作方向的行程运动的情况下弹性地进行偏转。

背景技术

从JP-H03-12917 A中已知上面提及的类型的流体设备，所述流体设备用在半导体的制造中并且提供如下可能性，即将位于流体通道中的流体回吸，以避免在输出开口处的不期望的滴落。回吸效应能够由负压引起，该负压能够在流体设备的流体腔室中产生，流体通道与其处于连接中。流体腔室由设备壳体和在边缘侧固定在设备壳体处的膜片元件共同限定。所述负压能够通过如下方式产生，即膜片元件的限定流体腔室的膜片工作区段借助于压电致动器进行偏转，从而流体腔室的容积增大。压电致动器构造为堆栈转换器并且固定在弯曲弹性的膜片元件的两个彼此相对的膜片面中的一个膜片面处。压电致动器具有多个电极，操控电压能够被施加到所述电极处，通过所述操控电压引起压电致动器的变形，所述压电致动器的变形伴随着膜片元件的膜片工作区段的对应的变形。

在从DE 19810657 A1中已知的回吸阀中，促使流体的回吸的负压能够借助于能够变形的膜片产生，活塞作用于所述膜片，所述活塞通过弹簧进行预紧，并且所述活塞的运动能够通过另外的膜片的受控制的流体加载来进行控制。

发明内容

本发明基于如下任务，即采取如下措施，所述措施实现流体设备的流体腔室的容积的简单的并且精确的改变。

为解决上面提及的任务，具有开头提及的特征的流体设备的突出之处在于：膜片元件由橡胶弹性的材料制成，其中，压电致动器具有沿着膜片工作区段延伸的驱动区段，所述驱动区段埋入到膜片元件中并且由膜片元件的橡胶弹性的材料包裹。

在根据本发明的流体设备中，流体腔室的容积能够借助于压电致动器来改变，通过所述压电致动器的操纵能够使橡胶弹性的膜片元件变形，所述膜片元件形成流体腔室的能够运动的限定壁。压电致动器具有驱动区段，所述驱动区段能够通过压电致动器的操纵发生变形并且其变形传递到相邻的膜片工作区段上，从而该膜片工作区段实施横向于主延伸平面的行程运动。由于膜片元件的橡胶弹性，待由驱动区段施加的驱动力相对小，从而压电致动器能够以节能的方式运行。因为压电致动器的驱动区段在膜片工作区段的内部延伸，其方式为，所述驱动区段埋入到膜片元件中并且由膜片元件的橡胶弹性的材料包裹，所以在与极其紧凑的尺寸相结合的情况下驱动力能够非常可靠地从压电致动器传递到膜片工作区段上。

可变大小的操控电压能够被施加到压电致动器处，根据逆压电效应，由所述操控电压引起驱动区段的可逆的形状变化，该形状变化直接传递到膜片元件的包裹驱动区段的膜片工作区段上。由此始终确保在驱动区段的偏转与膜片工作区段的行程之间的清楚的配属，这为流体腔室的精确的能够调节的容积改变提供了良好的前提条件。取决于膜片工作区段的由压电致动器引起的偏转的程度，流体腔室的容积或多或少强地进行改变，其中，容积增大例如能够用于在流体腔室中产生负压。优选地，压电致动器能够非常简单地成比例地进行操控，以便设定膜片工作区段的不同的行程位置，以用于预设流体腔室的不同的容积。所述运行能够以低能量水平进行，从而尽管有直接操控也不出现相关的自加热。此外，压电概念在需要时允许在膜片工作区段偏转时进行位置调节，从而准确重复的（wiederholgenaue）设定是可行的。通过在膜片元件方面包裹压电致动器，能够实现压电致动器的可靠的屏蔽以免位于流体腔室中的流体，从而即使在有腐蚀性的流体的情况下也不能够影响压电致动器的功能性。

本发明的有利的扩展方案由从属权利要求得出。

作为用于膜片元件的橡胶弹性的材料，尤其选择弹性体材料。弹性体材料优选涉及NBR、（F）FKM、EPDM、硅树脂或热塑性弹性体。

压电致动器尤其如此固定在膜片元件处，使得所述压电致动器与膜片元件共同形成能够统一地操作的组合件。压电致动器和膜片元件优选地相对于彼此是不可运动的。在装配流体设备时，先前已组装好的组合件能够统一地被置入到设备壳体中，由此，合理的并且成本适宜的制造是可行的。

能够特别成本适宜地制造上面提及的组合件，其方式为，压电致动器的驱动区段在制造膜片元件时以膜片元件的橡胶弹性的材料进行包封注塑。以这种方式，能够实现在压电致动器和膜片元件之间的非常紧密的连接。这两个构件能够粘附在彼此处。

备选地，例如，还存在如下可能性，即独立于压电致动器地制造膜片元件，并且独立于压电致动器地在膜片元件的内部构造位于主延伸平面中的长形的容纳凹部，压电致动器以其驱动区段插入到所述容纳凹部中。

当根据先前提到的设计方案将压电致动器的驱动区段以膜片元件的橡胶弹性的材料包封注塑时，则通过如下方式自动得出容纳凹部，即膜片元件的材料紧贴到压电致动器的驱动区段的外周缘处。

长形的容纳凹部尤其盲孔状地进行构造，并且在膜片元件的外围的边缘区段的区域中在一侧是敞开的。在容纳凹部的敞开的侧处，压电致动器能够以联接到驱动区段处的另外的长度区段伸出，该长度区段尤其能够用于电接触。

适宜地，膜片元件板状地进行构造。

被视为适宜的是，膜片元件在其外围的边缘区段的区域中具有矩形的、长形的外轮廓，从而所述膜片元件具有沿着假想的膜片纵轴线延伸的长形的外形。适宜地，所述外轮廓在拐角处被倒圆。

优选地，膜片元件作为分离壁如此布置在设备壳体中，使得所述膜片元件将设备壳体的壳体内部空间划分成流体腔室和另一壳体腔室。为了使膜片工作区段的行程运动不受在另一壳体腔室中存在的过压或负压影响，另一壳体腔室适宜地经由至少一个呼吸开口持续地与周围环境处于连接中，从而另一壳体腔室能够被称为呼吸腔室。当设备壳体如此进行设计，使得膜片元件在膜片工作区段的未偏转的状态中贴靠在壳体壁处时，则至少一个呼吸开口尤其还防止橡胶弹性的膜片粘附在壳体壁处。该设计方案是有利的，以便能够实现设备壳体的在行程运动的工作方向上窄的尺寸。

优选地，设备壳体的在沿工作方向与流体腔室相对的侧上与膜片元件相对置的背侧的壳体壁在所述设备壳体的面向膜片元件的内部面处具有由多个加深部和凸起部的区域构成的表面结构。由此还有效地防止膜片元件可能粘附在设备壳体处。膜片元件能够大面积地进行后部通风。附加地或备选地，能够在膜片元件的面向壳体背壁的背侧的膜片面处构造有对应的表面结构，以便与壳体背壁相互作用。

膜片元件具有背离流体腔室的背侧的膜片面。在所述背侧的膜片面中，在纵向侧上除了压电致动器的驱动区段之外适宜地构造有槽组件。例如，在驱动区段的两侧，纵向槽分别沿着压电致动器的驱动区段在膜片元件中延伸。即使在膜片元件的在其它情况下相对大的厚度的情况下，槽组件也确保膜片元件的高的柔性，该厚度例如被选择用于即使在相对高的流体压力的情况下也确保膜片元件的高的稳定性。

压电致动器的驱动区段适宜地具有电极组件，引起膜片工作区段的行程运动的操控电压能够以可变的大小施加到所述电极组件处。取决于操控电压的大小，能够设定膜片工作区段的行程位置，并且与此对应地设定流体腔室的所期望的容积。

适宜地，压电致动器具有非压电活性的载体元件，所述载体元件在驱动区段的区域中在其两个沿工作方向指向的纵向侧中的至少一个纵向侧处配备有具有压电特性的压电元件，所述压电元件在其沿工作方向彼此背离的侧处分别由电极组件的电极在侧面包围。例如，压电致动器能够实施为双形体（Bimorph）或三形体（Trimorph）。在应用导电的载体层的情况下，载体层本身能够直接用作电极。例如，有传导性的载体层能够由碳纤维材料制成。

尤其三形体压电致动器提供沿两个方向的主动弯曲的优点。当在此还主要使用仅仅沿一个方向的弯曲以改变流体腔室的容积时，则能够发生如下情况，即在被解除激活的压电致动器的情况下，所述压电致动器并且由此还有膜片元件由于压电层压结构的典型的滞后效应而没有精确地占据其完全未变形的平坦的静止位置。为了反作用于滞后并且将膜片元件有保证地转换到平坦的表面取向中，能够短暂地以对应的电压水平来激活第二压电元件。

对于压电致动器，首先推荐实现层状的纵向外形。这尤其当压电致动器以优选的方式实施为压电弯曲转换器时是这样。

优选地，构造为压电弯曲转换器的压电致动器具有驱动区段，所述驱动区段为了引起膜片工作区段的行程运动能够实施偏转运动。适宜地，偏转运动能够从静止位置（该静止位置在压电致动器被解除激活时存在）出发沿彼此相反的方向实施，以便能够使膜片工作区段沿两个彼此相反的方向主动地进行偏转。

压电致动器尤其如此构造和布置，使得其在膜片元件的外围的边缘区段的区域中在两个在膜片元件的主延伸平面中彼此间隔开的部位处沿工作方向分别通过设备壳体的刚性的支撑结构进行支撑。膜片工作区段在这两个支撑结构之间延伸，所述膜片工作区段在压电致动器被电激活时弓形地隆起。由于所述变形行为，能够特别精确地设定流体腔室的容积改变。操控电压到压电致动器处的施加引起压电材料沿电场方向（当前，也就是说沿工作方向）的伸展，这一方面导致压电元件变得更厚，并且另一方面同时导致所述压电元件的长度减小。与承载压电元件的、非压电活性的载体元件（所述载体元件没有一同发生变形）相结合，这导致压电致动器的驱动区段的所提到的弓形的变形，这导致由压电元件和膜片元件构成的整个系统的对应的变形。

适宜地，膜片元件在支撑结构的区域中具有空隙，支撑结构接合到所述空隙中，由此，膜片元件在主延伸平面中相对于设备壳体形状配合地进行固定。这尤其当膜片元件在其外围的边缘区段处仅仅力配合地和/或材料配合地（例如通过夹入和/或通过粘接连接）固定在设备壳体处时是有利的。

压电致动器尤其如此设计，使得其具有轴向地联接到驱动区段处的基础区段，所述基础区段自由终止地从膜片元件中伸出。所述基础区段能够用于电接触压电致动器。在膜片工作区段进行行程运动时，基础区段适宜地实施摆动运动，所述摆动运动的运动方向与膜片工作区段的当前的行程运动方向相反。

在特别有利的实施方式中，流体设备装备有位置检测机构，所述位置检测机构构造成用于检测在膜片工作区段的行程运动时在压电致动器和设备壳体之间的改变的相对位置。位置检测机构实现特别精确地并且始终能够复制地设定对于流体腔室期望的容积。由于膜片工作区段的行程位置影响流体腔室的容积，其中，尤其存在成比例的关系，所以能够基于所测定的位置值来实行可靠的容积设定。对于位置检测考虑不同的测量原理，位置检测机构被构造成用于执行所述测量原理。例如，电容的或电感的位置检测是可行的。

被视为特别适宜的是，位置检测机构具有两个以永磁体为型式的彼此协作的检测构件以及能够由永磁体操纵的传感器，其中，这两个检测构件中的一个布置在压电致动器的在膜片工作区段的行程运动时实施摆动运动的基础区段处，并且另一个检测构件相对于设备壳体位置固定地进行布置。优选地，例如构造为霍尔传感器的传感器位于设备壳体处，而永磁体安置在压电致动器的基础区段处。传感器能够直接安置在设备壳体处或安置在被固定在设备壳体处的附加构件、例如导体板处。

优选地，流体设备具有在流体设备的运行中电联接到压电致动器处的电子控制机构，通过该电子控制机构能够以期望的大小预设操控电压，以便能够设定膜片工作区段相对于设备壳体所占据的至少一个行程位置。电子控制机构尤其构造成用于，相对于压电致动器的电极组件促使根据需要的电荷流入和电荷流出。例如，电子控制机构包含高压级。借助于控制机构，取决于所施加的操控电压的大小，能够进行膜片工作区段的行程运动以及膜片工作区段在预先确定的行程位置中的定位，其中，所设定的行程位置分别对应于流体腔室的特定的容积。

特别适宜的是，电子控制机构构造成用于经调节地设定膜片工作区段的行程位置，其中，基于由位置检测机构测定的位置测量值进行调节。通过位置调节来间接地进行流体腔室的容积的容积调节，因为压电致动器具有能够复制的变形行为，并且因此在膜片工作区段的各个行程位置与流体腔室的当前容积之间存在明确的配属。

流体设备能够在任意情况中使用，在所述情况中涉及根据需要设定流体腔室的容积。例如，能够进行容积设定，以便预设与随后的计量过程相关的流体体积。这例如在半导体工业或实验室自动化领域中。

对于流体设备来说，特别有利的使用方式在于用作流体抽吸设备，其中，通过流体腔室的借助于压电致动器引起的体积增大能够引起负压，通过该负压能够将位于与流体腔室连接的流体通道中的流体吸入到流体腔室中。由此，例如能够防止在计量过程中液体滴漏。计量过程在许多领域中是常见的，即例如在医疗技术中或还在工业应用中，以及例如在导体板制造中在计量导体板或用于半导体制造的晶片上的光致抗蚀剂（Fotolacks）时。

特别适宜的流体设备具有两个与流体腔室连通的流体通道，其中，第一流体通道是排出通道，位于流体腔室中的流体能够穿过所述排出通道从流体腔室中流出，而第二流体通道是注入通道，流体能够穿过所述注入通道流入到流体腔室中。配属于第二流体通道的截止单元能够可选地释放或截止第二流体通道，以便实现或防止流体流经。当流体设备用作计量装置或用作计量装置的组成部分时，这样的截止单元例如代表计量阀。为了防止在计量过程结束之后液态的流体滴漏，压电致动器在计量期间保持在运行状态中，在所述运行状态中，流体腔室的流体体积减小。在停止计量过程之后，通过压电致动器的对应的操控来增大流体体积，从而将期望的流体量从排出通道回吸到流体腔室中。

附图说明

随后，根据所附的附图更详细地阐述本发明。在所述附图中：

图1示出根据本发明的流体设备结合计量装置的优选的设计方案的透视图，

图2从另一视角并且在流体设备的设备壳体的局部剖切的状态中示出源于图1的组件，

图3示出根据图1和2的组件的等轴的分解图，

图4示出源于图1、6和7的根据剖切线IV-IV的纵剖面，其中，膜片工作区段占据未偏转的基本位置，从而流体腔室具有最大的容积，其中，在图1至3中能够看出的通道板未被示出，

图5示出在与图4相同的剖切平面中的另外的纵剖面，其中，膜片工作区段在占据经偏转的运行位置的情况下被示出，从而流体腔室具有减小了的容积，

图6示出源于图4的根据剖切线VI-VI的横截面，

图7示出源于图4的根据剖切线VII-VII的横截面，

图8沿从流体腔室的那一侧过来的观察方向示出包括图1至7的流体设备的膜片元件和所配属的压电致动器的、能够统一地操作的组合件的细节图，以及

图9以朝着背离流体腔室的背侧的视线的后视图示出根据图8的组合件的另外的图示。

具体实施方式

从附图中能够看出总体上以附图标记1标记的流体设备，所述流体设备在优选的设计方案和应用方案中作为流体抽吸设备1a被示出，并且在此处于有利地集成到用于液态介质的计量装置2中的范围内。

适宜地，流体设备1的主要的组成部分以设备单元12进行概括，所述设备单元能够以紧凑的尺寸实现。优选地，设备单元12能够脱开地固定在通道板9处。通道板9具有承载面10，设备单元12装配在该承载面上。示范性地，设备单元12借助于贯穿其的固定螺纹紧固件11与承载面10夹紧，所述固定螺纹紧固件被拧入到通道板9中。通道板9未在图4至9中示出。

流体设备1具有设备壳体3。在图解说明的实施例中，设备壳体3涉及设备单元12的壳体，该壳体相对于通道板9单独构造。然而，流体设备1的如下构造方式是可行的，在所述构造方式中，没有实体地划分成设备单元12和通道板9，从而通道板9是设备壳体3的整体的组成部分。

流体设备1具有弯曲弹性的膜片元件4，该膜片元件示范性地是设备单元12的组成部分并且该膜片元件如此与设备壳体3组合，使得其与设备壳体3一起限定腔室5，所述腔室在流体设备1的运行中容纳流体并且为了更好地区分因此被称为流体腔室5。

流体设备1的被称为压电致动器7的压电式的致动器配属于膜片元件4。为了操纵压电致动器7，流体设备1适宜地包含仅示意性地表明的电子控制机构8，所述控制机构示范性地布置在设备单元12旁边。

设备壳体3具有纵轴线19、与所述纵轴线成直角的竖直轴线20和与前面提及的这两个轴线19、20成直角的横向轴线21。优选地，设备壳体3具有纵向外形，其中，所述设备壳体沿纵轴线19的轴线方向比沿竖直轴线20和横向轴线21的轴线方向具有更大的尺寸。沿横向轴线21的轴线方向的尺寸优选小于沿竖直轴线20的轴线方向的尺寸，从而设备壳体3具有窄的条形的外形。然而，设备壳体3还能够以其他比例来实现。

纵轴线19、竖直轴线20和横向轴线21的轴线方向在下文中为了更容易识别在应用相同的附图标记的情况下还被称为纵向方向19、竖直方向20和横向方向21。

设备壳体3包围壳体内部空间14。在壳体内部空间14中不仅存在有膜片元件4而且存在有压电致动器7。

膜片元件4优选具有板形的外形。该膜片元件在其窄侧处优选具有矩形的、长形的外轮廓18。四个拐角区域尤其被倒圆。膜片元件4如此布置在壳体内部空间中，使得沿膜片元件4的纵向方向走向的膜片纵轴线6平行于设备壳体3的纵轴线19走向。

膜片元件4平面地在主延伸平面15中延伸。膜片元件4优选如此布置在壳体内部空间14中，使得主延伸平面15的法线方向与横向方向21重合。

外轮廓18通过膜片元件4的外围的边缘区段17的周缘走向来确定。

膜片元件4在其外围的边缘区段17处流体密封地固定在设备壳体3处。示范性地，为此，所述膜片元件在其外围的边缘区段17处被夹入在设备壳体3的两个沿横向方向21放置在彼此处的、第一和第二壳体部分29、30之间。密封由如下方式引起，即膜片元件4由橡胶弹性的材料制成，该材料通过夹入在外围的边缘区段17的区域中而被弹性地压紧。

优选地，膜片元件4的橡胶弹性的材料涉及弹性体材料。

因为膜片元件4总体上流体密封地进行构造，所以其将壳体内部空间14在密封的情况下划分成两个子空间，其中一个子空间形成流体腔室5，并且另一个子空间示范性地不具有另外的功能，然而，为了确保膜片元件4的不受阻碍的可运动性持续地与大气连通并且因此为了更好地区分而被称为呼吸腔室25。呼吸腔室25在设备壳体3方面由实施为第一壳体部分29的组成部分的壳体背壁26限定，所述壳体背壁与膜片元件4的背侧的膜片面39相对置并且由一个或多个呼吸开口16贯穿，所述呼吸开口允许与包围设备壳体3的大气的持续的空气交换。

这两个壳体部分29、30示范性地借助于固定螺纹紧固件13彼此拧紧，然而，还能够以其他方式彼此固定。

示范性地，第一壳体部分29具有凹部41，该凹部在背侧由壳体背壁26限定并且在其敞开的前侧处由第二壳体部分30封闭。第二壳体部分30形成壳体前壁22，所述壳体前壁在沿横向方向21与膜片元件4相对置的前侧处限定流体腔室5。适宜地，第二壳体部分30设计为遮盖件，该遮盖件沉入到凹部41中并且贴靠在第一壳体部分29的通过凹部41的内轮廓的阶梯部形成的支撑面41a处。

由于膜片元件4的橡胶弹性，由外围的边缘区段17围起来的膜片区段（该膜片区段为了更好的区分被称为膜片工作区段27）沿与主延伸平面15成直角的方向（示范性地，也就是说，沿横向方向21）是可逆地可弯曲的或可偏转的。在该过程中发生的偏转运动或弯曲运动在下文中被称为行程运动28并且通过双箭头进行图解说明。

在图4中，膜片工作区段27在运行位置中被示出，该运行位置涉及未偏转的基本位置。在此，膜片元件4完全在主延伸平面15中延伸。优选地，膜片元件4在膜片工作区段27的未偏转的基本位置中不承受机械的预紧力。

从图5中能够看出膜片工作区段27的相对于基本位置沿横向方向21偏转的运行位置。在此，膜片工作区段27至少部分地与贯穿外围的边缘区段17的假想的主延伸平面15间隔开，其中，该间距在面中心的区域23中最大并且从那里出发沿纵向方向19朝着外围的边缘区段17逐渐降低。

膜片工作区段27能够占据不同强度偏转的运行位置，所述运行位置在其相对于主延伸平面15而存在的间距方面彼此不同。

行程运动28的方向（该方向示范性地与横向方向21重合）在下文中还被称为工作方向32并且通过点划线标明。膜片工作区段27的在行程运动28的范围中可实现的位置在下文中还被称为膜片工作区段27的行程位置。

流体腔室5的容积取决于膜片工作区段27的当前的行程位置。膜片工作区段27沿朝着壳体前壁22的方向偏转得越远，流体腔室容积就越小。

流体设备1的在图4和5中示出的运行状态在图4中界定流体腔室5的最大容积并且在图5中界定流体腔室5的最小容积。

膜片工作区段27的行程运动28能够通过压电致动器7引起。通过压电致动器7能够设定膜片工作区段27的不同的行程位置，要么逐级地或优选无级地进行设定。能够如期望地那么久地保持所设定的每个行程位置。

与图解说明的实施例相对应，压电致动器7优选构造为压电弯曲转换器。所述压电致动器尤其具有带有层状的外形的纵向延伸部，如这能够从图3中清楚地看出的那样。压电致动器7如此布置在壳体内部空间14中，使得其纵轴线37平行于设备壳体3的纵轴线19进行走向，并且此外适宜地在膜片元件4的未偏转的基本位置中平行于主延伸平面15走向。

压电致动器7的前方的长度区段形成驱动区段42，所述驱动区段为了产生行程运动28作用于膜片工作区段27。在纵向方向37上，压电致动器7的后方的长度区段联接到所述驱动区段42处，所述后方的纵向区段被称为基础区段43，并且所述后方的纵向区段示范性地用于电接触压电致动器7。

驱动区段42在膜片元件4的内部沿着膜片工作区段27延伸。这通过如下方式来实现，即驱动区段42埋入到膜片元件4中并且由膜片元件4的橡胶弹性的材料包裹。

适宜地，驱动区段42完全由膜片元件4环绕包围，除了可选地在外围的边缘区段17的区域中的沿纵向方向37间隔开的两个部位处，在此处，膜片元件4适宜地分别具有固定空隙44，构造在设备壳体3处的支撑结构45接合到所述固定空隙中。固定空隙44示范性地位于在驱动区段42和壳体背壁26之间的背侧的膜片区段46中，而支撑结构45构造在壳体背壁26的面向膜片元件4的内部面47处。每个支撑结构45优选设计为突起部，其中，尤其涉及平行于竖直轴线20延伸的肋状的突起部。那么，在此，每个固定空隙44适宜地纵向缝口形地进行设计。

由于支撑结构45接合到固定空隙44中，膜片元件4除了在边缘侧的夹入之外，还形状配合地在相对于设备壳体3的沿纵向方向19的相对运动方面受到妨碍。由此，膜片元件4可靠地保持在设备壳体3内的期望位置。

优选地，支撑结构45延伸穿过背侧的膜片区段46直至驱动区段42，使得所述驱动区段在两个沿纵向方向37彼此间隔开的部位处在一侧通过设备壳体3直接支撑。在沿横向方向21与支撑结构45相对置的侧上，适宜地不进行驱动区段42的直接的在壳体侧的支撑，在此，所述固定限于外围的边缘区段17的夹入。

与该实施例不同，支撑结构45能够构造在壳体前壁22处而不是构造在壳体背壁26处。

在压电致动器7的电操纵期间，其驱动区段42沿横向方向21在位于这两个支撑结构45之间的区域中弯曲。该过程被称为驱动区段42的偏转运动48。在偏转运动48时，在驱动区段42和壳体前壁22之间的间距发生改变。因为驱动区段42被膜片元件4的膜片工作区段27包围，所以膜片工作区段27一同做偏转运动48，由此引起膜片工作区段27的沿相同方向定向的行程运动28。

在电解除激活的状态下，当压电致动器7放电时，驱动区段42占据未偏转的静止位置。通过电操纵能够引起偏转运动48。适宜地，能够从静止位置出发可选地沿在横向方向21上的两个彼此相反的方向中的一个方向引起偏转运动48，以便能够使膜片工作区段27沿两个彼此相反的方向主动地偏转。

膜片元件4在设备壳体3的内部仅仅沿着壳体内部空间14的部分长度延伸。壳体内部空间14的另一子空间沿纵向方向19联接到膜片元件4处，所述另一子空间为了更好的区分在下文中被称为接触腔室49，因为在其中进行压电致动器7的电接触。

在膜片元件4中构造有容纳凹部50，所述容纳凹部盲孔状地进行设计并且仅仅在一侧是敞开的，即在膜片元件4的外轮廓18的面向接触腔室49的区域中是敞开的。在那里，压电致动器7以其基础区段43从膜片元件4中伸出并且进入到接触腔室49中。压电致动器7的驱动区段42在容纳凹部50内延伸。

优选地，压电致动器7以其驱动区段42如此装配到容纳凹部50中，使得膜片元件4和压电致动器7不能够相对于彼此运动并且形成固定地保持在一起的组合件，所述组合件在装配流体设备1时能够作为单元置入到设备壳体3中。

例如，压电致动器7插入并且尤其压入到预制的容纳凹部50中。另一实现方式设置成，膜片元件在注塑制造时围绕驱动区段42进行模制，从而驱动区段42被膜片元件4的材料包封注塑。

除了电接触措施之外，基础区段43在接触腔室49中不与设备壳体3机械地连接。所述基础区段自由终止地伸入到接触腔室49中，从而所述基础区段能够沿横向方向21实施相对于设备壳体3的相对运动。

压电致动器7具有沿纵向方向37延伸的条形的载体元件53，所述载体元件是非压电活性的并且因此不具有压电特性。载体元件53延伸经过压电致动器7的整个长度。

在驱动区段42的区域中，载体元件53在其彼此相对的、沿工作方向28指向的纵向侧处分别覆盖有具有压电特性的板形的压电元件54。压电元件54与载体元件53固定地连接并且尤其粘接。每个压电元件54由压电材料、尤其压电陶瓷制成。

每个压电元件54在其沿工作方向28彼此背离的侧处分别由电极55、56在侧面包围，所述电极为了更好地区分被称为第一电极55和第二电极56。所有电极55、56共同形成压电致动器7的电极组件57。

有利的是，对应于该实施例，载体元件53具有导电特性并且直接承担用于这两个压电元件54的第一电极55的功能。适宜地，第二电极56相应地由压电元件54的导电涂层制成，该导电涂层例如被施加为金属化部。

由于驱动区段42的埋入，压电元件54不与位于流体腔室5中的流体到达接触中，这确保了干扰少的运行。

在接触腔室49中，电导体58联接到电极组件57处，所述电导体在流体设备1的准备好运行的状态下与电子控制机构8连接。具体地，电导体58与多个、尤其弹性地构造的联接接触件62连接，所述联接接触件在面向承载面10的下侧63的区域中在设备壳体3中进行固定并且从后者中伸出。在承载面10的加深部中存在有导体板64，所述导体板设有导体电路65，联接接触件62在设备单元12装配在承载面10处的状态中与该导体电路电接触。所述导体电路65通过任意实施的电导体66以优选能够脱开的方式与电子控制机构8处于电连接中。

电子控制机构8构造成用于提供大小可变的操控电压，该操控电压能够经由电导体66施加到电极组件57处。控制机构8具有合适的机构，以便相对于电极55、56实现对于可变操控来说必要的电荷流入和电荷流出。

图4图解说明如下运行状态，在所述运行状态中，操控电压等于零，从而驱动区段42占据未偏转的基本位置。与此相对，图5示出具有大于零的操控电压的运行状态，在该运行状态中，驱动区段42在降低流体腔室5的容积的情况下以弓形的外形偏转。驱动区段42在不同的运行状态之间的运动在偏转运动48的范围内进行。膜片工作区段27的行程运动28始终伴随着该偏转运动48。

由于示范性地存在的三形体结构类型，在示例性的压电致动器7中，能够沿两个方向主动地引起偏转运动48。在未图解说明的实施例中，压电致动器7是单形体或双形体类型，从而仅仅沿一个方向进行主动的偏转，而复位由固有的弹簧弹性引起。

优选在两侧操控压电致动器7，以便借助于激活的反压电层（Gegen-Piezoschicht）补偿在放电的压电致动器的情况下由滞后引起的残余变形（Verformungsreste）。

在所有情况下，通过压电致动器7的对应的操控能够可变地预设在流体腔室5中所包围的容积。

流体设备1能够借助每一种任意的流体运行。优选的应用方案借助液体来进行，尽管如此还能够使用气态的流体、例如压缩空气。

有利的是，设备壳体3如此进行设计，使得膜片工作区段27在未偏转的基本位置中贴靠在壳体背壁26处。呼吸腔室25的容积因此在未偏转的基本位置中至少几乎等于零。这实现设备壳体3的具有在横向方向21上非常小的尺寸的外形。

为了防止例如由硅树脂材料制成的膜片元件4在内部粘附在壳体背壁26处，壳体背壁26适宜地在其面向膜片元件4的内部面47处设有表面结构68，该表面结构包括多个加深部和凸起部。因此，在与至少一个呼吸开口16相结合时，得出膜片工作区段27的反作用于粘附的持续的后部通风。

备选地或附加地，具有多个凸起部和位于其间的加深部的表面结构68能够构造在面向内部面47的背侧的膜片面39处。

膜片元件4具有与膜片纵轴线6成直角的假想的膜片横向轴线72，所述膜片横向轴线平行于设备壳体3的竖直轴线20走向。压电致动器7优选如此进行布置，使得其膜片工作区段27在膜片横向轴线72的轴线方向上在膜片元件4中在中间进行走向并且因此与膜片元件4的两个纵向侧95a、95b具有相同大小的间距。

为了能够环绕地包围驱动区段42，膜片元件4的与主延伸平面15成直角的一定的厚度是必要的。尽管如此，为了获得用于膜片工作区段27的非常好的橡胶弹性的变形能力，有利的是，膜片元件4在其背侧的膜片面39处设有减小壁厚的槽组件73。槽组件73适宜地在驱动区段42的两侧沿膜片纵轴线6的轴线方向延伸。示例性地，槽组件73包括两个纵向槽73a、73b，其在相对的纵向侧上在侧面包围驱动区段42。

由于基础区段43在接触腔室49内没有进行支撑，所述基础区段在膜片工作区段27的通过压电致动器7引起的行程运动28时相对于设备壳体3实施由双箭头表明的摆动运动74，更确切地说，在相同的平面中实施该摆动运动，在所述平面中也发生有偏转运动48。

优选地，流体设备1装备有位置检测机构33，该位置检测机构设置成用于检测基础区段43的当前的摆动位置。由于基础区段43的摆动位置直接取决于驱动区段42的行程位置，因此所测量的摆动位置允许精确地推断出流体腔室5的当前的容积。此外，通过有针对性地设定摆动位置能够设定流体腔室5的对于应用情况来说期望的容积。

在图解说明的实施例中，由位置检测机构33测定的位置测量值被供应给电子控制机构8，该电子控制机构能够对膜片工作区段27的行程位置并且因此间接地还对流体腔室5的容积实行基于作为实际值的位置测量值的、经调节的设定。位置检测机构33经由电导体75联接到电子控制机构8处。所述电导体75经由导体板64的导体电路65与位置检测机构33连接。

位置检测机构33适宜地至少部分地集成到设备单元12中。

示范性地，位置检测机构33具有两个无接触地彼此协作的第一和第二检测构件34、35，其在基础区段43的摆动运动74时相对于彼此实施相对运动。第一检测构件34布置在基础区段43处并且因此一同做所述基础区段的摆动运动74，而第二检测构件35相对于设备壳体3位置固定地进行布置。示范性地，第二检测构件35位于设备壳体3的外部，其中，所述第二检测构件适宜地位于导体板64上。示范性地，第二检测构件35位于设备壳体3的下侧63的区域中，所述下侧延伸越过配备有第二检测构件35的导体板64。

第一检测构件34优选地布置在基础区段43的自由的端部区域处，从而其在偏转运动48时经过相对大的摆动路径，这有利于精确的位置检测。

理解的是，这两个检测构件34、35同样能够都布置在设备壳体3内并且尤其布置在接触腔室49中。

在图解说明的实施例中，第一检测构件34由永磁体形成，并且第二检测构件35由响应于永磁体的磁场的传感器、尤其霍尔传感器形成。所述组件还能够颠倒过来。对于位置检测，同样还能够使用其他无接触的测量原理，例如在电感的、电容的或光学的基础上的测量原理。

为了执行上面进一步描述的调节措施，电子控制机构8适宜地包含内部调节单元77。

此外，电子控制机构8适宜地装备有输入器件78，经由该输入器件能够输入基础区段43的待设定的摆动位置或流体腔室5的待设定的容积的至少一个理论值。该理论值在调节单元77中与由位置检测机构33测定的实际值进行比较，以便取决于比较结果经由电导体66将操控电压输出到电极组件57处，通过该操控电压使压电致动器7如此变形，使得基础区段43的摆动位置和因此流体腔室5的容积被设定到期望的理论值。

在示例性的流体设备1中，因此存在如下有利的可能性，即间距受调节地（abstandsgeregelt）使膜片工作区段27变形并且与此对应地还间接地实行对由流体腔室5界定的容积的容积调节。

在作为流体抽吸设备1a的图解说明的示例性的设计方案中，第一流体通道81和第二流体通道82与流体腔室5连接，其中，示范性地，第一流体通道81形成排出通道，并且第二流体通道82形成注入通道。

第一流体通道81通向输出开口83，在该输出开口处能够输出期望的流体量。当使用流体抽吸设备1a时，流体腔室5和第一流体通道81通常完全以流体进行填充。

第二流体通道82通向流体源84，所述流体源例如涉及流体储存器，例如涉及液体容器。

在第二流体通道82的走向中，优选地接入有输送泵85，所述输送泵能够将由流体源84提供的流体穿过第二流体通道82馈送到流体腔室5中。

优选地，在第二流体通道82的走向中，在流体腔室5和输送泵85之间的通道区段中布置有截止单元86，示范性地，所述截止单元涉及截止阀，所述截止阀尤其具有2/2方向阀功能。截止单元86适宜地经由电控制线路87联接到电子控制机构8处并且能够根据需要通过该电子控制机构进行操纵。示例性地，截止单元86能够可选地切换到能够从图1中看出的截止位置中或切换到打开位置中。在打开位置中，穿过第二流体通道82的流体流经是可行的，而在截止位置中，第二流体通道82被截止，以便防止流体流入到流体腔室5中。

在流体抽吸设备1a的优选的运行方式中，截止单元86在第一运行阶段中切换到打开位置中，其中，在运行中的输送泵85将来自流体源84的流体穿过第二流体通道82、流体腔室5和第一流体通道81输送到输出开口83。流体为了根据规定的应用而在输出开口83处流出。

流体运输和流体输出如此久地发生，直到截止单元86通过控制机构8切换到截止位置中。那么，在此，流体流动和在输出开口83处的流体输出停止。

能够看出的是，通过所选择的在截止单元86的打开位置和截止位置之间的时间间隔能够进行在输出开口83处的经计量的流体输出。就此而言，流体抽吸设备1a能够对应于图解说明的实施例有利地应用在计量装置2中。

流体腔室5的容积的可变性在所描述的计量应用中能够用于，防止在从图1中能够看出的第二运行阶段中流体不期望地随后在输出开口83处滴出。为此，在通过压电致动器7的对应的操纵将截止单元86切换到截止位置中之后，流体腔室5的容积能够增大，从而在流体腔室5中产生负压，所述负压导致位于第一流体通道81中的流体被回吸到流体腔室5中。由此，位于第一流体通道81中的流体柱被抽回，并且在所述流体柱和输出开口83之间形成以空气进行填充的中间空间，该中间空间防止流体流出。

示例性的流体抽吸设备1a尤其能够如下地进行应用，使得压电致动器7在第一运行阶段期间（在该第一运行阶段中，截止单元占据打开位置）通过操控电压的施加如此被激活，使得膜片工作区段27沿朝着流体腔室5的方向进行偏转并且流体腔室5被设定到降低的腔室容积。这对应于在图5中所示出的运行状态。为了产生期望的负压，在根据图4的第二运行阶段中降低用于压电致动器7的操控电压或压电致动器7进行放电，从而膜片工作区段27沿朝着根据图4的未偏转的基本位置的方向运动一段距离或完全返回到该未偏转的基本位置中，流体腔室5的容积的增大与此相关，这引起负压并且带来先前所描述的流体回吸效应。

借助于电子控制机构8，能够非常精确地设定和预设流体腔室5的期望的容积或期望的容积改变。以这种方式，能够准确地预设被回吸的流体的量。

例如，流体抽吸设备1a能够结合计量装置2进行应用，该计量装置用于在半导体制造中运用必要的光致抗蚀剂。另一种可能的应用例如是在实验室应用中将液体计量地输出到微量滴定板（Mikrotiterplatten）的空腔中。

这两个流体通道81、82彼此独立地以彼此分离的通道口81a、82a通入到流体腔室5中。所述通道口81a、82a示范性地构造在下方的壳体壁88处，该下方的壳体壁在下侧63处限定流体腔室5，该下方的壳体壁由第一和第二流体通道81、82的长度区段贯穿。示范性地，流体通道81、82的其他长度区段贯穿通道板9，其中，所述其他长度区段在承载面10处如此通出，使得所述其他长度区段与流体通道81、82的贯穿下方的壳体壁88的长度区段连通。

这两个通道口81a、82a适宜地在纵向方向19上彼此间隔开地进行布置，并且尤其分别位于流体腔室5的两个轴向的端部区域中的一个中，因此，流体在流动穿过流体腔室5时经过尽可能长的流动路径，从而确保统一的流体流动。

示范性地，在通道板9处安置有由第一流体通道81贯穿的输出喷嘴91，在所述输出喷嘴处构造有输出开口83。此外，在通道板9处例如布置有联接机构92，所述联接机构配属于第二流体通道82并且在所述联接机构处能够联接有形成第二流体通道的长度区段的流体线路93，该流体线路在图解说明的实施例中通向截止单元86。

流体腔室5不必为了流体设备1的根据规定的使用而强制性地与两个流体通道81、82连通。例如，能够将仅仅一个唯一的流体通道联接到流体腔室5处，该流体通道本身被联接到另一流体通道处，其中，该另一流体通道在流体源84和输出开口83之间延伸。在这种情况下，也能够通过流体设备1的操纵来引起流体的回吸。

在第二壳体部分30的面向流体腔室5的内部面处，适宜地一件式地构造有在图3中以点划线表明的压紧框架94，该压紧框架环绕地作用于膜片元件4的外围的边缘区段17，以便将同一边缘区段与第一壳体部分29夹紧。

除了抽回经计量的液体之外，流体设备1还允许另外的用于流体处理的可能性。如果在抽回液体时不是空气而是第二种液体被容纳到输出喷嘴91中，则借助于膜片元件4的振荡的行程运动能够在输出喷嘴91内实行这两种液体的彻底混合，尤其当第一流体通道81在输出喷嘴91中阶梯形地进行构造时，这在流体振荡时借助于在阶梯边缘处的湍流形成实现更好的彻底混合。

Claims (24)

1.流体设备，所述流体设备具有构造成用于容纳流体的流体腔室（5），所述流体腔室由设备壳体（3）和具有在主延伸平面（15）中的平面的延伸部的弯曲弹性的膜片元件（4）共同限定，其中，所述膜片元件（4）在其外围的边缘区段（17）处流体密封地固定在所述设备壳体（3）处，并且其中，所述膜片元件（4）的由所述外围的边缘区段（17）围起来的膜片工作区段（27）为了改变所述流体腔室（5）的容积能够通过所述流体设备（1）的作用于所述膜片元件（4）的压电致动器（7）在实施沿横向于所述主延伸平面（15）定向的工作方向（32）的行程运动（28）的情况下弹性地进行偏转，其特征在于，所述膜片元件（4）由橡胶弹性的材料制成，其中，所述压电致动器（7）具有沿着所述膜片工作区段（27）延伸的驱动区段（42），所述驱动区段埋入到所述膜片元件（4）中并且由所述膜片元件（4）的橡胶弹性的材料包裹。

2.根据权利要求1所述的流体设备，其特征在于，所述膜片元件（4）由弹性体材料制成。

3.根据权利要求1或2所述的流体设备，其特征在于，所述压电致动器（7）如此固定在所述膜片元件（4）处，使得所述膜片元件（4）和所述压电致动器（7）形成能够统一地操作的组合件。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的流体设备，其特征在于，所述压电致动器（7）的埋入到所述膜片元件（4）中的驱动区段（42）由所述膜片元件（4）的材料包封注塑。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的流体设备，其特征在于，在所述膜片元件（4）的内部构造有位于所述主延伸平面（15）中的长形的容纳凹部（50），所述容纳凹部盲孔状地进行构造并且在所述膜片元件（4）的外围的边缘区段（17）的区域中在一侧是敞开的，并且所述容纳凹部容纳所述压电致动器（7）的驱动区段（42），以用于包裹所述驱动区段。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的流体设备，其特征在于，所述膜片元件（4）板状地进行构造。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的流体设备，其特征在于，所述膜片元件（4）在其外围的边缘区段（17）的区域中具有矩形的、长形的外轮廓（18），从而所述膜片元件具有沿着假想的膜片纵轴线（6）延伸的长形的外形，其中，所述压电致动器（7）的驱动区段（42）适宜地平行于所述膜片纵轴线（6）取向。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的流体设备，其特征在于，所述膜片元件（4）在所述设备壳体（3）中作为分离壁布置在所述流体腔室（5）与经由至少一个呼吸开口（16）持续地与周围环境连通的呼吸腔室（25）之间。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的流体设备，其特征在于，所述设备壳体（3）的在沿工作方向（32）与流体腔室（5）相对的一侧上与膜片元件（4）相对置的壳体背壁（26）在所述设备壳体的面向膜片元件（4）的内部面（47）处具有由加深部和凸起部的区域构成的表面结构（68）和/或所述膜片元件（4）的面向壳体背壁（26）的背侧的膜片面（39）具有由加深部和凸起部的区域构成的表面结构（68）。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的流体设备，其特征在于，所述膜片元件（4）具有背离流体腔室（5）的背侧的膜片面（39），在所述膜片面中，在纵向侧上除了所述压电致动器（7）的驱动区段（42）之外还构造有槽组件（73）。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的流体设备，其特征在于，所述压电致动器（7）的驱动区段（42）具有电极组件（57），操控电压能够以可变的大小施加到所述电极组件处，通过所述操控电压能够引起所述压电致动器（7）的驱动区段（42）的引起膜片工作区段（27）的行程运动（28）的偏转运动（48）。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的流体设备，其特征在于，所述压电致动器（7）具有非压电活性的载体元件（53），所述载体元件在所述驱动区段（42）的区域中在其两个沿工作方向（32）指向的纵向侧中的至少一个纵向侧处配备有具有压电特性的压电元件（54），所述压电元件在其两个沿工作方向（32）彼此背离的侧处分别由电极组件（57）的电极（55、56）在侧面包围。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的流体设备，其特征在于，所述压电致动器（7）具有纵向外形并且层状地进行构造。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的流体设备，其特征在于，所述压电致动器（7）是压电弯曲转换器。

15.根据权利要求14所述的流体设备，其特征在于，构造为压电弯曲转换器的压电致动器（7）具有驱动区段（42），所述驱动区段为了引起所述膜片工作区段（27）的行程运动（28）能够实施偏转运动（48），其中，所述偏转运动（48）能够适宜地从静止位置出发沿彼此相反的方向实施。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的流体设备，其特征在于，所述压电致动器（7）在所述膜片元件（4）的外围的边缘区段（17）的区域中在两个在膜片元件（4）的主延伸平面（15）中彼此间隔开的部位处沿所述工作方向（32）分别通过所述设备壳体（3）的刚性的支撑结构（44）进行支撑。

17.根据权利要求16所述的流体设备，其特征在于，所述支撑结构（45）接合到所述膜片元件（4）的固定空隙（44）中，并且由此将所述膜片元件（4）在所述主延伸平面（15）中相对于所述设备壳体（3）形状配合地进行固定。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的流体设备，其特征在于，所述压电致动器（7）具有轴向地联接到所述驱动区段（42）处的、自由终止地从膜片元件（4）中伸出的基础区段（43）。

19.根据权利要求1至18中任一项所述的流体设备，其特征在于，所述流体设备装备有构造成用于检测在压电致动器（7）与设备壳体（3）之间的在膜片工作区段（27）的行程运动（28）时发生改变的相对位置的位置检测机构（33）。

20.根据权利要求19结合权利要求18所述的流体设备，其特征在于，所述位置检测机构（33）具有两个彼此协作的第一和第二检测构件（34、35），其中一个检测构件布置在所述压电致动器（7）的在膜片工作区段（27）的行程运动（28）时实施摆动运动（74）的基础区段（43）处，并且另一个检测构件相对于所述设备壳体（3）位置固定地进行布置，并且所述第一和第二检测构件适宜地由永磁体以及能够通过所述永磁体操纵的传感器形成。

21.根据权利要求1至20中任一项所述的流体设备，其特征在于，所述流体设备具有电联接或能够电联接到所述压电致动器（7）处的电子控制机构（8），通过所述电子控制机构，借助于对应大小的操控电压的预设能够设定所述膜片工作区段（27）相对于所述设备壳体（3）所占据的至少一个行程位置。

22.根据权利要求21结合权利要求19或20所述的流体设备，其特征在于，所述电子控制机构（8）构造成用于基于所述位置检测机构（33）的位置测量值来经调节地设定所述膜片工作区段（27）的行程位置。

23.根据权利要求1至22中任一项所述的流体设备，其特征在于，所述流体设备（1）是流体抽吸设备（1a），在所述流体抽吸设备中，通过所述流体腔室（5）的借助于所述压电致动器（7）引起的容积增大能够引起负压，通过所述负压，位于与所述流体腔室（5）连接的第一流体通道（81）中的流体能够被吸入到所述流体腔室（5）中。

24.根据权利要求23所述的流体设备，其特征在于，与所述流体腔室（5）附加地还连接有第二流体通道（82），其中，流体能够穿过所述第二流体通道（82）流入到所述流体腔室（5）中并且穿过所述第一流体通道（81）从所述流体腔室（5）中流出，其中，所述第二流体通道（82）配属有截止单元（86），通过所述截止单元能够截止所述第二流体通道（82），以便防止流体流入到所述流体腔室（5）中，并且其中，从所述流体腔室（5）流入到所述第一流体通道（81）中的流体在经截止的第二流体通道（82）的情况下通过引起负压而能够被回吸到所述流体腔室（5）中。

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