DD296993A5

DD296993A5 - PIEZOKERAMIC PUMP FOR MINIMUM FLUID PREPARATION AND DOSAGE OF STROEMEN MEDIA

Info

Publication number: DD296993A5
Application number: DD31756188A
Authority: DD
Inventors: Titus Ziegler; Manfred Rauch; Henry Domack
Original assignee: Technische Universitaet Karl-Marx-Stadt,De
Priority date: 1988-07-05
Filing date: 1988-07-05
Publication date: 1991-12-19

Abstract

Die piezokeramische Pumpe zur Minimalmengenfoerderung und -dosierung von stroemenden Medien ermoeglicht die Regulierung kleinster Mengen von aktiven oder gefaehrlichen Fluessigkeiten oder Gasen fuer medizinische oder labormaeszige Zwecke in der Mikroelektronik, der Geraetetechnik sowie fuer die Minimalmengenschmierung. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Pumpe zu schaffen, die in einem vollimplantierbaren System eingesetzt werden kann, ueber lange Zeit im Koerper verbleibt sowie eine geringe Baugroesze und geringen Energieverbrauch hat. Erfindungsmaeszig besteht die Pumpe aus einem Grundkoerper und zwei teilweise piezokeramisch beschichteten Scheiben. Der Grundkoerper ist mit einer Durchlaszoeffnung versehen, um die herum beidseitig jeweils eine flache Senke eingearbeitet ist, von der aus beginnend und maeander- oder spiralfoermig zum Rand fuehrende Vertiefungen eingearbeitet sind. Die piezokeramische Beschichtung ist einseitig auf den Grund einer groszflaechigen Vertiefung in den Scheiben elektrisch leitend aufgebracht. Das Verbinden der einzelnen Teile erfolgt vorzugsweise durch Kleben, Verkappen oder anodisches Bonden. Fig. 1{Anordnung; Minimalmengendosierung und -foerderung; stroemende Medien; Medizintechnik; Minimalmengenschmierung; piezokeramische Pumpe; einkristallines oder amorphes Material; maeander- oder spiralfoermige Vertiefungen; elektrische Spannung}The piezoceramic pump for minimum quantity delivery and dosing of flowing media enables the regulation of smallest quantities of active or dangerous liquids or gases for medical or laboratory purposes in microelectronics, equipment technology and for minimum quantity lubrication. The object of the invention is to provide a pump that can be used in a fully implantable system, remains over a long time in the body and has a low Baugroesze and low energy consumption. Erfindungsmaeszig consists of the pump of a basic body and two partially piezoceramic coated discs. The basic body is provided with a Durchlaszoeffnung around which on both sides in each case a shallow sink is incorporated, are incorporated from the beginning and maeander- or spirally leading to the edge leading depressions. The piezoceramic coating is applied on one side to the bottom of a large recess in the disks in an electrically conductive manner. The bonding of the individual parts is preferably carried out by gluing, capping or anodic bonding. Fig. 1 {arrangement; Minimum quantity dosage and promotion; streaming media; medical technology; Minimum quantity lubrication; piezoceramic pump; single crystalline or amorphous material; maeander or spiral depressions; electrical voltage}

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine piezokeramische Pumpe zur Minimalmengenförderung und -dosierung von strömenden Medien. Sie ermöglicht die Regulierung kleinster Mengen von aktiven oder gefährlichen Flüssigkeiten oder Gasen für medizinische oder labormäßige Zwecke in der Mikroelektronik, der Gerätetechnik sowie für die Minimalmengenschmierung. Ein spezielles Anwendungsgebiet besteht in der Medizintechnik beim Implantieren von Insulinpumpen in den menschlichen Organismus sowie zur Regulierung des Flusses in Infusions- und Transfusionsgeräten.The invention relates to a piezoceramic pump for minimum quantity delivery and metering of flowing media. It allows the regulation of smallest quantities of active or hazardous liquids or gases for medical or laboratory purposes in microelectronics, device technology and for minimum quantity lubrication. One particular area of application is in medical technology for implanting insulin pumps into the human organism and for regulating flow in infusion and transfusion devices.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Pumpen zur Förderung und Dosierung kleinster flüssiger Medikamentmengen bei der Therapie verschiedenster Krankheiten, z. B. des Diabetes mellitus, sind mit unterschiedlichsten Triebsystemen bekannt. Für den Einsatz dieser in implantierbaren Systemen, das heißt auch mit implanierter, über Monate und Jahre nicht zugänglicher Energiequelle, sind nur Pumpen mit geringstem Energieverbrauch, z. B. mechanische Pumpen mit piezoelektrischem Triebsystem, geeignet. Bekannt sind piezoelektrisch getriebene Membranpumpen mit elektromagnetisch betätigten Ventilen (DE-OS 3144758, US-PS 3963380). Nachteilig ist hierbei, daß die Leistungsaufnahme der Ventile bedeutend größer als die des piezoelektrischen Triebsystems ist und folglich der Gesamtwirkungsgrad der Pumpenanordnung nahezu Null ist. Deshalb ist der Einsatz derartiger Pumpen in vollimplantierbaren Systemen unter Berücksichtigung der Tatsache, daß aus medizinischen Gründen nur Energiequellen (Batterie) mit kleinen Volumina und Massen eingesetzt werden können, völlig ausgeschlossen. Weiterhin sind Rückschlagventile, wie beispielsweise in DE-OS 3320443 beschrieben, bekannt. Der Herstellungsaufwand derartiger mechanischer Ventile, die bei Hubvolumina in der Größenordnung von 0,1 bis 10mm³ noch zufriedenstellend funktionieren, ist äußerst hoch. Bedingt durch das Wirkprinzip dieser Ventile, kommt es zu einer hohen mechanischen Belastung des Fördergutes. Es besteht weiterhin die Gefahr der Kristallisation des Medikaments, z.B. des Insulins, was zum Ausfall der Pumpe führt. Der Einsatz dieser technischen Lösung in implantierbaren Systemen erscheint angesichts der hohen geforderten Zuverlässigkeit als fragwürdig.Pumps for the promotion and dosage of the smallest liquid drug quantities in the therapy of various diseases, eg. As diabetes mellitus, are known with a variety of drive systems. For the use of these in implantable systems, that is also with implanted, for months and years inaccessible energy source, only pumps with the lowest energy consumption, eg. As mechanical pumps with piezoelectric drive system suitable. Are known piezoelectrically driven diaphragm pumps with electromagnetically actuated valves (DE-OS 3144758, US-PS 3963380). The disadvantage here is that the power consumption of the valves is significantly greater than that of the piezoelectric drive system and consequently the overall efficiency of the pump assembly is almost zero. Therefore, the use of such pumps in fully implantable systems, taking into account the fact that for medical reasons, only energy sources (battery) can be used with small volumes and masses, completely excluded. Furthermore, check valves, as described for example in DE-OS 3320443 known. The production cost of such mechanical valves, which still work satisfactorily at stroke volumes in the order of 0.1 to 10 mm ³ , is extremely high. Due to the operating principle of these valves, there is a high mechanical load on the transported material. There is also the risk of crystallization of the drug, such as insulin, which leads to failure of the pump. The use of this technical solution in implantable systems seems dubious in view of the high reliability demanded.

Bekannt ist ein anderes Förder- und Dosierprinzip, dessen Pumpenwirkung auf unterschiedliche Strömungswiderstände zurückzuführen ist (DE-OS 2933 795). Auf beiden Seiten einer Trennwand, die den Überdruckvorratsbehälter abschließt, befindet sich je eine beidseitig piezoelektrische beschichtete Metallmembran, die eine in der Trennwand befindliche Öffnung verschließt und nach Anlegen einer Spannung diese Öffnung durch Wölbung der Piezomembranen freigibt. In den Membranen befindet sich ebenfalls je eine Öffnung mit Sperrmitteln, die aus einem Strömungswiderstand - Membranfilter- für die zu fördernde Flüssigkeit bestehen, deren Durchlässigkeit gering ist, bezogen auf die Durchlässigkeit der unverschlossenen Durchlaßöffnung. Zwar können Forderungen nach geringem Energieverbrauch, geringer Baugröße und Masse sowie niedriger mechanischer Belastung der Infusionsflüssigkeit erfüllt werden, jedoch bestehen Mängel, die den Einsatz für implantierbare Systeme zweifelhaft erscheinen lassen. Zum einen soll ein Überdruckvorratsbehälter benutzt werden, der aber das Patientenrisiko durch jederzeit auftretende Lecke und das damit verbundene unkontrollierte Ausströmen des Medikaments erhöht. Zum anderen ist die elektrische Isolation des Pumpenraumes, bedingt durch die gewählte Anordnung der Strömungswiderstände und Membranen, schwierig; vor allem bei einer herstellungs- und einsatzgünstigen Flachbauweise kommt es durch die auftretenden hohen elektrischen Feldstärken zu einer unzulässigen elektrischen Belastung des Fördergutes. Es wird hervorgehoben, daß durch die gewählte Anordnung die Förderrate nicht vom herrschenden Gegendruck abhängt. Einerseits kann die dafür erforderliche ideale Abdichtung der Verbindungsöffnung herstellungsbedingt nicht realisiert werden, und andererseits hängt die Förderrate in dieser Anordnung nicht nur vom herrschenden Gegendruck ab, sondern auch von der Konstanz der Piezo- und Materialeigenschaften sowie der Stabilität der Betriebsspannung. Unter Berücksichtigung der zeitlichen Veränderlichkeit dieser Einflußgrößen, die Pumpe muß Jahre funktionieren, ist der Einsatz der Pumpvorrichtung in ungeregelten Infusionsgeräten nicht möglich, da Abweichungen der Dosisleistung kleiner als 2% nicht realisiert werden können. Für den Einsätz in geregelten Systemen, das heißt in mit entsprechenden Sensoren, z.B. Glukosesensoren, ausgerüsteten, ist die Druckunabhängigkeit der Dosisleistung nicht nötig. Außerdem ist der energetische Wirkungsgrad der angegebenen Vorrichtung durch die notwendige Dimensionierung der Ansteuerspannung nach dem maximal möglichen Gegendruck (bei einem System mit Unterdruckvorratsbehälter) kleiner als bei einer Piezomembranpumpe mit druckabhängiger Durchflußrate in geregelten Systemen.Another known conveying and metering principle, the pump effect is due to different flow resistance (DE-OS 2933 795). On both sides of a partition, which closes the pressure reservoir, is located on both sides of a piezoelectric coated metal membrane which closes an opening located in the partition and releases this opening by curvature of the piezoelectric membranes after applying a voltage. In the membranes is also an opening with blocking means, which consist of a flow resistance - Membranfilter- for the liquid to be conveyed, whose permeability is low, based on the permeability of the unlocked passage opening. Although requirements for low energy consumption, small size and mass and low mechanical load of the infusion fluid can be met, there are deficiencies that make the use of implantable systems doubtful. On the one hand, an overpressure reservoir is to be used, but it increases the patient's risk of leakage occurring at any time and the associated uncontrolled outflow of the drug. On the other hand, the electrical insulation of the pump chamber, due to the selected arrangement of the flow resistances and membranes, difficult; Above all, in a production and low-budget flat design, it comes through the high electrical field strengths occurring to an unacceptable electrical load on the transported material. It is emphasized that the delivery rate does not depend on the prevailing counter pressure due to the chosen arrangement. On the one hand, the required ideal sealing of the connection opening can not be realized due to the production, and on the other hand, the delivery rate in this arrangement depends not only on the prevailing counter-pressure, but also on the constancy of the piezoelectric and material properties and the stability of the operating voltage. Taking into account the temporal variability of these factors, the pump must work years, the use of the pumping device in uncontrolled infusion devices is not possible, since deviations of the dose rate less than 2% can not be realized. For use in controlled systems, that is, with corresponding sensors, e.g. Glucose sensors, equipped, the pressure independence of the dose rate is not necessary. In addition, the energy efficiency of the specified device by the necessary dimensioning of the drive voltage to the maximum possible back pressure (in a system with vacuum reservoir) is smaller than in a piezo membrane pump with pressure-dependent flow rate in controlled systems.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung ist es, eine Pumpe zur Minimalmengenförderung und -dosierung von strömenden Medien zu schaffen, die aus wenigen Einzelteilen besteht, einen einfachen Aufbau aufweist, billig in der Herstellung ist, sich durch geringen Energieverbrauch auszeichnet, eine sehr hohe Lebensdauer aufweist und in großen Stückzahlen hergestellt werden kann.The object of the invention is to provide a pump for minimal quantity delivery and metering of flowing media, which consists of a few individual parts, has a simple structure, is inexpensive to manufacture, is characterized by low energy consumption, has a very high life and in large quantities can be produced.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine piezokeramische Pumpe zur Minimalmengenförderung und-dosierung von strömenden Medien zu schaffen, die in einem vollimplantierbaren System eingesetzt werden kann und über Jahre im Körper verbleibt, wobei die Pumpe nur eine geringe Baugröße aufweisen soll, einen geringen Energieverbrauch hat und die Förderflüssigkeit in der Beschaffenheit und Wirksamkeit nicht verändert. Deshalb muß eine geringe mechanische Belastung des Fördermediums sowie die Vermeidung des Auftretens schädlicher elektrischer Felder und Ströme zusammen mit den obengenannten Aufgaben realisiert werden.The object of the invention is to provide a piezoceramic pump for minimum quantity delivery and metering of flowing media, which can be used in a fully implantable system and remains in the body for years, the pump should have only a small size, has low energy consumption and the delivery liquid in the nature and effectiveness not changed. Therefore, a small mechanical load of the pumped medium and the prevention of the occurrence of harmful electric fields and currents must be realized together with the above tasks.

Die bekannten Pumpen erfüllen nicht umfassend diese Aufgabe, daher erscheint ihr Einsatz in vollimplantierbaren Infusionsgeräten sehr fragwürdig.The known pumps do not fulfill this task comprehensively, therefore their use in fully implantable infusion devices seems very questionable.

Erfindungsgemäß besteht die piezokeramische Pumpe aus einem Grundkörper, zwei Scheiben sowie zwei Piezokeramikscheiben, wobei der Grundkörper aus kristallinem oder amorphem Material oder Plaste, vorzugsweise Glas oder aus mit Quarzglas beschichtetem einkristallinem Material besteht. Die zwei Scheiben bestehen vorzugsweise aus einem einkristallinen Material. Das einkristalline Material gewährleistet neben der guten Strukturierbarkeit sowie hoher Oberflächengüte bei geringen Oberflächenformfehlern eine extrem hohe Lebensdauer, da keine Materialermüdung wie bei den sonst üblichen Werkstoffen auftritt.According to the invention, the piezoceramic pump consists of a base body, two disks and two piezoceramic disks, wherein the body of crystalline or amorphous material or plastic, preferably glass or coated with quartz glass monocrystalline material. The two discs are preferably made of a single crystalline material. The monocrystalline material ensures, in addition to the good structurability and high surface quality with low surface form errors an extremely long life, since no material fatigue occurs as with the usual materials.

Der Grundkörper ist mit einer Durchlaßöffnung versehen, um die herum beidseitig eine flache Senke eingearbeitet ist, von der aus beginnend und meander- oder spiralförmig zum Rand des Grundkörpers führende Vertiefungen eingearbeitet sind. Es ist jedoch auch möglich, um die Durchlaßöffnung herum beidseitig jeweils eine ringförmige Vertiefung anzulegen, in der die mäander- oder spiralförmig zum Rand des Grundkörpers führende Vertiefung mündet.The main body is provided with a passage opening, around which a shallow sink is incorporated on both sides, from which starting and meandering or spiraling to the edge of the body leading recesses are incorporated. However, it is also possible to create around the passage opening on both sides in each case an annular recess in which the meandering or spiral leads to the edge of the body leading recess.

Die beiden Scheiben sind entsprechend der Größe des Grundkörpers ausgebildet, in die jedoch einseitig großflächige Vertiefungen in Form einer Grube eingearbeitet sind, wobei der Grubengrund parallel zum Scheibengrund ausgebildet ist. Die Grubentiefe entspricht dabei ca. Ѵг bis ²/з der Scheibendicke. Die Scheiben sind allseitig mindestens um die Scheibendicke größer als die großflächige Vertiefung. Die flächenmäßige Ausdehnung der großflächigen Vertiefung entspricht flächenmäßig etwa der der flachen Senke. Außerhalb der großflächigen Vertiefung befindet sich jeweils auf den Scheiben ein Durchbruch, der vorzugsweise als Ansaug- bzw. Ausstoßöffnung dient. Es ist ebenfalls möglich, die meander- oder spiralförmig zum Rand führende Vertiefung sowie die flache Senke in die der großflächigen Vertiefung abgewandten Seite der Scheibe oder, wie oben beschrieben, in den Grundkörper einzuarbeiten. Die mäander-oder spiralförmig zum Rand führenden Vertiefungen können auch flächenförmige Erweiterungen und/oder Verengungen aufweisen. Das hat zur Folge, daß sich der Strömungswiderstand im System verändert. Weiterhin ist es möglich, daß sich der Durchbruch in Form einer Nut auf der gleichen Seite befindet, auf der die mäander-oder spiralförmig zum Rand führende Vertiefung eingearbeitet ist, wobei die mäander- oder spiralförmig zum Rand führende Vertiefung mit der Nut in Verbindung steht, oder daß die Durchbrüche in Form von Nuten in den Grundkörper eingearbeitet sind, wobei die mäander-oder spiralförmig zum Rand führende Vertiefung von der flachen Senke oder von der ringförmigen Nut, die sich außerhalb der flachen Senke befindet, zur Nut führt.The two discs are formed according to the size of the base body, but in which one-sided large depressions in the form of a pit are incorporated, wherein the pit bottom is formed parallel to the disc base. The pit depth corresponds to approx. Ѵg to ² / з of the pane thickness. The discs are on all sides at least by the slice thickness larger than the large-scale depression. The areal extent of the large depression corresponds in terms of area about the shallow sink. Outside the large-scale depression is in each case on the discs an opening, which preferably serves as a suction or discharge opening. It is also possible to incorporate the meandering or spirally leading recess and the shallow sink into the side facing away from the large-scale depression of the disc or, as described above, in the body. The meandering or spirally leading depressions can also have surface-shaped extensions and / or constrictions. As a result, the flow resistance in the system changes. Furthermore, it is possible that the opening is in the form of a groove on the same side, on which the meandering or spirally leading to the edge recess is incorporated, wherein the meandering or spiral leading to the edge recess is in communication with the groove, or that the openings are incorporated in the form of grooves in the body, wherein the meandering or spiral leading to the edge recess from the shallow sink or from the annular groove, which is located outside of the shallow valley leads to the groove.

Auf dem Grund der großflächigen Vertiefung ist jeweils eine Piezokeramikscheibe entsprechender Größe elektrisch leitend aufgeklebt, die mit Außenanschlüssen versehen ist. Sowohl Piezokeramikscheibe als auch Außenanschlüsse sind mit einer Isolierschicht überzogen.At the bottom of the large-scale depression, in each case a piezoceramic disk of corresponding size is electrically conductively bonded, which is provided with external connections. Both piezoceramic disk and external connections are covered with an insulating layer.

Durch das symmetrische Zusammensetzen der Scheiben oberhalb und unterhalb des Grundkörpers, wobei sich die großflächige Vertiefung jeweils an der dem Grundkörper abgewandten Seite der Scheiben befindet, und durch Verbinden der Teile untereinander durch Kleben, Verkappen oder anodisches Bonden entsteht die piezokeramische Pumpe. Die mäander- oder spiralförmig zum Rand führenden Hohlräume bilden Kapillaren, die als Strömungswiderstände wirken. Es hat sich als günstig erwiesen, die großflächigen Vertiefungen, die mäander- oder spiralförmig гит Rand führenden Vertiefungen sowie die flachen Senken und Nuten nach Technologien der Mikromechanik herzustellen. Dagegen ist es günstig, die Durchlaßöffnung sowie die Durchbrüche durch Bohren herzustellen.Due to the symmetrical assembly of the discs above and below the base body, wherein the large-scale depression is located in each case on the side facing away from the base body of the discs, and by bonding the parts together by gluing, capping or anodic bonding creates the piezoceramic pump. The meandering or spirally leading cavities form capillaries which act as flow resistances. It has proved to be favorable to produce the large-scale depressions, the meandering or spiral-shaped edge depressions and the shallow depressions and grooves according to micromechanical technologies. By contrast, it is favorable to produce the passage opening and the openings by drilling.

Werden die Piezokeramikscheiben durch das Anlegen einer äußeren elektrischen Spannung unterschiedlicher Polarität angeregt, so ist die eine Piezokeramikscheibe bestrebt, sich zum Grundkörper hin durchzuwölben und sich an den Grundkörper anzulegen und somit die Durchlaßöffnung zu verschließen, während sich die andere Piezokeramikscheibe vom Grundkörper weg durchwölbt. Das hat zur Folge, daß sich der Pumpenraum, in dem jetzt ein Unterdruck aufgebaut wird, vergrößert. Über den mäander- oder spiralförmig zum Rand führenden Hohlraum sowie die Einlaßöffnung wird das Fördermedium aus dem Vorratsbehälter in die Pumpe angesaugt. Der mäander- oder spiralförmig zum Rand führende Hohlraum wirkt dabei als Strömungswiderstand. Ist der Füllvorgang beendet, so wird durch Vertauschen der Polarität an den Piezokeramikscheiben und das sich damit entgegengesetzte Durchwölben der Piezokeramikscheiben das Fördermedium durch die Durchlaßöffnung im Grundkörper auf die andere Seite gedrückt.If the piezoceramic disks are excited by the application of an external electrical voltage of different polarity, the one piezoceramic disk strives to bulge toward the main body and rest against the base body and thus close the passage opening, while the other piezoceramic disk bulges away from the main body. This has the consequence that the pump room, in which now a negative pressure is built up, increases. About the meandering or spiral leading to the edge cavity and the inlet opening the fluid is sucked from the reservoir into the pump. The meandering or spiral leading to the edge cavity acts as a flow resistance. If the filling process is completed, the conveyed medium is forced through the passage opening in the main body to the other side by interchanging the polarity on the piezoceramic disks and thus the counterblowing of the piezoceramic disks.

Der mäander- oder spiralförmig zum Rand führende Hohlraum verhindert durch die im Vergleich zur Durchlaßöffnung geringe Durchlaßfähigkeit, daß in dieser Zeitspanne nur ein unbedeutend kleines Flüssigkeitsvolumen aus dem Körper in die Pumpe bzw. aus der Pumpe in den Vorratsbehälter gelangt. Wird nun die Piezokeramikscheibe, die sich vom Gruhdkörper weggewölbt hat und deren Pumpenraum zur Zeit mit dem Fördermedium gefüllt ist, mit einer Spannung entgegengesetzter Polarität angeregt, so drückt die sich zum Grundkörper wölbende Piezokeramikscheibe das Medium langsam durch den als Strömungswiderstand wirkenden mäander- oder spiralförmig zur Auslaßöffnung führenden Hohlraum aus der Pumpe heraus. Da die Piezokeramikscheibe bestrebt ist, ihre natürliche Form anzunehmen, wäre es ausreichend, die Piezokeramikscheibe, die sich im gewölbten Zustand befindet und einen Pumpenraum bildet, spannungslos zu halten. Der Effekt des Herausdrückens des Fördermediums aus der Pumpe würde dann ebenfalls, nur etwas langsamer, stattfinden.The meandering or spirally leading to the edge cavity prevented by the low in comparison to the passage permeability, that in this period only an insignificantly small volume of liquid from the body into the pump or from the pump enters the reservoir. Now, if the piezoceramic disc, which has bulged away from the Gruhdkörper and the pump space is currently filled with the pumped medium, excited with a voltage opposite polarity, presses the basal body arcing piezoceramic disc slowly through the meandering or helical acting as a flow resistance to the medium Outlet opening leading cavity out of the pump. Since the piezoceramic disc endeavors to assume its natural shape, it would be sufficient to keep the piezoceramic disc, which is in the curved state and forms a pump chamber, de-energized. The effect of pushing out the pumped medium from the pump would then also, only a little slower, take place.

Im Falle eines Lecks im Vorratsbehälter besteht die Gefahr, daß die Förderflüssigkeit unkontrolliert mit extrem hoher Dosierleistung ausströmt. Bei der erfindungsgemäßen Lösung steht das Innere des Förderflüssigkeitsvorratsbehälters im Betrieb unter Unterdruck oder bei pulsierendem Gegendruck (Blutdruck) unter einem im Mittel, bezogen auf die resultierende Flüssigkeitsströmung, niedrigeren Druck. Der Druck im Inneren des Vorratsbehälters wird bevorzugt durch ein über eine flexible Wand korrespondierendes Flüssigkeitsgemisch mit einem bestimmten Dampfdruck eingestellt. Im Falle eines Lecks wird lediglich Körperflüssigkeit in das Infusionssystem einströmen, was nicht sofort einen für den Patienten lebensbedrohlichen Zustand hervorruft. Ein medizinischer Eingriff könnte noch rechtzeitig erfolgen.In the case of a leak in the reservoir there is a risk that the pumped liquid flows uncontrollably with extremely high dosing. In the solution according to the invention, the interior of the delivery fluid reservoir is in operation under negative pressure or at pulsating counter-pressure (blood pressure) below an average, based on the resulting fluid flow, lower pressure. The pressure in the interior of the storage container is preferably set by a liquid mixture having a specific vapor pressure corresponding to a flexible wall. In the case of a leak, only body fluid will flow into the infusion system, which does not immediately cause a life-threatening condition for the patient. A medical intervention could be done in time.

Ausf UhrungsbeispielExecution example

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen den schematischen Aufbau der erfindungsgemäßen Lösung.The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. The accompanying drawings show the schematic structure of the solution according to the invention.

Fig. 1: Schnitt der erfindungsgemäßen piezokeramischen Pumpe mit ringförmiger Vertiefung Fig. 2: GrundkörperFig. 1: section of the piezoceramic pump according to the invention with annular recess Fig. 2: basic body

Fig.3: Schnitt der erfindungsgemäßen piezokeramischen Pumpe mit flacher Senke Fig. 4: Die dem Grundkörper zugewandte Seite der Scheibe3 shows a section of the piezoceramic pump according to the invention with a shallow sink FIG. 4: The side of the pane facing the main body

Die erfindungsgemäße Pumpe besteht aus 5 Bauteilen, nämlich einem Grundkörper 1, zwei Piezokeramikscheiben 2,3 sowie zwei Scheiben 4, 5.The pump according to the invention consists of 5 components, namely a base body 1, two piezoceramic disks 2, 3 and two disks 4, 5.

In den Scheiben 4,5 sind großflächige Vertiefungen 19,20 in Form von Gruben eingearbeitet. Auf dem Grund der großflächigen Vertiefungen 19,20 ist jeweils eine Piezokeramikscheibe 2,3 leitend aufgeklebt, wobei die Ansteuerung dieser über die jeweiligen Außenanschlüsse 11,12 erfolgt. Auf der anderen Seite der Scheiben 4,5 oder auf beiden Seiten des Grundkörpers mit der Durchlaßöffnung 8 sind mäanderförmige Vertiefungen 6,7 eingearbeitet, die, in einer flachen Senke 15,16 oder ringförmigen Vertiefung 17,18 beginnend, bis гит Durchbruch 8,9 bzw. Rand führen. Es ist ebenfalls möglich, daß die Durchbrüche 8,9 in Form einer Nut im Grundkörper oder an der der großflächigen Vertiefung abgewandten Seite der Scheiben angeordnet sind. DasIn the discs 4.5 large depressions 19,20 are incorporated in the form of pits. At the bottom of the large depressions 19, 20, a piezoceramic disk 2, 3 is adhesively bonded in each case, wherein the activation of these is effected via the respective external connections 11, 12. On the other side of the disks 4, 5 or on both sides of the main body with the passage opening 8, meander-shaped depressions 6, 7 are incorporated which, starting in a shallow depression 15, 16 or annular recess 17, 18, until the breakthrough 8.9 or edge lead. It is also possible that the openings 8.9 are arranged in the form of a groove in the base body or on the side facing away from the large-scale depression side of the discs. The

hängt vorwiegend von der Einbaugestaltung der Pumpe ab. Nach dem Fügen durch Kleben, Verkappen oder anodisches Bonden bilden die Vertiefungen Kapillaren, die, jeweils in einem Pumpenraum beginnend, bis zu den als Ansaug- bzw. Ausstoßöffnungen dienenden Durchbrüchen 9,10 führen.depends mainly on the installation design of the pump. After joining by gluing, capping or anodic bonding, the depressions form capillaries which, starting in a pump chamber in each case, lead to the apertures 9, 10 serving as suction or ejection openings.

Die Scheiben 4,5 bestehen vorzugsweise aus einkristallinem Material. Durch Verwendung des einkristallinen Materials wird eine extrem lange Lebensdauer, wegen z. B. fehlender Ermüdungserscheinungen und geringster Oberflächenrauhigkeit, erzielt. Die Herstellung vieler Pumpen kann, wie in der Mikroelektroniktechnologie üblich, parallel und somit wesentlich effektiver erfolgen. Die Oberflächenrauhigkeit sowie die Oberflächenformfehler sind vernachlässigbar klein, so daß die radialen Abmessungen der Pumpe unter 10mm gesenkt werden können. Der Grundkörper, mechanisch geringer beansprucht, wird für das hochgenaue Fügeverfahren - anodisches Bonden - aus Glas oder mit Glas beschichtetem Material hergestellt. Damit die piezoelektrischen Membranen durch das anodische Bonden nicht mit dem Grundkörper starr verbunden werden, ist eine flache Senke 15,16, die etwa der flächenmäßigen Ausdehnung der großflächigen Vertiefung entspricht, in Grundkörper 1 oder Scheibe 4,5 angeordnet. Erfolgt das Fügen durch Verkappen oder Kleben, wobei der Kleber gezielt an den Verbindungsstellen aufgetragen wurde, kann zur Erhöhung der Dichtwirkung der Pumpenmembranen bei nicht angesteuerten Piezoscheiben statt einer flachen Senke eine ringförmige Vertiefung 17,18, entfernt um die Durchlaßöffnung 8, angeordnet werden. Die Funktion der Pumpe bedarf nicht der Kreisform von ringförmiger Vertiefung 17,18, großflächiger Vertiefung 19, 20, flacher Senke 15,16, rechteckförmige oder beliebig andere Entartungen sind möglich. Um die Dichtwirkung beim Verschließen des Durchbruchs 8 durch die Membranen zu erhöhen und Justagefehler, die der Reduzierung der radialen Pumpenabmessungen entgegenstehen, zu kompensieren, ist um die Durchlaßöffnung 8 bzw. gegenüber dieser eine Polymerschicht aufgetragen, die somit als Dichtungsring wirkt. Sind die Elektroden sowie die Anschlußleiterbahnen 11,12 der Piezokeramikscheiben 2, 3 mit einer elektrisch isolierenden Schicht 13,14, die gegenüber dem Fördergut verträglich ist, überzogen, kann die Pumpe in einem Rohr oder der Wand des Vorratsbehälters angeordnet werden. Die Förderrate ist somit weitgehend vom herrschenden Druckgefälle zwischen Vorratsbehälter und Wirkungsort unabhängig.The disks 4, 5 are preferably made of monocrystalline material. By using the monocrystalline material is an extremely long life, because of z. B. lack of fatigue and lowest surface roughness achieved. As is customary in microelectronics technology, the manufacture of many pumps can be carried out in parallel and thus much more effectively. The surface roughness and the surface form errors are negligibly small, so that the radial dimensions of the pump can be reduced below 10mm. The base body, subjected to less mechanical stress, is manufactured from glass or glass-coated material for the high-precision joining process - anodic bonding. Thus, the piezoelectric membranes are not rigidly connected by the anodic bonding with the body, a shallow sink 15,16, which corresponds approximately to the areal extent of the large depression, arranged in the base body 1 or disc 4.5. If the joining by capping or gluing, wherein the adhesive was applied specifically to the joints, can be used to increase the sealing effect of the pump diaphragms in non-actuated piezoelectric disks instead of a shallow sink an annular recess 17,18, located around the passage opening 8, are arranged. The function of the pump does not require the circular shape of annular recess 17,18, large-scale recess 19, 20, shallow sink 15,16, rectangular or any other degeneracy are possible. In order to increase the sealing effect when closing the aperture 8 through the membranes and to compensate for adjustment errors, which preclude the reduction of the radial pump dimensions, is applied to the passage opening 8 and against this a polymer layer, which thus acts as a sealing ring. If the electrodes and the connecting conductor tracks 11, 12 of the piezoceramic disks 2, 3 are coated with an electrically insulating layer 13, 14 which is compatible with the conveyed material, the pump can be arranged in a tube or the wall of the storage container. The delivery rate is thus largely independent of the prevailing pressure gradient between the reservoir and the site of action.

Claims

1. Piezoceramic pump for minimal quantity promotion and metering of flowing media for medical or laboratory purposes in the equipment, microelectronics and for minimum quantity lubrication, consisting of a base body which is provided with a passage opening and to the above and below a on or two-sided ceramic-coated membrane is arranged, which undergoes a curvature by applying an external electrical voltage, due to the radial extent of the piezoceramic disc, and thus forms a pump chamber, characterized in that the inventive solution of a base body (1), two piezoceramic discs (2 , 3) and 2 discs (4,5) is formed, wherein the base body (1) consists of a crystalline or amorphous material or plastic, preferably glass or quartz glass-coated monocrystalline material in which around the passage opening (8) around both sides a shallow sink (15,16) eingearbe itet is, from the beginning of and meandering or spiral leading to the edge recesses (6,7) are incorporated or the meandering or spiral leading to the edge recesses in an annular recess (17,18) which surround the passage opening (8) is arranged on both sides, begin, that the discs (4, 5) are formed according to the size of the base body (1), consist of a monocrystalline material, in each of which one side, according to the size of the piezoceramic disc (2,3), large depressions ( 19, 20) are incorporated in the form of a pit and the pit edge is formed parallel to the disc base, wherein the pit depth corresponds to about V2 to ² / з the disc thickness, the discs (4, 5) on all sides at least by the disc thickness greater than the large depressions (19, 20) and at the edge of the discs (4, 5) outside of the large depression in each case an opening (9,10) is located.

2. piezoceramic pump according to claim 1, characterized in that at the bottom of the large recess each a piezoceramic disc (2,3) is adhesively bonded electrically conductive, which is provided with external connections (11,12), and in that the piezoceramic discs (2,3 ) and the outer terminals (11,12) each having an insulating layer (13,14) are coated.

3. piezoceramic pump according to claim 1 and 2, characterized in that the meandering or spiral leading to the edge recesses (6, 1) _1, the shallow sink and / or annular recess (17,18) in the base body (1) or in the Piezoceramic coated side of the discs (4, 5) are incorporated opposite side and the openings (9,10) are in the form of a groove on the same side, on which the meandering or spirally leading to the edge recesses (6,7) incorporated are, wherein the recesses (6,7) are in communication with the groove or the opening.

4. piezoceramic pump according to claim 1 to 3, characterized in that by the symmetrical assembly of the discs (4, 5) above and below the base body (1), wherein the large depressions each at the base body (1) side facing away and connecting the parts together by gluing, capping or anodic bonding the piezoceramic pump is formed.

5. piezoceramic pump according to claim 1 to 4, characterized in that the result of the joining of the parts cavities that meander or spirally lead to the edge, form capillaries.

6. piezoceramic pump according to claim 1 to 5, characterized in that the meandering or spirally leading edge to the recesses (6,7), the large depressions (19, 20), the shallow depressions (15,16), the passage opening ( 8) how the openings (9, 10) are made according to micromechanical technologies.