DE10196634T5

DE10196634T5 - Piezoelektrisches Antriebselement und ein solches verwendende Pumpe

Info

Publication number: DE10196634T5
Application number: DE10196634T
Authority: DE
Inventors: Willie Joe East
Original assignee: PAR Technologies LLC
Current assignee: PAR Technologies LLC
Priority date: 2000-09-18
Filing date: 2001-09-14
Publication date: 2005-04-07
Also published as: CA2431677A1; JP2004517240A; KR20030034192A; GB2387965A; MXPA03002388A; WO2002022358A1; US7191503B2; CN1269637C; GB0308623D0; GB2387965B; US20040021398A1; US20060056999A1; CN1474749A

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines piezoelektrischen Antriebselements, wobei im Zuge des Verfahrens:
(1.) eine erste und/oder eine zweite Fläche eines piezoelektrischen Elements mit einem Polyimidkleber beschichtet wird;
(2.) das piezoelektrische Element zwischen einer ersten metallischen Schicht und einer zweiten metallischen Schicht eingefügt wird;
(3.) der Polyimidkleber bei einer Aushärttemperatur ausgehärtet wird, welche das piezoelektrische Element nicht depolarisiert, wobei das piezoelektrische Element zwischen der ersten metallischen Schicht und der zweiten metallischen Schicht gebunden wird.

Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft das Gebiet der Herstellung von ferroelektrischen Antriebselementen und Miniatur-Membranpumpen, welche solche Antriebselemente als Antrieb verwenden. Die Antriebselemente sind piezoelektrisch ausgebildet.
Zum Stand der Technik wird auf folgende Schriften verwiesen:

I. Die US-Patente Nr. 5,471,721; 5,632,841; 5,849,125; 6,162,313; 6,042,345; 6,060,811, und 6,071,087 betreffen entweder das Vorspannen von piezoelektrischen Antriebselementen oder dom-förmige, piezoelektrische Antriebselemente oder beides. Diese Schriften werden als für die vorliegende als nicht relevant betrachtet, da die vorliegende Erfindung weder vorgespannte noch dom-förmige, piezoelektrische Antriebselemente betrifft.
II. Die US-Patente Nr. 6,179,584; 6,213,735; 5,271,724; 5,759,015; 5,876,187, und 6,227,809 betreffen sogenannte Mikropumpen. Solche Pumpen pumpen im allgemeinen aufgrund der Kräfte und der niedrigen, beteiligten Reynoldszahlen zu jedem Zeitpunkt nur einen Flüssigkeitstropfen, so dass dieser Stand der Technik allgemein als irrelevant für die vorliegende Erfindung betrachtet wird.
III. Die US-Patente Nr. 4,034,780 und 4,095,615 betreffen Klappenventile, welche von Klappen gebildet werden, die an einem separaten Scharnier montiert sind. Es konnte jedoch kein Stand der Technik aufgefunden werden, welcher ein Flex-Ventil mit einer Miniaturpumpe zeigen würde.
IV. Die US-Patente Nr. 5,083,345; 4,859,530; 3,936,342, und 5,049,421 betreffen die Anwendung von Polyimidklebstoff für verschiedene Zwecke, einschließlich dem Verbinden von Metallen und anderen Materialien zu einem Film.
V. Die US-Patente Nr. 4,939,405 und 5,945,768 zeigen elektrische Treiberschaltungen für piezoelektrische Antriebselemente.
VI. Die US-Patente 6,227,824; 6,033,191, und 6,109,889 sowie die WO 87/07218 zeigen verschiedene Arten von Pumpen mit piezoelektrischen Antriebselementen.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines ferroelektrischen Antriebselements mit hoher Auslenkung, wobei es sich um ein piezoelektrisches Antriebselement handelt. Dieses piezoelektrische Antriebselement kann dann als die Membran in einer kleinen Membranpumpe verwendet werden. Die Pumpe ist klein, leicht, geräuscharm und effizient. Vorzugsweise ist die Pumpe rund und weist einen Durchmesser von etwa 40 mm (1,5 Inch) bei einer Dicke von etwa 13 mm (0,5 Inch) auf und hat ein Gewicht von etwa 35 g (1 Unze), wobei sie 450 ml Wasser oder eines anderen Fluids pro Minute nach oben pumpen kann. Diese Pumpraten werden mittels Verwendung einer 6-Volt-Batterie bei 25 Milliampère über eine kleine, elektronische Treiberschaltung erreicht, wobei die Form quadratisch ist mit einer Abmessung von 25 mm (1 Inch). Diese Schaltung bildet einen Teil der Erfindung. Die für die Ausführung der Erfindung erforderlichen Einwegventile bzw. das für die Ausführung der Erfindung erforderliche Einwegventil sind bzw. ist als Flexventil (i) ausgebildet, wobei ein dünner Polyimidfilm als das Arbeitselement wirkt.
1 ist eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pumpe;
2 ist eine Schnittansicht der Pumpe von 1 entlang der Linie 2–2 von 1;
3 ist eine Schnittansicht der Presse, die zur Herstellung von erfindungsgemäßen, piezoelektrischen Antriebselementen verwendet wird;
4 zeigt die Treiberschaltung für das piezoelektrische Antriebselement, wenn dieses mit der Pumpe verwendet wird;
5 ist eine teilweise diagrammartige Ansicht, welche eine alternative Ausführungsform der Erfindung zeigt, bei welcher die Pumpkammer hinsichtlich ihrer Größe reduziert ist, und
6 ist eine teilweise diagrammartige Ansicht, welche eine weitere, alternative Ausführungsform einer Pumpe zeigt, wobei der Einlass und der Auslass senkrecht zu der Ebene des Antriebselements stehen.
1 zeigt, wie ein erfindungsgemäßes, piezoelektrisches Antriebselement in einer Miniaturmembranpumpe verwendet werden kann. Die Pumpe 10 hat allgemein die Form eines kurzen Kreiszylinders und umfasst einen Pumpenkörper 12, ein piezoelektrisches Antriebselement 14, eine Pumpenabdeckung 16 und eine elektronische Treiberschaltung 18 für das piezoelektrische Antriebselement. Der Pumpenkörper 12 weist Ansätze 20 zum Befestigen der Pumpe an einem Substrat auf. Ein Einlass 22 und ein Auslass 24 sind als Teil des Pumpenkörpers 12 dargestellt, obschon sie auch als separate Elemente ausgebildet sein könnten, die auf andere Weise an dem Pumpenkörper 12 befestigt sind. Die Pumpenabdeckung 16 weist im wesentlichen den gleichen Durchmesser auf und ist aus dem gleichen Material wie der Pumpenkörper 12 gefertigt. Bei dem Material handelt sich üblicherweise um einen Standardkunststoff, wie beispielsweise Acetal (unter der Markenbezeichnung DELRIN erhältlich), PVC oder PC, oder einem Metall, wie beispielsweise rostfreiem Stahl oder Messing. Diese Materialien werden bevorzugt, da sie leicht bearbeitet oder thermisch geformt werden können. Die Abdeckung 16 kann auf jegliche Weise an dem Pumpenkörper 12 befestigt sein, wie beispielsweise mittels eines schnell härtenden Klebers, während der Pumpenkörper 12 und die Abdeckung 16 unter Druck stehen, wie beispielsweise mittels einer Klemmung. Die Pumpenabdeckung weist eine Öffnung 26 auf, um den Raum oberhalb des Antriebselements 14 zu entlüften.
Die Abmessungen der Pumpe hängen von der speziellen Anwendung ab. Vorzugsweise weist der Pumpenkörper 12 einen Durchmesser von etwa 40 mm (1,5 Inch) auf. Eine Pumpkammer 30 ist im Zentrum des Pumpenkörpers 12 ausgebildet, beispielsweise durch Formguss oder durch Bearbeitung. Die Pumpkammer 30 weist einen Durchmesser von etwa 28 mm (1,125 Inch) oder einen Durchmesser auf, der um etwa 3 mm (1/8 Inch) kleiner ist als der Durchmesser des piezoelektrische Antriebselements 14. Die Kammer 30 weist eine Tiefe von etwa 6 mm (0,25 Inch) auf. Ein Sitz 32 mit einer Breite von etwa 3 mm (0,125 Inch) und einer Tiefe von etwa 2mm (0,070 Inch) ist in dem Pumpenkörper 12 an der Oberseite der Pumpkammer 30 vorgesehen. Wie in 2 gezeigt, ist das piezoelektrische Antriebselement 14 auf dem Sitz 32 montiert, um die Membran im oberen Teil der Pumpkammer 30 zu bilden.
Bei der Montage der Pumpe wird eine Dichtscheibe 34, die den gleichen Durchmesser wie das piezoelektrische Antriebselement aufweist, auf den Sitz 32 gelegt, um die Pumpkammer abzudichten, wenn das piezoelektrische Antriebselement 14 an Ort und Stelle gebracht wird. Die Dichtscheibe 34 kann aus einem relativ weichen Material, wie beispielsweise Buna-N oder Silikongummi, gefertigt sein, um Unregelmäßigkeiten in den zueinander passenden Oberflächen auszugleichen und für eine gute Dichtwirkung zwischen dem Antriebselement 14 und dem Pumpenkörper 12 zu sorgen. Sobald das piezoelektrische Antriebselement 14 an Ort und Stelle gebracht wurde, wird eine O-Ring-Dichtung 36 auf das piezoelektrische Antriebselement 14 gelegt, um das piezoelektrische Antriebselement 14 an Ort und Stelle zu halten und es bezüglich der Abdeckung 16 abzudichten. Die Abdichtung 16 weist den gleichen Außendurchmesser wie die Basis des Pumpenkörpers 12 auf, jedoch nur eine Dicke von 3mm (1/8 Inch), und wird anschließend an Ort und Stelle gebracht. Die Dichtscheibe 34 und die O-Ring-Dichtung 36 werden gemeinsam als Pumpendichtungen bezeichnet, obschon sie beide die zusätzliche Funktion haben, das Antriebselement 14 bezüglich des Pumpenkörpers 12 an Ort und Stelle zu halten. Die Abdeckung 16 wird dann an dem Körper 12 befestigt, während sie unter Druck steht, beispielsweise mittels eines Klebers unter Anwendung eines Klemmdrucks, um das piezoelektrische Antriebselement 14 bezüglich des Körpers 12 abzudichten und das Antriebselement 14 an Ort und Stelle zu fixieren, um einen Pumptrieb zu ermöglichen.
Das Verfahren zum Herstellen des piezoelektrischen Antriebselements 14 umfasst allgemein die folgenden Schritte:
Man verwendet eine piezoelektrische Scheibe 38, die aus einem polykristallinen, ferroelektrischen Material, wie beispielsweise PZT5A gebildet wird, das von der Firma Morgan Electro Ceramics erhältlich ist. Wie der Name impliziert, handelt es sich dabei tatsächlich um ein Keramikmaterial. Dieses Material wird zu einem piezoelektrischen Antriebselement 14 mit hoher Auslenkung verarbeitet, indem die piezoelektrische Scheibe 38 zwischen einer Metallstubstratschicht 40 und einer äußeren Metallschicht 42 gemäß 2 laminiert wird, wobei die Dicken der 3 Schichten und die Kleberschicht dazwischen aus Klarheitsgründen übertrieben dargestellt sind. Bei dem Bindemittel 41 zwischen den Schichten 38 und 40 handelt es sich um einen Polyimidkleber. Dieser Laminierungsprozess erfüllt mehrere Funktionen: Er macht das piezoelektrische Antriebselement 14 unempfindlich gegen rauhe Behandlung, da die Metallschichten das piezoelektrische Material daran hindern, während großer Auslenkung zu zerbrechen. Er ermöglicht ferner eine höhere Spannung aufgrund der relativ niedrigen, dielektrischen Konstante des Polyimidklebers, wodurch eine 3- bis 5-mal höhere Auslenkung als bei herkömmlichen, piezoelektrischen Materialien ermöglicht wird. Durch die Laminierung zwischen Metallschichten unter Verwendung eines hochleistungsfähigen Polyimidklebers ist das piezoelektrische Antriebselement hochresistent gegenüber Schlägen und Vibrationen. Dadurch können erfindungsgemäße, piezoelektrische Antriebselemente in Umgebungen verwendet werden, die eine kontinuierliche Temperatur von 200°C aufweisen, verglichen mit nur 115°C für herkömmliche, piezoelektrische Materialien. Diese signifikante Temperatursteigerung beruht auf dem in dem Verbindungsprozess verwendeten Polyimidkleber, der durch Temperaturen von bis zu 200°C nicht beeinträchtigt wird. Die bei herkömmlichen, piezoelektrischen Wandlern verwendeten Epoxidkleber können normalerweise nur Temperaturen bis 115°C aushalten. Diese Erhöhung der Betriebstemperatur ermöglicht den Einsatz der erfindungsgemäßen Pumpen in einer Vielzahl von Anwendungen, selbst zum kontinuierlichen Pumpen von kochendem Wasser.
Die piezoelektrischen Scheiben 38 sind aus der oben erwähnten Bezugsquelle in unterschiedlichen Formen und Dicken erhältlich. Für die vorliegende Erfindung stellten sich kreisförmige Scheiben mit einem Durchmesser von 25 mm (1 Inch) in einer Dicke von 0,2 mm (0,008 Inch) als optimal heraus. Quadratische Scheiben wurden ausprobiert, ergaben jedoch keine maximale Auslenkung. Im allgemeinen war die Auslenkung bei einer vorgegebenen Spannung um so größer, je dünner die Scheibe war; jedoch war auch die Kraft umso geringer. Bei einer Dicke von 0,2 mm (8 Milliinch) ergab sich die beste Durchflussrate für den gegebenen Durchmesser der Scheibe.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird rostfreier Stahl mit einer Dicke von 0,1 mm (0,004 Inch) für die Substratschicht 40 verwendet, wobei die Schicht in Kontakt mit der gepumpten Flüssigkeit steht. Rostfreier Stahl wird wegen seiner Kompatibilität mit vielen Flüssigkeiten, einschließlich Wasser, seiner Dauerfestigkeit, seiner elektrischen Leitfähigkeit und seiner guten Verfügbarkeit bei niedrigen Kosten bevorzugt. Aluminium mit einer Dicke von 0,05 mm (0,001 Inch) wird für die Außenschicht 42 verwendet, hauptsächlich aufgrund seiner elektrischen Leitfähigkeit beim Übertragen der Betätigungsspannung auf die piezoelektrische Scheibe 38 über ihre Oberfläche, jedoch auch aufgrund seiner Robustheit und guten Verfügbarkeit bei niedrigen Kosten.
Wenn der Durchmesser der piezoelektrischen Scheibe 38 etwa 25 mm (1 Inch), wie oben erwähnt, beträgt, beträgt der Durchmesser der Substratschicht 40 etwa 40 mm (1,25 Inch). Der Versatz der Scheibe 38 bezüglich der Kante der Substratschicht 40 ist ein wichtiges Merkmal der Erfindung. Auf diese Weise wird ein Rand gelassen, der als Klemmoberfläche bei der Antriebselementmontage dient. Dies bedeutet, dass die gesamte, piezoelektrische Scheibe 38 frei und relativ unbeschränkt ist, mit Ausnahme der Tatsache, dass sie mit dem Substrat 40 und der Außenschicht 42 verbunden ist. Dies erlaubt eine maximale Auslenkung des Antriebselements 14, wodurch ein maximaler Durchfluss der Flüssigkeit durch die Pumpe sichergestellt wird.
Der Durchmesser der Außenschicht 42 ist kleiner als der Durchmesser der Scheibe 38. Dieser Versatz der Außenschicht 42 bezüglich der Kante der Scheibe 38 ist vorgesehen, um ein Überschlagen der Antriebsspannung von der Außenschicht 42 auf die Substratschicht 40 zu verhindern.
Solange sie die oben erwähnten Anforderungen erfüllen, können andere Materialien und Dicken für die einschließenden Schichten 40 und 42 verwendet werden.
Es sei besonders erwähnt, dass das erfindungsgemäße, piezoelektrische Antriebselement flach ist. Beim Stand der Technik ist das Antriebselement meistens dom-förmig, wobei angenommen wird, dass diese Form für eine maximale Auslenkung des Antriebselements und deshalb für eine maximale Kapazität der Pumpe bei einer vorgegebenen Größe des Antriebselements erforderlich ist. Spezielle Formen und Verfahren sind verbreitet, um die als notwendig erachteten Formen des Antriebselements zu erzeugen oder um eine Vorspannung in dem Antriebselement zu erzeugen, von welchem angenommen wird, dass sie dessen Auslenkung erhöht. Die Versuche der Erfinder haben jedoch gezeigt, dass eine dom-artige Form nicht erforderlich ist und dass das flache Antriebselement eine höhere Pumpkapazität bei vorgegebener Grösse als irgendeine im Stand der Technik bekannte Pumpe aufweist. Aufgrund der flachen Ausbildung kann das erfindungsgemäße Antriebselement einfacher in großen Mengen hergestellt werden, wie im folgenden gezeigt wird. Die flache Form bedeutet auch, dass die Pumpe für eine gegebene Anwendung kleiner sein kann. Ein flaches Antriebselement kann in jeder vorgegebenen Anwendung inhärent leichter montiert werden als dies bei einem dom-förmigen Antriebselement der Fall wäre. Ferner zeigt es sich, dass Pumpen, welche das erfindungsgemäße Antriebselement verwenden, für zahlreiche Anwendungen eine hinreichend lange Lebensdauer haben. Viele Hersteller verwenden oder testen die vorliegende Erfindung.
Das Verfahren zum Herstellen des piezoelektrischen Antriebselements 14 kann wie folgt aussehen:

1. Die piezoelektrische Scheibe 38 und die umschließenden Schichten 40 und 42 werden unter Verwendung eines Lösungsmittels gereinigt, welches keine Rückstände hinterläßt, wie beispielsweise Ethanol oder Azeton. Öl, Fett, Staub und Fingerabdrücke müssen vollständig entfernt werden, um eine gute Haftung sicherzustellen.
2. Die piezoelektrische Scheibe 38 wird dann auf beiden Seiten mit einer dünnen Schicht 41 beschichtet, die nicht mehr als 0,1 mm (0,005 Inch) ist und aus einem Hochleistungspolyimidgelkleber besteht, wie er beispielsweise von der Firma Ranbar Inc. bezogen werden kann. Das Gel sollte mindestens 25% Feststoffanteil enthalten, um genügend Material für eine gute Verbindung bereitzustellen, nachdem das Lösungsmittel ausgetrieben wurde.
3. Die piezoelektrische Scheibe 38 wird dann für etwa 5 Minuten unter eine Standardheizlampe platziert, um den größten Teil des Lösungsmittels aus dem Gel zu entfernen und den Polyimidgelpolymerisationsprozess zu starten. Beide Seiten des piezoelektrischen Materials müssen unter der Heizlampe gehärtet werden, da beide Seiten mit Metall verbunden werden sollen.
4. Wenn der Kleber berührungstrocken ist, wird die piezoelektrische Scheibe 38 dann zwischen der Substratschicht 40 und der Außenschicht 42 platziert.
5. Die Baugruppe wird in eine spezielle Presse gebracht. Diese Presse wurde speziell zum Herstellen von piezoelektrischen Antriebselementen 14 entwickelt und sorgt für eine gleichmäßige Temperatur und einen gleichmäßigen Druck, um eine gute Verbindung zwischen den 3 Komponenten des Antriebselements sicherzustellen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform, die in 3 gezeigt ist, weist die Presse 2 quadratische Aluminiumplatten 101 mit einer Kantenlänge von 300 mm (12 Inch) und einer Dicke von 6 mm (1/4 Inch) auf, die mittels Flügelschrauben 102 zusammengehalten werden, wobei an jeder Kante 4 solcher Schrauben vorgesehen sind. Um einen gleichförmigen Druck während des Pressvorgangs sicherzustellen, ist die Bodenplatte 101 der Presse mit einer Lage des kostengünstigen Polyimidfilms 104 bedeckt, wie er unter der Bezeichnung "Upilex" von der Firma Ube Industries Ltd. erhältlich ist. Die piezoelektrischen Antriebselemente 38 werden auf den Film platziert, und eine Lage aus 4 Millimeter (1/8 Inch) dickem Hochtemperaturgummi 106 wird über den piezoelektrischen Antriebselementen platziert. Der Gummi an der Oberseite und der Film an der Unterseite federn die piezoelektrischen Antriebselemente ab, wodurch für eine gleichmäßige Druckverteilung gesorgt wird, wenn die Presse der Temperatur ausgesetzt wird. Natürlich sind auch andere Abmessungen der Platten der Presse möglich.
6. Sobald die piezoelektrischen Antriebselemente in der Presse platziert sind, werden die Flügelschrauben 102 fingerfest angezogen.
7. Die Presse wird dann für 30 Minuten bei etwa 200°C in einen Standardkonvektionsofen gebracht.
8. Die Presse wird von dem Ofen entfernt, auf eine sichere Temperatur abgekühlt, und die Antriebselemente 14 werden aus der Presse entfernt.

Die Presse 100 ist das Ergebnis einer Bemühung, einen kostengünstigen, schnellen Prozess zum Herstellen von piezoelektrischen Antriebselementen zu entwickeln. Die Presse nutzt die thermische Expansion der Aluminiumplatten 101 aus, welche den notwendigen Druck erzeugen, der dafür erforderlich ist, dass sich der Polyimidkleber mit der piezoelektrischen Scheibe 38 und den Metallschichten 40, 42 verbindet, wenn er sich bei seiner Aushärttemperatur befindet. Die Presse kann in den Ofen gebracht werden und aus dem Ofen herausgenommen werden, während sich der Ofen bei Betriebstemperatur befindet, wodurch ein kontinuierlicher Betrieb während des Herstellungsprozesses möglich ist. Die erprobte Temperaturänderung beeinträchtigt die piezoelektrischen Antriebselemente 14 nicht, da sie unter Druck verbleiben, selbst wenn die Presse aus dem Ofen entfernt wird und auf Raumtemperatur kommt.
Es sei besonders erwähnt, dass bei diesem Pressprozess das Lösungsmittel weiter ausgetrieben wird und das Polyimid bei einer relativ niedrigen Temperatur ausgehärtet wird. Prozesse gemäß dem Stand der Technik zum Herstellen ähnlicher, piezoelektrischer Antriebselemente machen es erforderlich, dass die Form/Presse auf wesentlich höhere Temperaturen gebracht wird, die hoch genug sind, um den Polyimidkleber zu schmelzen. Ferner, da solche hohen Temperaturen die piezoelektrische Keramik depolarisieren, ist es erforderlich, diese am Ende des Prozesses erneut zu polarisieren. Die vorliegende Erfindung eliminiert diesen Schritt, was ein Beitrag zur Verringerung der Kosten der Herstellung der piezoelektrischen Antriebselemente ist.
Unter Verwendung dieser einfachen Verfahren und Ausrüstung ist es möglich, hunderttausende piezoelektrischer Antriebselemente 14 pro Monat oder noch mehr herzustellen, wobei dies von dem gewünschten Anwendungsbereich abhängt.
Das Prinzip der Pumpe 10 mit piezoelektrischem Antriebselement ist das gleiche wie bei jeder Membranpumpe. Normalerweise wird die Membran in einer Membranpumpe mittels einer Nocke oder eine Schiebestange, die mit einem Motor oder Antrieb verbunden ist, betätigt. Dies ist bei der Pumpe 10 mit piezoelektrischem Antriebselement nicht der Fall. Das piezoelektrische Antriebselement 14 wirkt als die Membran und bewegt sich, wenn ein gepulstes, elektrisches Feld mittels der einschließenden Schichten 40 und 42 über die piezoelektrische Scheibe angelegt wird. Dieses sich verändernde, elektrische Feld bewirkt eine Expansion und Kontraktion des piezoelektrischen Antriebselements 14. Wenn sich das Antriebselement 14 ausdehnt, wobei eine Kante nicht frei ist, nimmt es eine leichte, dom-artige Form an, da sich das Zentrum des Antriebselements von der Pumpkammer 30 weg bewegt. Dadurch wird Flüssigkeit durch den Einlass 22 in die Pumpkammer 30 hinein gezogen. Wenn sich das piezoelektrische Antriebselement 14 zusammenzieht, bewegt es sich zu der Flüssigkeit hin, wodurch die Flüssigkeit durch den Auslass 24 hindurch aus der Pumpkammer 30 hinausgedrängt wird.
Eines der Probleme bei piezoelektrischen Antriebselementen gemäß dem Stand der Technik besteht in der für den Antrieb des piezoelektrischen Materials erforderlichen Spannung. Um die Pumpe 10 mit piezoelektrischem Antriebselement mit Energie zu versorgen, wurde die in 4 gezeigte, elektrische Treiberschaltung 18 entwickelt, welche die Spannung aus einer 6-Volt-Gleichstromquelle in einen Wechselstrom mit einer Spitze-zu-Spitze von über 200 Volt umwandelt. Diese Spannung ist bei der bevorzugten Ausführungsform ausreichend, um ein piezoelektrisches Antriebselement anzutreiben, um die oben erwähnten Pumpraten zu erzielen. Bei der Schaltung gemäß 4 ist der Punkt A mit der Substratschicht 40 verbunden, während der Punkt B mit der Außenschicht 42 verbunden ist.
Piezoelektrische Antriebselemente zeigen eine bessere Leistung, wenn die Spitze-zu-Spitze-Spannung nicht gleichmäßig ausgeglichen ist. Sie sprechen auf eine positive Spannung besser als auf die betragsgleiche, negative Spannung an. Demgemäß wurde die Schaltung 18 ausgelegt, um Wechselstrom mit einer Spannungsdifferenz von 150 Volt plus und 50 Volt minus zu erzeugen. Dies ist eine hinreichende Spannung, um das piezoelektrische Antriebselement in einem sehr effizienten Pumpbetrieb zu betreiben. Obschon eine sinusförmige Welle funktioniert, machen bei niedrigen Frequenzen und Spannungen Rechteckwellen das piezoelektrische Material effizienter. Die Werte der Schaltungskomponenten von 4 sind wie folgt:

R1: 8–20 MΩ C2: 0,1 μF

R2: 8–20 MΩ C3: 0,1 μF (200V)

R3: 680 KΩ C4: 0,47 μF (200V)

R4: 1 MΩ L1: 680 μH

C1: 0,1 μF D1: BAS21 Diode
U1 ist ein IMP-528-Chip, der als Treiber für eine Elektrolumineszenzlampe entwickelt wurde. In der vorliegenden Schaltung dient er zusammen mit anderen Komponenten dazu, die Pulse zu formen und sie auf den Spitze-zu-Spitze-Wert von 200 Volt zu verstärken, der erforderlich ist, um das piezoelektrische Antriebselement 14 anzutreiben. Die Werte von R1 und R2 sind ausgewählt, um die Frequenz des Ausgangssignals zwischen etwa 35 Hz und etwa 85 Hz in Abhängigkeit von der speziellen Anwendung zu verändern.
Diese Schaltung ist aus miniaturisierten Komponenten aufgebaut, so dass sie in einer Box 302 mit einer Abmessung von etwa 25 mm × 25 mm (1 Inch × 1 Inch) und einer Tiefe von 6 mm (1/4 Inch) untergebracht werden kann. Sie weist lediglich 11 oberflächenmontierte Komponenten (SMD-Komponenten) auf. Die Box 302 kann irgendwo in der Nähe der Pumpe 10 montiert werden. Vorzugsweise wird sie an der Oberseite der Pumpe montiert, wie in 1 und 2 gezeigt, beispielsweise mittels eines geeigneten Klebers. Drähte 15 gehen von der Treiberschaltung 18 aus und werden mittels federbelasteten Kontakten 304 befestigt, wobei es sich beispielsweise um Kontakte handeln kann, wie sie von der Firma ECT Company unter der Markenbezeichnung POGO angeboten werden. Diese Kontakte 304 sind in einer Box 306 an der Oberseite der Pumpenabdeckung 16 montiert und erstrecken sich durch die Pumpenabdeckung 16 hindurch, um die beiden Schichten 40 und 42 zu kontaktieren. Diese kleine Treiberschaltung eliminiert das Erfordernis großer Stromquellen und Transformatoren, wie sie bei piezoelektrischen Anwendungen gemäß dem Stand der Technik verwendet werden. Alternativ könnten die Leitungen 15 durch eine Öffnung in der Abdeckung 16 verlaufen und beispielsweise mittels Löten elektrisch mit den Schichten 40 und 42 verbunden werden. Der O-Ring 36 ist weich genug, um den Lötpunkt auf der Substratschicht 42 aufzunehmen.
Verschiedene, herkömmliche Typen von Einwegventilen wurden als Einlass- und Auslassventile für die Pumpe 10 mit piezoelektrischem Antriebselement evaluiert. Alle hatten unterschiedliche Nachteile, wie beispielsweise Sperrigkeit und schlechtes Ansprechverhalten auf das dynamische Verhalten des piezoelektrischen Antriebselements 14. Ein Inline-Flex-Ventil 200 wurde entwickelt, welches gut an die Wirkung des piezoelektrischen Antriebselements 14 angepasst ist, siehe 2. Das Arbeitselement des Flex-Ventils ist eine elliptische Scheibe 202 aus einem Polyimidfilm mit einer Dicke von etwa 0,05 mm (0,002 Inch). Die Scheibe 202 hat die gleiche Größe und Form wie das Ende eines kurzen Stücks einer steifen Röhre 204, das unter einem Winkel von etwa 45° bezüglich der Achse der steifen Röhre 204 ausgebildet ist. Der Innendurchmesser der steifen Röhre 204 ist der gleiche wie der Innendurchmesser des Einlasses 22 oder des Auslasses 24 des Pumpenkörpers 12. Die steife Röhre 204 ist in dem Ende der flexiblen Systemleitung 206 gefangen, die über den Einlass/Auslass 22, 24 schlüpft und die Systemflüssigkeit befördert, siehe 2. Die Ventilscheibe 202 ist an dem unteren Ende der geneigten Oberfläche an einem mit 203 bezeichneten Punkt mittels geeigneter Mittel, wie beispielsweise einer Klebeverbindung oder thermischen Verbindung, befestigt. Ein ähnliches Flex-Ventil 200 kann in dem Auslass 24 angeordnet sein. Beide Scheiben 202 der beiden Ventile würden stromabwärts in die gleiche Richtung zeigen. Jedoch zeigt es sich im Betrieb der Pumpe 10, dass diese bei voller Kapazität pumpen würde, ohne dass ein Ventil in dem Auslass vorhanden wäre. Es wird postuliert, dass die Flüssigkeit in dem Einlasskreis selbst bei teilweise geöffnetem Einlassventil für genügend Trägheit sorgt, um als geschlossenes Einlassventil zu wirken. Deshalb wird ein Betrieb mit nur dem Einlassventil bevorzugt.
Dieses Flex-Ventil 200 ist ein wichtiges Merkmal der Erfindung. Es weist absolut minimale Masse und Ausdehnung auf. Die Masse der Scheibe 200 ist ebenso gering wie möglich, um schnell auf die Wirkung des Antriebselements 14 anzusprechen. Wenn es geöffnet ist, bietet es dem Systemstrom im wesentlichen keinen Widerstand. Wenn es unter einem Winkel von 45° montiert ist, muss es sich nur über einen Winkel von 45° bewegen, um vollständig offen zu sein, während es sich über einen doppelt so großen Winkel bewegen müßte, wenn es senkrecht zu dem Strom montiert wäre. Es ist extrem einfach aufgebaut und hinsichtlich der Materialien und der Herstellung kostengünstig. Ferner ragt kein Teil des Ventils 200 in die Pumpkammer 30 hinein. Dies miniminiert das Volumen der Pumpkammer 30, was dazu beiträgt, die Pumpe selbst ansaugend zu machen und ihre Effizienz zu erhöhen. Ferner tragen diese Eigenschaften dazu bei, dass das Flex-Ventil 200 in die Schließstellung vorgespannt ist, wenn die Pumpe nicht arbeitet.
Die 5 und 6 zeigen alternative Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Pumpe. Die Pumpe von 5 ist im wesentlichen die gleiche wie diejenige von 2, außer dass die Pumpkammer 30 hinsichtlich ihrer Dicke zu derjenigen der Dichtungsscheibe 34 verringert ist. Dies verbessert das Selbstansaugvermögen der Pumpe. Die Pumpe in 6 weist ebenfalls eine Pumpkammer 30 mit minimaler Dicke auf. Ferner stehen der Einlass 22 und der Auslass 24 senkrecht zu der Ebene des Antriebselements 14, wobei diese Konfiguration in manchen Anwendungen bequemer sein kann.
Bei einer weiteren, nicht gezeigten Ausführungsform weist der Boden des Pumpenkörpers ein piezoelektrisches Antriebselement 14 auf, welches identisch angeordnet jedoch als Spiegelbild zu dem soeben beschriebenen, piezoelektrischen Antriebselement 14 ausgebildet ist, wobei sich die Substratschichten 40 über die Pumpkammer 30 hinweg gegenüber liegen.
Bei einer weiteren, nicht gezeigten Ausführungsform sind zwei Pumpen der oben beschriebenen Art Seite an Seite in einem Pumpenkörper montiert. Die Antriebselemente, Dichtungen, Einlässe und Auslässe mit Einwegventilen nur in den Einlässen, Pumpenabdeckungen und Treibern sind in einer oder mehreren der oben beschriebenen Konfigurationen angeordnet. Bei einer bevorzugten Form dieser Ausführungsform sind die Treiber elektrisch in Reihe geschaltet, wobei die Pumpen fluidmäßig in dem System, in welchem sie verwendet werden, parallel arbeiten.
Diese Erfindung kann insbesondere für die Wasserkühlung von Prozessoren (CPU) in Computern verwendet werden. Sie kann jedoch auch bei allen Anwendungen verwendet werden, bei welchen eine sehr kleine Pumpe mit relativ hoher Durchflussrate und minimalem Energiebedarf erforderlich ist, um Flüssigkeiten bei sehr niedrigen Kosten zu bewegen. Das piezoelektrische Antriebselement selbst kann bei vielen anderen Anwendungen verwendet werden, wie beispielsweise Lautsprechern, akustischem Alarm, Kraftfahrzeugsensoren, Geräuschquellen für aktive Lärmaufhebung und Beschleunigungssensoren.
Zusammenfassung
Es wird ein Verfahren zum Herstellen von piezoelektrischen Antriebselementen (14) zusammen mit einer Miniaturmembranpumpe (10), welche die Antriebselemente verwendet, offenbart. Die Aufgabe der Erfindung war ein Antriebselement, welches in Miniaturmembranpumpen und anderen Anwendungen verwendet werden kann und welches kleiner ist und leichter herzustellen ist als Antriebselemente gemäß dem Stand der Technik und dennoch für Kräfte und Auslenkungen sorgt, die eine Größenordnung, größer als bei jedem bekannten Gerät mit ähnlicher Größe sind. Die Pumpe (10) umfasst das neuartige Antriebselement zusammen mit einem neuartigen Einwegventil (200) und einer kleinen Treiberschaltung (18). Die Pumpe kann direkt bei Flüssigkühlsystemen von kleinen Computern oder bei anderen Fluidsystemen angewendet werden (1).

Claims

Verfahren zum Herstellen eines piezoelektrischen Antriebselements, wobei im Zuge des Verfahrens: (1.) eine erste und/oder eine zweite Fläche eines piezoelektrischen Elements mit einem Polyimidkleber beschichtet wird; (2.) das piezoelektrische Element zwischen einer ersten metallischen Schicht und einer zweiten metallischen Schicht eingefügt wird; (3.) der Polyimidkleber bei einer Aushärttemperatur ausgehärtet wird, welche das piezoelektrische Element nicht depolarisiert, wobei das piezoelektrische Element zwischen der ersten metallischen Schicht und der zweiten metallischen Schicht gebunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei in dem Schritt (1.) das piezoelektrische Element mit einer dünnen Schicht aus Polyimidkleber beschichtet wird, welche nicht mehr als 0,127 mm (0,005 Inch) dick ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei vor dem Schritt (2.) Wärme eingesetzt wird, um einen Polymerisationsprozess zu initiieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Polyimidkleber um einen Polyimidgelkleber handelt und wobei vor dem Schritt (2.) Wärme eingesetzt wird, um Lösungsmittel aus dem Polyimidgelkleber zu entfernen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (2.) nur ausgeführt wird, nachdem der Polyimidkleber berührungstrocken ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei zumindest während des Schritts (3.) ein gleichförmiger Druck auf das piezoelektrische Antriebselement ausgeübt wird, welches durch Binden des piezoelektrische Elements zwischen der ersten metallischen Schicht und der zweiten metallischen Schicht ausgeübt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei in dem Druckausübungsschritt: a) ein Polyimidfilm auf eine Bodenplatte einer Presse gelegt wird; b) das piezoelektrische Antriebselement auf den Polyimidfilm gelegt wird; c) das piezoelektrische Antriebselement mit einer Gummilage bedeckt wird; d) die Presse festgezogen wird, wobei die Bodenplatte und eine obere Platte der Presse einen gleichförmigen Druck auf das zwischen ihnen angeordnete, piezoelektrische Element ausüben.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei ferner: e) das piezoelektrische Antriebselement in der Presse gekühlt wird; f) das piezoelektrische Antriebselement aus der Presse entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei in dem Schritt (3.) das durch Binden des piezoelektrische Elements zwischen der ersten metallischen Schicht und der zweiten metallischen Schicht gebildete, piezoelektrische Antriebselement in eine Presse eingebracht wird und anschließend die Presse in ein Heizgerät gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein polykristallines Material als das piezoelektrische Element verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei rostfreier Stahl als die erste metallische Schicht verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Aluminium als die zweite metallische Schicht verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste metallische Schicht mit einem Rand ausgebildet wird, der vorgesehen ist, um als Klemmoberfläche zu dienen.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die erste metallische Schicht mit einer größeren Oberfläche als das piezoelektrische Element ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die zweite metallische Schicht mit einer kleineren Oberfläche als das piezoelektrische Element ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste metallische Schicht mit einem größeren Durchmesser als das piezoelektrische Element ausgebildet wird, und die zweite metallische Schicht mit einem kleineren Durchmesser als das piezoelektrische Element ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein flaches Element als das piezoelektrische Element verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Gel mit mindestens 25% Feststoffgehalt als der Polyimidkleber verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Polyimidkleber bei der Aushärttemperatur nicht schmilzt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Aushärttemperatur nicht mehr als 200°C beträgt.
Verfahren zum Herstellen eines piezoelektrische Antriebselements, wobei im Zuge des Verfahrens: (1.) eine erste und/oder zweite Oberfläche eines piezoelektrischen Elements mit einem Polyimidgelkleber beschichtet wird; (2.) Wärme eingesetzt wird, um einen Polymerisationsprozess zu initiieren und Lösugnsmittel aus dem Polyimidgelkleber zu entfernen; (3.) das piezoelektrische Element zwischen einer ersten metallischen Schicht und einer zweiten metallischen Schicht eingebracht wird, um das piezoelektrische Antriebselement zu bilden; (4.) das piezoelektrische Antriebselement in eine Presse eingeführt wird und, während das piezoelektrische Antriebselement sich in der Presse befindet, (5.) der Polyimidgelkleber bei einer Aushärttemperatur ausgehärtet wird, welche nicht zum Schmelzen des Polyimidklebers führt, und ein im wesentlichen gleichförmiger Druck auf das piezoelektrische Element ausgeübt wird, wodurch das piezoelektrische Element zwischen der ersten metallischen Schicht und der zweiten metallischen Schicht gebunden wird.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei in dem Schritt (1.) das piezoelektrische Element mit einer Binnenlage an Polyimidkleber mit einer Dicke von nicht mehr als 0,127 mm (0,005 Inch) beschichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei der Schritt (3.) nur ausgeführt wird, nachdem der Polyimidkleber berührungstrocken ist.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei in dem Schritt, in welchem das piezoelektrische Antriebselement in die Presse eingeführt wird: a) ein Polyimidfilm auf eine Bodenplatte einer Presse gelegt wird; b) das piezoelektrische Antriebselement auf dem Polyimidfilm platziert wird; c) das piezoelektrische Antriebselement mit einer Gummilage bedeckt wird; d) die Presse festgezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei: e) das piezoelektrische Antriebselement in der Presse gekühlt wird; f) das piezoelektrische Antriebselement aus der Presse entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei in dem Schritt (5.) die Presse in ein Heizgerät eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei ein polykristallines Material als das piezoelektrische Element verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei rostfreier Stahl als die erste metallische Schicht verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei Aluminium als die zweite metallische Schicht verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei die erste metallische Schicht mit einer größeren Oberfläche als das piezoelektrische Element ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 30, wobei die zweite metallische Schicht mit einer geringeren Oberfläche als das piezoelektrische Element ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei: die erste metallische Schicht mit einem größeren Durchmesser als das piezoelektrische Element ausgebildet wird, und die zweite metallische Schicht mit einem kleineren Durchmesser als das piezoelektrische Element ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei ein flaches Element als das piezoelektrische Element verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei ein Gel mit einem Feststoffanteil von mindestens 25% als der Polyimidgelkleber verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Aushärttemperatur nicht mehr als 200°C beträgt.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei vor dem Schritt (1.) das piezoelektrische Element mit einem Lösungsmittel gereinigt wird, welches keine Rückstände hinterläßt.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei der Schritt (5.) bei einer Aushärttemperatur ausgeführt wird, welche das piezoelektrische Element nicht depolarisiert.
Piezoelektrisches Antriebselement mit: einer ersten metallischen Schicht; einem piezoelektrischen Element, das eine Oberfläche aufweist, welche an der ersten metallischen Schicht anhaftet, wobei das piezoelektrische Element auch eine zweite Oberfläche aufweist, welche der ersten Oberfläche gegenüberliegt; einer zweiten metallischen Schicht, die an der zweiten Oberfläche des piezoelektrischen Elements anhaftet; einem Polyimidkleber, welcher an der ersten Oberfläche des piezoelektrischen Elements zu der ersten metallischen Schicht und/oder der zweiten Oberfläche des piezoelektrischen Elements zu der zweiten metallischen Schicht anhaftet, wobei ohne Anliegen eines elektrischen Felds die erste metallische Schicht, das piezoelektrische Element und die zweite metallische Schicht flach sind.
Antriebselement nach Anspruch 38, wobei das piezoelektrische Element polykristallines Material aufweist.
Antriebselement nach Anspruch 38, wobei die erste metallische Schicht rostfreien Stahl aufweist.
Antriebselement nach Anspruch 38, wobei die zweite metallische Schicht Aluminium aufweist.
Antriebselement nach Anspruch 38, wobei die erste metallische Schicht einen Rand aufweist, der ausgebildet ist, um als Klemmfläche zu dienen.
Antriebselement nach Anspruch 38, wobei die erste metallische Schicht eine größere Oberfläche als das piezoelektrische Element hat.
Antriebselement nach Anspruch 43, wobei die zweite metallische Schicht eine kleinere Oberfläche als das piezoelektrische Element aufweist.
Antriebselement nach Anspruch 43, wobei die erste metallische Schicht einen größeren Durchmesser als das piezoelektrische Element und die zweite metallische Schicht einen kleineren Durchmesser als das piezoelektrische Element aufweisen.
Pumpe mit: einem Körper, um mindestens teilweise eine Pumpkammer festzulegen; mindestens einem piezoelektrischen Antriebselement, welches während des Anliegens eines elektrischen Felds auf ein Fluid in der Pumpkammer wirkt, wobei das piezoelektrische Antriebselement aufweist: einer ersten metallischen Schicht; einem piezoelektrischen Element mit einer ersten Oberfläche, die an der ersten metallischen Schicht anhaftet, wobei das piezoelektrische Element auch eine zweite Oberfläche aufweist, welche der ersten Oberfläche gegenüber liegt; einer zweiten metallischen Schicht, die an der zweiten Oberfläche des piezoelektrischen Elements anhaftet, und einem Polyimidkleber, welcher an der ersten Oberfläche des piezoelektrischen Elements zu der ersten metallischen Schicht und/oder der zweiten Oberfläche des piezoelektrischen Elements zu der zweiten metallischen Schicht anhaftet, wobei ohne Anliegen eines elektrischen Felds die erste metallische Schicht, das piezoelektrische Element und die zweite metallische Schicht flach sind.
Pumpe nach Anspruch 46, wobei das piezoelektrische Element polykristallines Material aufweist.
Pumpe nach Anspruch 46, wobei die erste metallische Schicht rostfreien Stahl aufweist.
Pumpe nach Anspruch 46, wobei die zweite metallische Schicht Aluminium aufweist.
Pumpen nach Anspruch 46, wobei die erste metallische Schicht einen Rand aufweist, der als Klemmfläche dient.
Pumpe nach Anspruch 46, wobei die erste metallische Schicht eine größere Oberfläche als das piezoelektrische Element aufweist.
Pumpe nach Anspruch 51, wobei ein Randbereich der ersten metallischen Schicht als Klemmfläche zum Festklemmen des piezoelektrischen Antriebselements in seiner Position in dem Körper dient.
Pumpe nach Anspruch 51, wobei die zweite metallische Schicht eine kleinere Oberfläche als das piezoelektrische Element aufweist.
Pumpe nach Anspruch 51, wobei die relativen Größen der Oberfläche der zweiten metallischen Schicht und des piezoelektrischen Elements gewählt sind, um ein Überspringen einer Antriebsspannung von der zweiten metallischen Schicht auf die erste metallische Schicht zu verhindern.
Pumpen nach Anspruch 46, wobei die erste metallische Schicht einen größeren Durchmesser als das piezoelektrische Element aufweist und wobei die zweite metallische Schicht einen kleineren Durchmesser als das piezoelektrische Element aufweist.
Pumpe nach Anspruch 46, wobei der Körper einen Anschluss aufweist, welcher so gelegen ist, dass sich zwischen dem Anschluss und der Pumpkammer bewegendes Fluid in einer Richtung parallel zu einer Ebene des piezoelektrischen Antriebselements bewegt.
Pumpe nach Anspruch 46, wobei der Körper einen Anschluss aufweist, der so gelegen ist, dass sich zwischen dem Anschluss und der Pumpkammer bewegendes Fluid in einer Richtung senkrecht zu einer Ebene des piezoelektrischen Antriebselements bewegt.
Pumpe nach Anspruch 46, ferner versehen mit einem zweiten piezoelektrischen Antriebselement, welches bezüglich der Pumpkammer spiegelbildlich bezüglich des mindestens einen piezoelektrischen Antriebselements gelegen ist.
Pumpe nach Anspruch 46, ferner versehen mit einem Dichtungsbauteil, welches für eine Dichtung zwischen dem piezoelektrischen Antriebselement und dem Körper sorgt und welches eine Dicke der Pumpkammer festlegt, wobei die Dicke der Pumpkammer ein Selbstansaugen der Pumpe fördert.
Pumpe mit: einem Körper zum mindestens teilweisen Festlegen einer Pumpkammer; mindestens einem piezoelektrischen Antriebselement, welches während des Anliegens eines elektrischen Felds auf ein Fluid in einer Pumpkammer wirkt, wobei das piezoelektrische Antriebselement eine erste metallische Schicht aufweist, die mit einem piezoelektrischen Element verbunden ist; wobei die erste metallische Lage einen Rand aufweist, der als Klemmfläche zum Festklemmen des piezoelektrischen Antriebselements in seiner Position innerhalb des Körpers dient.
Pumpe nach Anspruch 60, wobei ohne Anlegen eines elektrischen Felds die erste metallische Schicht und das piezoelektrische Element flach sind.
Pumpe nach Anspruch 60, wobei das piezoelektrische Element polykristallines Material aufweist.
Pumpe nach Anspruch 60, wobei die erste metallische Schicht rostfreien Stahl umfasst.
Pumpe nach Anspruch 60, wobei die erste metallische Schicht eine größere Oberfläche als das piezoelektrische Element aufweist.
Pumpe nach Anspruch 60, wobei das piezoelektrische Antriebselement ferner versehen ist mit: einer zweiten metallischen Schicht, die mit dem piezoelektrischen Element verbunden ist; einem Polyimidkleber, welcher an der ersten Oberfläche des piezoelektrischen Elements zu der ersten metallischen Schicht und/oder der zweiten Oberfläche des piezoelektrischen Elements zu der zweiten metallischen Schicht anhaftet.
Pumpe nach Anspruch 65, wobei die zweite metallische Schicht Aluminium aufweist.
Pumpe nach Anspruch 65, wobei die erste metallische Schicht eine größere Oberfläche als das piezoelektrische Element aufweist.
Pumpe nach Anspruch 67, wobei die zweite metallische Lage eine kleinere Oberfläche als das piezoelektrische Element aufweist.
Pumpe nach Anspruch 67, wobei die relativen Größen der Oberfläche der zweiten metallischen Schicht und des piezoelektrischen Elements so gewählt sind, um ein Überspringen einer Antriebsspannung von der zweiten metallischen Schicht auf die erste metallische Schicht zu verhindern.
Pumpe nach Anspruch 65, wobei die erste metallische Schicht einen größeren Durchmesser als das piezoelektrische Element aufweist und wobei die zweite metallische Schicht einen kleineren Durchmesser als das piezoelektrische Element aufweist.
Pumpe nach Anspruch 60, wobei der Körper einen Anschluß aufweist, welcher so gelegen ist, dass zwischen dem Anschluß und der Pumpkammer sich bewegendes Fluid sich in einer Richtung parallel zu einer Ebene des piezoelektrischen Antriebselements bewegt.
Pumpe nach Anspruch 60, wobei der Körper einen Anschluß aufweist, der so gelegen ist, dass sich zwischen dem Anschluß und der Pumpkammer bewegendes Fluid in einer Richtung senkrecht zu einer Ebene des piezoelektrischen Antriebselements bewegt.
Pumpe nach Anspruch 60, ferner versehen mit einem zweiten piezoelektrischen Antriebselement, welches bezüglich der Pumpkammer spiegelbildlich bezüglich des mindestens einen piezoelektrischen Antriebselements angeordnet ist.
Pumpe nach Anspruch 60, ferner versehen mit einem Dichtungsbauteil, welches für eine Dichtung zwischen dem piezoelektrischen Antriebselement und dem Körper sorgt und welches eine Dicke der Pumpkammer festlegt, wobei die Dicke der Pumpkammer ein Selbstansaugen der Pumpe fördert.
Pumpe mit: einem Körper, um mindestens teilweise eine Pumpkammer festzulegen; einem piezoelektrischen Antriebselement, welches während des Anliegens eines elektrischen Felds auf ein Fluid in der Pumpkammer wirkt; einer Treiberschaltung, welche ausgebildet ist, um das piezoelektrische Antriebselement mit einem Wechselstrom mit einer Frequenz von weniger als etwa 85 Hz zu beaufschlagen.
Pumpe nach Anspruch 75, wobei die Treiberschaltung die Spannung aus einer Gleichstromquelle in Wechselstrom umwandelt.
Pumpe nach Anspruch 75, wobei die Treiberschaltung einen Wechselstrom mit einem positiven Spannungsversatz von bis zu 150 Volt und einem negativen Spannungsversatz von bis zu 50 Volt anlegt.
Pumpe nach Anspruch 75, wobei die Treiberschaltung eine Spannungswellenform an das piezoelektrische Antriebselement anlegt.
Pumpe nach Anspruch 75, wobei die Treiberschaltung einen Wechselstrom mit einer Spitze-zu-Spitze-Spannung, die ungleiche Polarität aufweist, an das piezoelektrische Antriebselement anlegt.
Pumpe nach Anspruch 75, wobei die Treiberschaltung einen Wechselstrom mit einer Frequenz zwischen etwa 35 Hz und 85 Hz an das piezoelektrische Antriebselement anlegt.
Pumpe nach Anspruch 75, wobei die Treiberschaltung einen Treiberchip mit folgendem aufweist: einem Eingangsspannungsanschluß (V), der zur Verbindung mit einer Gleichstromquelle ausgebildet ist; einem ersten Ausgangsanschluß (VA) und einem zweiten Ausgangsanschluß (VB), welche mit dem piezoelektrischen Antriebselement verbunden sind und über welche eine Spitze-zu-Spitze-Spannung über das piezoelektrische Antriebselement angelegt wird; einem Verstärkungsanschluß (CS), wobei der Treiberchip dazu dient, ein Vielfaches einer an den Verstärkungsanschluß angelegten Spannung als die Spitze-zu-Spitze-Spannung zu liefern, welche mittels des ersten Ausgangsanschlusses und des zweiten Ausgangsanschlusses über das piezoelektrische Antriebselement angelegt wird; einem Frequenzeinstellanschluß (REL), wobei ein mit dem Frequenzeinstellanschluß verbundener Widerstand mindestens zum Teil eine an das piezoelektrische Antriebselement anzulegende Frequenz aufbaut.
Pumpe mit: einem Körper, um mindestens teilweise eine Pumpkammer festzulegen; einem piezoelektrischen Antriebselement, welches während des Anliegens eines elektrischen Felds auf ein Fluid in der Pumpkammer wirkt; einer Treiberschaltung, welche den Wechselstrom von 200 Volt mit ungleicher Spitze-zu-Spitze-Polarität an das piezoelektrische Antriebselement anlegt.
Pumpe nach Anspruch 82, wobei die Treiberschaltung die Spannung aus einer Gleichstromquelle in den Wechselstrom umwandelt.
Pumpe nach Anspruch 82, wobei die Treiberschaltung einen Wechselstrom mit einem positiven Spannungsversatz von bis zu 150 Volt und einem negativen Spannungsversatz von bis zu 50 Volt anlegt.
Pumpe nach Anspruch 82, wobei die Treiberschaltung eine Spannungswellenform an das piezoelektrische Antriebselement anlegt.
Pumpe nach Anspruch 82, wobei die Treiberschaltung einen Wechselstrom mit einer Frequenz zwischen etwa 35 Hz und 85 Hz an das piezoelektrische Antriebselement anlegt.
Pumpe nach Anspruch 82, wobei die Treiberschaltung einen Treiberchip mit folgendem aufweist: einem Eingangsspannungsanschluß (V), der zur Verbindung mit einer Gleichstromquelle ausgebildet ist; einem ersten Ausgangsanschluß (VA) und einem zweiten Ausgangsanschluß (VB), welche mit dem piezoelektrischen Antriebselement verbunden sind und über welche eine Spitze-zu-Spitze-Spannung über das piezoelektrische Antriebselement angelegt wird; einem Verstärkungsanschluß (CS), wobei der Treiberchip dazu dient, ein Vielfaches einer an den Verstärkungsanschluß angelegten Spannung als die Spitze-zu-Spitze-Spannung zu liefern, welche mittels des ersten Ausgangsanschlusses und des zweiten Ausgangsanschlusses über das piezoelektrische Antriebselement angelegt wird; einem Frequenzeinstellanschluß (REL), wobei ein mit dem Frequenzeinstellanschluß verbundener Widerstand mindestens zum Teil eine an das piezoelektrische Antriebselement anzulegende Frequenz aufbaut.
Treiberschaltung für ein piezoelektrisches Antriebselement, wobei die Treiberschaltung einen Treiberchip aufweist, der in einer Hochbrückenschaltung (high Bridge circuit) mit dem piezoelektrischen Antriebselement verbunden ist und wobei es sich bei dem Treiberchip um einen Treiber für eine Elektrolumineszenzlampe handelt.
Treiberschaltung nach Anspruch 88, wobei der Treiberchip versehen ist mit: einem Eingangsspannungsanschluß (V), der zur Verbindung mit einer Gleichstromquelle ausgebildet ist; einem ersten Ausgangsanschluß (VA) und einem zweiten Ausgangsanschluß (VB), welche mit dem piezoelektrischen Antriebselement verbunden sind und über welche eine Spitze-zu-Spitze-Spannung über das piezoelektrische Antriebselement angelegt wird; einem Verstärkungsanschluß (CS), wobei der Treiberchip dazu dient, ein Vielfaches einer an den Verstärkungsanschluß angelegten Spannung als die Spitze-zu-Spitze-Spannung zu liefern, welche mittels des ersten Ausgangsanschlusses und des zweiten Ausgangsanschlusses über das piezoelektrische Antriebselement angelegt wird; einem Frequenzeinstellanschluß (REL), wobei ein mit dem Frequenzeinstellanschluß verbundener Widerstand mindestens zum Teil eine an das piezoelektrische Antriebselement anzulegende Frequenz aufbaut.
Treiberschaltung nach Anspruch 88, wobei die Treiberschaltung einen Wechselstrom mit einer Spitze-zu-Spitze-Spannung mit ungleicher Polarität anlegt.
Treiberschaltung nach Anspruch 88, wobei die Treiberschaltung einen Wechselstrom mit einem positiven Spannungsversatz von bis zu 150 Volt und einem negativen Spannungsversatz von bis zu 50 Volt anlegt.
Treiberschaltung nach Anspruch 88, wobei die Treiberschaltung eine Spannungswellenform an das piezoelektrische Antriebselement anlegt.
Treiberschaltung nach Anspruch 88, wobei die Treiberschaltung einen Wechselstrom mit einer Frequenz von etwa 35 Hz bis 85 Hz an das piezoelektrische Antriebselement anlegt.
Einwegventil für eine Pumpe, mit: einer hohlen, steifen Röhre; einem in der hohlen, steifen Röhre montierten Röhrenverschlußelement, wobei das Röhrenverschlußelement einen flexiblen Film aufweist.
Ventil nach Anspruch 94, wobei das Röhrenverschlußelement in der hohlen, steifen Röhre in einer Weise montiert ist, das sich das Röhrenverschlußelement zwischen einer Röhrenverschlußposition und einer maximalen Röhrenöffnungsposition über einen spitzen Winkel biegt.
Ventil nach Anspruch 94, wobei das Röhrenverschlußelement in der hohlen, steifen Röhre so montiert ist, dass in der Röhrenverschlußposition das Röhrenverschlußelement unter einem Winkel von 45° bezüglich der Hauptachse der steifen Röhre angeordnet ist.
Ventil nach Anspruch 94, wobei das Röhrenverschlußelement als elliptische Scheibe ausgebildet ist.
Ventil nach Anspruch 94, wobei es sich bei dem Röhrenverschlußelement um einen Polyimidfilm handelt.
Ventil nach Anspruch 94, wobei das Röhrenverschlußelement von einem dünnen, flexiblen Film mit einer Dicke von etwa 0,05 mm (0,002 Inch) gebildet wird.
Ventil nach Anspruch 94, wobei das Röhrenverschlußelement in die Röhrenverschlußposition vorgespannt ist.
Pumpe mit: einem Körper zum mindestens teilweisen Festlegen einer Pumpkammer, wobei der Körper einen Anschluß aufweist; einem piezoelektrischen Antriebselement, welches während des Anlegens eines elektrischen Felds auf ein Fluid in der Pumpkammer wirkt; einem Einwegventil, welches mit dem Anschluß zusammenwirkt, und eine hohle, steife Röhre und ein Röhrenverschlußelement aufweist, welches in der hohlen, steifen Röhre montiert ist, wobei es sich bei dem Röhrenverschlußelement um einen flexiblen Film handelt.
Pumpe nach Anspruch 101, wobei das Röhrenverschlußelement in der hohlen, steifen Röhre in einer Weise montiert ist, das sich das Röhrenverschlußelement zwischen einer Röhrenverschlußposition und einer maximalen Röhrenöffnungsposition über einen spitzen Winkel bewegt.
Pumpe nach Anspruch 101, wobei das Röhrenverschlußelement in der hohlen, steifen Röhre so montiert ist, dass in der Röhrenverschlußposition das Röhrenverschlußelement unter einem Winkel von 45° bezüglich der Hauptachse der steifen Röhre angeordnet ist.
Pumpe nach Anspruch 101, wobei das Röhrenverschlußelement als elliptische Scheibe ausgebildet ist.
Pumpe nach Anspruch 101, wobei es sich bei dem Röhrenverschlußelement um einen Polyimidfilm handelt.
Pumpe nach Anspruch 101, wobei das Röhrenverschlußelement von einem dünnen, flexiblen Film mit einer Dicke von etwa 0,05 mm (0,002 Inch) gebildet wird.
Pumpe nach Anspruch 101, wobei das Röhrenverschlußelement in die Röhrenverschlußposition vorgespannt ist.
Pumpe nach Anspruch 101, wobei der Anschluß in dem Körper so angeordnet ist, dass das Fluid, welches sich zwischen dem Anschluß und der Pumpkammer bewegt, sich in einer Richtung parallel zu einer Ebene des piezoelektrischen Antriebselements bewegt.
Pumpe nach Anspruch 101, wobei der Anschluß so in dem Körper angeordnet ist, dass sich zwischen dem Anschluß und der Pumpkammer bewegendes Fluid in einer Richtung senkrecht zu einer Ebene des piezoelektrischen Antriebselements bewegt.
Pumpe nach Anspruch 101, wobei das Ventil nicht in die Pumpkammer hineinragt.
Pumpe nach Anspruch 101, wobei die Größe und die Masse des Röhrenverschlußelements für ein Ansprechen auf die Wirkung des piezoelektrischen Antriebselements ausgewählt sind.
Pumpe mit: einem Körper, um mindestens teilweise eine Pumpkammer festzulegen, wobei der Körper einen Anschluß aufweist; einem piezoelektrischen Antriebselement, welches während des Anliegens eines elektrischen Felds auf ein Fluid in der Pumpkammer wirkt; einem Einwegventil, welches mit dem Anschluß zusammenwirkt, und eine hohle, steife Röhre und ein flexibles Bauteil aufweist, welches in der hohlen, steifen Röhre montiert ist, um sich zwischen einer Röhrenverschlußposition und einer maximalen Röhrenöffnungsposition zu bewegen, wobei die Größe und die Masse des flexiblen Bauteils für ein Ansprechen auf die Wirkung des piezoelektrischen Antriebselements ausgewählt sind.
Pumpe nach Anspruch 112, wobei das flexible Bauteil in der hohlen, steifen Röhre in einer Weise montiert ist, das sich das flexible Bauteil zwischen einer Röhrenverschlußposition und einer maximalen Röhrenöffnungsposition über einen spitzen Winkel bewegt.
Pumpe nach Anspruch 112, wobei das flexible Bauteil in der hohlen, steifen Röhre so montiert ist, dass in der Röhrenverschlußposition das flexible Bauteil unter einem Winkel von 45° bezüglich der Hauptachse der steifen Röhre angeordnet ist.
Pumpe nach Anspruch 112, wobei das flexible Bauteil als elliptische Scheibe ausgebildet ist.
Pumpe nach Anspruch 112, wobei es sich bei dem flexiblen Bauteil um einen Polyimidfilm handelt.
Pumpe nach Anspruch 112, wobei das flexible Bauteil von einem dünnen, flexiblen Film mit einer Dicke von etwa 0,05 mm (0,002 Inch) gebildet wird.
Pumpe nach Anspruch 112, wobei das flexible Bauteil in die Röhrenverschlußposition vorgespannt ist.
Pumpe nach Anspruch 112, wobei der Anschluß in dem Körper so angeordnet ist, dass Fluid, welches sich zwischen dem Anschluß und der Pumpkammer bewegt, sich in einer Richtung parallel zu einer Ebene des piezoelektrischen Antriebselements bewegt.
Pumpe nach Anspruch 112, wobei der Anschluß so in dem Körper angeordnet ist, dass sich zwischen dem Anschluß und der Pumpkammer bewegendes Fluid in einer Richtung senkrecht zu einer Ebene des piezoelektrischen Antriebselements bewegt.
Pumpe nach Anspruch 112, wobei das Ventil nicht in die Pumpkammer hineinragt.
Pumpe mit: einem Körper zum mindestens teilweisen Festlegen einer Pumpkammer; einem piezoelektrischen Antriebselement, welches während des Anliegens eines elektrischen Felds auf ein Fluid in der Pumpkammer wirkt; einem Dichtungselement, welches für eine Dichtung zwischen dem piezoelektrischen Antriebselement und dem Körper sorgt und welches eine Dicke der Pumpkammer festlegt, wobei die Dicke der Pumpkammer so gewählt ist, dass sie eine Selbstansaugen der Pumpe fördert.
Pumpe nach Anspruch 122, wobei das piezoelektrische Antriebselement flach ist.
Pumpe nach Anspruch 122, wobei das Dichtelement angeordnet ist, um gegen eine erste Oberfläche des piezoelektrischen Antriebselements anzuliegen, und ferner einen O-Ring aufweist, der zwischen einer zweiten Oberfläche des piezoelektrischen Antriebselements und dem Körper gefangen ist.
Pumpe nach Anspruch 122, wobei das Ventil so orientiert ist, dass sich zwischen dem Anschluß und der Pumpkammer bewegendes Fluid in einer Richtung parallel zu einer Ebene des piezoelektrischen Antriebselements bewegt.
Pumpe nach Anspruch 122, wobei das Ventil so orientiert ist, dass sich zwischen dem Anschluß und der Pumpkammer bewegendes Fluid in einer Richtung senkrecht zu einer Ebene des piezoelektrischen Antriebselements bewegt.
Pumpe nach Anspruch 122, wobei das piezoelektrische Antriebselement versehen ist mit: einer ersten metallischen Schicht; einem piezoelektrischen Element mit einer ersten Oberfläche, die an der ersten metallischen Schicht anhaftet, und einer zweiten Oberfläche, welche der ersten Oberfläche gegenüberliegt; einer zweiten metallischen Schicht, die an der zweiten Oberfläche des piezoelektrischen Antriebselements anhaftet.
Pumpe nach Anspruch 127, wobei das piezoelektrische Element ein polykristallines Material aufweist.
Pumpe nach Anspruch 127, wobei die erste metallische Schicht rostfreien Stahl aufweist.
Pumpe nach Anspruch 127, wobei die zweite metallische Schicht Aluminium aufweist.
Pumpen nach Anspruch 127, wobei die erste metallische Schicht einen Randbereich aufweist, der angeordnet ist, um als eine Klemmfläche zu dienen, um das piezoelektrische Antriebselement in seiner Position in dem Körper zu halten.
Pumpe nach Anspruch 127, wobei die erste metallische Schicht eine größere Oberfläche als das piezoelektrische Element aufweist.
Pumpe nach Anspruch 132, wobei die zweite metallische Schicht eine kleinere Oberfläche als das piezoelektrische Element aufweist.
Pumpe nach Anspruch 132, wobei die erste metallische Schicht einen größeren Durchmesser als das piezoelektrische Element aufweist und wobei die zweite metallische Schicht einen kleineren Durchmesser als das piezoelektrische Element aufweist.
Pumpe mit: einem Körper zum mindestens teilweisen Festlegen einer Pumpkammer, wobei der Körper einen Anschluß aufweist; mindestens einem piezoelektrischen Antriebselement, welches während des Anliegens eines elektrischen Felds auf ein Fluid in der Pumpkammer wirkt, wobei das piezoelektrische Antriebselement eine erste metallische Schicht aufweist, die an einem piezoelektrischen Element angebracht ist; einem Einwegventil, welches mit dem Anschluß zusammenwirkt, wobei das Ventil versehen ist mit: einer hohlen, steifen Röhre; einem flexiblen Bauteil, welches in der hohlen, steifen Röhre montiert ist, um sich zwischen einer Röhrenverschlußposition und einer maximalen Röhrenöffnungsposition zu bewegen, wobei die Masse des flexiblen Bauteils für ein Ansprechen auf die Wirkung des piezoelektrischen Antriebselements gewählt ist; wobei die erste metallische Schicht einen Randbereich aufweist, der als Klemmfläche zum Festklemmen des piezoelektrischen Antriebselements in seiner Position innerhalb des Körpers dient.
Pumpe nach Anspruch 135, wobei ohne elektrisches Feld die erste metallische Schicht und das piezoelektrische Element flach sind.
Pumpe nach Anspruch 135, wobei das Röhrenverschlußelement so in der hohlen, steifen Röhre montiert ist, dass sich das Röhrenverschlußelement zwischen einer Röhrenverschlußposition und einer maximalen Röhrenöffnungsposition über einen spitzen Winkel bewegt.
Pumpe nach Anspruch 135, wobei das Röhrenverschlußelement so in der hohlen, steifen Röhre montiert ist, dass das Röhrenverschlußelement in der Röhrenverschlußposition und einem Winkel von 45° bezüglich einer Hauptachse der steifen Röhre angeordnet ist.
Pumpe nach Anspruch 135, wobei das Röhrenverschlußelement als elliptische Scheibe ausgebildet ist.
Pumpe nach Anspruch 135, wobei das Röhrenverschlußelement als Polyimidfilm ausgebildet ist.
Pumpe nach Anspruch 135, wobei das Röhrenverschlußelement als dünner, flexibler Film mit einer Dicke von etwa 0,05 mm (0,002 Inch) ausgebildet ist.
Pumpe nach Anspruch 135, wobei der Anschluß so angeordnet ist, dass sich zwischen dem Anschluß und der Pumpkammer bewegendes Fluid in einer Richtung parallel zu einer Ebene des piezoelektrischen Antriebselements bewegt.
Pumpe nach Anspruch 135, wobei der Anschluß so angeordnet ist, dass sich zwischen dem Anschluß und der Pumpkammer bewegendes Fluid in einer Richtung senkrecht zu einer Ebene des piezoelektrischen Antriebselements bewegt.
Pumpe nach Anspruch 135, wobei das piezoelektrische Antriebselement versehen ist mit: einer zweiten metallischen Schicht, die mit dem piezoelektrischen Element verbunden ist, und einem Polyimidkleber, welcher an einer ersten Oberfläche des piezoelektrischen Elements zu der ersten metallischen Schicht und/oder einer zweiten Oberfläche des piezoelektrischen Elements zu der zweiten metallischen Schicht anhaftet.
Pumpe nach Anspruch 135, ferner versehen mit einer Treiberschaltung, welche das elektrische Feld an das piezoelektrische Antriebselement anlegt.
Pumpe nach Anspruch 145, wobei die Treiberschaltung einen Wechselstrom mit einer Spitze-zu-Spitze-Spannung mit ungleicher Polarität an das piezoelektrische Antriebselement anlegt.
Pumpe nach Anspruch 145, wobei die Treiberschaltung einen Wechselstrom mit einer Spitze-zu-Spitze-Spannung von 200 Volt an das piezoelektrische Antriebselement anlegt.
Pumpe nach Anspruch 145, wobei die Treiberschaltung einen Treiberchip aufweist, der in einer Hochbrückenschaltung (high Bridge circuit) mit dem piezoelektrischen Antriebselement verbunden ist, wobei es sich bei dem Treiberchip um einen Treiber für eine Elektrolumineszenzlampe handelt.
Pumpe nach Anspruch 148, wobei der Treiberchip versehen ist mit: einem Eingangsspannungsanschluß (V), der zur Verbindung mit einer Gleichstromquelle ausgebildet ist; einem ersten Ausgangsanschluß (VA) und einem zweiten Ausgangsanschluß (VB), welche mit dem piezoelektrischen Antriebselement verbunden sind und über welche eine Spitze-zu-Spitze-Spannung über das piezoelektrische Antriebselement angelegt wird; einem Verstärkungsanschluß (CS), wobei der Treiberchip dazu dient, ein Vielfaches einer an den Verstärkungsanschluß angelegten Spannung als die Spitze-zu-Spitze-Spannung zu liefern, welche mittels des ersten Ausgangsanschlusses und des zweiten Ausgangsanschlusses über das piezoelektrische Antriebselement angelegt wird; einem Frequenzeinstellanschluß (REL), wobei ein mit dem Frequenzeinstellanschluß verbundener Widerstand mindestens zum Teil eine an das piezoelektrische Antriebselement anzulegende Frequenz aufbaut.
Pumpe nach Anspruch 135, wobei die Größe der ersten metallischen Schicht relativ zu dem piezoelektrischen Element so gewählt ist, dass die erste metallische Schicht einen Rand aufweist, welcher als Klemmfläche zum Festklemmen des piezoelektrischen Antriebselements in seiner Position in dem Körper dient.
Pumpe nach Anspruch 150, wobei eine erste Oberfläche des piezoelektrischen Elements mit der ersten metallischen Schicht verbunden ist, wobei das piezoelektrische Element auch eine zweite Oberfläche aufweist, welche der ersten Oberfläche gegenüber liegt, und wobei das piezoelektrische Antriebselement eine zweite metallische Schicht aufweist, die mit der zweiten Oberfläche des piezoelektrischen Elements verbunden ist, und wobei die relativen Größen der Oberfläche der zweiten metallischen Schicht und des piezoelektrischen Elements so gewählt sind, dass ein Überspringen einer Antriebsspannung von der zweiten metallischen Schicht auf die erste metallische Schicht verhindert wird.
Pumpe nach Anspruch 135, ferner versehen mit einem zweiten piezoelektrischen Antriebselement, welches bezüglich der Pumpkammer spiegelbildlich bezüglich des mindestens einen piezoelektrischen Antriebselements angeordnet ist.
Pumpe nach Anspruch 135, ferner versehen mit einem Dichtungsbauteil, welches für eine Dichtung zwischen dem piezoelektrischen Antriebselement und dem Körper sorgt und welches eine Dicke der Pumpkammer festlegt, wobei die Dicke der Pumpkammer so gewählt ist, dass sie ein Selbstansaugen der Pumpe erleichtert.
Pumpe nach Anspruch 135, wobei das Ventil nicht in die Pumpkammer hineinragt.
Pumpe mit: einem Körper zum mindestens teilweisen Festlegen einer Pumpkammer, wobei der Körper einen Anschluß aufweist; mindestens einem piezoelektrischen Antriebselement, welches während des Anliegens eines elektrischen Felds auf ein Fluid in der Pumpkammer wirkt; einem Dichtungsbauteil, welches für eine Dichtung zwischen dem piezoelektrischen Antriebselement und den Körper sorgt und welches eine Dicke der Pumpkammer festlegt, wobei die Dicke der Pumpkammer so gewählt ist, dass sie ein Selbstansaugen der Pumpe fördert; einem Einwegventil, welches mit dem Anschluß zusammenwirkt, wobei das Ventil versehen ist mit: einer hohlen, steifen Röhre; einem flexiblen Bauteil, welches in der hohlen, steifen Röhre montiert ist, um sich zwischen einer Röhrenverschlußposition und einer maximalen Röhrenöffnungsposition zu bewegen, wobei die Masse des flexiblen Bauteils für ein Ansprechen auf die Wirkung des piezoelektrischen Antriebselement gewählt ist.
Pumpe nach Anspruch 155, wobei das piezoelektrische Antriebselement eine erste metallische Schicht aufweist, die an einem piezoelektrischen Element anhaftet, und wobei die erste metallische Schicht einen Rand aufweist, welcher als Klemmfläche zum Festklemmen des piezoelektrischen Antriebselements in seiner Position innerhalb des Körpers dient.
Pumpe nach Anspruch 156, wobei das piezoelektrische Antriebselement eine erste metallische Schicht aufweist, die an einem piezoelektrischen Element anhaftet, und wobei ohne Anliegen eines elektrischen Felds die erste metallische Schicht und das piezoelektrische Element flach sind.
Pumpe nach Anspruch 155, wobei das flexible Bauteil so in der hohlen, steifen Röhre montiert ist, dass das flexible Bauteil sich zwischen der Röhrenverschlußposition und einer maximalen Röhrenöffnungsposition über einen spitzen Winkel bewegt.
Pumpe nach Anspruch 155, wobei das flexible Bauteil so in der hohlen, steifen Röhre montiert ist, dass das Röhrenverschlußelement in der Röhrenverschlußposition unter einem Winkel von 45° bezüglich der Hauptachse der steifen Röhre angeordnet ist.
Pumpe nach Anspruch 155, wobei das Röhrenverschlußelement als elliptische Scheibe ausgebildet ist.
Ventil nach Anspruch 155, wobei es sich bei dem Röhrenverschlußelement um einen Polyimidfilm handelt.
Pumpe nach Anspruch 155, wobei das Röhrenverschlußelement von einem dünnen, flexiblen Film mit einer Dicke von etwa 0,05 mm (0,002 Inch) gebildet wird.
Pumpe nach Anspruch 155, wobei der Anschluß so angeordnet ist, dass sich zwischen dem Anschluß und der Pumpkammer bewegendes Fluid sich in einer Richtung parallel zu einer Ebene des piezoelektrischen Antriebselements bewegt.
Pumpe nach Anspruch 155, wobei der Anschluß so angeordnet ist, dass sich zwischen dem Anschluß und der Pumpkammer bewegendes Fluid in einer Richtung senkrecht zu einer Ebene des piezoelektrischen Antriebselements bewegt.
Pumpe nach Anspruch 155, wobei das piezoelektrische Antriebselement ferner versehen ist mit: einer zweiten metallischen Schicht, die mit dem piezoelektrischen Element verbunden ist; einem Polyimidkleber, welcher an der ersten Oberfläche des piezoelektrischen Elements zu der ersten metallischen Schicht und/oder der zweiten Oberfläche des piezoelektrischen Elements zu der zweiten metallischen Schicht anhaftet.
Pumpe nach Anspruch 155, ferner versehen mit einer Treiberschaltung, welche das elektrische Feld an das piezoelektrische Antriebselement anlegt.
Pumpe nach Anspruch 166, wobei die Treiberschaltung einen Wechselstrom mit einer Spitze-zu-Spitze-Spannung mit ungleicher Polarität an das piezoelektrische Antriebselement anlegt.
Pumpe nach Anspruch 166, wobei die Treiberschaltung einen Wechselstrom mit einer Spitze-zu-Spitze-Spannung von 200 Volt an das piezoelektrische Antriebselement anlegt.
Pumpe nach Anspruch 166, wobei die Treiberschaltung einen Treiberchip aufweist, der in einer Hochbrückenschaltung (high Bridge circuit) mit dem piezoelektrischen Antriebselement verbunden ist, wobei es sich bei dem Treiberchip um einen Treiber für eine Elektrolumineszenzlampe handelt.
Pumpe nach Anspruch 148, wobei der Treiberchip versehen ist mit: einem Eingangsspannungsanschluß (V), der zur Verbindung mit einer Gleichstromquelle ausgebildet ist; einem ersten Ausgangsanschluß (VA) und einem zweiten Ausgangsanschluß (VB), welche mit dem piezoelektrischen Antriebselement verbunden sind und über welche eine Spitze-zu-Spitze-Spannung über das piezoelektrische Antriebselement angelegt wird; einem Verstärkungsanschluß (CS), wobei der Treiberchip dazu dient, ein Vielfaches einer an den Verstärkungsanschluß angelegten Spannung als die Spitze-zu-Spitze-Spannung zu liefern, welche mittels des ersten Ausgangsanschlusses und des zweiten Ausgangsanschlusses über das piezoelektrische Antriebselement angelegt wird; einem Frequenzeinstellanschluß (REL), wobei ein mit dem Frequenzeinstellanschluß verbundener Widerstand mindestens zum Teil eine an das piezoelektrische Antriebselement anzulegende Frequenz aufbaut.
Pumpe nach Anspruch 155, wobei die Größe der ersten metallischen Schicht relativ zu dem piezoelektrischen Element so gewählt ist, dass die erste metallische Schicht einen Rand aufweist, welcher als Klemmfläche zum Festklemmen des piezoelektrischen Antriebselements in seiner Position in dem Körper dient.
Pumpe nach Anspruch 171, wobei eine erste Oberfläche des piezoelektrischen Elements mit der ersten metallischen Schicht verbunden ist, wobei das piezoelektrische Element auch eine zweite Oberfläche aufweist, welche der ersten Oberfläche gegenüber liegt, und wobei das piezoelektrische Antriebselement eine zweite metallische Schicht aufweist, die mit der zweiten Oberfläche des piezoelektrischen Elements verbunden ist, und wobei die relativen Größen der Oberfläche der zweiten metallischen Schicht und des piezoelektrischen Elements so gewählt sind, dass ein Überspringen einer Antriebsspannung von der zweiten metallischen Schicht auf die erste metallische Schicht verhindert wird.
Pumpe nach Anspruch 155, ferner versehen mit einem zweiten piezoelektrischen Antriebselement, welches bezüglich der Pumpkammer spiegelbildlich bezüglich des mindestens einen piezoelektrischen Antriebselements angeordnet ist.
Pumpe nach Anspruch 155, wobei das Ventil nicht in die Pumpkammer hineinragt.
Pumpe, welche auf mindestens zwei parallele Fluidströme wirkt, mit: einem Körper zum mindestens teilweisen Festlegen einer Pumpkammer, wobei der Körper für jeden der mindestens zwei parallelen Fluidströme einen Einlass und einen Auslass aufweist; einem piezoelektrischen Antriebselement für jeden der mindestens zwei parallelen Fluidströme, wobei jedes piezoelektrische Antriebselement während des Anliegens eines elektrischen Felds auf ein Fluid in der Pumpkammer wirkt; mehreren in Serie geschalteten Treiberschaltungen, wobei für jeden der mindestens zwei parallelen Fluidströme eine Treiberschaltung vorgesehen ist.