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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mikrodosierpumpe und ein Verfahren zum Herstellen einer Mikrodosierpumpe.
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Stand der Technik
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Mikrodosierpumpen sind in der Herstellung häufig aufwändig und teuer, wenn gleichzeitig die hohen Anforderungen an deren Eigensicherheitsfunktionen erfüllt werden müssen. Z. B. muss für Insulinpumpen garantiert werden, dass es unter keinen Umständen zu einer ungewollten Insulinabgabe kommen kann, da dies für die Patienten schwerwiegende gesundheitliche Folgen haben kann. Die hochpräzise Abgabe der angeforderten Dosiermengen muss dort also unter allen Umständen garantiert werden.
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Die Erfüllung aller Sicherheitsmerkmale bei relativ niedrigen Herstellungskosten verspricht zwar die abgewandelte Axialkolbenpumpe aus der
EP 1 966 490 B1 , die auf Spritzgusskomponenten beruht, jedoch unterliegt hier der Miniaturisierungsgrad gewissen Grenzen, da es sich um eine dreidimensionale Anordnung von 3D-Einzelkomponenten handelt, welche auch z. B. an den Seiten dreidimensional strukturiert werden müssen. Die benötigten Fertigungstoleranzen haben hier gewisse Mindestdimensionen zur Folge, und der Kolben benötigt eine Mindestlänge für eine funktionierende Kolbenführung.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird eine Mikrodosierpumpe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Herstellen einer Mikrodosierpumpe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14 zur Verfügung gestellt.
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Demgemäß ist vorgesehen:
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Eine Mikrodosierpumpe, mit einem Pumpkammersubstrat mit einer Pumpkammer, mit einer flexiblen Membran, welche auf einer Seite des Pumpkammersubstrats derart vorgesehen ist, dass sie die Pumpkammer fluiddicht bedeckt, mit zumindest einer Fluidleitung, welche auf einer zweiten Seite des Pumpkammersubstrats derart vorgesehen ist, dass ein Fluid in die Pumpkammer eintreten und austreten kann, mit einer drehbaren Ventilscheibe mit zumindest einer Fluiddurchlassöffnung, welche innerhalb der Pumpkammer angeordnet ist und ausgebildet ist, die Fluidleitung durch eine Drehung zu verschließen und über die Fluiddurchlassöffnung zu öffnen, mit einer zu Teilen permanentmagnetisierten oder magnetisierbaren Aktorscheibe, welche über zumindest ein federelastisches Element mit der Ventilscheibe derart gekoppelt ist, dass eine Drehung der Aktorscheibe in einer Drehung der Ventilscheibe resultiert, wobei das federelastische Element die Ventilscheibe und die Aktorscheibe voneinander wegdrückt, mit einer Antriebseinheit mit einem magnetischen Pumpstößel, welcher ausgebildet ist, die Membran zum Ansaugen oder Ausstoßen von Fluid zu bewegen, und ausgebildet ist, die permanentmagnetisierten oder magnetisierbaren Aktorscheibe zu drehen.
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Ferner ist ein Verfahren zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Mikrodosierpumpe mit den folgenden Verfahrensschritten vorgesehen: (A) Bereitstellen des Pumpkammersubstrats mit der Pumpkammer; (B) Anordnen der Ventilscheibe und der Aktorscheibe in der Pumpkammer; (C) Erzeugen eines Magnetfeldes derart, dass die Ventilscheibe und die Aktorscheibe in die Pumpkammer gezogen und dort fixiert werden; (D) Fügen der Membran mit dem Pumpkammersubstrat.
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Vorteile der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung stellt eine Mikrodosierpumpe zur Verfügung, welche als planares Bauteil ausgebildet ist. Die Membran, die Ventilscheibe und die Aktorscheibe sind im Wesentlichen flach ausgebildet. Daher kann diese Mikrodosierpumpe besonders flach und miniaturisiert ausgebildet sein. Die zumindest eine Fluidleitung in dem Pumpkammersubstrat kann gemäß der Erfindung aktiv durch eine Drehung der Ventilscheibe geschlossen oder geöffnet werden. Durch diese aktive Ansteuerung kann die erfindungsgemäße Mikrodosierpumpe hohe Ansaugdrücke und Auswerfdrücke erzielen. Ferner ist die erfindungsgemäße Mikrodosierpumpe aufgrund der steuerbaren Ventilscheibe gasblasentolerant.
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Die erfindungsgemäße Mikrodosierpumpe eignet sich besonders zum sicheren Dosieren und Abgeben kleiner Flüssigkeitsmengen (0,01–100 µL/min), z. B. in der Medikamentendosierung, insbesondere von Insulin in Insulinpumpen. Besonders bevorzugt ist die Verwendung der erfindungsgemäße Mikrodosierpumpe in einem Insulinstift, also einem schreibstiftgrossen Medizingerät, welches bei der intensivierten Insulintherapie zum Einsatz kommt.
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Die Aktorscheibe ist vermöge des federelastischen Elements besonders gut in der Lage, die Membran schnell von der unteren Positionen wieder anzuheben, wenn die Mikrodosierpumpe Fluid in die Pumpkammer ansaugen soll. Dies ermöglicht aktives und schnelles Ansaugen trotz eines nicht mit der Membran in fester Verbindung stehenden Pumpstößels. Da die Ventilscheibe aufgrund des federelastischen Elements stets kräftig gegen den Boden der Pumpkammer gepresst wird, kann sie die zumindest eine Fluidleitung sehr gut abdichten.
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In dem erfindungsgemäßen Aufbau der Mikrodosierpumpe werden keine schleifenden Dichtlippen zum Abdichten der Fluidleitung benötigt. Ferner hat die erfindungsgemäße Mikrodosierpumpe keine Dicht- und Verschleißprobleme im Vergleich zu einer Pumpe mit einem beweglichen Kolben, der gleichzeitig auf- und ab und auch noch drehend bewegt werden muss unter Beibehaltung der vollen Dichtwirkung.
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Der Pumpstößel weist vorzugsweise einen Magneten auf und wird über eine geeignete, sogenannte Phase zyklisch in vertikaler Richtung ausgelenkt, so dass sequentiell Volumen verdrängt und wieder angesaugt wird. Diese Phase ist in der Antriebseinheit angelegt. Über die Rotation der Aktorscheibe werden erfindungsgemäß das Öffnen und Schließen von Fluidleitungen in der Pumpkammer gesteuert, so dass insgesamt nur ein einziger Aktor mit einer kombinierten Rotations- und Hubbewegung zum Betreiben der Mikrodosierpumpe benötigt wird.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung.
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In einer Ausführungsform weist die Antriebseinheit einen elektrischen Motor auf. Der elektrische Motor kann dabei für den Hub des Pumpstößels für die Auslenkung der elastischen Membran sowie für die Drehung des Pumpstößels für die Ansteuerung der Aktorscheibe verwendet werden. Natürlich kann die Antriebseinheit auch pneumatische und/oder hydraulische Aktoren aufweisen, welche den Pumpstößel auf und ab bewegen und drehen können.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Antriebseinheit einen Sensor auf, welcher den Hub des Pumpstößels detektiert. Der Sensor kann beispielsweise ein Hall-Sensor sein. Mittels der Hubüberwachung des Pumpstößels können sowohl das Volumen, welches die Mikrodosierpumpe abgibt, als auch Blasen und Verstopfungen detektiert werden.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Aktorscheibe eine Ausnehmung auf, in welcher ein permanentmagnetisierter oder magnetisierbarer Stab vorgesehen ist. Als Material für den Stab kann beispielsweise Eisen, Kobalt, Nickel, Ferrit und/oder Neodym verwendet werden. Ein Dauermagnet hat einerseits den Vorteil, dass die Zuordnung von Pumpstößel zur Aktorscheibe eindeutig bestimmt ist, andererseits können auch andere Formen als ein Stab verwendet werden, solange in der Drehebene verschiedene magnetische Pole liegen. Nicht permanent magnetisiertes oder magnetisierbares Material hat den Vorteil, dass verschiedene, kostengünstige Materialen oder Herstellungsprozesse verwendet werden können. Der Stab kann bei Bedarf in der Ausnehmung hermetisch versiegelt werden, z. B. indem ein Deckel auf die Ausnehmung aufgeschweißt wird und/oder die Ausnehmung hermetisch verfüllt wird.
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In einer weiteren Ausführungsform sind die Ventilscheibe, die Aktorscheibe, das federelastische Element und/oder das Pumpkammersubstrat aus einem Kunststoff ausgebildet. Beispielsweise können die Ventilscheibe, die Aktorscheibe, das federelastische Element und/oder das Pumpkammersubstrat per Spritzguss aus z. B. Polycarbonat, Polypropylen, PVC, Polystyrrol, Teflon, PFPE usw. hergestellt werden. Andere Materialien, wie z.B. Metalle und/oder Halbleitermaterialen, sind jedoch auch denkbar.
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In einer weiteren Ausführungsform sind die Ventilscheibe und/oder das federelastische Element mikrogestanzt. Auf diese Weise können die Herstellungskosten der Mikrodosierpumpe gesenkt werden. Jedoch können auch andere Verfahren, wie z. B. Laserschneiden, thermisches Trennen, Plasmaätzen und/oder Ätzen, zum Herstellen der Ventilscheibe und/oder des federelastischen Elementes verwendet werden.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Fluiddurchlassöffnung der Ventilscheibe die Form eines Bogens oder eines Kreises auf. Natürlich sind auch Kombinationen von Kreisen und Bögen denkbar.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Antriebseinheit als Durable-Einheit ausgebildet, und das Pumpkammersubstrat, die Membran, die Aktorscheibe und die Ventilscheibe als Disposable-Einheit ausgebildet. Als Durable-Einheit ist z. B. eine wiederverwendbare Einrichtung zu verstehen. Als Disposable-Einheit ist z. B. eine austauschbare, nicht dauerhafte Einrichtung zu verstehen. Durch eine derartige Ausführungsform können die Betriebskosten für die Mikrodosierpumpe gesenkt werden, da man nur die Einrichtungen austauschen kann, die eher Verschleißerscheinungen oder insbesondere Kontamination durch das geförderte Fluid, z. B. Insulinpräparate, aufweisen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das federelastische Element als Balken-Feder, Tellerfeder und/oder Spiral-Feder ausgebildet. Vorzugweise ist das federelastische Element derart ausgebildet, das es nur einen translatorischen Freiheitsgrad aufweist. Dadurch ist es möglich, das Drehmoment von der Aktorscheibe auf die Ventilscheibe zu übertragen, wobei ein Verkippen der Ventilscheibe verhindert wird.
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In einer weiteren Ausführungsform sind die Membran und das federelastische Element einstückig ausgebildet. Hierdurch wird das Totvolumen deutlich reduziert und somit kann die Saugfähigkeit der Mikrodosierpumpe verbessert werden. Die Membran ist in dieser Ausführungsform etwas dicker ausgebildet, sodass diese die Funktion des federelastischen Elements gut übernehmen kann. Bei dieser Ausführungsform kann die Übertragung des Drehmoments vom Pumpstößel zur Aktorscheibe über eine mechanische Kopplung erfolgen. Beispielsweise kann die Übertragung des Drehmomentes durch Formschluss oder durch Kraftschluss erfolgen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Membran aus einer thermoplatischen Elastomerfolie oder aus einem strukturierten Thermoplast ausgebildet. Beispielsweise ist die Membran aus Platilon oder Polycarbonat ausgebildet. Insbesondere ist eine Bossmembran mit einer kreiszylindrischen Verstärkung in der Mitte gut für die erfindungsgemäße Mikrodosierpumpe geeignet. Die Membran weist beispielsweise in der Mitte eine Dicke von ca. 100–1000 µm auf und am Rand eine Dicke von ca. 20–100 µm.
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In einer weiteren Ausführungsform wird die Membran durch Kleben, Ultraschallschweißen, Lösungsmittelbonden und/oder Laserdurchstrahlscheißen mit dem Pumpkammersubstart gefügt. Selbstverständlich können auch andere Fügeverfahren verwendet werden.
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Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
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1 ein schematisches Schnittbild einer Mikrodosierpumpe;
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2 eine schematische Draufsicht des Pumpkammersubstrats und der Ventilscheibe;
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3–7 einen vollständigen Pumpzyklus der Mikrodosierpumpe;
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8 ein schematisches Schnittbild einer Ausführungsform der Membran;
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9 ein schematisches Schnittbild einer Ausführungsform der Membran und des Pumpkammersubstrats;
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10 ein schematisches Schnittbild einer Ausführungsform der Mikrodosierpumpe; und
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11 ein schematisches Schnittbild einer Ausführungsform der Ventilscheibe und des Pumpkammersubstrats.
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Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
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In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten – sofern nichts Anderes ausführt ist – jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt ein schematisches Schnittbild einer Mikrodosierpumpe 1. Die Mikrodosierpumpe weist im Wesentlichen eine Durable-Einheit 23 und eine Disposable-Einheit 24 auf. Die Disposable-Einheit 24 weist ein Pumpkammersubstrat 19 mit einer darin vorgesehenen Pumpkammer 2 auf. Das Pumpkammersubstrat 19 kann beispielsweise per Spritzguss aus Polycarbonat, Polypropylen, PVC, Polystyrol, Teflon und/oder PFPE ausgebildet sein. Jedoch sind auch andere Materialien, wie Metalle und/oder Halbleitermaterialien, für die Herstellung des Pumpkammersubstrates 19 geeignet. Auf einer Seite des Pumpkammersubstrates ist eine flexible Membran 3 mit dem Pumpkammersubstrat 19 fluiddicht verbunden. Das Pumpkammersubstrat 19 weist zumindest eine Fluidleitung 4 auf, welche es einem Fluid ermöglicht, in die Pumpkammer 2 des Pumpkammersubstrates 19 einzutreten und auszutreten.
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Ferner ist eine drehbare Ventilscheibe 6 in der Pumpkammer 2 angeordnet. Die drehbare Ventilscheibe 6 weist eine Fluiddurchlassöffnung 17 auf und ist über der Fluidleitung 4 angeordnet. Durch eine Drehung der Ventilscheibe 6 ist es vermöge der Fluiddurchlassöffnung 17 möglich, die Fluidleitung 4 wahlweise zu öffnen oder zu schließen. Die Ventilscheibe 6 ist über zumindest ein federelastisches Element 16 mit der Ventilscheibe 6 derart gekoppelt, dass eine Drehung der Aktorscheibe 14 in einer Drehung der Ventilscheibe 6 resultiert. Ferner hat das federelastische Element 16 die Funktion, die Ventilscheibe und die Aktorscheibe voneinander wegzudrücken. Auf diese Weise kann das Ansaugen von Fluid in die Pumpkammer 2 ohne einen zusätzlichen Aktor erfolgen. Ferner drückt das federelastische Element 16 die Ventilscheibe 6 gegen den Boden des Pumpkammersubstrates 19, sodass die Ventilscheibe 6 die Fluidleitung 4 fluiddicht abdichtet.
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Die Antriebseinheit 20 ist über der Disposable-Einheit 24 angeordnet. Die Antriebseinheit 20 weist einen Pumpstößel 7 auf, mittels dem die Membran zum Ansaugen und Pumpen von Fluid in die Pumpkammer 2 angehoben bzw. abgesenkt werden kann. An dem Pumpstößel 7 ist ein Pumpstößelmagnet 8 angeordnet. Der Pumpstößelmagnet 8 wirkt mit einem permanentmagnetisierten oder magnetisierbaren Stab 15 zusammen, welcher in der Aktorscheibe 14 angeordnet ist. Mithilfe des Pumpstößelmagneten 8 kann über magnetische Kopplung die Aktorscheibe 14 in der Pumpkammer 2 gedreht werden, wobei eine Drehung der Aktorscheibe 14 in einer Drehung der Ventilscheibe 6 resultiert. Der Pumpstößel 7 ist mittels eines Aktor 11 einerseits auf und ab bewegbar, um eine Auslenkung der Membran 3 zu bewerkstelligen, und andererseits drehbar um seine Längsachse, um eine Drehung der Aktorscheibe 14 zu bewerkstelligen. Der Pumpstößel 7 kann somit alle Funktionen übernehmen, die für einen Pumpvorgang notwendig sind. Der Pumpstößelmagnet kann wie der in der Aktorscheibe vorgesehene Magnet ausgebildet sein. Ein Elektromagnet kann auch verwendet werden für den Pumpstößelmagneten 8
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An dem Pumpstößel 7 ist eine Rückstellfeder 9 vorgesehen. Die Rückstellfeder 9 senkt den Pumpstößel 7 vorzugsweise derart aus, dass im entspannten Zustand der Rückstellfeder 9 sich die Membran 3 in einer unteren Position befindet. Der Aktor 11 der Antriebseinheit 20 ist beispielsweise ein elektromagnetischer Motor. Jedoch sind auch pneumatische und/oder hydraulische Antriebssysteme für den Aktor 11 verwendbar. Der Aktor 11 wird von einer Halterung 10 umschlossen und von dieser gehalten. Ferner fungiert die Stirnseite der Halterung 10 als Anschlag für die Oberseite der Disposable-Einheit 24 und sorgt für eine Höhen-Justage von Pumpstößelmagnet 8 zu Membran bzw. zu Aktorscheibe 14. An einem Ende des Pumpstößels 7 ist ein Magnet 18 vorgesehen, welcher als Sensorgeber 18 für einen oberhalb des Magneten 18 angeordneten Sensors 13 fungiert. Der Sensor 13 ist beispielsweise ein Hall-Sensor. Über den Abstand zwischen dem Magneten 18 und dem Sensor 13 kann somit der Hub des Pumpstößels erfasst werden. Ferner ist ein Anschlag 12 vorgesehen, mit welchem die Auslenkung des Pumpstößels 7 begrenzt wird.
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2 zeigt eine schematische Draufsicht des Pumpkammersubstrates 19 und der Ventilscheibe 6. Die Ventilscheibe 6 weist zwei längliche halbmondförmige Fluiddurchlassöffnungen 17 auf. Die Fluiddurchlassöffnungen 17 geben die Fluidleitungen 4 und 5 zyklisch frei, sodass Fluid angesaugt oder ausgestoßen werden kann. Die Ventilscheibe 6 dreht sich dabei um die Drehachse 21. Der Drehwinkel wird dabei von dem an dem Pumpstößel 7 befestigten Magneten 8 vorgegeben. Eine seitliche Führung ist durch die seitliche Pumpkammersubstratwand gewährleistet. Damit die Ventilscheibe 6 nicht durch den Magneten 8 des Pumpstößels 7 von den Fluidleitungen 4 und 5 weggezogen wird, erfolgt die magnetische Kopplung über die Aktorscheibe 14. Der Stab 15 der Aktorscheibe 14 ist entweder ein Dauermagnet, welches eine eindeutige Kopplung zum Magneten 8 des Pumpstößels 7 zum Vorteil hätte, oder ein magnetisierbarer Stab, was den Vorteil hätte, dass eine breitere Materialauswahl für den Magneten 15 der Aktorscheibe 14 zur Verfügung steht.
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Falls der Stab 15 keine permanente Magnetisierung aufweist, sind zwei Kopplungsvarianten möglich, die um 180 Grad zueinander verdreht sind. Um eine eindeutige Pumprichtung zu gewährleisten, sollte die Fluidleitung 4, welche als Fluideinlassleitung in diesem Ausführungsbeispiel fungiert, bei Drehung der Ventilscheibe 6 alle 180° im gleichen Zustand sein, d.h. bei einer kompletten 360°-Drehung um die Drehachse 21 mindestens zweimal, oder ein Vielfaches davon, geöffnet bzw. geschlossen sein. Dies entspricht einer Pumpsymmetrie der Fluiddurchlassöffnungen 17 in der Ventilscheibe in Bezug auf die Drehachse 21. Wird dieselbe Fluiddurchlassöffnung 17 zum Steuern beider Fluidleitungen 4 und 5 verwendet, d. h. Fluidleitungen 4 und 5 haben den gleichen radialen Abstand zur Drehachse 21, so sollten die Fluiddurchlassöffnungen 17 im Abstand einer 90°-Drehung oder einem ganzzahligen Bruchteil davon angeordnet sein. Damit stets zumindest eine Fluidleitung 4, 5 geschlossen ist, sollten die länglichen Fluiddurchlassöffnungen 17 entsprechend kurz – unter einem Viertelkreisbogen – ausgebildet sein. Haben Fluidleitungen 4 und 5 verschiedene radiale Abstände zur Drehachse 21, so dass die Fluiddurchlassöffnungen 17 ausschließlich Fluidleitung 4 steuern und zwei zusätzliche, halbmondförmige Fluiddurchlassöffnungen ausschließlich Fluidleitung 5 steuern, so können Fluidleitung 4 und 5 zueinander in beliebigen Winkel in Bezug auf Drehachse 21 angeordnet werden, sofern Fluiddurchlassöffnungen 17 und die beiden zusätzlichen Fluiddurchlassöffnungen derart angeordnet werden, dass Fluidleitung 4 und 5 im richtigen Moment geöffnet bzw. geschlossen sind, um eine eindeutige Fluidtransportrichtung zu gewährleisten.
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Wird dagegen ein Dauermagnet 15 in der Aktorscheibe 14 angeordnet, so ist die Zuordnung des Pumpstößels 7 eindeutig. Somit kann auch nur eine einzige halbmondförmige Fluiddurchlassöffnung 17 ausreichen, um einen einfachen Pumpzyklus zu vollziehen bzw. jeweils eine Fluiddurchlassöffnung 17 und eine zusätzliche, von dieser in einem radial anderen Abstand angeordneten Fluiddurchlassöffnung, falls beide Fluidleitungen 4 und 5 verschiedene radiale Abstände zur Drehachse 21 aufweisen.
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Die 3, 4, 5, 6 und 7 zeigen einen vollständigen Pumpzyklus der Mikrodosierpumpe.
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3 zeigt ein schematisches Schnittbild einer Ausführungsform der Mikrodosierpumpe 1 in dem Zustand, bei dem Fluid aus der Pumpkammer 2 austritt. Die Membran 3 wird durch den Pumpstößel 7 nach unten gedrückt. Dadurch entsteht in der Pumpkammer 2 ein Überdruck, welcher das in der Pumpkammer 2 angeordnete Fluid durch die Fluiddurchlassöffnung 17 in die Fluidleitung 5 drückt, welches dann aus der Pumpkammer 2 austritt.
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4 zeigt ein schematisches Schnittbild der Mikrodosierpumpe 1 mit geschlossenen Fluidleitungen 4 und 5. Nach dem Ausstoßen des Fluids aus der Pumpkammer 2 werden die Fluidleitungen 4 und 5 von der Ventilscheibe 6 verschlossen. Das Schließen der Fluidleitungen 4 und 5 erfolgt mit einer Drehung der Ventilscheibe 6 um die Drehachse 21. Hierfür wird der Pumpstößel 7 um seine Längsachse gedreht, wobei der Magnet 8 des Pumpstößels 7 über magnetische Kopplung mit dem permanentmagnetisierten oder magnetisierbaren Stab 15 in der Aktorscheibe 14 zusammenwirkt. Über das federelastische Element 16 wird die Drehung der Aktorscheibe 14 auf die Ventilscheibe 6 übertragen.
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5 zeigt ein schematisches Schnittbild der Mikrodosierpumpe 1 beim Ansaugen von Fluid über die Pumpkammer. Die Ventilscheibe 6 wurde derart verdreht, dass die Fluiddurchlassöffnung 17 der Ventilscheibe die Fluidleitung 4 freigibt, wodurch einem Fluid ermöglicht wird, in die Pumpkammer 2 einzutreten. Das Auslenken der Membran 3 kann mithilfe des federelastischen Elementes 16 erfolgen, welches die Aktorscheibe 14 von der Ventilscheibe 6 wegdrückt. Ferner ist es auch möglich, dass der Magnet 8 des Pumpstößels 7 die Aufwärtsbewegung der Membran 3 unterstützt.
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6 zeigt ein schematisches Schnittbild der Mikrodosierpumpe 1. In dem dargestellten Zustand der Mikrodosierpumpe 1 befindet sich die Membran 3 in einer oberen Position, wobei das federelastische Element 16 die Aktorscheibe 14 und die Ventilscheibe 6 voneinander wegdrücken. Nach dem Ansaugen des Fluids in die Pumpkammer 2 werden die Fluidleitungen 4 und 5 am Boden des Pumpkanalsubstrates 19 wieder mittels einer Weiterdrehung der Ventilscheibe 6 um die Drehachse 21 geschlossen.
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7 zeigt ein schematisches Schnittbild der Mikrodosierpumpe 1 beim Ausstoßen von Fluid aus der Pumpkammer 2. Die 7 ist von der 3 dadurch zu unterscheiden, dass der Magnet 8 des Pumpstößels 7 nun eine 180°-Drehung vollzogen hat, und wieder ein Ausstoßen des Fluids aus der Pumpkammer 2 erfolgen kann.
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8 zeigt ein schematisches Schnittbild einer Ausführungsform der Membran 3. In dieser Ausführungsform sind die Membran 3 und das federelastische Element 16 einstückig ausgebildet. Dies kann bewerkstelligt werden, indem die Membran 3 aus einem elastischen Material ausgebildet wird, welches die Funktion des federelastischen Elementes 16 übernehmen kann. Die Membran 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel derart ausgebildet, dass ein Drehmoment, welches auf die Aktorscheibe 14 ausgeübt wird, auf die Ventilscheibe 6 übertragen wird. Die Membran 3 ist für dieses Ausführungsbeispiel fester und dicker ausgebildet.
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9 zeigt ein schematisches Schnittbild einer Ausführungsform der Membran 3 und des Pumpkammersubstrates 19. In diesem Ausführungsbeispiel weist das Pumpkammersubstrat 19 einen Anschlag 22 auf, welcher verhindert, dass die Aktorscheibe 14 aus dem Pumpkammersubstrat 19 heraustreten kann.
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10 zeigt ein schematisches Schnittbild einer Ausführungsform der Mikrodosierpumpe 1. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine Dichtung 25 unterhalb der Ventilscheibe 6 vorgesehen, welche um die Fluidleitung 4 angeordnet ist. Die Dichtung 25 kann beispielsweise als ein Kunststoff-O-Ring ausgebildet sein. Die Dichtung 25 dichtet die Ventilscheibe 6 gegenüber dem Pumpkammersubstrat 19 ab, sodass kein Fluid ungewollt durch die Fluidleitung 4 nach außen treten kann oder in die Pumpkammer 2 eintreten kann.
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11 zeigt ein schematisches Schnittbild einer Ausführungsform der Ventilscheibe 6. In diesem Ausführungsbeispiel ist lediglich eine Fluiddurchlassöffnung 17 in der Ventilscheibe 6 vorgesehen.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
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Zum Beispiel ist mit der Mikrodosierpumpe eine Steuer- und Regelungseinrichtung gekoppelt, welche die Funktionen der Mikrodosierpumpe steuert und regelt.
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Beispielsweise kann auch eine Antriebs- und Dosierkontrolleinheit nach Art eines PDA’s (Personal Digital Assistant) vorgesehen sein, welche die Funktionen der Mikrodosierpumpe steuert und überwacht.
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Denkbar ist auch eine Batchproduktion der Mikrodosierpumpe, bei der in einem Polymersubstart zahlreiche Pumpkammersubstrate nebeneinander angelegt sind, die erst nach dem Fügen der Membran durch Sägen oder Wasserstrahlschneiden oder einem anderem Trennverfahren vereinzelt werden.
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Des Weiteren ist die Integratioen eines oberen Anschlags für die Pumpmembran in den Aufbau möglich, der den Membranhub begrenzt.
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Außerdem ist für die in 9 gezeigte Ausführungsform anstatt einer magnetischen Kopplung des Drehmoments von Pumpstößel 7 zur Aktorscheibe 14 eine mechanische Kopplung möglich. Hierfür weist Aktorscheibe 14 Vertiefungen zum mechanischen Eingriffs von erhabenen Strukturen auf dem Pumpstößels 7 auf (oder umgekehrt), z. B. in Form der Vertiefungen an der Stirnseite einer Kreuzschlitzschraube und der erhabenen Struktur eines Kreuzschlitzschraubendrehers. Vorteilhafterweise sind die Kontaktflächen zur Drehmomentübertragung möglichst parallel zur Drehachse ausgeführt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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