Die Erfindung betrifft eine im Folgenden kurz als Pumpe bezeichnete Gas- oder Flüssigkeitsschlauchpumpe. Als Schlauch- oder Peristaltikpumpe wird dabei eine Pumpe bezeichnet, bei der ein zu förderndes Medium durch mechanische elastische Verformung eines Schlauches durch diesen in Längsrichtung hindurchgeschoben wird. Dabei wird lokal der Querschnitt des Schlauchs verengt und die Engstelle wandert in Richtung der gewünschten Förderrichtung. Dies bewirkt die Förderung des jeweiligen Mediums (Gas oder Flüssigkeit). Die Erfindung betrifft konkret eine für eine Verwendung in einem Medizingerät oder in einem sicherheitstechnischen System bestimmte derartige Schlauchpumpe.The invention relates to a gas pump or liquid hose pump, referred to below as pump for short. As a hose or peristaltic pump while a pump is referred to, in which a medium to be conveyed is pushed through it by mechanical elastic deformation of a hose through this in the longitudinal direction. In this case, locally the cross section of the tube is narrowed and the constriction moves in the direction of the desired conveying direction. This causes the promotion of the respective medium (gas or liquid). Specifically, the invention relates to such a peristaltic pump intended for use in a medical device or in a safety-related system.
In einem Medizingerät wird eine derartige Pumpe zum Beispiel verwendet, um Atemgas anzutreiben, um Messgas - insbesondere ein Patientengas - von einem Probenahmeort zu einem Messort zu transportieren oder um weitere Aktuatoren zu steuern oder anzutreiben. In Bezug auf eine Verwendung einer derartigen Pumpe im Zusammenhang mit einer Analyse eines Patientengases kann auf das absaugende Patientengasmonitoring in der Anästhesie und ein sogenanntes Remotesystem in der mobilen persönlichen Gasmesstechnik verwiesen werden. In einem sicherheitstechnischen System wird eine derartige Pumpe zum Beispiel für eine mobile oder stationäre Analyse von Schadgasen in der Luft verwendet. Auch dabei erfolgt mittels der Pumpe zum Beispiel ein Transport von Messgas von einem Probenahmeort zu einem Messort. Darüber hinaus kommen derartige Pumpen in einem Medizingerät oder in einem sicherheitstechnischen System auch zur Erzeugung von Hilfsdrücken in Betracht. Grundsätzlich kommt die hier vorgeschlagene Erfindung auch für Anwendungsfälle über Medizingeräte und sicherheitstechnische Systeme hinaus in Betracht, zum Beispiel für Mess- und Analysegeräte. Dies ist im Folgenden auch ohne speziellen Hinweis stets mitzulesen.In a medical device such a pump is used, for example, to drive respiratory gas in order to transport sample gas - in particular a patient gas - from a sampling location to a measurement location or to control or drive other actuators. With respect to use of such a pump in connection with an analysis of a patient's gas, reference may be made to aspirating patient gas monitoring in anesthesia and a so-called remote system in mobile personal gas sensing. In a safety-related system, such a pump is used, for example, for a mobile or stationary analysis of noxious gases in the air. Also, by means of the pump, for example, a transport of sample gas from a sampling point to a measuring location. In addition, such pumps in a medical device or in a safety-related system also come to the generation of auxiliary pressures into consideration. In principle, the invention proposed here also comes into consideration for applications beyond medical devices and safety-related systems, for example for measuring and analysis devices. This is below always read without special notice.
Pumpen der eingangs genannten Art weisen zum Beispiel im Innern eines Pumpenkopfs einen Schlauch auf, der sich an der Innenoberfläche des Pumpenkopfs abstützt, während mittels es drehbaren Rotors Rollen oder Gleitschuhe über die Oberfläche des Schlauchs bewegt werden und dabei eine mit der Bewegung des Rotors wandernde Engstelle im Schlauch verursachen. Das Wandern der Engstelle oder mehrerer Engstellen führt zum Transport des jeweiligen Mediums, das mittels der Engstelle oder der Engstellen in Längsrichtung des Schlauchs durch diesen gewissermaßen hindurchgeschoben wird. Aufgrund der wiederkehrenden Verformung haben in einer Schlauchpumpe verwendete Schläuche allerdings nur eine kurze Lebensdauer und ein regelmäßiger Ersatz der Schläuche (Verbrauchsartikel) ist notwendig. Des Weiteren ist die Frequenz des Umlaufs der Engstellen gering (üblich sind wenige Umdrehungen des Rotors pro Sekunde), so dass die Förderleistung einer solchen Pumpe eher gering ist.Pumps of the type mentioned have, for example, in the interior of a pump head to a hose which is supported on the inner surface of the pump head, while using rotatable rotor rollers or shoes are moved over the surface of the hose and thereby migrating with the movement of the rotor bottleneck cause in the hose. The migration of the bottleneck or several bottlenecks leads to the transport of the respective medium, which is pushed through the bottleneck or bottlenecks in the longitudinal direction of the hose through this to some extent. However, due to the recurrent deformation, hoses used in a peristaltic pump have a short life and regular replacement of the hoses (consumables) is necessary. Furthermore, the frequency of the circulation of the bottlenecks is low (usually a few revolutions of the rotor per second), so that the delivery rate of such a pump is rather low.
Als Alternative zu Schlauchpumpen sind sogenannte Kammerpumpen in verschiedenen, an sich bekannten Ausführungsformen erhältlich, zum Beispiel mit einem Kurbeltrieb oder einem Linearantrieb. Des Weiteren sind Pumpen bekannt, bei denen der Antrieb piezoelektrisch realisiert ist. Der jeweilige Antrieb wirkt auf eine Membran oder einen Kolben in einem jeweiligen Pumpenkopf und erzeugt einen periodischen Hub. Dies führt bei beiden Bauformen (Membran oder Kolben) zu einem Volumentransport sowie zu einer Druckerzeugung. Das Verhältnis zwischen dem Volumentransport und dem Druck ergibt sich durch die Geometrie der Pumpenkammer, des Hubvolumens, der Betriebsfrequenz, des Schaltverhaltens der benötigten Ventile und der äußeren pneumatischen Last.As an alternative to peristaltic pumps, so-called chamber pumps are available in various, per se known embodiments, for example with a crank mechanism or a linear drive. Furthermore, pumps are known in which the drive is realized piezoelectrically. The respective actuator acts on a diaphragm or a piston in a respective pump head and generates a periodic stroke. This leads in both designs (diaphragm or piston) to a volume transport and to a pressure generation. The relationship between the volume transport and the pressure results from the geometry of the pump chamber, the stroke volume, the operating frequency, the switching behavior of the required valves and the external pneumatic load.
Bei Kammerpumpen stellt die jeweils angetriebene Membran (oder ein angetriebener Kolben) eine zusätzliche Oberfläche dar, mit der das zu fördernde Medium in Kontakt kommt. Dies ist bei Schlauchpumpen nicht der Fall. Hier kommt nur das Innere des Schlauchs mit dem jeweiligen Medium in Kontakt. Bei Piezopumpen kommt die piezoelektrisch bewegte Oberfläche mit dem jeweiligen Medium in Kontakt. Dieser Kontakt mit dem jeweiligen Medium kann bezüglich einzuhaltender Hygienevorschriften, zum Beispiel im Falle einer Kontamination mit einem toxischen Medium, problematisch sein. Des Weiteren ist eine eventuelle Kontamination mit einem korrosiven Medium denkbar. Schließlich können sich in einem pneumatischen Kreis mit einer solchen Pumpe Druck- und/oder Volumenänderungen zum Beispiel beim Anschließen der Pumpe oder beim Entlüften der Pumpe ergeben oder es kann allgemein zu einer Vermischung von Medien kommen.In the case of chamber pumps, the respectively driven diaphragm (or a driven piston) represents an additional surface with which the medium to be conveyed comes into contact. This is not the case with peristaltic pumps. Here only the inside of the hose comes in contact with the respective medium. In piezo pumps, the piezoelectrically moving surface comes into contact with the respective medium. This contact with the respective medium may be problematic in terms of sanitary regulations to be followed, for example in the case of contamination with a toxic medium. Furthermore, possible contamination with a corrosive medium is conceivable. Finally, in a pneumatic circuit with such a pump pressure and / or volume changes may result, for example, when connecting the pump or venting the pump or it can generally come to a mixing of media.
Weiterhin ergibt sich aufgrund der bei Kammerpumpen üblicherweise verwendeten Ventile eine Begrenzung der Betriebsfrequenz und die Schaltvorgänge der Ventile erzeugen eine hohe Pulsation in dem angeschlossenen pneumatischen System.Furthermore, due to the valves commonly used in chamber pumps results in a limitation of the operating frequency and the switching operations of the valves generate a high pulsation in the connected pneumatic system.
Ausgehend von den oben skizzierten Feststellungen zum Stand der Technik besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine gut einstellbare Schlauch- oder Peristaltikpumpe und ein Verfahren zu deren Betrieb anzugeben, die bzw. das zumindest einzelne der vorstehend skizzierten Nachteile vermeidet oder deren Auswirkungen reduziert.Based on the findings of the prior art outlined above, it is an object of the present invention to provide a well-adjustable peristaltic pump or hose and a method of operating the same which avoids or minimizes at least some of the disadvantages outlined above.
Diese Aufgabe wird mittels einer im Folgenden kurz als Pumpe bezeichneten Schlauch- oder Peristaltikpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich eines Verfahrens zum Betrieb einer solchen Pumpe mittels eines Verfahrens mit den Merkmalen des parallelen unabhängigen Verfahrensanspruchs gelöst. Dabei ist bei einer Pumpe der eingangs genannten Art vorgesehen, dass diese einen Schlauch mit mehreren entlang von dessen Längserstreckung aufeinander folgenden und einzeln ansteuerbaren Segmenten umfasst. Der Schlauch der Pumpe umfasst dafür entlang von dessen Längserstreckung zumindest eine elektroaktive Membran und auf der oder jeder von dem Schlauch umfassten elektroaktiven Membran sind beidseitig und mit Abstand zueinander Elektroden angebracht. Ein einzeln ansteuerbares Segment des Schlauchs ergibt sich durch zumindest ein Elektrodenpaar und den zwischen den Elektroden befindlichen Abschnitt der elektroaktiven Membran. Bei einem Schlauch mit mehreren elektroaktiven Membranen entlang von dessen Längserstreckung gehört zu einem Segment für jede elektroaktive Membran jeweils ein Elektrodenpaar. Entlang seiner Längserstreckung umfasst der Schlauch eine Mehrzahl solcher Segmente und jedes Segment ist mittels einer Ansteuerung seiner Elektroden zur Beeinflussung eines wirksamen Querschnitt des Schlauchs im Bereich des jeweiligen Segments ansteuerbar, zum Beispiel zum Erhalt einer Engstelle des Schlauchs im Bereich des jeweiligen Segments. Jedes Segment fungiert als Aktor. Mittels eines solchen Aktors ist lokal ein wirksamer Querschnitt des Schlauchs beeinflussbar und mittels eines solchen Aktors wird im Betrieb lokal ein wirksamer Querschnitts des Schlauchs beeinflusst.This object is achieved by means of a hose or peristaltic pump, referred to below as a pump for short, with the features of claim 1 and with regard to a method of operation solved such a pump by means of a method having the features of the parallel independent method claim. It is provided in a pump of the type mentioned that it comprises a tube with several along its longitudinal extent successive and individually controllable segments. For this purpose, the hose of the pump comprises at least one electroactive membrane along its longitudinal extent, and electrodes are mounted on both sides of and at a distance from each other on the electroactive membrane encompassed by the tube. An individually controllable segment of the tube results from at least one electrode pair and the section of the electroactive membrane located between the electrodes. In a tube having a plurality of electroactive membranes along its longitudinal extent, one segment for each electroactive membrane has one pair of electrodes each. Along its longitudinal extent, the tube comprises a plurality of such segments and each segment can be controlled by means of a control of its electrodes for influencing an effective cross-section of the tube in the region of the respective segment, for example to obtain a constriction of the tube in the region of the respective segment. Each segment acts as an actor. By means of such an actuator locally effective cross-section of the hose can be influenced and by means of such an actuator, an effective cross-section of the hose is locally influenced during operation.
Mittels einer Ansteuerung eines einem zuvor angesteuerten Segment in einer gewünschten Förderrichtung der Pumpe benachbarten Segments und mittels eines Aufhebens der Ansteuerung des zuvor angesteuerten Segments ist ein Wandern des lokal veränderten wirksamen Querschnitts des Schlauchs, zum Beispiel der Engstelle, entlang von dessen Längserstreckung bewirkbar. Dieses Wandern des lokal veränderten Querschnitts, insbesondere ein Wandern einer durch Verringerung des Querschnitts erzeugten Engstelle, bewirkt eine Förderung eines in dem Schlauch befindlichen Mediums (Gas oder Flüssigkeit) in der Richtung des wandernden lokal veränderten Schlauchquerschnitts und damit die gewünschte Pumpwirkung.By means of a control of a previously controlled segment in a desired conveying direction of the pump adjacent segment and by canceling the control of the previously driven segment is a wandering of the locally modified effective cross section of the hose, for example, the bottleneck along the longitudinal extent feasible. This migration of the locally changed cross-section, in particular a migration of a bottleneck created by reducing the cross section, causes a pumping of a medium (gas or liquid) in the tube in the direction of the migrating locally changed tube cross section and thus the desired pumping action.
Bei einem korrespondierenden Verfahren zum Betrieb einer solchen Pumpe wird mittels einer Ansteuerung eines Segments ein wirksamer Querschnitt des Schlauchs im Bereich des jeweiligen Segments lokal verändert, so dass sich dort zum Beispiel eine Engstelle ergibt, und mittels einer Ansteuerung eines einem zuvor angesteuerten Segment in einer gewünschten Förderrichtung der Pumpe benachbarten Segments sowie mittels eines Aufhebens der Ansteuerung des zuvor angesteuerten Segments wird ein Wandern des lokal veränderten wirksamen Querschnitts des Schlauchs, zum Beispiel der Engstelle, entlang von dessen Längserstreckung bewirkt.In a corresponding method for operating such a pump, an effective cross-section of the tube in the region of the respective segment is locally changed by means of a control of a segment, so that, for example, a bottleneck results there, and by means of a control of a previously driven segment in a desired The conveying direction of the pump adjacent segment and by canceling the control of the previously driven segment, a wandering of the locally changed effective cross section of the hose, for example, the bottleneck, effected along the longitudinal extent thereof.
Die lokale Veränderung des wirksamen Schlauchquerschnitts und auch das Wandern des lokal veränderten Schlauchquerschnitts wird durch lokale Beaufschlagung der zumindest einen von dem Schlauch umfassten elektroaktiven Membran mit einem elektrischen Potential bewirkt. Die Beaufschlagung einer elektroaktiven Membran mit einem elektrischen Potential bewirkt in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise eine Veränderung des sogenannten Aspektverhältnisses (Verhältnis von Dicke zu Fläche) der elektroaktiven Membran. Kurz gefasst verringert sich durch die Beaufschlagung mit einem elektrischen Potential die Dicke der Membran, wodurch sich eine wirksame Länge der Membran erhöht. Diese Längenänderung lässt sich mit im speziellen Beschreibungsteil exemplarisch genannten Ausführungsformen der einzelnen Schlauchsegmente in eine lokale Veränderung des wirksamen Querschnitts des Schlauchs umsetzen.The local change of the effective tube cross-section and also the migration of the locally changed tube cross-section is effected by local application of an electrical potential to the at least one electroactive membrane enclosed by the tube. The application of an electroactive membrane with an electrical potential causes, in a basically known manner, a change in the so-called aspect ratio (ratio of thickness to area) of the electroactive membrane. In short, the application of an electrical potential reduces the thickness of the membrane, thereby increasing an effective length of the membrane. This change in length can be converted into a local variation of the effective cross-section of the hose with embodiments of the individual hose segments which are mentioned by way of example in the specific description part.
Der Vorteil der hier vorgeschlagenen Pumpe besteht in ihrer umfassenden Beeinflussbarkeit. Zum Beispiel sind bei bekannten Peristaltikpumpen die Anzahl der bewegten Engstellen und deren Abstand untereinander konstant. Dies kann bei einer Pumpe der hier vorgeschlagenen Art bedarfsweise angepasst werden und dabei kann eine Anzahl der Engstellen und/oder ein Abstand zwischen den Engstellen beeinflusst werden. Darüber hinaus ist bei bekannten Peristaltikpumpen der Umfang der Einschnürung konstant. Auch dies kann bei einer Pumpe der hier vorgeschlagenen Art bedarfsweise angepasst werden. So kann zum Beispiel eine Engstelle erzeugt werden, welche den wirksamen Querschnitt nur wenig reduziert und genauso eine Engstelle erzeugt werden, welche den wirksamen Querschnitt erheblich reduziert. Eine wandernde Engstelle oder eine Mehrzahl wandernder Engstellen, welche den wirksamen Querschnitt des Schlauchs jeweils nur wenig reduziert bzw. reduzieren, ist zum Beispiel bei einer schnell wandernden Engstelle und einem hohen Fördervolumen ausreichend. Demgegenüber ist bei einer langsamen wandernden Engstelle oder einer Mehrzahl langsam wandernder Engstellen und einem geringen Fördervolumen eine höhere Reduktion des wirksamen Schlauchquerschnitts bis hin zu einem lokalen Verschluss oder einem näherungsweisen lokalen Verschluss des Schlauchs sinnvoll.The advantage of the pump proposed here is its extensive influenceability. For example, in known peristaltic pumps, the number of moving bottlenecks and their distance between them are constant. This can be adapted as needed in a pump of the type proposed here and it can be a number of bottlenecks and / or a distance between the bottlenecks are affected. Moreover, in known peristaltic pumps, the amount of constriction is constant. Again, this can be adjusted as needed in a pump of the type proposed here. Thus, for example, a bottleneck can be produced which only slightly reduces the effective cross-section and likewise creates a constriction which considerably reduces the effective cross-section. A wandering bottleneck or a plurality of migrating bottlenecks, which only slightly reduces or reduces the effective cross-section of the hose, is sufficient, for example, in the case of a rapidly migrating bottleneck and a high delivery volume. In contrast, in the case of a slow moving bottleneck or a plurality of slow-moving bottlenecks and a low delivery volume, a higher reduction of the effective tube cross section up to a local closure or an approximate local closure of the tube makes sense.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin und sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Des Weiteren ist im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche sowie der Beschreibung bei einer näheren Konkretisierung eines Merkmals in einem nachgeordneten Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden Ansprüchen sowie einer allgemeineren Ausführungsform der gegenständlichen Pumpe oder des Verfahrens zu deren Betrieb nicht vorhanden ist. Jede Bezugnahme in der Beschreibung auf Aspekte nachgeordneter Ansprüche ist demnach auch ohne speziellen Hinweis ausdrücklich als Beschreibung optionaler Merkmale zu lesen. Schließlich ist darauf hinzuweisen, dass die Pumpe auch entsprechend der abhängigen Verfahrensansprüche weitergebildet sein kann, zum Beispiel indem diese Mittel zur Ausführung des entsprechenden Verfahrensschritts oder der entsprechenden Verfahrensschritte umfasst, und umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu einzelnen Vorrichtungs- und Verfahrensaspekten der Erfindung stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims. Here used backlinks point to the further development of the subject matter of the main claim by the features of the respective subclaim and are not as a waiver of the achievement of an independent, objective protection for the feature combinations of the to understand the dependent claims. Furthermore, in view of an interpretation of the claims and the description in a closer specification of a feature in a subordinate claim, it should be assumed that such a restriction in the respective preceding claims and a more general embodiment of the subject pump or the method for their operation does not exist is. Each reference in the description to aspects of subordinate claims is therefore to be read even without special reference expressly as a description of optional features. Finally, it should be noted that the pump may also be developed according to the dependent method claims, for example by comprising means for carrying out the corresponding method step or the corresponding method steps, and vice versa, so that with respect to the disclosure of individual apparatus and method aspects of the invention always mutual reference is or can be made.
Bei einer Ausführungsform der Pumpe ist der Schlauch durch einen langgestreckten, elastisch verformbaren und entlang der Längserstreckung des Schlauchs offenen U-förmigen Schlauchmantelabschnitt sowie eine elektroaktive Membran gebildet, welche entlang der Längserstreckung des Schlauchs die Ränder des Schlauchmantelabschnitts in der Art elastisch miteinander verbindet, dass der Schlauchmantelabschnitt vorgespannt ist. An der elektroaktiven Membran sind entlang der Längserstreckung des Schlauchs beidseitig und mit Abstand zueinander Elektroden angebracht. Bei dieser Ausführungsform der Pumpe umfasst der Schlauch also einen elastisch verformbaren U-förmigen Schlauchmantelabschnitt und eine die Ränder des Schlauchmantelabschnitts verbindende elektroaktive Membran. Ein solcher Schlauch ist besonders einfach herstellbar. Die elektroaktive Membran wird entlang der Längserstreckung des Schlauchs an ihren Rändern mit den Rändern des Schlauchmantelabschnitts in einem vorgespannten Zustand zum Beispiel verklebt.In one embodiment of the pump, the tube is formed by an elongated, elastically deformable and along the longitudinal extent of the hose open U-shaped hose sheath portion and an electroactive membrane which along the longitudinal extent of the hose elastically interconnects the edges of the hose sheath portion in such a way that the Hose jacket section is biased. On the electroactive membrane, electrodes are attached to both sides of and at a distance from each other along the longitudinal extent of the tube. In this embodiment of the pump, the hose thus comprises an elastically deformable U-shaped hose jacket section and an electroactive membrane connecting the edges of the hose jacket section. Such a hose is particularly easy to produce. The electroactive membrane is adhered along the longitudinal extent of the tube at its edges to the edges of the tube sheath portion in a prestressed state, for example.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Pumpe ist der Schlauch durch einen langgestreckten, elastisch verformbaren und entlang der Längserstreckung des Schlauchs U-förmig offenen Biegebalken mit zumindest einer elektroaktiven Membran zur Beeinflussung der Biegung des Biegebalkens sowie eine elastische Folie gebildet, welche entlang der Längserstreckung des Schlauchs die Ränder des Biegebalkens elastisch miteinander verbindet. An der zumindest einen elektroaktiven Membran des Biegebalkens sind entlang der Längserstreckung des Schlauchs beidseitig und mit Abstand zueinander Elektroden angebracht. Bei dieser Ausführungsform der Pumpe umfasst der Schlauch also einen elastisch verformbaren Biegebalken und eine die Ränder des Biegebalkens verbindende elastische Folie. Auch ein solcher Schlauch ist einfach herstellbar. Die elastische Folie wird entlang der Längserstreckung des Schlauchs an ihren Rändern mit den Rändern des Biegebalkens ebenfalls zum Beispiel verklebt.In a further embodiment of the pump, the hose is formed by an elongated, elastically deformable and along the longitudinal extent of the tube U-shaped open bending beam with at least one electroactive membrane for influencing the bending of the bending beam and an elastic film which along the longitudinal extent of the hose Edges of the bending beam elastically interconnects. At the at least one electroactive membrane of the bending beam electrodes are mounted on both sides and at a distance from each other along the longitudinal extent of the tube. In this embodiment of the pump, the hose thus comprises an elastically deformable bending beam and an elastic film connecting the edges of the bending beam. Also, such a hose is easy to produce. The elastic film is also glued along the longitudinal extent of the hose at its edges with the edges of the bending beam, for example, as well.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Pumpe ist der Schlauch zumindest im Wesentlichen durch zumindest zwei langgestreckte und an ihren Rändern entlang der Längserstreckung des Schlauchs miteinander verbundene - zum Beispiel miteinander verklebte - Biegebalken gebildet. An deren elektroaktiven Membranen sind entlang der Längserstreckung des Schlauchs beidseitig und mit Abstand zueinander Elektroden angebracht. Bei einer speziellen Ausführungsform eines solchen Schlauchs umfasst dieser genau zwei miteinander verbundene und mit ihren großen Flächen einander zugewandte Biegebalken. Ein Beigebalken umfasst bekanntlich - siehe auch die Erläuterungen im speziellen Beschreibungsteil - in über- oder nebeneinander liegenden Ebenen eine elektroaktive Membran und eine elastisch verformbare Schicht, zum Beispiel eine elastisch verformbare Kunststoffschicht. Die Dicken der Ebenen, vor allem die Dicke der Ebene mit der elektroaktiven Membran, sind klein gegenüber den in Richtung des Sichtaufbaus liegenden Außenflächen. Diese Außenflächen sind die oben genannten großen Flächen der Biegebalken. Indem diese bei einem Schlauch mit genau zwei Biegebalken einander zugewandt sind, sind die beiden Biegebalken zum Beispiel so orientiert, dass die elektroaktiven Membranen einander zugewandt sind. Ebenso sind die großen Flächen der Biegebalken einander zugewandt, wenn die elastisch verformbaren Schichten einander zugewandt sind oder die elastisch verformbare Schicht eines Biegebalkens der elektroaktiven Membran des anderen Biegebalkens zugewandt ist. Dadurch, dass die großen Flächen der Biegebalken einander zugewandt sind, lässt sich besonders leicht eine lokale Engstelle bis zu einem Verschluss des Schlauchs erreichen. Wenn in einem bestimmten Ansteuerungszustand der Biegebalken deren Ebenen parallel oder im Wesentlichen parallel zueinander orientiert sind, bestimmt der quer zur Längserstreckung des Schlauchs gemessene Abstand der Biegebalken untereinander den lokal verbleibenden wirksamen Querschnitt des Schlauchs. Bei zwei zum Beispiel miteinander verklebten Biegebalken verschwindet dieser Abstand und entsprechend ist lokal ein vollständiger Verschluss des Schlauchs möglich.In a further embodiment of the pump, the tube is at least substantially formed by at least two elongated and at their edges along the longitudinal extension of the hose connected to each other - for example glued together - bending beam. At the electroactive membranes electrodes are mounted on both sides and at a distance from each other along the longitudinal extent of the tube. In a special embodiment of such a hose, it comprises exactly two interconnected and with their large surfaces facing each other bending beam. As is known, an auxiliary beam comprises-see also the explanations in the special part of the description-in levels lying above or next to one another an electroactive membrane and an elastically deformable layer, for example an elastically deformable plastic layer. The thicknesses of the planes, especially the thickness of the plane with the electroactive membrane, are small compared to the outer surfaces lying in the direction of the visual structure. These outer surfaces are the above-mentioned large areas of the bending beam. By facing each other in a tube with exactly two bending beams, the two bending beams are oriented, for example, so that the electroactive membranes face each other. Likewise, the large surfaces of the bending beams facing each other when the elastically deformable layers face each other or the elastically deformable layer of a bending beam faces the electroactive membrane of the other bending beam. Due to the fact that the large surfaces of the bending beams face each other, it is particularly easy to reach a local constriction up to a closure of the hose. If in a certain control state of the bending beam whose planes are oriented parallel or substantially parallel to each other, the measured transverse to the longitudinal extent of the hose spacing of the bending beam with each other determines the locally remaining effective cross-section of the hose. In the case of two bending beams glued together, for example, this distance disappears and, correspondingly, a complete closure of the hose is possible locally.
Bei einer nochmals weiteren Ausführungsform der Pumpe ist der Schlauch durch eine elastische Folie sowie drei oder mehr radial orientierte, langgestreckte und von der Folie umgebene Biegebalken gebildet. Auch an deren elektroaktiven Membranen sind entlang der Längserstreckung des Schlauchs beidseitig und mit Abstand zueinander Elektroden angebracht. Die langgestreckten Biegebalken sind an jeweils einem ihrer Ränder im Zentrum des Schlauchs miteinander verbunden, so dass die freien Ränder radial nach außen weisen. An den freien Rändern der Biegebalken liegt die elastische Folie an. Diese bildet den Außenmantel des Schlauchs und kann mittels einer Verformung der Biegebalken aufgedehnt werden. Eine solche Ausführungsform des Schlauchs ist vorteilhaft, wenn ein vollständiger lokaler Verschluss des Schlauchs eher im Hintergrund steht und es mehr auf vergleichsweise große Änderungen des wirksamen Querschnitts des Schlauchs ankommt.In yet another embodiment of the pump, the tube is formed by an elastic film and three or more radially oriented, elongated and surrounded by the film bending beam. Also on the electroactive membranes electrodes are mounted on both sides and at a distance from each other along the longitudinal extent of the tube. The elongated ones Bending beams are connected to one another in each case at one of their edges in the center of the hose, so that the free edges point radially outward. At the free edges of the bending beam is the elastic film. This forms the outer jacket of the hose and can be expanded by means of a deformation of the bending beam. Such an embodiment of the hose is advantageous if a complete local closure of the hose is more in the background and it depends more on comparatively large changes in the effective cross-section of the hose.
Bei einer Ausführungsform der Pumpe oder einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betrieb der Pumpe sind die Segmente des Schlauchs mittels einzelner, auf einem vorgegebenen oder vorgebbaren Volumenprofil basierender Signale ansteuerbar und werden beim Betrieb mittels solcher Signale angesteuert. Die Signale werden zum Beispiel mittels einer Steuerungseinheit durch Auswertung - zum Beispiel Abtastung - des Volumenprofils generiert oder solche an anderer Stelle - zum Beispiel durch eine übergeordnete Einheit - generierte Signale werden zumindest mittels der Steuerungseinheit an die einzelnen Segmente weitergeleitet. Die Verwendbarkeit eines Volumenprofils bedeutet eine gegenüber bisherigen Schlauchpumpen deutlich erhöhte Einflussmöglichkeit auf das resultierende Pumpverhalten. Mittels des Volumenprofils kann zum Beispiel eine Anzahl von Engstellen entlang des Schlauchs und ein Abstand zwischen jeweils benachbarten Engstellen vorgegeben werden. Der Abstand der Engstellen kann dabei entlang des Schlauchs konstant sein, kann aber auch variieren und in jedem Fall genau eingestellt werden. Des Weiteren kann mittels des Volumenprofils ein Übergang zwischen einer Engstelle und einem entlang des Schlauchs auf dem Weg zur nächsten Engstelle zwischen den Engstellen lokal größten wirksamen Schlauchquerschnitt genau vorgegeben werden. Dabei kann sich der wirksame Querschnitt in Anschluss an eine Engstelle und vor einer nachfolgenden Engstelle zum Beispiel sehr schnell ändern, wodurch ein größeres Volumen (Blase) zwischen den beiden Engstellen eingeschlossen ist, oder sich auch nur langsam ändern, wodurch ein vergleichsweise kleines Volumen zwischen den Engstellen eingeschlossen ist.In one embodiment of the pump or an embodiment of the method for operating the pump, the segments of the hose can be controlled by means of individual signals based on a predetermined or predefinable volume profile and are activated during operation by means of such signals. The signals are generated, for example, by means of a control unit by evaluation-for example sampling-of the volume profile, or signals generated elsewhere-for example by a higher-level unit-are forwarded to the individual segments at least by means of the control unit. The usability of a volume profile means a significantly increased possibility of influencing the resulting pumping behavior compared with previous peristaltic pumps. By means of the volume profile, for example, a number of bottlenecks along the tube and a distance between adjacent bottlenecks can be specified. The distance of the bottlenecks can be constant along the tube, but can also vary and be set exactly in each case. Furthermore, by means of the volume profile, a transition between a bottleneck and a hose cross-section locally largest locally effective on the way to the next bottleneck between the bottlenecks can be precisely specified. In this case, for example, the effective cross section following a constriction and before a subsequent constriction may change very rapidly, thereby enclosing a larger volume (bubble) between the two constrictions, or changing only slowly, resulting in a comparatively small volume between the constrictions Bottlenecks is included.
Bei einer Ausführungsform der Pumpe fungiert zumindest ein Segment des Schlauchs als Sensor zum Erhalt eines Messwerts bezüglich eines lokalen Querschnitts des Schlauchs. Genauso wie eine elektroaktive Membran beim Anlegen eines elektrischen Potentials ihr Aspektverhältnis und insbesondere ihre Dicke ändert, ändert sich mit der Dicken- und Längenänderung auch die zwischen zwei auf der Oberfläche der elektroaktiven Membran platzierten Elektroden messbare elektrische Kapazität. Ein solches Signal ist proportional zu einer jeweiligen Dicke der Membran und damit ebenfalls proportional zu einer jeweiligen wirksamen Länge der Membran. Die wirksame Länge der Membran ist wiederum proportional zum lokalen Querschnitt des Schlauchs im Bereich des jeweiligen Segments. Demgemäß liefert ein mittels einer Kapazitätsmessung erhältliches Signal einen für eine Steuerung und/oder Regelung der Pumpe verwendbaren Querschnitts-Istwert. Eine Steuerung oder Regelung ist dann zum Beispiel in einer Steuerungseinheit der Pumpe oder einer Steuerungseinheit eines übergeordneten Systems implementiert. Bei einer solchen Steuerungseinheit vergleicht diese kontinuierlich einen jeweiligen Querschnitts-Sollwert oder eine Mehrzahl von Querschnitts-Sollwerten mit einem Querschnitts-Istwert bzw. einer Mehrzahl von Querschnitts-Istwerten und erzeugt in Abhängigkeit von einer eventuellen Abweichung zwischen Soll- und Istwert in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise eine Stellgröße zur Auslöschung der Regelabweichung oder zumindest zur Minimierung der Regelabweichung, nämlich eine Stellgröße, mittels derer das an der oder den elektroaktiven Membran bzw. Membranen anliegende elektrische Potential angepasst wird. Für die Kapazitätsmessung können grundsätzlich dieselben Elektroden verwendet werden, die auch bei der Ansteuerung des Segments mit einem jeweiligen elektrischen Potential beaufschlagt werden. Genauso kommt allerdings in Betracht, dass der Schlauch entlang von dessen Längserstreckung an der zumindest einen elektroaktiven Membran eigene Elektrodenpaare für die Kapazitätsmessung aufweist.In one embodiment of the pump, at least one segment of the tube functions as a sensor to obtain a measurement of a local cross-section of the tube. Just as an electroactive membrane changes its aspect ratio and in particular its thickness when an electrical potential is applied, the change in thickness and length also changes the measurable electrical capacitance between two electrodes placed on the surface of the electroactive membrane. Such a signal is proportional to a respective thickness of the membrane and thus also proportional to a respective effective length of the membrane. The effective length of the membrane is in turn proportional to the local cross-section of the tube in the region of the respective segment. Accordingly, a signal obtainable by means of a capacitance measurement supplies a cross-sectional actual value which can be used for controlling and / or regulating the pump. A controller or controller is then implemented, for example, in a control unit of the pump or a control unit of a higher-level system. In such a control unit, the latter continuously compares a respective cross-sectional setpoint value or a plurality of cross-sectional setpoint values with a cross-sectional actual value or a plurality of cross-sectional actual values and generates, depending on a possible deviation between nominal value and actual value, basically in a manner known per se One way manipulated variable to extinguish the control deviation or at least to minimize the control deviation, namely a manipulated variable, by means of which the voltage applied to the or the electroactive membrane or membranes electrical potential is adjusted. For the capacitance measurement basically the same electrodes can be used, which are also acted upon in the control of the segment with a respective electrical potential. However, it is equally possible for the tube to have its own electrode pairs for the capacitance measurement along its longitudinal extent on the at least one electroactive membrane.
Das Verfahren sowie Ausführungsformen des Verfahrens und die davon umfassten Verfahrensschritte werden automatisch ausgeführt, also ohne einen Eingriff des Benutzers, also zum Beispiel eines Benutzers eines die Pumpe umfassenden Medizingeräts oder dergleichen. Die automatische Ausführung der Verfahrensschritte erfolgt unter Kontrolle einer Steuerungseinheit. Diese umfasst zum Beispiel eine Verarbeitungseinheit in Form von oder nach Art eines Mikroprozessors sowie einen Speicher. In den Speicher ist ein von der Verarbeitungseinheit ausführbares Steuerungsprogramm geladen oder ladbar, das beim Betrieb durch dessen Verarbeitungseinheit ausgeführt wird. Insoweit ist die Erfindung auch eine Pumpe mit einer Steuerungseinheit, wobei die Steuerungseinheit eine Implementation des hier und im Folgenden beschriebenen Verfahrens umfasst (zum Beispiel in Software), nach dem Verfahren arbeitet und dazu als Mittel zur Durchführung des Verfahrens zumindest eine Steuerungseinheit mit einer Implementation des Verfahrens umfasst. Die Implementation des Verfahrens ist bevorzugt in Software ausgeführt. Die Erfindung ist damit einerseits auch ein Computerprogramm mit durch einen Computer (die Steuerungseinheit bzw. deren Verarbeitungseinheit) ausführbaren Programmcodeanweisungen und andererseits ein Speichermedium mit einem derartigen Computerprogramm, also ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, sowie schließlich auch eine Steuerungseinheit, in deren Speicher als Mittel zur Durchführung des Verfahrens und seiner Ausgestaltungen ein solches Computerprogramm geladen oder ladbar ist.The method and embodiments of the method and the method steps included therein are carried out automatically, ie without intervention by the user, for example a user of a medical device comprising the pump or the like. The automatic execution of the method steps takes place under the control of a control unit. This includes, for example, a processing unit in the form of or in the manner of a microprocessor and a memory. A control program executable by the processing unit is loaded or loadable into the memory, which is executed during operation by its processing unit. In that regard, the invention is also a pump with a control unit, wherein the control unit comprises an implementation of the method described here and below (for example in software), operates according to the method and as a means for performing the method at least one control unit with an implementation of Includes method. The implementation of the method is preferably carried out in software. On the one hand, the invention is thus also a computer program with program code instructions executable by a computer (the control unit or its processing unit) and, on the other hand, a storage medium with such a computer program, ie a computer program product with program code means, and finally also a control unit, in whose memory such a computer program is loaded or loadable as means for carrying out the method and its embodiments.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. Corresponding objects or elements are provided in all figures with the same reference numerals.
Das oder jedes Ausführungsbeispiel ist nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten und Kombinationen, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den im allgemeinen oder speziellen Beschreibungsteil beschriebenen sowie in den Ansprüchen und/oder der Zeichnung enthaltenen Merkmalen für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand führen.The or each embodiment is not to be understood as limiting the invention. Rather, in the context of the present disclosure, modifications and modifications are possible, in particular those variants and combinations, for example, by combination or modification of individual in combination with the described in the general or specific description part and in the claims and / or the drawings features for the Professional with regard to the solution of the task are removable and lead by combinable features to a new object.
Es zeigen:
- 1 eine Peristaltikpumpe,
- 2 elektroaktive Membranen und das Ergebnis eines daran angelegten elektrischen Potentials,
- 3 unterschiedliche, aufgrund eines jeweiligen elektrischen Potentials resultierende Konfigurationen eines mit einer elektroaktiven Folie gebildeten Biegebalkens,
- 4 bis 7 einen Querschnitt durch einen Schlauch einer hier vorgeschlagenen Peristaltikpumpe, wobei der wirksame Schlauchquerschnitt mittels eines an eine in dem Schlauchabschnitt vorhandene elektroaktive Membran anlegbaren elektrischen Potentials veränderbar ist,
- 8 bis 10 einen Schlauch einer hier vorgeschlagenen Peristaltikpumpe mit mehreren Segmenten gemäß 4 bis 7 und die Erzeugung eines lokal veränderten Schlauchquerschnitts durch ein an die Segmente jeweils angelegtes elektrisches Potential sowie
- 11 eine vorgegebene Volumenverteilung entlang des Schlauchs und dessen Erzeugung mittels an die Segmente des Schlauchs jeweils angelegter elektrischer Potentiale.
Show it: - 1 a peristaltic pump,
- 2 electroactive membranes and the result of an applied electrical potential,
- 3 different configurations resulting from a respective electrical potential of a bending beam formed with an electroactive foil,
- 4 to 7 a cross section through a tube of a peristaltic pump proposed here, wherein the effective tube cross section is variable by means of an electric potential applied to an existing in the tube section electroactive membrane,
- 8th to 10 a hose of a peristaltic pump proposed here according to several segments 4 to 7 and the generation of a locally changed tube cross-section by an electrical potential applied to each of the segments and
- 11 a predetermined volume distribution along the hose and its generation by means of the respective applied to the segments of the hose electrical potentials.
Die Darstellung in 1 zeigt in schematisch vereinfachter Art und Weise eine im Stand der Technik bekannte Ausführungsform einer Schlauch- oder Peristaltikpumpe 10. Diese wird im Folgenden kurz als Pumpe 10 bezeichnet. Bei der gezeigten Ausführungsform umfasst die Pumpe 10 im Innern des Pumpengehäuses einen entlang von dessen Innenmantelfläche verlaufenden Schlauch 12 sowie einen drehbaren Rotor 14 mit Rollen 16 an den Enden der Rotorarme. Mittels der Rollen 16 wird der Schlauch 12 abschnittsweise an die Innenwand des Pumpengehäuses gedrückt und dort zusammengepresst, so dass eine lokale Engstelle entsteht. Beim Drehen des Rotors 14 wandert die Engstelle und ebenso wandern die mit den weiteren Rollen 16 des Rotors 14 verursachten Engstellen, so dass das in Drehrichtung des Rotors 14 vor den Rollen 16 befindliche Medium in Bewegung versetzt wird und eine Pumpwirkung resultiert.The representation in 1 shows in a schematically simplified manner known in the prior art embodiment of a hose or peristaltic pump 10 , This will be briefly referred to as a pump below 10 designated. In the embodiment shown, the pump comprises 10 in the interior of the pump housing, a hose extending along its inner circumferential surface 12 and a rotatable rotor 14 with roles 16 at the ends of the rotor arms. By means of the rollers 16 will the hose 12 pressed in sections on the inner wall of the pump housing and pressed together there, so that a local bottleneck arises. When turning the rotor 14 wanders the bottleneck and also walk with the other roles 16 of the rotor 14 caused bottlenecks, so that in the direction of rotation of the rotor 14 in front of the rollers 16 befindliches medium is set in motion and a pumping action results.
Die Darstellung in 2 zeigt in schematisch vereinfachter Art und Weise eine elektroaktive Membran 20 (elektroaktive Folie 20). Dabei kann es sich um eine im Folgenden mitunter kurz nur als Membran 20 bezeichnete elektroaktive Membran 20 in Form eines elektroaktiven Polymers (EAP) oder eines dielektrischen Elastomers (DEA) handeln. Beide Varianten sind im Folgenden bei jeder Erwähnung einer Membran 20 stets mitzulesen.The representation in 2 shows in schematically simplified manner an electroactive membrane 20 (electroactive foil 20 ). It may be a hereinafter sometimes briefly as a membrane 20 designated electroactive membrane 20 in the form of an electroactive polymer (EAP) or a dielectric elastomer (DEA) act. Both variants are hereafter every mention of a membrane 20 always read along.
Elektroaktive Polymere und dielektrische Elastomere sind grundsätzlich an sich bekannt. Eine daraus gebildete Membran 20 - oder allgemein eine elektroaktive Membran 20 - verändert bekanntlich ihr Aspektverhältnis (Verhältnis von Dicke zu Fläche) in Abhängigkeit von einem angelegten elektrischen Potential. Zusätzlich oder alternativ ist eine solche Membran 20 auch hinsichtlich ihrer Elastizität einstellbar, so dass in Abhängigkeit von dem angelegten Potential eine steife und nicht oder nur wenig biegbare Membran 20 oder eine elastische, biegbare Membran 20 resultiert, wie dies zum Beispiel in der US 2004 124384 A1 beschrieben ist.Electroactive polymers and dielectric elastomers are basically known per se. A membrane formed from this 20 - or generally an electroactive membrane 20 As is known, its aspect ratio (ratio of thickness to area) varies depending on an applied electrical potential. Additionally or alternatively, such a membrane 20 adjustable in terms of their elasticity, so that depending on the applied potential a stiff and not or only slightly bendable membrane 20 or an elastic, bendable membrane 20 results, as for example in the US 2004 124384 A1 is described.
Im oberen Bereich der Darstellung in 2 ist eine Membran 20 gezeigt, die nicht mit einem elektrischen Potential beaufschlagt ist. Unmittelbar darunter ist dieselbe Membran 20 bei einer Beaufschlagung mit einem elektrischen Potential gezeigt. Erkennbar ist aufgrund der Beaufschlagung mit einem elektrischen Potential die Dicke der Membran 20 reduziert. Dabei hat sich die Fläche der Membran 20 erhöht. Letzteres ist in der Darstellung nur in Form einer Vergrößerung der Ausdehnung der Membran 20 entlang einer von deren Hauptachsen, also in Form einer Längenänderung, erkennbar.In the upper part of the illustration in 2 is a membrane 20 shown, which is not subjected to an electrical potential. Immediately below is the same membrane 20 shown when subjected to an electrical potential. Visible is due to the application of an electrical potential, the thickness of the membrane 20 reduced. Here, the area of the membrane has 20 elevated. The latter is in the representation only in the form of an enlargement of the expansion of the membrane 20 along one of their main axes, ie in the form of a change in length, recognizable.
Die Beaufschlagung einer Membran 20 mit einem elektrischen Potential ist in der Darstellung in 2 in Form zweier an jeweils einer flächig mit der Membran 20 verbundenen Elektrode 22 angreifender Leitungen 23, 24 gezeigt. Die Flächenausdehnung der auf beiden Seiten der Membran 20 platzierten Elektroden 22 begrenzt den Bereich, in dem bei einem mittels der Leitungen 23, 24 angelegten elektrischen Potential die Änderung des Aspektverhältnisses eintritt.The application of a membrane 20 with an electric potential is in the illustration in 2 in the form of two on each one surface with the membrane 20 connected electrode 22 attacking lines 23 . 24 shown. The surface area of the on both sides of the membrane 20 placed electrodes 22 limits the area in which at one by means of the lines 23 . 24 applied electric potential, the change of the aspect ratio occurs.
Die Leitungen 23, 24 führen zu einer nicht gezeigten elektrischen Energiequelle, so dass mittels der Leitungen 23, 24 ein elektrisches Potential an die jeweiligen Elektroden 22 der Membran 20 angelegt werden kann. Bei einer Membran 20, deren Elektroden 22 in dem jeweils dargestellten Abschnitt, die nicht mit einem elektrischen Potential beaufschlagt ist, sind diese Leitungen 23, 24 nicht gezeigt. Tatsächlich sind diese Leitungen 23, 24 bei einer konkreten Ausführungsform der im Folgenden beschriebenen Neuerung selbstverständlich unabhängig davon vorhanden, ob an die jeweilige Elektroden 22 ein elektrisches Potential angelegt ist oder nicht. Die Beaufschlagung einzelner Elektroden 22 einer Membran 20 mit einem elektrischen Potential wird zum Beispiel mittels eines in einem Stromkreis mit den Elektroden 22 und den Leitungen 23, 24 vorhandenen Schaltelements, zum Beispiel eines elektronischen Schalters in Form eines Transistors oder dergleichen, in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise gesteuert. Für die Interpretation der Figuren (2 bis 6) gilt, dass sichtbare Leitungen 23, 24 eine in dem dargestellten Abschnitt mit einem elektrischen Potential beaufschlagte Membran 20 darstellen, wohingegen eine Membran 20 ohne solche sichtbaren Leitungen 23, 24 bei der jeweils gezeigten Momentaufnahme in dem dargestellten Abschnitt nicht mit einem elektrischen Potential beaufschlagt ist (obwohl die Leitungen 23, 24 selbstverständlich gleichwohl vorhanden sind).The wires 23 . 24 lead to an electrical energy source, not shown, so that by means of the lines 23 . 24 an electrical potential to the respective electrodes 22 the membrane 20 can be created. For a membrane 20 , their electrodes 22 in the respective illustrated section, which is not acted upon by an electrical potential, these lines 23 . 24 Not shown. In fact, these are wires 23 . 24 in a concrete embodiment of the innovation described below, of course, regardless of whether to the respective electrodes 22 an electrical potential is applied or not. The application of individual electrodes 22 a membrane 20 with an electric potential, for example, by means of one in a circuit with the electrodes 22 and the wires 23 . 24 existing switching element, for example, an electronic switch in the form of a transistor or the like, controlled in a basically known manner. For the interpretation of the figures ( 2 to 6 ) holds that visible lines 23 . 24 an applied in the illustrated section with an electric potential membrane 20 whereas a membrane 20 without such visible wires 23 . 24 is not acted upon in the illustrated snapshot in the illustrated section with an electrical potential (although the lines 23 . 24 Of course, however, are available).
Im unteren Bereich der Darstellung in 2 sind zwei Membranen 20 gezeigt, die zusammen ein Membranpaar bilden. Im entspannten, also potentialfreien Zustand sind diese in einer gleichen Ebene nebeneinander und aneinander angrenzend angeordnet. In dem Bereich, in dem die beiden Membranen 20 aneinander angrenzen, ist ein Federelement platziert. Bei einem an die Membranen 20 angelegten Potential ändert sich auch das Elastizitätsmodul der beiden Membranen 20 und die aufgrund des angelegten elektrischen Potentials biegsam gewordenen Membranen 20 werden teilweise durch das Federelement angehoben, wie dies in der dargestellten Momentaufnahme gezeigt ist.In the lower part of the illustration in 2 are two membranes 20 shown, which together form a membrane pair. In the relaxed, that is potential-free state, these are arranged in a same plane next to each other and adjacent to each other. In the area where the two membranes 20 adjacent to each other, a spring element is placed. At one to the membranes 20 applied potential also changes the modulus of elasticity of the two membranes 20 and the membranes which have become flexible due to the applied electrical potential 20 are partially lifted by the spring element, as shown in the snapshot shown.
In der Darstellung in 3 ist schematisch vereinfacht ein mit einer elektroaktiven Membran 20 gebildeter Biegebalken 26 gezeigt. Dieser umfasst in zumindest zwei parallelen, flächig fest miteinander verbundenen Schichten zum einen eine elektroaktive Membran 20 und zum anderen eine Schicht 28 aus einem elastisch verformbaren Kunststoff, zum Beispiel Polyamid. Auf der linken Seite ist in 3 eine Momentaufnahme des Biegebalkens 26 mit einer mit einem elektrischen Potential beaufschlagten elektroaktiven Membran 20 gezeigt. Aufgrund der Beaufschlagung mit dem elektrischen Potential längt sich die Membran 20 und die Schicht 28 nimmt aufgrund ihrer Elastizität ihre (hier quaderförmig gezeigte) Ursprungsform an oder verformt sich zumindest in Richtung auf ihre Ursprungsform. Auf der rechten Seite ist in 3 zum Vergleich eine Momentaufnahme des Biegebalkens 26 mit einer nicht mit einem elektrischen Potential beaufschlagten elektroaktiven Membran 20 gezeigt. Ohne ein anliegendes elektrisches Potential nimmt die elektroaktive Membran 20 ihr ursprüngliches Aspektverhältnis und damit ihre Ursprungsform an und verkürzt sich dabei. Diese Längenänderung (Verkürzung) führt zu einer einseitigen Stauchung der an der elektroaktiven Membran 20 anliegenden Schicht 28 und insgesamt zu einer Biegung des Biegebalkens 26.In the illustration in 3 is schematically simplified with an electroactive membrane 20 formed bending beam 26 shown. This comprises in at least two parallel, surface firmly bonded layers on the one hand an electroactive membrane 20 and on the other hand a layer 28 made of an elastically deformable plastic, for example polyamide. On the left is in 3 a snapshot of the bending beam 26 with an electroactive membrane acted upon by an electric potential 20 shown. Due to the application of the electrical potential, the membrane lengthens 20 and the layer 28 Due to its elasticity, it assumes its original shape (here shown in cuboid shape) or deforms at least in the direction of its original shape. On the right is in 3 For comparison, a snapshot of the bending beam 26 with an electroactive membrane not exposed to an electric potential 20 shown. Without an applied electrical potential, the electroactive membrane decreases 20 their original aspect ratio and thus their original form and shorten it. This change in length (shortening) leads to a one-sided compression of the electroactive membrane 20 adjacent layer 28 and in total to a bending of the bending beam 26 ,
Anhand der Darstellung in 4 wird nun das Grundprinzip der hier vorgeschlagenen Neuerung erläutert. Dort ist in einer Draufsicht ein Schnitt durch einen Schlauch 12 einer hier vorgeschlagenen Schlauch- oder Peristaltikpumpe 10 gezeigt. Auch die hier vorgeschlagene und weiter unten mit näheren Details erläuterte Schlauch- oder Peristaltikpumpe 10 wird im Folgenden nur kurz als Pumpe 10 bezeichnet.Based on the illustration in 4 The basic principle of the proposed innovation will now be explained. There is a section through a hose in a plan view 12 a hose or peristaltic pump 10 proposed here. Also the tubing or peristaltic pump proposed here and explained in more detail below 10 in the following is only briefly as a pump 10 designated.
Bei der in 4 gezeigten Ausführungsform umfasst der Schlauch 12 einen U-förmig gebogenen, langgestreckten und sich quer zur Zeichenebene fortsetzenden sowie in Längsrichtung offenen Schlauchmantelabschnitt 30 und eine ebenso langgestreckte, an den Rändern des Schlauchmantelabschnitts 30 angreifende elektroaktive Membran 20. Der Schlauch 12 umfasst auf beiden Seiten der elektroaktiven Membran 20 und mit Abstand zueinander jeweils einander an der elektroaktiven Membran 20 gegenüberliegende Elektroden 22. Diese sind hier und auch in den folgenden Figuren nicht mehr gezeigt. Die U-Form des Schlauchmantelabschnitts 30 kann sich aufgrund der Fertigung des Schlauchmantelabschnitts 30 und/oder aufgrund der Verbindung der Ränder des Schlauchmantelabschnitts 30 mit einer dabei gespannten elektroaktiven Membran 20 ergeben. Der Schlauchmantelabschnitt 30 ist elastisch verformbar und die elektroaktive Membran 20 spannt den Schlauchmantelabschnitt 30. Die mittels der elektroaktiven Membran 20 bewirkte (mechanische) Spannung führt dazu, dass die beiden Ränder des Schlauchmantelabschnitts 30 näher aneinander liegen, als dies ohne die Spannung aufgrund der elektroaktiven Membran 20 der Fall wäre.At the in 4 In the embodiment shown, the hose comprises 12 a U-shaped bent, elongated and transverse to the plane and continuing in the longitudinal direction open hose sheath section 30 and an equally elongated, at the edges of the hose sheath portion 30 attacking electroactive membrane 20 , The hose 12 includes on both sides of the electroactive membrane 20 and at a distance from each other on the electroactive membrane 20 opposite electrodes 22 , These are no longer shown here and in the following figures. The U-shape of the hose jacket section 30 may be due to the manufacture of the hose jacket section 30 and / or due to the connection of the edges of the hose sheath portion 30 with a strained electroactive membrane 20 result. The hose jacket section 30 is elastically deformable and the electroactive membrane 20 clamps the hose jacket section 30 , The means of the electroactive membrane 20 caused (mechanical) stress causes the two edges of the hose casing section 30 closer together than without the voltage due to the electroactive membrane 20 the case would be.
Auf der linken Seite ist in 4 nun eine Momentaufnahme eines Abschnitts des Schlauchs 12 gezeigt, bei der an die in dem dargestellten Schlauchabschnitt befindlichen Elektroden 22 der elektroaktiven Membran 20 kein elektrisches Potential angelegt ist. Mittels der elektroaktiven Membran 20 wird die oben erwähnte Spannung des Schlauchmantelabschnitts 30 bewirkt und es ergibt sich ein Abstand zwischen den beiden Rändern des Schlauchmantelabschnitts 30 entsprechend der ohne angelegtes elektrisches Potential lokal resultierenden wirksamen Länge der elektroaktiven Membran 20. Demgegenüber ist auf der rechten Seite in 3 eine Momentaufnahme desselben Schlauchabschnitts 12 mit einer lokal mit einem elektrischen Potential beaufschlagten elektroaktiven Membran 20 gezeigt. Aufgrund der Beaufschlagung mit einem elektrischen Potential erhöht sich im Bereich der mit dem elektrischen Potential beaufschlagten Elektroden 22 die wirksame Länge der elektroaktiven Membran 20 und damit auch der Abstand zwischen den beiden Rändern des Schlauchmantelabschnitts 30. Der unter Spannung (Biegespannung) stehende Schlauchmantelabschnitt 30 verformt sich in dem gezeigten Schlauchabschnitt entsprechend der Biegespannung in Richtung auf seine Ursprungsform. Die Verformung wird dabei durch die aufgrund des elektrischen Potentials resultierende (lokal erhöhte) Länge der elektroaktiven Membran 20 begrenzt.On the left is in 4 now a snapshot of a section of the hose 12 shown in the electrodes located in the illustrated hose section 22 the electroactive membrane 20 no electrical potential is applied. By means of the electroactive membrane 20 becomes the above mentioned tension of the Hose jacket section 30 causes and there is a distance between the two edges of the hose sheath portion 30 in accordance with the effective length of the electroactive membrane resulting locally without applied electrical potential 20 , In contrast, on the right in 3 a snapshot of the same hose section 12 with an electroactive membrane locally exposed to an electric potential 20 shown. Due to the application of an electrical potential increases in the region of the applied with the electric potential electrodes 22 the effective length of the electroactive membrane 20 and thus also the distance between the two edges of the hose jacket section 30 , The hose jacket section under tension (bending stress) 30 deforms in the hose section shown in accordance with the bending stress in the direction of its original shape. The deformation is due to the (locally increased) length of the electroactive membrane due to the electrical potential 20 limited.
Anhand eines Vergleichs der beiden Darstellungen in 4 ist deutlich erkennbar, dass der wirksame Querschnitt des Schlauchs 12 in dem dargestellten Abschnitt mit der lokalen Beaufschlagung der elektroaktiven Membran 20 mit einem elektrischen Potential variiert. Bei einer in dem betreffenden Schlauchabschnitt nicht mit einem elektrischen Potential beaufschlagten elektroaktiven Membran 20 resultiert lokal ein reduzierter wirksamer Querschnitt (4, links). Bei einer in dem betreffenden Schlauchabschnitt mit einem elektrischen Potential beaufschlagten elektroaktiven Membran 20 resultiert lokal ein erhöhter wirksamer Querschnitt (4, rechts). Wenn das bei der in 4 auf der rechten Seite gezeigten Momentaufnahme lokal an die elektroaktive Membran 20 angelegte elektrische Potential wieder verschwindet, stellt sich erneut eine Situation ein, wie sie in der in 4 auf der linken Seite gezeigten Momentaufnahme dargestellt ist. Beim zyklischen Anlegen eines elektrischen Potentials an die im dargestellten Schlauchabschnitt befindlichen zusammengehörigen Elektroden 22 an der elektroaktiven Membran 20 resultiert entsprechend eine zyklische Verringerung (kein elektrisches Potential) und Erhöhung (elektrisches Potential angelegt) des wirksamen Querschnitts des Schlauchs 12 in dem betroffenen Bereich. Diese zyklische Änderung des wirksamen lokalen Querschnitts des Schlauchs 12 ist die Basis für die Pump- und Förderwirkung der hier vorgeschlagenen Pumpe 10.Based on a comparison of the two representations in 4 is clearly seen that the effective cross-section of the hose 12 in the illustrated section with the local application of the electroactive membrane 20 varies with an electrical potential. In an in the respective hose section not acted upon by an electric potential electroactive membrane 20 results locally a reduced effective cross section ( 4 , Left). In an exposed in the respective hose section with an electric potential electroactive membrane 20 locally results in an increased effective cross section ( 4 , right). If that at the in 4 On the right side shown snapshot locally to the electroactive membrane 20 When the applied electric potential disappears again, a situation arises as in the in 4 shown on the left side snapshot is shown. When cyclically applying an electrical potential to the associated electrodes in the hose section shown 22 at the electroactive membrane 20 correspondingly results in a cyclic reduction (no electric potential) and increase (electric potential applied) of the effective cross-section of the hose 12 in the affected area. This cyclic change of the effective local cross section of the hose 12 is the basis for the pumping and conveying effect of the pump proposed here 10 ,
Der Schlauchmantelabschnitt 30 fungiert als Rückstellelement und spannt die elektroaktive Membran 20 auch dann, wenn sich deren wirksame Länge aufgrund eines lokal anliegenden elektrischen Potentials in dem betroffenen Abschnitt erhöht. Alternativ, aber grundsätzlich gleichwirkend, kann der bisher als Schlauchmantelabschnitt 30 beschriebene Teil des Schlauchs 12 (4) auch in Form eines Biegebalkens 26 ausgeführt sein, dessen Funktion grundsätzlich bereits im Zusammenhang mit der Erläuterung der Darstellung in 3 beschrieben wurde. Der bisher als elektroaktive Membran 20 beschriebene Teil des Schlauchs 12 ist dann eine als Rückstellelement fungierende elastische Folie 32 oder dergleichen, zum Beispiel eine Folie 32 aus Polyethylen oder Polycarbonat. Ein Schnitt durch einen Abschnitt eines solchen Schlauchs 12 ist schematisch vereinfacht in den beiden Darstelllungen in 5 gezeigt. Beim Anlegen eines elektrischen Potentials an die im dargestellten Schlauchabschnitt an der elektroaktiven Membran 20 des Biegebalkens 26 befindlichen Elektroden 22 erhöht sich lokal die wirksame Länge der elektroaktiven Membran 20 und der Biegebalken 26 entspannt sich in Richtung auf einen größeren wirksamen Querschnitt des Schlauchs 12 (5, rechts). Wenn das zuvor angelegte elektrische Potential wieder verschwindet, verkürzt sich lokal die wirksame Länge der elektroaktiven Membran 20 und dies führt zu einer lokalen Verformung des Biegebalkens 26 in Richtung auf einen reduzierten wirksamen Querschnitt des Schlauchs 12 (5, links). Die elastische Folie 32, welche die beiden Ränder des Biegebalkens 26 verbindet, fungiert als Rückstellelement und begrenzt die Beweglichkeit des Biegebalkens 26. Auch hier führt ein zyklisches Anlegen eines elektrischen Potentials an die im dargestellten Schlauchabschnitt befindlichen zusammengehörigen Elektroden 22 an der elektroaktiven Membran 20 zu einer zyklischen lokalen Verringerung (kein elektrisches Potential) und lokalen Erhöhung (elektrisches Potential angelegt) des wirksamen Querschnitts des Schlauchs 12 und auch hier ist diese zyklische Änderung des wirksamen lokalen Querschnitts des Schlauchs 12 die Basis für die Pump- und Förderwirkung der hier vorgeschlagenen Pumpe 10.The hose jacket section 30 acts as a restoring element and biases the electroactive membrane 20 even if their effective length increases due to a locally applied electrical potential in the affected section. Alternatively, but basically the same effect, so far can be used as a hose jacket section 30 described part of the hose 12 ( 4 ) also in the form of a bending beam 26 be executed, the function basically already in connection with the explanation of the representation in 3 has been described. The previously as electroactive membrane 20 described part of the hose 12 is then acting as a return element elastic film 32 or the like, for example, a film 32 made of polyethylene or polycarbonate. A section through a section of such a hose 12 is schematically simplified in the two representations in 5 shown. When an electrical potential is applied to the hose section on the electroactive membrane shown in FIG 20 of the bending beam 26 located electrodes 22 locally increases the effective length of the electroactive membrane 20 and the bending beam 26 relaxes towards a larger effective cross-section of the hose 12 ( 5 , right). When the previously applied electrical potential disappears, the effective length of the electroactive membrane is shortened locally 20 and this leads to a local deformation of the bending beam 26 towards a reduced effective cross-section of the hose 12 ( 5 , Left). The elastic film 32 showing the two edges of the bending beam 26 connects, acts as a restoring element and limits the flexibility of the bending beam 26 , Here, too, a cyclical application of an electrical potential leads to the associated electrodes located in the hose section shown 22 at the electroactive membrane 20 to a cyclic local reduction (no electric potential) and local increase (electric potential applied) of the effective cross-section of the hose 12 and again, this is the cyclical change in the effective local cross-section of the hose 12 the basis for the pumping and conveying effect of the pump proposed here 10 ,
Im Folgenden wird im Interesse eine besseren Lesbarkeit der Beschreibung nicht mehr von einer Beaufschlagung der in einem bestimmten Schlauchabschnitt an dem dortigen Abschnitt der elektroaktiven Membran 20 befindlichen Elektroden 22 mit einem elektrischen Potential, sondern kurz von einer lokalen Beaufschlagung der elektroaktiven Membran 20 mit einem elektrischen Potential gesprochen. Dadurch, dass die Beaufschlagung der elektroaktiven Membran 20 mit einem elektrischen Potential stets nur den Bereich der dabei benutzten Elektroden 22 (zwei einander auf den Oberflächen der elektroaktiven Membran 20 gegenüberliegende Elektroden 22) betrifft, ergibt sich eine lokale Beaufschlagung der elektroaktiven Membran 20 mit dem jeweiligen elektrischen Potential.In the following, in the interests of better legibility of the description, it will no longer be the case that the portion of the electroactive membrane in a particular tube section in a specific tube section is subjected to a loading 20 located electrodes 22 with an electric potential, but briefly by a local loading of the electroactive membrane 20 talked about an electrical potential. Due to the fact that the application of the electroactive membrane 20 with an electrical potential always only the area of the electrodes used 22 (two on each other on the surfaces of the electroactive membrane 20 opposite electrodes 22 ), results in a local loading of the electroactive membrane 20 with the respective electrical potential.
Eine nochmals weitere mögliche Ausführungsform eines Schlauchs 12 für eine Pumpe der hier vorgeschlagenen Art ist schematisch vereinfacht in 6 gezeigt. Auch hier ist ein Schnitt durch den Schlauch 12 quer zu dessen Längsachse gezeigt. Dabei ist erkennbar, dass der Schlauch 12 mittels zweier langgestreckter, sich quer zur Zeichenebene fortsetzender und miteinander verbundener Biegebalken 26 gebildet ist. Die Biegebalken 26 werden zum Beispiel mittels zweier bevorzugt auch als Dichtungen fungierender Abstandselemente 34 auf Abstand gehalten. Die gezeigte Dicke der Abstandselemente 34 ist nur als Beispiel zu verstehen. Tatsächlich können die Abstandselemente 34 eine so geringe Dicke aufweisen, dass sich die einander zugewandten Oberflächen der Biegebalken 26 berühren oder beinahe berühren. Die Abstandselemente 34 können auch gänzlich fehlen. Die Dichtigkeit des Schlauchs 12 ist mittels der Abstandselemente 34 und deren Verbindung mit den Biegebalken 26 und/oder einer die Biegebalken 26 verbindenden oder die Biegebalken 26 einhüllenden elastischen Folie 32 gewährleistet. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird hinsichtlich der durch das Anlegen eines elektrischen Potentials an die von den Biegebalken 26 umfasste elektroaktive Membran 20 bewirkten Verformung des Biegebalkens 26 auf die Darstellung in 3 und die dortige Beschreibung verwiesen. Jedenfalls bewirkt die bei Anliegen eines elektrischen Potentials an einen Abschnitt der oder jeder elektroaktiven Membran 20 resultierende Erhöhung der Länge der Membran 20 zum Beispiel eine lokale Entspannung der Biegebalken 26 und damit lokal eine Schlauchform und einen damit einhergehenden Schlauchquerschnitt, wie dies in der Darstellung in 6 schematisch vereinfacht auf der linken Seite gezeigt ist (reduzierter Schlauchquerschnitt). Sobald das zuvor angelegte elektrische Potential verschwindet, nehmen die elektroaktiven Membranen 20 in dem betroffenen Abschnitt wieder ihre ursprüngliche (kürzere) Länge an und dies führt zu einer lokalen Verformung der Biegebalken 26, wie dies in der Darstellung in 6 schematisch vereinfacht auf der rechten Seite gezeigt ist (erhöhter Schlauchquerschnitt). Erkennbar variiert in Abhängigkeit von einem lokal an die elektroaktiven Membranen 20 angelegten elektrischen Potential der wirksame Querschnitt des Schlauchs 12 in dem betroffenen Bereich. Auch hier führt demnach eine zyklische lokale Beaufschlagung der elektroaktiven Membranen 20 zur einer zyklischen Erhöhung (kein elektrisches Potential) und Verringerung (elektrisches Potential angelegt) des wirksamen lokalen Querschnitts des Schlauchs 12 und auch hier ist diese zyklische Änderung des wirksamen Querschnitts des betroffenen Schlauchabschnitts die Basis für die Pump- und Förderwirkung der hier vorgeschlagenen Pumpe 10.Yet another possible embodiment of a hose 12 for a pump of the type proposed here is simplified schematically in 6 shown. Again, a cut through the hose 12 shown transverse to its longitudinal axis. It can be seen that the hose 12 by means of two elongated, transverse to the plane continuing and interconnected bending beam 26 is formed. The bending beam 26 are for example by means of two preferably acting as seals spacers 34 kept at a distance. The thickness of the spacers shown 34 is to be understood only as an example. In fact, the spacers can 34 have such a small thickness that the mutually facing surfaces of the bending beam 26 touch or almost touch. The spacers 34 can also be missing completely. The tightness of the hose 12 is by means of the spacer elements 34 and their connection to the bending beam 26 and / or one of the bending beams 26 connecting or the bending beam 26 enveloping elastic foil 32 guaranteed. In order to avoid repetition, the application of an electric potential to that of the bending beam 26 included electroactive membrane 20 caused deformation of the bending beam 26 on the representation in 3 and the description there referenced. In any event, when an electrical potential is applied to a portion of the or each electroactive membrane 20 resulting increase in the length of the membrane 20 For example, a local relaxation of the bending beam 26 and thus locally a tube shape and an associated tube cross-section, as shown in the illustration in 6 shown schematically simplified on the left side (reduced tube cross-section). As soon as the previously applied electrical potential disappears, take the electroactive membranes 20 in the affected section its original (shorter) length again and this leads to a local deformation of the bending beam 26 as shown in the illustration in 6 shown schematically simplified on the right side (increased tube cross-section). Visible varies depending on a local to the electroactive membranes 20 applied electric potential of the effective cross section of the hose 12 in the affected area. Here, too, therefore leads to a cyclic local loading of the electroactive membranes 20 for a cyclic increase (no electric potential) and reduction (electric potential applied) of the effective local cross-section of the hose 12 and again, this cyclic change in the effective cross-section of the hose section concerned is the basis for the pumping and delivery action of the pump proposed here 10 ,
Bei der in 6 exemplarisch gezeigten Ausführungsform sind die elektroaktiven Membranen 20 der beiden Biegebalken 26 einander im Innern des Schlauchs 12 zugewandt. Je nach Ansteuerung der elektroaktiven Membranen 20 und je nach Ursprungsform der Schichten 28 (3), auf denen die elektroaktiven Membranen 20 aufgebracht sind, besteht auch die Möglichkeit einer Ausführungsform, bei der die beiden Schichten 28 einander im Innern des Schlauchs 12 zugewandt sind oder bei der die elektroaktive Membran 20 eines Biegebalkens 26 im Innern des Schlauchs 12 der Schicht 28 des anderen Biegebalkens 26 zugewandt ist. Auch wenn die Ausrichtung der Ebenen der beiden Biegebalken 26 zueinander mit der jeweiligen Ansteuerungssituation variiert, soll diese Orientierung der Biegebalken 26 als zueinander parallele Orientierung der Biegebalken 26 verstanden werden, denn wie dies in 6 auf der linken Seite gezeigt ist, ist zumindest eine Konfiguration möglich, bei der die Ebenen der Biegebalken 26 parallel zueinander sind.At the in 6 Exemplary embodiment shown are the electroactive membranes 20 the two bending beams 26 each other inside the hose 12 facing. Depending on the activation of the electroactive membranes 20 and depending on the original form of the layers 28 ( 3 ), on which the electroactive membranes 20 are applied, there is also the possibility of an embodiment in which the two layers 28 each other inside the hose 12 facing or at the electroactive membrane 20 a bending beam 26 inside the hose 12 the layer 28 of the other bending beam 26 is facing. Even if the orientation of the planes of the two bending beams 26 varies with each other with the respective driving situation, this orientation of the bending beam 26 as mutually parallel orientation of the bending beam 26 be understood, because like this in 6 On the left side, at least one configuration is possible where the planes of the bending beams 26 are parallel to each other.
Die Darstellung in 7 zeigt schematisch vereinfacht eine weitere mögliche Ausführungsform eines Schlauchs 12 für eine Pumpe 10 der hier vorgeschlagenen Art. Erneut ist der Schlauch 12 in Form eines Schnitts quer zu dessen Längsachse gezeigt. Dabei ist erkennbar, dass der Schlauch 12 in seinem Innern mehrere langgestreckte und sich quer zur Zeichenebene fortsetzende Biegebalken 26 aufweist. Bei der gezeigten Ausführungsform handelt es sich um vier regelmäßig angeordnete und im Zentrum des Schlauchs 12 miteinander verbundene, zumindest aneinander angrenzende Biegebalken 26. Bei einer solchen sternförmigen oder radialen Anordnung der Biegebalken 26 sind alternativ auch drei Biegebalken 26 oder mehr als vier mit regelmäßigem Winkelabstand angeordnete Biegebalken 26 denkbar. Die Dichtigkeit des Schlauchs 12 wird mittels einer die Biegebalken 26 umgebenden und die Außenhülle des Schlauchs 12 bildenden elastischen Folie 32 hergestellt. Die Folie 32 liegt an den freien, nach außen weisenden Rändern der Biegebalken 26 an. Die Folie 32 bildet selbst einen Schlauch und wird mittels der Biegebalken 26 lokal aufgedehnt, wenn dort an deren elektroaktiven Membranen 20 ein elektrisches Potentials anliegt. Dann ergibt sich ein erhöhter Querschnitt des Schlauchs 12, wie dies in der Darstellung in 7 auf der rechten Seite gezeigt ist (auf die Darstellung von Leitungen 23, 24 wurde in 7 im Interesse der Übersichtlichkeit verzichtet). Wenn das Potential wieder verschwindet, verkürzen sich die elektroaktiven Membranen 20 in dem betroffenen Abschnitt, wodurch sich eine erhöhte Krümmung der Biegebalken 26 ergibt (7, links). Die zuvor aufgedehnte elastische Folie 32 zieht sich wieder zusammen und liegt fortwährend an den freien Rändern der Biegebalken 26 an. Dies führt zu einem lokal reduzierten Querschnitt des Schlauchs 12. Auch hier fungiert die elastische Folie 32 als Rückstellelement und auch hier führt eine zyklische lokale Beaufschlagung der elektroaktiven Membranen 20 mit einem elektrischen Potential zu einer zyklischen Verringerung (kein elektrisches Potential) und Erhöhung (elektrisches Potential angelegt) des wirksamen lokalen Querschnitts des Schlauchs 12 und auch hier ist diese zyklische Änderung des wirksamen lokalen Querschnitts des Schlauchs 12 die Basis für die Pump- und Förderwirkung der hier vorgeschlagenen Pumpe 10.The representation in 7 shows schematically simplified another possible embodiment of a hose 12 for a pump 10 of the type proposed here. Again, the hose is 12 shown in the form of a section transverse to its longitudinal axis. It can be seen that the hose 12 in its interior several elongated and extending transversely to the plane bending beam 26 having. In the embodiment shown, there are four regularly arranged and in the center of the tube 12 interconnected, at least adjacent bending beam 26 , In such a star-shaped or radial arrangement of the bending beam 26 are alternatively also three bending beams 26 or more than four regularly spaced bending beams 26 conceivable. The tightness of the hose 12 is by means of a bending beam 26 surrounding and the outer shell of the tube 12 forming elastic film 32 produced. The foil 32 lies on the free, outwardly facing edges of the bending beam 26 at. The foil 32 forms itself a hose and is by means of the bending beam 26 locally dilated when there at their electroactive membranes 20 an electrical potential is applied. Then there is an increased cross-section of the hose 12 as shown in the illustration in 7 shown on the right (on the appearance of wires 23 , 24 was in 7 omitted for the sake of clarity). When the potential disappears, the electroactive membranes shorten 20 in the affected section, resulting in an increased curvature of the bending beam 26 ( 7 , Left). The previously stretched elastic film 32 contracts again and is constantly at the free edges of the bending beam 26 at. This leads to a locally reduced cross-section of the hose 12 , Again, the elastic film acts 32 as a restoring element and also here leads a cyclic local loading of the electroactive membranes 20 with an electric potential to a cyclic reduction (no electric potential) and increase (electric potential applied) of the effective local cross-section of the hose 12 and again, this is the cyclical change in the effective local cross-section of the hose 12 the basis for the pumping and conveying effect of the pump proposed here 10 ,
Allgemein gilt, dass speziell bei Verwendung eines Biegebalkens 26 oder mehrerer Biegebalken 26 der Umstand, ob sich bei einem lokal an der oder jeder elektroaktiven Membran 20 anliegenden elektrischen Potential im betroffenen Bereich ein erhöhter oder reduzierter wirksamer Querschnitt des Schlauchs 12 ergibt, einerseits von der Ursprungsform der Schicht 28 abhängt, auf der die elektroaktive Membran 20 angebracht ist, und andererseits davon abhängt, auf welcher Seite der Schicht 28 die elektroaktive Membran 20 angebracht ist. Des Weiteren können auch bei den Ausführungsformen gemäß 6 und 7 die als Biegebalken 26 beschrieben Komponenten des Schlauchs 12 als Rückstelleelement fungieren und demgemäß keine elektroaktiven Membranen umfassen und die als Rückstellelement beschriebene Folie 32 in Form einer mit Elektroden 22 belegten elektroaktiven Membran 20 ausgeführt sein. Bei einer solchen Ausführungsform bewirkt die äußere Hülle die lokale Querschnittsänderung des Schlauchs 12. Mit diesen Hinweisen sollen alle insoweit möglichen Kombinationen als von der hier vorgelegten Beschreibung umfasst gelten.Generally, especially when using a bending beam 26 or more bending beams 26 the circumstance whether local to the or each electroactive membrane 20 applied electrical potential in the affected area an increased or reduced effective cross section of the hose 12 results, on the one hand, from the original form of the layer 28 depends on the electroactive membrane 20 is appropriate, and on the other hand depends on which side of the layer 28 the electroactive membrane 20 is appropriate. Furthermore, also in the embodiments according to 6 and 7 as a bending beam 26 described components of the hose 12 act as a restoring element and accordingly comprise no electroactive membranes and the film described as a restoring element 32 in the form of a with electrodes 22 occupied electroactive membrane 20 be executed. In such an embodiment, the outer shell causes the local cross-sectional change of the hose 12 , With these references, all possible combinations are considered to be covered by the description presented here.
Die Darstellung in 8 zeigt im oberen Bereich in schematisch vereinfachter Form einen Schlauch 12 oder einen Abschnitt eines Schlauchs 12 für eine Pumpe 10 der hier vorgeschlagenen Art. Diese basiert auf einem Schlauch 12 mit einer Abfolge mehrerer einzeln ansteuerbarer Segmente 40. Wie bereits erwähnt, bestimmt eine Flächenausdehnung der auf den einander gegenüberliegenden Oberflächen einer elektroaktiven Membran 20 platzierten Elektroden 22 den Bereich, in dem bei einem mittels jeweiliger Leitungen 23, 24 angelegten elektrischen Potential lokal die Änderung des Aspektverhältnisses der elektroaktiven Membran 20 eintritt. Entsprechend bestimmt ein Bereich, in dem sich am oder im Schlauch 12 zumindest ein zusammengehöriges Elektrodenpaar befindet, die Ausdehnung eines der im Folgenden betrachteten Segmente 40 des Schlauchs 12. Der Schlauch 12 umfasst eine Vielzahl von entlang von dessen Längserstreckung nebeneinander liegenden derartigen Segmenten 40. Als Ausführungsform der Segmente 40 kommen alle ausdrücklich genannten Ausführungsformen (4 bis 7) in Betracht, denn bei diesen ist mittels einer lokalen Ansteuerung zumindest einer elektroaktiven Membran 20 der wirksame Querschnitts des jeweiligen Schlauchabschnitts beeinflussbar. Die Darstellungen in 4 bis 7 zeigen insoweit jeweils einen Schnitt quer zur Längserstreckung des Schlauchs 12 durch eines von vielen Segmenten 40 des Schlauchs 12 und zwar jeweils bei unterschiedlichen Ansteuerungssituationen eines einzelnen Segments 40. Als Ausführungsformen der Segmente 40 kommen auch weitere denkbare und an den vorstehenden Beschreibungen anknüpfende Ausführungsformen in Betracht, bei denen ebenfalls mittels einer lokalen Ansteuerung einer elektroaktiven Membran 20 oder zumindest einer elektroaktiven Membran 20 der wirksame Querschnitt des jeweiligen Schlauchabschnitts beeinflussbar ist.The representation in 8th shows in the upper area in a schematically simplified form a hose 12 or a section of a hose 12 for a pump 10 of the type proposed here. This is based on a hose 12 with a sequence of several individually controllable segments 40 , As already mentioned, an areal extent determines that on the opposite surfaces of an electroactive membrane 20 placed electrodes 22 the area where in by means of respective lines 23 . 24 applied electrical potential locally the change of the aspect ratio of the electroactive membrane 20 entry. Accordingly determines an area in which on or in the hose 12 at least one pair of electrodes belonging together, the extension of one of the segments considered below 40 of the hose 12 , The hose 12 includes a plurality of such segments adjacent to one another along the longitudinal extent thereof 40 , As an embodiment of the segments 40 come all explicitly mentioned embodiments ( 4 to 7 ), because in these by means of a local control of at least one electroactive membrane 20 the effective cross section of the respective tube section influenced. The illustrations in 4 to 7 each show a section transverse to the longitudinal extent of the hose 12 through one of many segments 40 of the hose 12 in each case in different driving situations of a single segment 40 , As embodiments of the segments 40 Other conceivable embodiments which are based on the above descriptions also come into consideration, in which also by means of a local control of an electroactive membrane 20 or at least one electroactive membrane 20 the effective cross section of the respective tube section can be influenced.
Jedes Segment 40 umfasst demgemäß zumindest eine elektroaktive Membran 20, mittels derer durch Beaufschlagung mit einem elektrischen Potential der wirksame (durchströmbare) Querschnitt des jeweiligen Schlauchabschnitts veränderbar ist. Jedes Segment 40 fungiert bezüglich der Beeinflussbarkeit des wirksamen Querschnitts des Schlauchs 12 in dem von dem Segment 40 erfassten Schlauchabschnitt als Aktor. Jedes Segment 40 (jeder Aktor) ist einzeln ansteuerbar, also einzeln (aufgrund der entlang des Schlauchs 12 mit Abstand zueinander platzierten Elektroden 22) mit einem elektrischen Potential beaufschlagbar. Jedes Segment 40 ist damit ein mittels zumindest einer elektroaktiven Membran 20 hinsichtlich seines wirksamen Querschnitts veränderbarer Abschnitt des Schlauchs 12.Every segment 40 accordingly comprises at least one electroactive membrane 20 , by means of which by acting on an electric potential, the effective (flow-through) cross section of the respective tube portion is changeable. Every segment 40 acts with respect to the influenceability of the effective cross section of the hose 12 in the of the segment 40 covered hose section as an actuator. Every segment 40 (each actuator) is individually controllable, so individually (due to the along the tube 12 spaced electrodes 22 ) can be acted upon by an electrical potential. Every segment 40 is thus one by means of at least one electroactive membrane 20 In terms of its effective cross-section variable section of the hose 12 ,
Ein Schlauchmantelabschnitt 30 und eine diesen abdeckende elektroaktive Membran 20 (Ausführungsform gemäß 4) oder ein Biegebalken 26 mit einer diesen abdeckenden elastischen Folie 32 (Ausführungsform gemäß 5) usw. ist in dem in 8 dargestellten Abschnitt des Schlauchs 12 durchgängig vorhanden. Die Unterteilung in benachbarte Segmente 40 ergibt sich also lediglich aufgrund der an der elektroaktiven Membran 20 oder (bei den Ausführungsformen gemäß 6 und 7) den elektroaktiven Membranen 20 angebrachten Elektroden 22 und deren Flächenausdehnung. Auf eine Darstellung von zu jedem Segment 40 und deren Elektroden 22 führenden Leitungen 23, 24 ist im Interesse der Übersichtlichkeit der Darstellung verzichtet worden.A hose jacket section 30 and an electroactive membrane covering it 20 (Embodiment according to 4 ) or a bending beam 26 with a covering this elastic film 32 (Embodiment according to 5 ) etc. is in the in 8th illustrated section of the hose 12 consistently available. The subdivision into adjacent segments 40 thus results only because of the on the electroactive membrane 20 or (in the embodiments according to 6 and 7 ) the electroactive membranes 20 attached electrodes 22 and their surface area. On a representation of to each segment 40 and their electrodes 22 leading lines 23 . 24 has been omitted in the interests of clarity of presentation.
Unterhalb der Darstellung des Schlauchs 12 ist für jedes Segment 40 eine graphische Veranschaulichung der an deren Elektroden 22 anliegenden Spannung V gezeigt. Aufgrund der jeweiligen Spannung resultiert ein an den Elektroden 22 anliegendes Potential. Bei einem Schlauch 12 mit Segmenten 40 entsprechend der in 4 und 5 gezeigten Ausführungsform ergibt sich bei einem an einem Segment 40 anliegenden Potential eine lokale Erhöhung des Schlauchquerschnitts und bei einem Segment 40, an dem kein Potential anliegt, eine lokale Verringerung des Schlauchquerschnitts. Der jeweilige wirksame Querschnitt des Schlauchs 12 ist dabei abhängig von der Höhe des an dem jeweiligen Segment 40 (an dem zu dem Segment 40 gehörigen Abschnitt der oder jeder elektroaktiven Membran 20 des Schlauchs 12) anliegenden elektrischen Potentials. Dies ist in der Darstellung in 8 in Form einer Vielzahl gewissermaßen mittlerer Potentiale und eines im Vergleich dazu geringen Potentials gezeigt. Das geringe Potential führt bei dem damit beaufschlagten Segment 40 zu einer Verringerung des wirksamen Querschnitts des Schlauchs 12 und dort entsteht eine Engstelle des Schlauchs 12, wie dies im Bereich der Darstellung des Schlauchs 12 schematisch vereinfacht für das mit dem geringen Potential beaufschlagte Segment 40 gezeigt ist. Die mittleren Potentiale führen bei den damit beaufschlagten Segmenten 40 des Schlauchs 12 zu einem mittleren wirksamen Querschnitt.Below the representation of the hose 12 is for each segment 40 a graphic illustration of the other electrodes 22 applied voltage V shown. Due to the respective voltage results at the electrodes 22 attached potential. With a hose 12 with segments 40 according to the in 4 and 5 embodiment shown results in one on a segment 40 applied potential a local increase in the tube cross-section and a segment 40 , where there is no potential, a local reduction of the tube cross-section. The respective effective cross section of the hose 12 depends on the height of the respective segment 40 (at which to the segment 40 belonging section of the or each electroactive membrane 20 of hose 12 ) applied electrical potential. This is in the illustration in 8th in the form of a multiplicity of, so to speak, average potentials and a comparatively low potential. The low potential leads to the thus impacted segment 40 to a reduction of the effective cross section of the hose 12 and there is a bottleneck of the hose 12 like this in the area of the appearance of the hose 12 schematically simplified for the acted upon by the low potential segment 40 is shown. The mean potentials lead to the segments thus affected 40 of the hose 12 to a middle effective cross section.
Im Vergleich dazu zeigt die Darstellung in 9 den Schlauch 12 gemäß 8 mit den davon umfassten Segmenten 40, wobei eines der Segmente 40 mit einem im Vergleich zu dem mittleren Potential höheren Potential beaufschlagt ist. Dies führt an der Stelle des betroffenen Segments 40 zu einer lokalen Erhöhung des wirksamen Querschnitts des Schlauchs 12.In comparison, the illustration in 9 the hose 12 according to 8th with the segments included 40 where one of the segments 40 is subjected to a higher potential compared to the middle potential. This leads to the location of the affected segment 40 to a local increase in the effective cross-section of the hose 12 ,
Anhand der Darstellungen in 8 und 9 ist leicht nachvollziehbar, dass eine Engstelle (8) oder eine Stelle mit erhöhtem Querschnitt (9) am Ort jedes Segments 40 des Schlauchs 12 erzeugt werden und damit auch „wandern“ kann. Dafür wird - im Falle einer wandernden Engstelle - eines der beiden neben der Engstelle befindlichen Segmente 40 mit dem geringen Potential beaufschlagt und das zuvor mit dem geringen Potential beaufschlagte Segment 40 mit dem mittleren Potential beaufschlagt. Damit verschiebt sich die Engstelle entlang der Längserstreckung des Schlauchs 12 um ein Segment 40. Dies kann mehrfach wiederholt werden und je nachdem, welches der ursprünglichen/bisherigen Engstelle benachbarte Segment 40 mit dem geringen Potential beaufschlagt wird, ergibt sich eine Richtung, in der die Engstelle entlang der Längserstreckung des Schlauchs 12 wandert. Die zum Erhalt einer wandernden Engstelle notwendige Ansteuerung der Segmente 40 entspricht im Wesentlichen einer Ansteuerung einer Mehrzahl von Leuchtelementen, zum Beispiel LEDs, zum Erhalt eines sogenannten Lauflichts und in einer besonders einfachen, aber hier ausdrücklich nur beispielhaft genannten Ausführungsform ist eine Ansteuerung der Segmente 40 nach einer auf diesem Prinzip basierenden Ansteuerung realisiert.Based on the illustrations in 8th and 9 is easy to understand that a bottleneck ( 8th ) or a site of increased cross-section ( 9 ) at the location of each segment 40 of the hose 12 can be generated and thus "wander" can. This will - in the case of a wandering bottleneck - one of the two located next to the bottleneck segments 40 subjected to the low potential and the previously acted upon with the low potential segment 40 subjected to the average potential. This shifts the constriction along the longitudinal extent of the hose 12 around a segment 40 , This can be repeated several times and depending on which of the original / previous bottleneck adjacent segment 40 is applied to the low potential, there is a direction in which the bottleneck along the longitudinal extent of the tube 12 emigrated. The necessary to obtain a wandering bottleneck control of the segments 40 corresponds essentially to a control of a plurality of light-emitting elements, for example LEDs, to obtain a so-called running light and in a particularly simple, but only explicitly exemplified embodiment, a control of the segments 40 is realized according to a control based on this principle.
Mit dem Wandern einer Engstelle (oder auch mehrerer Engstellen in einem Abstand voneinander; grundsätzlich in ähnlicher Art und Weise, wie dies bei einer Peristaltikpumpe mit einem mehrarmigen Rotor 14 der Fall ist) ergibt sich ein Transport der Mediums im Schlauch 12 und es resultiert die gewünschte Pumpwirkung. Ein Schlauch 12 mit einer Mehrzahl von entlang der Längserstreckung des Schlauchs 12 nebeneinander platzierten, einzeln zur Beeinflussung eines wirksamen lokalen Querschnitts des Schlauchs 12 ansteuerbaren Segmenten 40 ist demnach die hier vorgeschlagene Pumpe 10 (Schlauch- oder Peristaltikpumpe).With the wandering of a constriction (or several constrictions at a distance from each other, basically in a similar way, as in a peristaltic pump with a multi-arm rotor 14 the case is) results in a transport of the medium in the hose 12 and the desired pumping action results. A hose 12 with a plurality of along the longitudinal extent of the hose 12 placed side by side, individually for influencing an effective local cross-section of the hose 12 controllable segments 40 is therefore the pump proposed here 10 (Tube or peristaltic pump).
Weil beim Erzeugen einer Engstelle das dort im Schlauch 12 vorhandene Medium grundsätzlich ausgehend von der Engstelle in beide Richtungen verdrängt wird, lässt sich die Pumpwirkung optional noch verbessern, wenn in der gewünschten Flussrichtung des Mediums vor der Engstelle jeweils eine Stelle mit lokal erhöhtem Querschnitt erzeugt wird, wie dies schematisch vereinfacht in der Darstellung in 10 gezeigt ist. Das durch die Engstelle verdrängte Medium strömt aufgrund des lokal erhöhten Drucks sowie des in der gewünschten Flussrichtung neben der Engstelle aufgrund der Querschnittserhöhung lokal reduzierten Drucks in Richtung auf das Segment 40 mit dem erhöhten Querschnitt und damit in die gewünschte Flussrichtung. Eine Strömung gegen die Flussrichtung findet, sofern überhaupt, nur noch in vernachlässigbar geringem Umfang statt. Sobald die Engstelle wandert und die Moleküle des jeweiligen Mediums in Bewegung sind, spielt eine Strömung gegen die gewünschte Flussrichtung aufgrund der entlang der Längserstreckung des Schlauchs 12 fortschreitenden Erzeugung der Engstelle ohnehin keine Rolle mehr. Dann hat sich im Schlauch 12 eine Druck- und Volumenwelle (Longitudinalwelle) etabliert, die durch die wandernde Engstelle gewissermaßen vorangeschoben wird, indem der Welle durch die lokale Verringerung des wirksamen Querschnitts und die resultierende lokale Druckerhöhung fortwährend Energie zugeführt wird. Die Geschwindigkeit der Welle (das Wandern der Engstelle in axialer Richtung des Schlauchs 12) in Relation zu der Zeitkonstante des Schlauches 12 (Widerstand und Dehnbarkeit) bestimmt die Größe des rückwärtigen Flusses. Ab einer Mindestgeschwindigkeit findet kein effektiver Rückfluss statt.Because when creating a bottleneck there in the hose 12 existing medium is basically displaced from the bottleneck in both directions, the pumping action can optionally be improved if in the desired flow direction of the medium before the bottleneck in each case a point with locally increased cross section is generated, as schematically simplified in the illustration in 10 is shown. The medium displaced by the constriction flows in the direction of the segment due to the locally increased pressure and the locally reduced pressure in the desired flow direction next to the constriction due to the cross-sectional increase 40 with the increased cross section and thus in the desired flow direction. A flow against the direction of flow takes place, if at all, only to a negligible extent. Once the bottleneck moves and the molecules of the respective medium are in motion, a flow against the desired flow direction due to the along the length of the tube plays 12 progressively creating the bottleneck no longer matters anyway. Then got in the hose 12 established a pressure and volume wave (longitudinal wave), which is advanced by the wandering bottleneck in a sense, by the shaft by the local reduction of the effective cross-section and the resulting local pressure increase continuously energy is supplied. The speed of the wave (the wandering of the constriction in the axial direction of the hose 12 ) in relation to the time constant of the hose 12 (Resistance and extensibility) determines the size of the backward flow. From a minimum speed there is no effective return flow.
Anhand der 8, 9 und 10 ist die Erzeugung einer Engstelle bisher aufgrund einer Beaufschlagung des betreffenden Segments 40 mit einem im Vergleich zu einem mittleren Potential geringen Potential, insbesondere 0 V, erläutert worden. Je nach Ausgestaltung der Segmente 40 des Schlauchs 12 kann zur Erzeugung einer Engstelle auch die Beaufschlagung eines jeweiligen Segments 40 mit einem im Vergleich zu einem mittleren Potential höheren Potential notwendig sein. Verallgemeinert wird die Beaufschlagung eines Segments 40 mit einem zur Erzeugung einer Engstelle am Ort des Segments 40 notwendigen Potential als Ansteuerung des Segments 40 bezeichnet. Eine Ansteuerung eines Segments 40 kann je nach dem dabei wirksamen elektrischen Potential eine Engstelle oder einen lokal erhöhten wirksamen Querschnitt zum Ergebnis haben. Ob das Ergebnis eine Engstelle oder ein lokal erhöhter wirksamer Querschnitt ist, ergibt sich dabei aus dem Kontext.Based on 8th . 9 and 10 is the creation of a bottleneck so far due to an exposure of the relevant segment 40 with a low potential compared to a mean potential, in particular 0 V. Depending on the design of the segments 40 of the hose 12 can also create a bottleneck and the admission of a respective segment 40 be necessary with a higher potential compared to a medium potential. Generalizing the admission of a segment 40 with one to create a bottleneck at the location of the segment 40 necessary potential as activation of the segment 40 designated. A control of a segment 40 may result in a bottleneck or a locally increased effective cross-section depending on the effective electrical potential. Whether the result is a bottleneck or a local one increased effective cross-section, results from the context.
Das oben beschriebene und anhand der Darstellungen in 8, 9 und 10 erläuterte Wandern einer Engstelle entlang der Längserstreckung des Schlauchs 12 kann durch eine Vorgabe und Anpassung eines jeweils für die Ansteuerung verwendeten Potentials vergleichmäßigt werden. Dazu ist in der Darstellung in 11 schematisch vereinfacht der Schlauch 12 mit einer Vielzahl davon umfasster Segmente 40 und darunter ein Graph 42 des Schlauchvolumens entlang von dessen Längserstreckung I gezeigt. Das Volumen des Schlauchs 12 ändert sich bei der exemplarisch dargestellten Situation entlang von dessen Längserstreckung etwa entsprechend einer Sinusfunktion und der Graph 42 ergibt sich durch Auftragen der aufgrund des jeweils wirksamen Querschnitts resultierenden Teilvolumina der Segmente 40 des Schlauchs 12 (auf eine flächenproportionale Darstellung der Segmente 40 ist hier verzichtet worden). Aufgrund der Darstellung in 11 wird deutlich, dass anstelle der bisher erörterten Erzeugung einer Engstelle oder eines erhöhten wirksamen Querschnitts gewissermaßen auch Zwischenwerte hinsichtlich des wirksamen Schlauchquerschnitts möglich sind, indem zur Ansteuerung eines Segments 40 Zwischenwerte eines Potentials zwischen einem mittleren und einem geringen Potential (lokale Verengung des Schlauchs 12) oder Zwischenwerte eines Potentials zwischen einem mittleren und einem hohen Potential (lokale Querschnittserweiterung des Schlauchs 12) verwendet werden.The above described and based on the representations in 8th . 9 and 10 explained walking a bottleneck along the longitudinal extent of the tube 12 can be made uniform by specifying and adjusting a potential used in each case for the control. This is shown in the illustration in 11 schematically simplifies the hose 12 with a plurality of segments thereof 40 and below that a graph 42 the hose volume along the longitudinal extent I shown. The volume of the hose 12 changes in the situation exemplified along its longitudinal extent approximately corresponding to a sine function and the graph 42 results from applying the resulting due to the respective effective cross-sectional subvolumes of the segments 40 of the hose 12 (on an area-proportional representation of the segments 40 has been omitted here). Due to the representation in 11 It becomes clear that instead of the generation of a constriction or an increased effective cross section discussed so far, intermediate values with regard to the effective tube cross section are to a certain extent also possible by controlling a segment 40 Intermediate values of a potential between a medium and a low potential (local narrowing of the tube 12 ) or intermediate values of a potential between a medium and a high potential (local cross-sectional widening of the hose 12 ) be used.
Auch die in 11 gezeigte oder eine andere Volumenverteilung entlang der Längserstreckung des Schlauchs 12 kann durch eine geeignete Ansteuerung der Segmente 40 in einer vorgegebenen oder vorgebbaren Richtung entlang der Längserstreckung des Schlauchs 12 wandern. Zur Erzeugung einer wandernden Engstelle ist eine Steuerungseinheit 44 vorgesehen, mittels derer die einzelnen Segmente 40 des Schlauchs 12 ansteuerbar sind und beim Betrieb der mit dem Schlauch 12 gebildeten Pumpe 10 angesteuert werden, wie dies schematisch vereinfacht ebenfalls in 11 gezeigt ist. Demnach erfolgt mittels der Steuerungseinheit 44 die Generierung oder Weiterleitung jeweils eines Signals 46 zur Ansteuerung jedes der Segmente 40 des Schlauchs 12. Bei n Segmenten 40 entlang des Schlauchs 12 gibt die Steuerungseinheit 44 eine entsprechende Anzahl von Signalen 46 aus und das jeweilige Potential der Signale 46 bestimmt die lokale Veränderung des Schlauchquerschnitts.Also in 11 shown or another volume distribution along the length of the tube 12 can by a suitable control of the segments 40 in a predetermined or predeterminable direction along the length of the tube 12 hike. To generate a wandering bottleneck is a control unit 44 provided by means of which the individual segments 40 of the hose 12 are controllable and the operation of the hose 12 formed pump 10 be driven, as schematically simplified also in 11 is shown. Accordingly, by means of the control unit 44 the generation or forwarding of a signal 46 for controlling each of the segments 40 of the hose 12 , At n segments 40 along the tube 12 gives the control unit 44 a corresponding number of signals 46 off and the respective potential of the signals 46 determines the local change of the hose cross-section.
Genauso, wie mittels einer Vielzahl solcher Signale 46 genau eine Engstelle und genau eine entlang des Schlauchs 12 wandernde Engstelle erzeugt werden kann, können auch mehrere Engstellen und mehrere entlang des Schlauchs 12 wandernde Engstellen, insbesondere gleichmäßig beabstandete Engstellen, erzeugt werden. Allgemein kann mittels einer Vielzahl solcher Signale 46 eine vorgegebene oder vorgebbare entlang des Schlauchs 12 wandernde Volumenverteilung, insbesondere eine vorgegebene oder vorgebbare regelmäßige oder periodische Volumenverteilung, erzeugt werden. Die Darstellung in 11 ist insoweit bereits eine Darstellung einer Volumenverteilung entlang des Schlauchs 12, welche sich aufgrund einer Ansteuerung der von dem Schlauch 12 umfassten Segmente 40 mit auf einem vorgegebenen Volumenprofil basierenden Signalen 46 ergeben hat.Just as with a variety of such signals 46 exactly one bottleneck and exactly one along the hose 12 migratory bottleneck can be generated, also several bottlenecks and several along the tube 12 wandering bottlenecks, especially evenly spaced bottlenecks are generated. Generally, by means of a plurality of such signals 46 a predetermined or predefinable along the tube 12 migratory volume distribution, in particular a predetermined or predetermined regular or periodic volume distribution can be generated. The representation in 11 is in this respect already an illustration of a volume distribution along the tube 12 , which due to a control of the of the hose 12 included segments 40 with signals based on a given volume profile 46 has resulted.
Bei dem Volumenprofil (der Graph 42 der resultierenden Volumenverteilung kann auch als Veranschaulichung des zugrunde liegenden Volumenprofils angesehen werden) handelt es sich zum Beispiel um ein periodisches (hier sinusförmiges) Volumenprofil und aufgrund einer Ansteuerung mit darauf basierenden Signalen 46 ergibt sich eine periodische Volumenverteilung (Graph 42) entlang des Schlauchs 12. Das Volumenprofil kann durch einzelne Stützstellen vorgegeben sein, zwischen denen gegebenenfalls eine Interpolation zum Erhalt einer Basis für jedes Signal 46 stattfindet. Zusätzlich oder alternativ kann das Volumenprofil auch durch eine Mehrzahl jeweils aneinander anschließender Geraden oder Kurvenstücke vorgegeben sein. Des Weiteren kommt in Betracht, dass das Volumenprofil ganz oder stückweise mittels mathematischer Funktionen, insbesondere trigonometrischer Funktionen, definiert wird. Alle genannten Möglichkeiten sind grundsätzlich miteinander kombinierbar.In the volume profile (the graph 42 the resulting volume distribution can also be regarded as an illustration of the underlying volume profile) is, for example, a periodic (here sinusoidal) volume profile and due to a drive with based thereon signals 46 results in a periodic volume distribution (graph 42 ) along the tube 12 , The volume profile can be predetermined by individual interpolation points, between which an interpolation is optionally provided to obtain a basis for each signal 46 takes place. Additionally or alternatively, the volume profile can also be predefined by a plurality of respectively adjacent straight lines or curved sections. Furthermore, it is considered that the volume profile is defined in whole or in pieces by means of mathematical functions, in particular trigonometric functions. All these options are basically combinable.
Durch eine Verschiebung eines solchen Volumenprofils und eine anschließende Generierung der Signale 46 auf Basis des verschobenen Volumenprofils ergibt sich eine entsprechend verschobene Volumenverteilung entlang des Schlauchs 12. Insoweit kommt zum Beispiel in Betracht, dass beim Anschalten einer Pumpe 10 der hier vorgeschlagenen Art und bei einer im Zusammenhang damit stattfindenden Auswertung, insbesondere Abtastung, eines Volumenprofils die resultierenden Daten in einen Ringpuffer oder dergleichen geladen werden. Ein solcher Ringpuffer umfasst für jedes Signal 46 ein Register. Beim Auslesen des Ringpuffers wird anhand des Inhalts jedes Registers jeweils ein Signal 46 für eines der Segmente 40 entlang des Schlauchs 12 erzeugt, wobei in dem Ringpuffer nebeneinander liegende Register zu Signalen 46 für entlang des Schlauchs 12 in gleicher Richtung und in gleichem Abstand nebeneinander liegende Segmente 40 führen. Das Auslesen des Ringpuffers erfolgt zum Beispiel mittels eines Lesezeigers, der zunächst auf eines der Register des Ringpuffers zeigt und nach jedem Auslesen eines Registers inkrementiert wird, so dass er danach auf das dem ausgelesenen Register in dem Ringpuffer nachfolgende Register zeigt. Das Auslesen des Ringpuffers ist beendet, wenn alle Register des Ringpuffers ausgelesen sind (und der Lesezeiger damit wieder auf das zuerst ausgelesene Register zeigt). Das Wandern der mittels der Daten in dem Ringpuffer vorgegebenen Volumenverteilung entlang des Schlauchs 12 kann dann leicht dadurch erzeugt werden, indem beim wiederholten Auslesen des Ringpuffers jeweils ein Zeiger (Startzeiger) auf ein zuerst ausgelesenes Register inkrementiert wird. Beim Beginn des Auslesens des Ringpuffers erhält der Lesezeiger den Wert des Startzeigers, dann oder im Anschluss an ein einmaliges vollständiges Auslesen des Ringpuffers wird der Startzeiger inkrementiert und zeigt damit auf das im Ringpuffer nachfolgende Register. Beim nächsten vollständigen Auslesen des Ringpuffers mittels des Lesezeigers ergibt sich ein um ein Register verschobenes Volumenprofil und entsprechend am Schlauch 12 eine um ein Segment 40 verschobene Volumenverteilung. Eine Frequenz, mit der der Ringpuffer - oder eine vergleichbare Datenstruktur oder ähnliches - ausgelesen oder interpretiert wird, bestimmt die Geschwindigkeit, mit der die resultierende Volumenverteilung entlang des Schlauchs 12 wandert und damit auch das resultierende Fördervolumen der Pumpe 10.By a displacement of such a volume profile and a subsequent generation of the signals 46 On the basis of the displaced volume profile results in a correspondingly displaced volume distribution along the tube 12. In that regard, for example, comes into consideration that when switching on a pump 10 of the type proposed here and in an associated therewith evaluation, in particular sampling, a volume profile, the resulting data are loaded into a ring buffer or the like. Such a ring buffer comprises for each signal 46 a register. When the ring buffer is read, a signal is generated based on the content of each register 46 for one of the segments 40 along the tube 12 generated, wherein in the ring buffer adjacent registers to signals 46 for along the tube 12 in the same direction and at the same distance adjacent segments 40 to lead. The reading out of the ring buffer takes place, for example, by means of a read pointer, which initially points to one of the registers of the ring buffer and is incremented after each read-out of a register, so that it then points to the register following the read-out register in the ring buffer. The Read out of the ring buffer is finished when all registers of the ring buffer are read out (and the read pointer thus points back to the first read register). The migration of the volume distribution along the tube as dictated by the data in the ring buffer 12 can then be easily generated by each one pointer (start pointer) is incremented to a first-read register during repeated reading of the ring buffer. At the beginning of the reading out of the ring buffer, the read pointer receives the value of the start pointer, and then, or after a complete complete read out of the ring buffer, the start pointer is incremented and points to the register following in the ring buffer. The next complete readout of the ring buffer by means of the read pointer results in a volume profile shifted by one register and correspondingly on the hose 12 one by one segment 40 shifted volume distribution. A frequency at which the ring buffer - or a comparable data structure or the like - is read out or interpreted determines the rate at which the resulting volume distribution along the tube 12 migrates and thus also the resulting delivery volume of the pump 10 ,
Die Ansteuerung der Segmente 40 erfolgt zum Beispiel mittels pulsweitenmodulierter Signale 46. Dafür gehört zu jedem Segment 40 ein Stromkreis mit einer Spannungsquelle, zum Beispiel einer Spannungsquelle für alle Segmente 40, und mit einem mittels des pulsweitenmodulierten Signals 46 ansteuerbaren elektronischen Schalter, zum Beispiel in Form eines Transistors. Bei Betätigung des elektronischen Schalters wird das aufgrund der Spannungsquelle verfügbare Potential an die oder jede elektroaktive Membran 20 in dem jeweiligen Segment 40 angelegt. Wenn die Betätigung des elektronischen Schalters endet, verschwindet das elektrische Potential. Im zeitlichen Mittel ergibt sich aufgrund des zur Ansteuerung des Schalters verwendeten pulsweitenmodulierten Signals ein Potential, welches zu der gewünschten Beeinflussung des lokalen Querschnitts des Schlauchs 12 führt. Die Grundfrequenz des pulsweitenmodulierten Signals wird dabei ausreichend hoch gewählt, zum Beispiel nicht unter 1 kHz, so dass sichergestellt ist, dass einzelne Pulse des pulsweitenmodulierten Signals keine Aspektänderung der elektroaktiven Membran 20 bewirken.The control of the segments 40 takes place for example by means of pulse width modulated signals 46 , That's part of every segment 40 a circuit with a voltage source, for example a voltage source for all segments 40 , and with a means of the pulse width modulated signal 46 controllable electronic switch, for example in the form of a transistor. Upon actuation of the electronic switch, the potential available due to the voltage source becomes the or each electroactive membrane 20 in the respective segment 40 created. When the operation of the electronic switch ends, the electric potential disappears. On average over time, due to the pulse-width-modulated signal used to drive the switch, there is a potential which results in the desired influencing of the local cross-section of the hose 12 leads. The fundamental frequency of the pulse width modulated signal is chosen to be sufficiently high, for example not below 1 kHz, so that it is ensured that individual pulses of the pulse width modulated signal no aspect change of the electroactive membrane 20 cause.
Bisher wurde vereinfachend angenommen, dass die aufgrund eines vorgegebenen oder vorgebbaren Volumenprofils resultierende Volumenverteilung (Graph 42) entlang des Schlauchs 12 dem zugrundeliegenden Volumenprofil entspricht. Dies ist nicht ohne Weiteres als gegeben anzunehmen und in der Praxis können sich Abweichungen zwischen dem Volumenprofil und der resultierenden Volumenverteilung ergeben. Zur Minimierung von Abweichungen ist optional eine Verwendung einzelner oder mehrerer Segmente 40 als Sensorik vorgesehen. Bekanntlich liefert eine Kapazitätsmessung an einer elektroaktiven Membran 20 ein Maß für deren Dicke und damit ein Maß für deren wirksame Länge. Ein so erhältlicher Kapazitätsmesswert ist damit auch ein Maß für einen lokal eingestellten wirksamen Querschnitts des Schlauchs 12. Damit ist eine Regelung des Schlauchquerschnitts für das jeweilige Segment 40 und bei einer Reglung aller Segmente 40 eine Regelung der sich entlang des Schlauchs 12 einstellenden Volumenverteilung möglich. Bei einer solchen Regelung wird kontinuierlich für einzelne oder alle Segmente 40 ein jeweiliger Sollwert für einen lokal gewünschten Schlauchquerschnitt mit einem mittels einer Kapazitätsmessung erhältlichen Istwert für den tatsächlichen lokalen Schlauchquerschnitt verglichen und in Abhängigkeit von einer eventuellen Abweichung zwischen Soll- und Istwert in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise eine Stellgröße zur Auslöschung der Regelabweichung oder zumindest zur Minimierung der Regelabweichung erzeugt, nämlich eine Stellgröße, mittels derer das an dem jeweiligen Segment 40 anliegende elektrische Potential angepasst wird.So far, it has been assumed for simplicity that the volume distribution resulting due to a given or specifiable volume profile (graph 42 ) along the tube 12 corresponds to the underlying volume profile. This is not to be taken for granted and in practice deviations between the volume profile and the resulting volume distribution may result. To minimize deviations, it is optional to use one or more segments 40 provided as sensor. As is known, provides a capacitance measurement on an electroactive membrane 20 a measure of their thickness and thus a measure of their effective length. A so-available capacity measured value is thus also a measure of a locally set effective cross-section of the hose 12 , This is a regulation of the tube cross-section for each segment 40 and in a regulation of all segments 40 a scheme of getting along the hose 12 adjusting volume distribution possible. In such a scheme is continuous for single or all segments 40 a respective desired value for a locally desired tube cross-section with an available by a capacitance measurement actual value for the actual local tube cross-section and depending on a possible deviation between the setpoint and actual value in basically known manner a manipulated variable to extinguish the control deviation or at least Minimization of the control deviation generated, namely a manipulated variable, by means of which at the respective segment 40 fitting electrical potential is adjusted.
Eine solche Regelung kann ergänzend oder alternativ optional zur Realisierung bestimmter Betriebsarten der Pumpe 10 verwendet werden. Grundsätzlich gewährleistet die Regelung eine möglichst genaue Übereinstimmung einer sich entlang des Schlauchs 12 einstellenden Volumenverteilung mit zum Beispiel durch eine Anzahl von Engstellen und deren Abstand zueinander oder anhand eines Volumenprofils vorgegebenen gewünschten lokalen Schlauchquerschnitten. Bei einer möglichen speziellen Betriebsart der Pumpe 10 ist zum Beispiel ein konstantes Volumen zwischen benachbarten Engstellen entlang des Schlauchs 12 eine Regelungs-Zielgröße. Bei einer anderen möglichen Betriebsart ist zum Beispiel eine mittels des geförderten Mediums erzeugte konstante Kraft und damit ein konstanter Druck eine Regelungs-Zielgröße. Bei einer nochmals weiteren möglichen Betriebsart ist eine Fortpflanzungsgeschwindigkeit der durch jeweils zwei Engstellen begrenzten Blasen mit dem geförderten Medium eine Regelungs-Zielgröße. Solche oder weitere denkbare Betriebsarten sind auch kombinierbar.Such a regulation can additionally or alternatively optionally for the realization of certain operating modes of the pump 10 be used. Basically, the regulation ensures the most accurate match possible along the hose 12 adjusting volume distribution with, for example, by a number of bottlenecks and their distance from one another or by means of a volume profile predetermined desired local tube cross-sections. In a possible special operating mode of the pump 10 For example, it is a constant volume between adjacent bottlenecks along the tube 12 a regulatory target size. In another possible operating mode, for example, a constant force generated by means of the pumped medium and thus a constant pressure is a control target variable. In yet another possible mode of operation, a rate of propagation of bubbles bounded by two bottlenecks each with the delivered medium is a control target. Such or other conceivable modes of operation can also be combined.
Ziel der Regelung ist es, die Auswirkung der Pumpe 10 auf das umgebende pneumatische System so anzupassen, dass zum Beispiel eine geringe Druckpulsation, eine kontinuierliche Volumenförderung und/oder eine geringe Geräuschentwicklung resultiert. Die Anpassung der Parameter, zum Beispiel die Anpassung der Anzahl der Engstellen, die Auswahl eines letztlich auch die Anzahl der Engstellen bestimmenden Volumenprofils, die Auswahl von Regelungs-Zielgrößen usw. erfolgt in Abhängigkeit von dem jeweils geförderten Medium und den verwendeten Materialien, insbesondere dem Material des Schlauchs 12 und den für die Schlauchsegmente 40 verwendeten Materialien.The aim of the regulation is to determine the effect of the pump 10 be adapted to the surrounding pneumatic system so that, for example, a low pressure pulsation, a continuous volume production and / or low noise results. The adaptation of the parameters, for example the adaptation of the number of bottlenecks, the selection of a finally also the number of bottlenecks determining volume profile, the selection of control target sizes, etc. takes place depending on the particular subsidized medium and the materials used, especially the material of hose 12 and for the hose segments 40 used materials.
Einzelne im Vordergrund stehende Aspekte der hier eingereichten Beschreibung lassen sich damit kurz wie folgt zusammenfassen: Angegeben werden eine Schlauch- oder Peristaltikpumpe Pumpe 10 und ein Verfahren zu deren Betrieb. Die Pumpe 10 umfasst einen lokal hinsichtlich seines wirksamen Querschnitts beeinflussbaren Schlauch 12, nämlich einen Schlauch 12, welcher zumindest eine elektroaktive Membran 20 umfasst, wobei entlang der Längserstreckung des Schlauchs 12 beidseitig und mit Abstand zueinander an der zumindest einen elektroaktiven Membran 20 Elektroden 22 angebracht sind. Die Elektroden 22, die einander im selben Abschnitt des Schlauchs 12 an der zumindest einen elektroaktiven Membran 20 gegenüberliegen, definieren durch ihre Ausdehnung ein Segment des Schlauchs 12. Der Schlauch 12 umfasst entlang seiner Längserstreckung eine Mehrzahl solcher Segmente 40 und jedes Segment 40 ist mittels einer Ansteuerung seiner Elektroden 22 zur Beeinflussung eines wirksamen Querschnitt des Schlauchs 12 im Bereich des jeweiligen Segments 40 ansteuerbar, zum Beispiel zum Erhalt einer Engstelle. Mittels einer Ansteuerung eines einem zuvor angesteuerten Segment 40 in einer gewünschten Förderrichtung benachbarten Segments 40 und mittels eines Aufhebens der Ansteuerung des zuvor angesteuerten Segments 40 ist ein Wandern des lokal veränderten wirksamen Querschnitts des Schlauchs 12, zum Beispiel der Engstelle, entlang von dessen Längserstreckung und damit ein Transport eines im Innern des Schlauchs 12 befindlichen Mediums bewirkbar und wird beim Betrieb der Pumpe 10 zum Erhalt der Pumpwirkung bewirkt.Individual prominent aspects of the description submitted here can thus be briefly summarized as follows: Specified are a peristaltic pump or peristaltic pump 10 and a method of operation thereof. The pump 10 includes a locally influenced with regard to its effective cross section hose 12 namely, a hose 12 which comprises at least one electroactive membrane 20 includes, being along the longitudinal extent of the hose 12 on both sides and at a distance from each other on the at least one electroactive membrane 20 electrodes 22 are attached. The electrodes 22 that fit each other in the same section of the hose 12 on the at least one electroactive membrane 20 Opposite, define by their extent a segment of the hose 12 , The hose 12 includes along its longitudinal extent a plurality of such segments 40 and every segment 40 is by means of a control of its electrodes 22 for influencing an effective cross-section of the hose 12 in the area of the respective segment 40 controllable, for example, to obtain a bottleneck. By means of a control of a previously driven segment 40 in a desired conveying direction adjacent segment 40 and by canceling the control of the previously driven segment 40 is a migration of the locally altered effective cross section of the tube 12 , For example, the bottleneck along the longitudinal extent and thus a transport inside the tube 12 located medium and is effected during operation of the pump 10 causes the pumping effect.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
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1010
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Pumpe / Schlauch-, PeristaltikpumpePump / hose, peristaltic pump
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1212
-
Schlauchtube
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1414
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Rotorrotor
-
1616
-
Rollerole
-
1818
-
(frei)(free)
-
2020
-
elektroaktive Membranelectroactive membrane
-
2222
-
Elektrodeelectrode
-
23, 2423, 24
-
Leitungmanagement
-
2626
-
Biegebalkenbending beam
-
2828
-
Schichtlayer
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3030
-
SchlauchmantelabschnittHose jacket section
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3232
-
elastische Folieelastic film
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3434
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Abstandselementspacer
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4040
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Segment (des Schlauchs)Segment (of the tube)
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4242
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Graph (einer Volumenverteilung entlang des Schlauchs)Graph (a volume distribution along the tube)
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4444
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Steuerungseinheitcontrol unit
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4646
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Signalsignal
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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US 2004124384 A1 [0026]US 2004124384 A1 [0026]
