DE19534378C1 - Fluidpumpe - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Fluidpumpe.

Es ist bekannt, zum Transport von Flüssigkeiten und Gasen Verdrängerpumpen zu verwenden, die aus einem periodischen Verdränger, einem Kolben oder einer Membran, und zwei pas­ siven Rückschlagventilen bestehen. Durch die periodische Be­ wegung des Kolbens oder der Membran wird Flüssigkeit durch das Einlaßventil in eine Pumpkammer angesaugt, bzw. durch das Auslaßventil aus der Pumpkammer verdrängt. Die Trans­ portrichtung ist dabei durch die Anordnung der Ventile vor­ gegeben. Soll bei einer derartigen Anordnung die Pumprich­ tung umgekehrt werden, ist bei solchen bekannten Pumpen eine mit einem hohen Aufwand verbundene, externe Umsteuerung der Ventile notwendig. Derartige Pumpen sind beispielsweise bei Jarolav und Monika Ivantysyn; Hydrostatische Pumpen und Mo­ toren; Vogel Buchverlag, Würzburg, 1993, gezeigt.

Entsprechende Pumpen, die eine geringe Baugröße aufweisen und geringe Pumpströme liefern, bezeichnet man als Mikro­ pumpen. Die Verdränger solcher Pumpen sind typischerweise als Membran ausgeführt, siehe P. Gravesen, J. Branebjerg, O. S. Jensen; Microfluidics - A review; Micro Mechanics Europe Neuchatel, 1993, Seiten 143-164. Die Verdränger können durch unterschiedliche Mechanismen angetrieben werden. Bei H.T.G. Van Lintel, F.C.M. Van de Pol. S. Bouwstra, A Pie­ zoelectric Micropump Based on Micromachining of Silicon, Sensors & Actuators, 15, Seiten 153-167, 1988, S. Shoji, S. Nakagawa and M. Esashi, Micropump and sample injector for intrgrated chemical analyzing systems; Sensors and Actua­ tors, A21-A23 (1990) Seiten 189-192, E. Stemme, G. Stemme; A valveless diffuser/nozzle-based fluid pump; Sensors & Actuators A, 39 (1993) 159-167, Und T. Gerlach, H. Wurmus; Working principle and performance of the dynamic micropump; Proc. MEMS′95; (1995), Seiten 221-226; Amsterdam, The Ne­ therlands, sind piezoelektrische Antriebsmechanismen ge­ zeigt. Thermopneumatische Mechanismen zum Antreiben der Ver­ dränger sind bei F.C.M. Van de Pol, H.T.G. Van Lintel, M. Elwenspoek and J.H.J. Fluitman, A Thermo-pneumatic Micropump Based on Micro-engineering Techniques, Sensors & Actuators, A21-A23, Seiten 198-202, 1990, B. Büstgens, W. Bacher, W. Menz, W. K. Schomburg; Micropump manufactored by thermopla­ stic molding; Proc. MEMS′94; (1994), Seiten 18-21, ge­ zeigt. Ein elektrostatischer Mechanismus ist bei R. Zenger­ le, W. Geiger, M. Richter, J. Ulrich, S. Kluge, A. Richter; Application of Micro Diaphragm Pumps in Microfluid Systems; Proc. Actuator ′94; 15.-17.6.1994; Bremen, Germany; Seiten 25-29, gezeigt. Ferner können die Verdränger thermomecha­ nisch qder magnetisch angetrieben werden.

Wie ebenfalls in den oben genannten Schriften gezeigt ist, können als Ventile entweder passive Rückschlagventile oder spezielle Strömungsdüsen verwendet werden. Die Förderrich­ tung von Mikropumpen kann ohne eine Zwangssteuerung der Ven­ tile allein durch eine Ansteuerung mit einer Frequenz ober­ halb der Resonanzfrequenz der Ventile umgekehrt werden. Dazu seien R. Zengerle, S. Kluge, M. Richter, A. Richter; A. Bi­ directional Silicon Micropump; Proc. MEMS ′95; Amsterdam, Niederlande; Seiten 19-24, J. Ulrich, H. Füller, R. Zenger­ le; Static and dynamic flow simulation through a KOH-etched micro valve; Proc. TRANSDUCERS ′95, Stockholm, Sweden, (1995), Seiten 17-20, betrachtet. Die Ursache dieses Ef­ fekts ist eine Phasenverschiebung zwischen der Bewegung des Verdrängers und dem Öffnungszustand der Ventile. Ist die Phasendifferenz größer als 90°, so ist der Öffnungszustand der Ventile antizyklisch zu deren Zustand im normalen Vor­ wärtsmodus und die Pumprichtung ist umgedreht. Eine externe Umsteuerung der Ventile, wie sie bei makroskopischen Pumpen notwendig ist, entfällt. Die entscheidende Phasendifferenz zwischen dem Verdränger und den Ventilen hängt dabei einer­ seits von der Antriebsfrequenz der Pumpe und andererseits von der Resonanzfrequenz des beweglichen Ventilteils in der Flüssigkeitsumgebung ab.

Ein Nachteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß bei der Ausführung der Ventile ein Kompromiß zwischen deren me­ chanischer Resonanz in der Flüssigkeitsumgebung, deren Strö­ mungswiderstand, deren fluidischer Kapazität, d. h. der ela­ stischen Volumenverformung, deren Baugröße und deren mecha­ nischer Stabilität gefunden werden muß. Diese Parameter, die alle jeweils Auswirkungen auf die Pumpdynamik haben, können also nicht unabhängig voneinander auf ein Optimum einge­ stellt werden und stehen zum Teil einer erwünschten, weite­ ren Miniaturisierung der Pumpabmessungen entgegen.

Generell nachteilig bei der Verwendung von Pumpen mit pas­ siven Rückschlagventilen ist ferner die Tatsache, daß die Pumpen im ausgeschalteten Zustand das zu fördernde Medium nicht sperren. Übersteigt der Eingangs- den Ausgangsdruck um die Vorspannung der Ventile, so durchfließt das zu pumpende Medium die Pumpe.

Mikropumpen, die spezielle Strömungsdüsen verwenden, besit­ zen den Nachteil, daß sie einen sehr geringen maximalen Pumpwirkungsgrad im Bereich von den 10-20% aufweisen.

Eine beispielhafte, mit Rückschlagventilen versehene Mikro­ pumpe ist in der EP 0 568 902 A2 offenbart. Diese Mikropumpe wird durch die Reziprokbewegung einer Membran betrieben. Durch die Bewegung der Membran ändert sich das Volumen einer Pumpkammer, die durch die Membran und ein Trägerbauglied ge­ bildet ist. Der Auslaß und der Einlaß der Mikropumpe sind mit einem Auslaßventil bzw. einem Einlaßventil versehen.

Ausgehend von dem genannten Stand der Technik liegt der vor­ liegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine effiziente Fluidpumpe mit einem einfachen Aufbau, die keine Rückschlag­ ventile aufweist, zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch eine Fluidpumpe gemäß Patentan­ spruch 1 gelöst.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Fluidpumpe mit einem Pumpenkörper, einem Verdränger, der mittels eines Antriebs in eine erste und eine zweite Endstellung positionierbar ist, wobei der Verdränger und der Pumpenkörper derart ausge­ bildet sind, daß zwischen denselben eine Pumpkammer, die über eine erste und eine zweite Öffnung, die keine Rück­ schlagventile aufweisen, mit einem Einlaß und einem Auslaß fluidmäßig verbindbar ist, definiert ist, und einem elastischen Puffer, der an die Pumpkammer angrenzt. Der Verdränger verschließt die erste Öffnung, wenn er in der ersten Endstellung ist und läßt die erste Öffnung offen, wenn er in der zweiten Endstellung ist.

Bei der Fluidpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung sind keine Rückschlagventile, weder passive noch aktive, erfor­ derlich. Ferner kann die Fluidpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung zum aktiven Sperren des Fluids in beiden Richtun­ gen verwendet werden. Bei der Pumpe gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Umkehr der Förderrichtung ohne Verwendung einer externen Zwangssteuerung von Ventilen und ohne die Verwendung einer Resonanz von passiven Rückschlagventilen erreichbar. Die mit der Pumpe gemäß der vorliegenden Erfin­ dung erreichbare Pumpleistung kann durch die Steuerung des Zeitablaufs des Treibens des Verdrängers in die erste und in die zweite Endposition, also durch das Steuern des Taktver­ hältnisses, optimiert werden. Ferner kann die erreichbare Pumpleistung über eine Querschnittanpassung von erster und zweiter Öffnung optimiert werden.

Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den ab­ hängigen Ansprüchen dargelegt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich­ nungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Querschnittdarstellung eines er­ sten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfin­ dung;

Fig. 2 eine Darstellung der wesentlichen Pumpparameter der Pumpe, die in Fig. 1 gezeigt ist;

Fig. 3 eine Darstellung der transienten Vorgänge der ein­ zelnen Komponenten der in den Fig. 1 und 2 dar­ gestellten Pumpe;

Fig. 4a bis 4e graphische Darstellungen der Pumpe von Fig. 1 während eines Pumpzyklusses;

Fig. 5 eine Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbei­ spiels der Pumpe gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 eine Querschnittansicht eines dritten Ausführungs­ beispiels einer Pumpe gemäß der vorliegenden Erfin­ dung;

Fig. 7 eine Schnittansicht eines vierten Ausführungsbei­ spiels einer Pumpe gemäß der vorliegenden Erfin­ dung;

Fig. 8 eine Darstellung der transienten Vorgänge der ein­ zelnen Komponenten bei einer Rückwirkung der Pump­ kammer auf den Verdränger;

Fig. 9 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Pumpe gemäß der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 10a bis 10e graphische Darstellungen einer Pumpe gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung während eines Pumpzyklusses.

In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Pumpe ge­ mäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Pumpe weist ei­ nen Pumpenkörper 10, der plattenartig ausgebildet ist, und einen Verdränger 12, der über Verbindungen 18, die material­ abhängig ausgeführt sind, auf dem Pumpenkörper befestigt ist, auf. Eine Pumpkammer 14 ist durch eine Ausnehmung in dem Pumpenkörper 10 gebildet. In dem Pumpenkörper sind fer­ ner zwei Öffnungen, eine erste Öffnung 15 und eine zweite Öffnung 16, vorgesehen, an welche die Fluidleitungen des zu pumpenden Fluids angeschlossen werden können. Ein elasti­ scher Puffer 13 ist bei dem ersten Ausführungsbeispiel durch eine Verdünnung des Pumpenkörpers 10 als eine Membran ausge­ bildet, die druckabhängig verformbar ist.

Der Verdränger 12 kann durch einen Antrieb (nicht gezeigt) periodisch zwischen zwei Endstellungen hin- und herbewegt werden. In der ersten Endstellung verschließt der Verdränger 12 die erste Öffnung 15, die im normalen Betrieb der Pumpe dem Einlaß darstellt. In der zweiten Endposition läßt der Verdränger 12 die erste Öffnung 15 offen. Die zweite Öffnung 16, die im normalen Betrieb den Auslaß darstellt, ist unge­ achtet der Stellung des Verdrängers 12 während eines gesam­ ten Pumpzyklus geöffnet.

Nachfolgend wird der Pumpmechanismus der in Fig. 1 darge­ stellten Pumpe näher erläutert. Für diese Erläuterung wird die erste Öffnung 15 als Einlaßöffnung und die zweite Öff­ nung 16 als Auslaßöffnung betrachtet. In Fig. 2 sind die we­ sentlichen Parameter, die zur Erklärung des Pumpmechanismus nötig sind, dargestellt.

Es sei angenommen, daß auf der Einlaßseite der hydrostati­ sche Druck p1 herrscht, auf der Auslaßseite der hydrosta­ tische Druck p2 und in der Pumpkammer der Druck p. Die Durchströmung der beiden Öffnungen sei mit Φ_e für die Ein­ laßöffnung 15 und mit Φ_a für die Auslaßöffnung 16 bezeich­ net. Der Verdränger, bei dem gemäß dem ersten Ausführungs­ beispiel die Ruhelage der ersten Endstellung, bei der die Einlaßöffnung verschlossen ist, entspricht, wird durch die Betätigung des Antriebs in seine zweite Endstellung bewegt, wodurch eine Änderung des Volumens der Pumpkammer um eine definierte Volumenmenge dV* stattfindet. Eine druckabhängige Volumenverdrängung des elastischen Puffers wird mit V_Puffer bezeichnet. Sie wird positiv gewertet, wenn sich die Membran 13 aus der Pumpkammer 14 herauswölbt, und negativ, wenn sich dieselbe in die Pumpkammer 14 hineinverformt.

Das Volumen der Pumpkammer setzt sich aus einem Grundvolumen V₀ der Pumpkammer 14, der Auslenkung des Verdrängers 12 V_Verdränger und der Volumenverformung des Puffervolumens V_Puffer gemäß folgender Gleichung zusammen:

V_Pumpkammer = V₀ + V_Puffer(p) + V_Verdränger (1)

Eine Änderung des Pumpkammervolumens dV_Pumpkammer setzt sich dementsprechend wie folgt zusammen:

dV_Pumpkammer = dV₀(p) + dV_Puffer(p) + dV_Verdränger (2)

Die Kontinuitätsgleichung für das Volumen der Pumpkammer lautet:

dV_Pumpkammer/dt = Φ_e(p₁-p)-Φ_a(p-p₂) (3)

Ein gesamter Pumpzyklus läßt sich in vier Teilschritte zer­ legen, wobei sich die zeitlichen Abläufe unter einigen ver­ einfachenden Annahmen auf der Basis von Gleichung (2) und Gleichung (3) berechnen lassen. Im folgenden wird das zeit­ liche Verhalten der einzelnen Pumpkomponenten in den vier Teilschritten, sowie der sich daraus ergebende Pumpeffekt erläutert. Dabei wird zunächst von einer Pumpkammer ausge­ gangen, die vollständig mit einem inkompressiblen Medium ge­ füllt ist, beispielsweise einer Flüssigkeit mit dV₀/dp ≈ 0. Es gilt:

dV₀(p) = [dV₀(p)/dp] dp = 0 (4)

Teilschritt 1

Der Verdränger 12 wird von der ersten Endposition, also der­ jenigen Endposition, in der er die Einlaßöffnung 15 ver­ schließt, innerhalb einer sehr kurzen Zeit, dt ≈ 0, um ein definiertes Volumen dV* nach oben bewegt. Dies führt zu ei­ ner entsprechenden Volumenverformung des elastischen Puffer­ volumens, d. h. der Membran 13, in die Pumpkammer hinein, da der Pumpkammerinhalt als inkompressibel angenommen wurde, und da innerhalb der kurzen Zeit dt ≈ 0 die Volumenverände­ rung des Verdrängers 12 nicht durch die Fluidströmungen Φ_e und Φ_a kompensiert werden können. Wenn dt ≈ 0 angenommen wird, folgt aus der Gleichung (3) dV_Pumpkammer ≈ 0 und da­ raus mit den Gleichung (2) und (4) dV_Puffer = dV_Verdränger = -dV*. Das verformte Puffervolumen erzeugt in der Pumpkam­ mer 14 einen Unterdruck, der sich über die Charakteristik V_Puffer(p) berechnen läßt.

Teilschritt 2 (Saugphase)

Durch den in der Pumpkammer erzeugten Unterdruck treten nun Fluidströmungen durch die Einlaß- und die Auslaßöffnung auf. Entsprechend der in die Pumpkammer geströmten Fluidmenge entspannt sich das Puffervolumen, wobei sich der von demsel­ ben erzeugte Unterdruck abbaut. Der zeitliche Verlauf des Pumpkammerdrucks in dieser Pumpphase ergibt sich aus den Gleichungen (2) und (3) zu:

dp/dt = [Φ_e(p₁-p)-Φ_a(p-p₂))/[dV_Puffer/dp] (5)

Sind die Strömungswiderstände der Einlaß- und Auslaßöffnung gleich groß und entsprechen die hydrostatischen Drücke p₁ und p₂ dem Umgebungsdruck, so fließen durch die Einlaß- bzw. Auslaßöffnung jeweils gleich große Fluidmengen in die Pump­ kammer 14.

Teilschritt 3

Nun wird der Verdränger aus der zweiten Endposition, d. h. derjenigen Endposition, in der die Einlaßöffnung offen war, innerhalb einer sehr kurzen Zeit, dt ≈ 0, um ein definiertes Volumen dV_Verdränger = -dV* nach unten bewegt. Die Einlaß­ öffnung ist nun verschlossen. Die Abwärtsbewegung des Ver­ drängers 12 führt zu einer entsprechenden Volumenverformung des elastischen Puffers, d. h. der Membran 13 im ersten Aus­ führungsbeispiel, aus der Pumpkammer 14 heraus, da der Pump­ kammerinhalt als inkompressibel angenommen wurde, und die Volumenänderung des Verdrängers 12 innerhalb der kurzen Zeit nicht durch die Fluidströmungen Φ_e und Φ_a durch die Öffnung 15, 16 ausgeglichen werden kann. Erfolgt der zeitliche Ab­ lauf innerhalb dt ≈ 0, dann folgt aus der Gleichung (3) dV_Pumpkammer ≈ 0 und daraus mit den Gleichungen (2) und (4):
dV_Puffer = -dV_Verdränger = +dV*. Das verformte Puffervolumen erzeugt nun in der Pumpkammer einen Überdruck, der sich ebenfalls aus der Druckcharakteristik V_Puffer(p) des Puffers berechnen läßt.

Teilschritt 4 (Pumpphase)

Nach dem Teilschritt 3 ist die Einlaßöffnung 15 durch den Verdränger 12 verschlossen. Somit kann die Fluidströmung, die aufgrund des Überdrucks in der Pumpkammer 14 auftritt, die Pumpkammer ausschließlich durch die Auslaßöffnung 16 verlassen. Entsprechend der aus der Pumpkammer geströmten Fluidmenge entspannt sich das Puffervolumen, wobei sich der von dem Puffervolumen erzeugte Überdruck abbaut. Der zeitli­ che Verlauf des Pumpkammerdrucks in dieser Phase ergibt sich wiederum aus den Gleichungen (2) und (3) zu:

dp/dt = [-Φ_a(p-p₂)]/[dV_Puffer/dp] (6)

Wie aus der obigen Erläuterung offensichtlich ist, wird wäh­ rend des Teilschritts 2 die Fluidmenge dV* durch die Einlaß- und Auslaßöffnung 15, 16 angesaugt, wohingegen sie während des Teilschritts 4 allein durch die Auslaßöffnung 16 ver­ drängt wird. Sind die Strömungswiderstände von Einlaß- und Auslaßöffnung gleich groß und arbeitet die Pumpe ohne Last, d. h. p₂ = p₁ = 0, so wird in der Nettobilanz über einen ge­ samten Zyklus 50% des Verdrängervolumens dV* vom Einlaß 15 in den Auslaß 16 transportiert.

Aus einem Vergleich der Gleichungen (5) und (6) ist dabei ersichtlich, daß der Teilschritt 2, die Saugphase, schneller abläuft, als der Teilschritt 4, die Pumpphase. Die Ursache dafür liegt darin, daß der Unterdruck in der Saugphase durch einen Fluidstrom durch beide Öffnungen ausgeglichen wird. Der Überdruck in der Pumpphase muß dagegen durch eine Fluid­ strömung durch nur eine Öffnung, die Auslaßöffnung 16, aus­ geglichen werden.

Durch eine Variation der Strömungswiderstände von Einlaß- und Auslaßöffnung, d. h. eine Änderung der Öffnungsquer­ schnitte der beiden Öffnungen, kann der Pumpwirkungsgrad va­ riiert werden. Insbesondere durch eine Erhöhung des Strö­ mungswiderstandes auf der Auslaßseite bezüglich zur Ein­ laßseite kann der Wirkungsgrad im lastfreien Fall auf deut­ lich mehr als 50% optimiert werden. Der Grund dafür liegt in einer deutlich geringeren Rückströmung von Fluid vom Auslaß in die Pumpkammer während der Saugphase. Allerdings hat die Erhöhung des Strömungswiderstandes auf der Auslaßseite gemäß Gleichung (6) eine entsprechende Verlängerung der Pumpphase zur Folge.

Saug- und Pumpphasen unterschiedlicher Dauer können bei der Ansteuerung des Verdrängers berücksichtigt werden, indem ein von 50% verschiedenes Taktverhältnis verwendet wird, d. h. indem der Zeitablauf des Treibens des Verdrängers in die er­ ste und in die zweite Endposition gesteuert wird. In dem Fall, des erhöhten Strömungswiderstandes auf der Auslaßseite bedeutet dies, daß die Saugphase durch die Ansteuerung des Verdrängers verkürzt wird, während die Pumpphase verlängert wird.

In Fig. 3 sind die transienten Vorgänge in der Pumpe gemäß Fig. 1 in Diagrammform dargestellt.

Die Kurve "A" zeigt den Verlauf der Verdrängerbewegung wäh­ rend eines Pumpzyklusses in den vier Teilschritten 1, 2, 3 und 4. Im Schritt 1 wird der Verdränger sehr schnell nach oben ausgelenkt und verharrt während des Schritts 2 in die­ ser Stellung. Dabei ist die Einlaßöffnung offen. Im Schritt 3 wird der Verdränger sehr schnell nach unten bewegt, ver­ schließt die Eingangsöffnung und verharrt während des Schritts 4 in diesem Zustand.

Die Kurve "B" stellt die Reaktion des Puffers dar, der gemäß dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 aus der Membran 13 be­ steht. Dieses elastische Pufferelement in der Form der Mem­ bran 13 kann sich entsprechend der Druckverhältnisse verfor­ men. Während des Schritts 1 kompensiert die Verformung des Puffers die Volumenänderung des Verdrängers. Während des Schritts 2 baut sich die Verformung des Puffers durch die Fluidströmungen durch die Einlaß- bzw. Auslaßöffnung wieder ab. Im Schritt 3 verformt sich das Pufferelement nach unten und kompensiert so die schnelle Volumenänderung des Verdrän­ gers. Während des Teilschritts 4 baut sich diese Verformung durch die Fluidströmung durch die Auslaßöffnung wieder ab.

Die Kurve "C" stellt den Pumpkammerdruck dar. Da der Pump­ kammerdruck von der Verformung des Puffers abhängt, ent­ spricht sein Verlauf im wesentlichen dem Verlauf der Volu­ menänderung durch den Puffer.

Die Kurve "D" veranschaulicht den Durchfluß durch die Ein­ laßöffnung. Aus der Kurve "D" ist ein Gleichrichterwirkung zu erkennen, da der Einlaß im Schritt 3 verschlossen wird und während des Teilschritts 4, während dem in der Druck­ kammer ein Überdruck herrscht, verschlossen bleibt. Damit ist eine Rückströmung von der Pumpkammer in die Einlaßseite verhindert.

Die Kurve "E" zeigt den Durchfluß durch die Auslaßöffnung. Da die Auslaßöffnung in beiden Endstellungen des Verdrängers geöffnet ist, strömt das Fluid sowohl im Schritt 2 als auch im Schritt 4 durch die Auslaßöffnung. Der Nettotransport von Fluid durch die Einlaß- und Auslaßöffnung ergibt sich aus dem Integral über eine der beiden Kurven "D" oder "E". Im normalen Betriebsmodus ist der Nettotransport vom Einlaß zum Auslaß gerichtet.

In den Fig. 4a bis 4e ist die Pumpe gemäß dem ersten Ausfüh­ rungsbeispiel, das in Fig. 1 gezeigt ist, während der ver­ schiedenen Teilschritte eines Pumpzyklusses dargestellt.

Die Fig. 5, 6 und 7 zeigen weitere Ausführungsbeispiele für eine Pumpe gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 5 zeigt eine Pumpe, bei der ein Puffer 43 in einem Pum­ penkörper 40 angeordnet ist. Der Pumpenkörper 40 weist eine Grundplatte 40a und Seitenwände 40b auf, die zusammen einen Hohlkörper bilden, der durch die Seitenwände 40b und die Grundplatte 40a abgeschlossen ist und auf einer Seite, in Fig. 5 der nach oben gerichteten Seite, offen ist. Weist die Grundplatte eine runde Form auf, sind die Seitenwände ausge­ bildet, um eine rohrförmige Struktur zu definieren. Durch die Grundplatte erstreckt sich eine Einlaßöffnung 45 und ei­ ne Auslaßöffnung 46. In dem Hohlraum befindet sich ein Ver­ dränger 42, der denselben zu der offenen Seite hin ab­ schließt und mittels eines Antriebs (nicht gezeigt) in der Richtung, die durch den Pfeil 19 gezeigt ist, kolbenartig in dem Hohlraum bewegbar ist.

Eine Pumpkammer 44 wird durch eine Aussparung des Verdrän­ gers 42 sowie den Pumpenkörper 40 gebildet. Der elastische Puffer 43 ist bei diesem Ausführungsbeispiel in dem Pumpen­ körper 40, d. h. in der Seitenwand 40b des Grundkörpers 40 ausgebildet. Zu diesem Zweck ist die Seitenwand 40b in einem Bereich, der an die Pumpkammer 44 angrenzt, verdünnt, um ei­ ne membranartige Struktur zu ergeben. Die Funktionsweise dieses zweiten Ausführungsbeispiels entspricht der des ersten Ausführungsbeispiels.

Fig. 6 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer Pumpe ge­ mäß der vorliegenden Erfindung. Ein Pumpenkörper 50 ist da­ bei in gleicher Weise aufgebaut wie der Pumpenkörper 40 des zweiten Ausführungsbeispiels, mit der Ausnahme, daß der ela­ stische Puffer nicht in demselben gebildet ist. In dem Pum­ penkörper 50 ist wiederum ein Verdränger 52 angeordnet und in der Richtung des Pfeils 19 kolbenartig bewegbar. Der Ver­ dränger 52 besitzt im Querschnitt die Form eines H, wobei ein Bein desselben einen Vorsprung 52a aufweist, um eine Einlaßöffnung 55 in dem Pumpenkörper 50 zu verschließen. Ei­ ne Auslaßöffnung 56 in dem Pumpenkörper 50 ist stets geöff­ net. Der Verdränger 52 ist ausgebildet, um den Pumpenkörper 50 zu der offenen Seite hin zu verschließen. Dabei kann er abhängig von der Form des Pumpenkörpers 50, von oben gese­ hen, eine beliebige runde, mehreckige, elliptische, usw., Form aufweisen.

Durch die Form des Verdrängers 52 wird zwischen dem Verdrän­ ger 52 und dem Pumpenkörper 50 wiederum eine Pumpkammer 54 definiert. Im Gegensatz zum bezugnehmend auf Fig. 5 be­ schriebenen, zweiten Ausführungsbeispiel ist der elastische Puffer bei diesem Ausführungsbeispiel jedoch nicht in dem Pumpenkörper 50 gebildet, sondern in dem Verdränger 52. Da­ bei ist der elastische Puffer als Membran 53 in dem Verdrän­ ger 52 ausgebildet.

In Fig. 7 ist ein viertes Ausführungsbeispiel einer Fluid­ pumpe gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. In Fig. 7 sind Bauteile, die solchen in Fig. 6 gleichen, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Der Pumpenkörper ist bei dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung identisch dem Pumpenkörper des dritten Ausführungsbeispiels. Bei dem vierten Ausführungsbeispiel ist ein elastisches Puf­ ferelement 63 in einem Verdränger 62 angeordnet, derart, daß das elastische Pufferelement 63 eine Grenzfläche zu einer von dem Verdränger 62 und dem Pumpenkörper 50 gebildeten Pumpkammer 64 aufweist. Beim Betrieb dieser Pumpe wird das elastische Pufferelement 63 zusammengedrückt und ausgedehnt, wodurch sich wiederum die vorher erläuterte Funktionsweise ergibt.

Neben den dargestellten elastischen Puffern kann die Funk­ tion des elastischen Pufferelements auch von einem elasti­ schen Medium in der Pumpkammer übernommen werden. Beispiele sind ein Gaseinschluß in einer mit Flüssigkeit gefüllten Kammer oder auch ein gummiartiges Material in der Pumpkam­ mer. In diesem Fall kann auf die elastische Membran, die als Teil des Verdrängers oder des Pumpenkörpers einen Abschnitt der Pumpkammerbegrenzung liefert, verzichtet werden. Sofern das zu pumpende Medium kompressibel ist, beispielsweise Gas, kann die Pufferfunktion von demselben selbst übernommen wer­ den, wobei keine weiteren mechanischen Bauteile zur Reali­ slerung des Puffers notwendig sind. Der Hub des Verdrängers in den oben erläuterten Schritten 1 und 3 wird dann zunächst durch eine Expansion bzw. Kompression des elastischen Me­ diums in der Pumpkammer oder des zu pumpenden Mediums selbst, kompensiert werden. In den Schritten 2 bzw. 4 rela­ xiert die Volumenverformung des Mediums in Folge von Fluid­ strömungen durch die Öffnungen, wie oben bezugnehmend auf des erste Ausführungsbeispiel beschrieben wurden. Eine reine Gaspumpe kann also lediglich mit einem Verdränger und zwei Öffnungen realisiert werden, wobei der Verdränger jeweils periodisch eine der beiden Öffnungen verschließt.

Bei der obigen Beschreibung des Pumpmechanismus wurde von einem zwangsgesteuerten Volumen-Verdränger ausgegangen, bei dem keine Rückwirkung zwischen der Verdrängerstellung und dem Pumpkammerdruck besteht. Für eine derartige Realisierung sind Antriebsmechanismen mit einer sehr großen Kraftdichte notwendig. Der Pumpmechanismus funktioniert auch, wenn eine derartige Rückwirkung, bzw. Kopplung, vorhanden ist.

Eine Darstellung der transienten Vorgänge der einzelnen Kom­ ponenten, beispielsweise der des Ausführungsbeispiels, das in Fig. 1 gezeigt ist, bei einer Rückwirkung der Pumpkammer auf den Verdränger, d. h. ohne eine Zwangssteuerung, ist in Fig. 8 dargestellt. In diesem Fall wird der Verdränger in Schritt 1 seine endgültige Endposition nicht vollständig er­ reichen, sondern erst gegen Ende des Teilschritts 2. Ent­ sprechend muß der Verdränger am Ende des Teilschritts 3 die Einlaßöffnung noch nicht vollständig verschließen, sondern erst mit zunehmenden Druckausgleich während des Teilschritts 4. Für den Pumpeffekt ist ferner eine sehr schnelle Ansteue­ rung des Verdrängers innerhalb einer sehr kurzen Zeit, dt ≈ 0, günstig, jedoch nicht zwingend erforderlich.

Gemäß einem Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es mög­ lich, die Stellung des Verdrängers im abgeschalteten Modus der Pumpe ohne einen zusätzlichen Aufwand derart auszulegen, daß durch das Blockieren der Einlaßöffnung durch den Ver­ dränger eine Fluidströmung in beide Richtung ausgeschlossen ist. Ist der Verdränger zwangsgesteuert und wird seine Stel­ lung durch den in der Pumpkammer herrschenden Druck nicht beeinflußt, ist dadurch die Blockierung der Fluidleitung in beide Richtungen ohne einen zusätzlichen Aufwand gegeben. Falls eine Rückwirkung zwischen der Verdrängerposition und dem Pumpkammerdruck existiert, kann der Antrieb des Verdrän­ gers derart ausgelegt werden, daß er den Verdränger aktiv auf die Einlaßöffnung drückt und somit die Fluidströmung ak­ tiv unterbindet. Bei einem piezoelektrisch angetriebenen Verdränger, der beispielsweise mittels eines Piezostapelak­ tors, einer Piezoscheibe oder einem Piezobiegewandler betä­ tigt wird, würde dies lediglich die Umpolung der Betriebs­ spannung erfordern.

Gemäß einem weiteren Vorteil kann die Pumprichtung einer Fluidpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung umgekehrt wer­ den. Wird der Verdränger mit einer Frequenz angesteuert, die oberhalb der mechanischen Resonanz des Puffers in der be­ treffenden Umgebung, d. h. in dem zu pumpenden Fluid, liegt, so ergibt sich eine Phasenverschiebung von mehr als 90° zwi­ schen der Expansion bzw. Kompression des Pufferelements und dem durch die Verdrängerstellung definierten Öffnungszustand der Einlaßöffnung. Der Puffer in der Pumpkammer nimmt somit Pumpmedium auf, während die Einlaßöffnung verschlossen ist, und gibt Pumpmedium ab, wenn Einlaß- und Auslaßöffnung offen sind. Damit ergibt sich eine zu der oben beschriebenen umge­ kehrte Pumprichtung. In diesem Fall kommt es zu einer Um­ kehrung der Pumprichtung von der Auslaßöffnung zu der Ein­ laßöffnung.

Der Vorteil gegenüber der bereits existierenden, bidirek­ tionalen Mikropumpe liegt dabei darin, daß (i) auf passive Ventile ganz verzichtet werden kann, und (ii) die Resonanz­ frequenz des Puffers anders wie bei der Resonanz eines pas­ siven Rückschlagventils, unabhängig von weiteren wichtigen Größen, wie beispielsweise dem Strömungswiderstand des Ven­ tils, der fluidischen Kapazität, der Baugröße des Ventils und dessen mechanischer Stabilität, eingestellt werden kann. Folglich können die Resonanzfrequenzen auf einen Bereich von < 200 Hertz erniedrigt werden, wodurch der Aufwand bei der elektrischen und mechanischen Ansteuerung des Verdrängers erheblich reduziert ist. Im Gegensatz dazu liegt bei pas­ siven Ventilen die Resonanz im Bereich zwischen 2000 Hertz und 6000 Hertz. Durch die Reduzierung der Resonanzfrequenz sind die auf den Verdränger wirkenden Trägheitskräfte deut­ lich geringer. Ferner kann der Mechanismus nicht nur bei mi­ kroskopischen Pumpen, die kleine bewegte Massen liefern, sondern auch in makroskopischer Bauweise realisiert werden.

Ein weiterer Vorteil einer Fluidpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung ergibt sich, wenn dieselbe als eine Mikropumpe ausgeführt wird. Obwohl Mikropumpen in konventioneller Bau­ form sowohl Flüssigkeiten als auch Gase transportieren kön­ nen, sind sie durchgehend nicht selbstansaugend, d. h. sie sind nicht in der Lage, eine mit Gas gefüllte Pumpkammer im Laufe des Pumpvorgangs selbständig durch Flüssigkeit zu er­ setzen. Dies erschwert den Einsatz der Pumpen in der Praxis ganz erheblich. Nachfolgend wird auf die Ursachen für die nicht vorhandene Selbstansaugung näher eingegangen.

Bei Mikropumpen mit passiven Rückschlagventilen spielen Ka­ pillarkräfte eine große Rolle. Sobald der Flüssigkeitsspie­ gel das Einlaßventil erreicht und das bewegliche Ventilteil, die Ventilklappe oder die Ventilmembran, benetzt, treten Ka­ pillarkräfte auf, welche die Bewegung stark einschränken, bzw. welche den notwendigen Kraftaufwand zur Bewegung des elastischen Ventilteils erheblich vergrößern. Erst wenn das gesamte bewegliche Ventilteil vollständig mit Flüssigkeit umspült ist, heben sich diese Kräfte wieder auf und die Pum­ pe befindet sich in ihrem normalen Pumpmodus.

Da bei konventionellen Mikropumpen die passiven Rückschlag­ ventile nicht von außen gesteuert werden, kann man die An­ triebskraft nicht direkt zur Überwindung der Kapillarkräfte einsetzen. Mit dem Antrieb ist vielmehr zunächst das Gas in der Pumpkammer zu komprimieren, bzw. zu expandieren, wobei erst über den Gasdruck eine Kraft zur Überwindung der Kapil­ larkräfte auf die Ventile übertragen wird. Dieser indirekte Kraftübertrag über ein kompressibles Gas, verbunden mit der Tatsache, daß die Nettoangriffsfläche des Drucks an dem be­ weglichen Ventilteil sehr gering ist, beinhaltet sehr große Verluste bei der Kraftübertragung des Antriebs auf das Rück­ schlagventil und verhindert bei den derzeit bekannten Mikro­ pumpen die Selbstansaugung.

Bei der Realisierung von Mikropumpen mit Düsen anstelle von Rückschlagventilen, um die Pumprichtung zu definieren, tritt ein Pumpeffekt nur ein, wenn der Strömungswiderstand jeder einzelnen Düse in Pumprichtung geringer ist als entgegenge­ setzt zur Pumprichtung. Bei der Mittelung über den gesamten Pumpzyklus bedeutet dies für die Eingangsdüse, daß der Volu­ mendurchsatz in die Pumpkammer hinein größer sein muß als aus der Pumpkammer heraus. Sobald jedoch nun der Flüssig­ keitsmeniskus zur Eingangsdüse gelangt, ändert sich der Strömungswiderstand der Düse aufgrund der größeren Dichte der Flüssigkeit dramatisch. Wird ein für die Dichteänderung typischer Wert von 1000 angenommen, ändert sich der Strö­ mungswiderstand um den Faktor (1000) ½ ≈ 30. Da in Pumprich­ tung Flüssigkeit durch die Düse strömen muß, ist der Volu­ mendurchsatz deutlich geringer als entgegen der Pumprich­ tung, da in diesem Fall Gas durch die Düse strömt. In dieser Situation bricht die Pumpwirkung zusammen, wobei aus diesem Grund eine Selbstansaugung nicht gegeben ist.

Im Gegensatz zu den gerade beschriebenen bekannten Mikropum­ pen kann bei der erfindungsgemäßen Pumpe der Aktor direkt zur Überwindung der Kapillarkräfte eingesetzt werden. Durch den direkten Kraftübertrag des Antriebs auf das von einer Flüssigkeit benetzte Teil stehen sehr viel höhere Kräfte zur Überwindung der Kapillarkräfte zur Verfügung. Somit kann der Verdränger trotz Benetzung arbeiten.

In Fig. 9 ist ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Pumpe gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Verdränger 82 Teil eines zweiten Pumpenkörpers 90. Der zweite Pumpenkörper 90 ist strukturiert, d. h. er weist Verdickungen und Verdünnun­ gen 89 auf, um eine elastische Aufhängung für den Verdränger 82 zu liefern. Der zweite Pumpenkörper 90 ist über Verbin­ dungen 88 auf einem Pumpenkörper 80 befestigt. Die Pumpkam­ mer 84 ist als ein kapillarer Spalt zwischen dem Pumpenkör­ per 80, dem Verdränger 82 und dem zweiten Pumpenkörper 90 ausgebildet. Der Pumpenkörper 80 weist eine Einlaßöffnung 85 auf, die von dem Verdränger 82 verschlossen ist, wenn sich derselbe in der ersten Endstellung befindet. Der Verdränger 82 kann wiederum in der Richtung des Pfeils 19 bewegt wer­ den. In dem zweiten Pumpenkörper 90 befinden sich zwei Aus­ laßöffnungen 86a und 86b. Der Puffer ist bei diesem Ausfüh­ rungsbeispiel wiederum als Membran ausgeführt, die sich in dem Pumpenkörper 80 befindet.

Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel könnte der Puffer durch die Verdünnungen 89, die als elastische Aufhängungen für den Verdränger 82 dienen, realisiert sein, wobei der Puffer in dem Pumpenkörper 80 dann entfallen würde. In die­ sem Fall wäre es vorteilhaft, wenn die Verdünnungen 89 ge­ genüber den in Fig. 9 dargestellten vergrößert wären.

Wenn die Bauhöhe der Pumpkammer 84, wie bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, als kapillarer Spalt ausgeführt ist, füllt sich dieselbe von selbst, sobald ein Flüssigkeitsme­ niskus an diesem Spalt anliegt. Eine derartige Reduktion der Pumpkammerhöhe ist bei konventionellen Mikropumpen mit Rück­ schlagventilen ausgeschlossen, da dadurch die Bewegung der Ventile eingeschränkt wird. Bei Mikropumpen mit Strömungsdü­ sen stellt die Pumpkammer bei einer drastischen Reduktion der Pumpkammerhöhe einen zusätzlichen Strömungswiderstand dar. Dieser innere Strömungswiderstand der Pumpkammer domi­ niert über den Strömungswiderstand der Düsen, so daß der Pumpeffekt basierend auf der Vorzugsrichtung der Düsen zu­ sammenbricht.

Bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die zweite Öffnung, die beim normalen Betrieb der Pumpe der Aus­ laßöffnung entspricht stets geöffnet.

In den Fig. 10a bis 10e ist ein sechstes Ausführungsbeispiel einer Pumpe gemäß der vorliegenden Erfindung während der verschiedenen Teilschritte eines Pumpzyklusses dargestellt.

Bei der Pumpe gemäß den Fig. 10a bis 10b ist der Puffer in dem Verdränger gebildet, derart, daß der Verdränger und der Puffer als verschiedene Bereiche einer Membran gebildet sind, welche den Pumpenkörper überspannt, um die Pumpkammer zu definieren. Der Pumpenkörper ist ähnlich dem des ersten Ausführungsbeispiels ausgebildet, mit der Ausnahme, daß der Puffer nicht in demselben gebildet ist. Ein derartiger Auf­ bau der erfindungsgemäßen Pumpe ermöglicht eine weiter ver­ einfachte Herstellung derselben.

Die vorliegende Erfindung schafft somit eine Pumpe, die auf einem neuartigen Mechanismus basiert, gänzlich ohne Rück­ schlagventile auskommt und eine Umkehrung der Pumprichtung ohne eine externe Umsteuerung von Ventilen ermöglicht. Somit besitzt die Pumpe gemäß der vorliegenden Erfindung einen we­ sentlich einfacheren Aufbau. Ferner kann der Verdränger gleichzeitig dazu verwendet werden, eine Fluidströmung über die Pumpe nach deren Abschalten in beiden Richtungen passiv oder aktiv abzusperren.

Die vorliegende Erfindung liefert ferner eine Pumpe, die Vorteile bei der Umschaltung der Pumprichtung liefert. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Resonanz des mechani­ schen Bauteils, das im konventionellen Fall das Ventil und bei der vorliegenden Erfindung das Pufferelement ist, unab­ hängig von dem Strömungswiderstand eines Ventils, dessen Baugröße, dessen fluidischer Kapazität und dessen mechani­ scher Stabilität eingestellt werden. Dadurch ist es möglich, einerseits die Bauteile weiter zu miniaturisieren und ande­ rerseits die Resonanzfrequenzen durchschnittlich zu ernie­ drigen. Bei konventionellen Mikropumpen stehen sich diese beiden Effekte gegenläufig gegenüber.

Im Gegensatz zu konventionellen Mikropumpen, bei denen typi­ sche Resonanzfrequenzen im Bereich von 2000 Hertz bis 3000 Hertz liegen, ist eine Umkehr der Pumprichtung bei einer Pumpe gemäß der vorliegenden Erfindung schon auf Frequenzen von 40 Hertz möglich. Dadurch wird der Aufwand der elektri­ schen und mechanischen Ansteuerung des Verdrängers erheblich reduziert. Außerdem sind die Trägheitskräfte, die auf den Verdränger wirken, deutlich geringer, und der Mechanismus kann nicht nur bei mikroskopischen Pumpen realisiert werden, sondern auch in makroskopischer Bauweise.

Im Vergleich zu Pumpen mit Strömungsdüsen weist die erfin­ dungsgemäße Pumpe, die ohne Rückschlagventile auskommt, ei­ nen erhöhten Wirkungsgrad pro Pumpzyklus von mehr als 50% auf.

Bei einer mikromechanischen Ausführung der erfindungsgemäßen Pumpe kann dieselbe nur aus einem einzigen strukturierten Bauteil, in dem der Verdränger realisiert ist, und einer Grundplatte mit zwei Öffnung bestehen. Diese einfachen Strukturen erlauben einen problemlosen Zusammenbau des Ge­ samtsystems. Eine Grundstruktur aus Pyrex erlaubt das anodi­ sche Bonden des strukturierten Siliziumbauteils auf den Py­ rex-Grundkörper, der als Pumpenkörper dient. Die Öffnungen in der Grundstruktur können als einfache Bohrungen oder be­ liebig geformt ausgeführt sein. Dies reduziert den Aufwand gegenüber der Herstellung von Strömungsdüsen erheblich. Fer­ ner kann die Grundbauform der Mikropumpe rund sein oder jede beliebige Form aufweisen.

Als Materialien für die Mikropumpe kommen neben Silizium fast alle anderen Werkstoffe in Betracht, beispielweise Me­ talle, Kunststoffe, Gläser, Keramiken. Dabei ist eine ein­ fache Fertigung in Kunststoffspritzgußtechnik ebenso möglich wie die Fertigung in Metalldruck-Gußtechnik oder das LIGA- Verfahren.

Der Antrieb der Mikropumpe, d. h. des Verdrängers, kann durch alle bekannten Aktorverfahren erfolgen, beispielsweise pie­ zoelektrisch, pneumatisch, thermopneumatisch, thermomecha­ nisch, elektrostatisch, magnetisch, magnetostriktiv oder hy­ draulisch.

Über integrierte Sensoren, beispielsweise in der Puffermem­ bran, läßt sich ein Regelkreis aufbauen, der den Antrieb der Mikropumpe in den jeweils optimalen Arbeitsbereich bringt.

Das Einsatzgebiet der erfindungsgemäßen Pumpe deckt den ge­ samten Bereich der Mikrofluidik und Fluidik ab, da das Me­ dium sowohl bidirektional befördert als auch definiert ge­ sperrt werden kann. Die minimale Baugröße ermöglicht den Aufbau von minimalen Misch- und Dosiersystemen in der Medi­ zin-, Chemie- und Analysetechnik. Bei B.H. van de Schoot, S. Jeanneret, A. van den Berg and N.F. de Rooÿ; A silicon in­ tegrated miniature chemical analysis system; Sensors and Actuators, B, 6 (1992), Seiten 57-60, werden für eine derar­ tige Anwendung zwei Pumpen verwendet, wohingegen man mit nur einer erfindungsgemäßen Pumpe auskommen würde. Generell ist das Pumpenprinzip für einen weiten Bereich von Baugrößen ge­ eignet, so daß in vielen Fällen die Spritzgußtechnik als ko­ stengünstige Fertigungstechnik eingesetzt werden kann.

Claims (18)

1. Fluidpumpe, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
einen Pumpenkörper (10; 40; 50; 80);
einen Verdränger (12; 42; 52; 62; 82), der mittels eines Antriebs in eine erste und eine zweite Endstellung posi­ tionierbar ist, wobei der Verdränger und der Pumpenkör­ per derart ausgebildet sind, daß zwischen denselben eine Pumpkammer (14; 44; 54; 64; 84), die über eine erste (15; 45; 55; 85) und eine zweite (16; 46; 56; 86a, 86b) Öffnung, die nicht mit Rückschlagventilen versehen sind, mit einem Einlaß und einem Auslaß fluidmäßig verbindbar ist, definiert ist; und
einen elastischen Puffer (13; 43; 53; 63; 83), der an die Pumpkammer angrenzt;
wobei der Verdränger die erste Öffnung verschließt, wenn er in der ersten Endstellung ist und die erste Öffnung offen läßt, wenn er in der zweiten Endstellung ist.

2. Fluidpumpe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdränger (12) in der Form einer Platte ausge­ bildet ist, die auf dem Pumpenkörper (10) befestigt ist, wobei der Pumpenkörper eine Aussparung aufweist, die die Pumpkammer (14) definiert.

3. Fluidpumpe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenkörper (40; 50) eine Grundplatte (40a) und von derselben vorstehende Seitenwände (40b) aufweist, wobei der Verdränger (42; 52; 62) kolbenartig in dem durch die Grundplatte (40a) und die Seitenwände (40b) gebildeten Hohlraum bewegbar ist.

4. Fluidpumpe gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdränger (42; 52; 62) eine Aussparung auf­ weist, die zusammen mit der Grundplatte (40a) und/oder den Seitenwänden (40b) des Pumpenkörpers (40; 50) die Pumpkammer (44; 54; 64) definiert.

5. Fluidpumpe gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die erste und die zweite Öffnung (45, 46; 55, 56) in der Grundplatte (40a) des Pumpenkörpers (40; 50) gebil­ det sind.

6. Fluidpumpe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Puffer (13; 43; 83) in den Pumpenkörper (10; 40; 80) angeordnet ist.

7. Fluidpumpe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Puffer (53; 63) in dem Verdränger (52; 62) ange­ ordnet ist.

8. Fluidpumpe gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Puffer (13; 43; 83) durch eine Verdünnung einer Wand des Pumpenkörpers als eine Membran ausgebildet ist.

9. Fluidpumpe gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Puffer (53) durch eine Verdünnung des Verdrän­ gers (52) als eine Membran ausgebildet ist.

10. Fluidpumpe gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Puffer (63) als ein elastisches Pufferelement, das sich in dem Verdränger (62) befindet und eine Grenz­ fläche zur Pumpkammer (64) aufweist, gebildet ist.

11. Fluidpumpe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Puffer durch ein elastisches Medium in der Pump­ kammer gebildet ist.

12. Fluidpumpe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Puffer durch das zu übertragende Medium selbst gebildet ist.

13. Fluidpumpe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdränger (82) in einen zweiten Pumpenkörper (90) integriert ist, der Verdünnungen (89) aufweist, um eine elastische Aufhängung für den Verdränger (82) zu liefern.

14. Fluidpumpe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdränger (12; 42; 52; 62; 82) die erste Öff­ nung nach dem Abschalten der Pumpe passiv oder aktiv in beide Flußrichtungen verschließt.

15. Fluidpumpe gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Verschließen der ersten Öffnung durch den Antrieb, der den Verdränger auf die erste Öffnung drückt, bewirkt wird.

16. Fluidpumpe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumprichtung der Pumpe durch ein Betreiben des Verdrängers mit einer Frequenz, die oberhalb der Reso­ nanzfrequenz des Puffers ist, umkehrbar ist.

17. Fluidpumpe gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Pumpkammer (84) als ein kapillarer Spalt ausge­ bildet ist.

18. Fluidpumpe gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Verdränger und der Puffer als verschiedene Be­ reiche einer Membran gebildet sind, die den Pumpenkörper zur Bildung der Pumpkammer überspannt.