DE19938239A1

DE19938239A1 - Mikropumpe zum Fördern, Dosieren und Plazieren von Flüssigkeiten

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Publication number: DE19938239A1
Application number: DE1999138239
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Hirschmann; Thomas Mueller
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-08-12
Filing date: 1999-08-12
Publication date: 2001-03-01
Anticipated expiration: 2019-08-13
Also published as: DE19938239B4

Abstract

Die Mikropumpe zum Fördern, Dosieren und Plazieren von Flüssigkeiten, deren ringförmiger Verdrängungsraum (3) von mindestens zwei koaxial ineinander angeordneten Röhrchen (1) und (2) gebildet wird, von denen mindestens ein Röhrchen aus piezoelektrischem Material ist, eignet sich bevorzugt zum bedarfsweisen Fördern von Flüssigkeiten in Tropfenform. Das Fördervolumen ist größer als das mit nur einem Röhrchen erzielbare. DOLLAR A Die piezoelektrischen Röhrchen arbeiten als elektromechanische Wandler, die bei Anlegen eines elektrischen Spannungsimpulses den ringförmigen Verdrängungsraum (3) verändern und so den Pumpeffekt bewirken. Der Flüssigkeitskanal wird gebildet von dem Eingangskanal (4), der Pumpenkammer (3) und dem Ausgangskanal (5). Der Eingangs- (4) und Ausgangskanal (5) sind zusammen mit dem Innenteil (6) in einer strömungstechnisch und akustisch günstigen Form gestaltet. Auf der Ausgangsseite schließt bei einer Ausführung eine Düsenplatte (7) den Flüssigkeitskanal. Die Mikropumpe wird über die Zuleitung (9) aus einem Vorratsbehälter (10) mit Flüssigkeit versorgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mikropumpe für die Förderung und Dosierung von Flüssigkeiten mit unterschiedlichsten Eigenschaften. Bevorzugt soll die Mikro pumpe zur bedarfsweisen, örtlich und volumenmäßig reproduzierbaren Plazierung von Flüssigkeiten in Tropfenform dienen.

Für das Erzeugen und Handhaben von kleinen Flüssigkeitsströmen und Flüssig keitstropfen sind konventionelle Dosierpumpen mit einem Kolben als Verdränger un geeignet. Bevorzugt werden Mikropumpen mit thermischen oder piezoelektrischen Verdrängerprinzipien eingesetzt.

In den Patenten US 4251824, DE 30 12 698, DE 32 28 887 werden thermische Mikro pumpen beschrieben, wie sie bevorzugt in Druckern eingesetzt werden. Eine in we nigen Mikrosekunden durch Erhitzen der Flüssigkeit erzeugte Dampfblase verdrängt diese, so daß durch eine Düse ein Flüssigkeitstropfen ausgestoßen und auf dem Pa pier plaziert wird. Diese Mikropumpen sind für eine allgemeine Anwendung weniger geeignet, da die Eigenschaft der Flüssigkeit durch das Erhitzen und Verdampfen verändert werden kann.

Beim piezoelektrischen Prinzip zum Erzeugen von kleinen Flüssigkeitströpfchen muß zwischen kontinuierlichen Tropfenstrahlerzeugern und Mikropumpen, die einen Tropfen nur bei Bedarf ausstoßen, unterschieden werden.

Beim kontinuierlich arbeitenden Verfahren handelt es sich nicht um eine Mikropum pe. Der Förderstrom wird durch eine konventionelle Pumpe erzeugt und durch eine enge Düse gepreßt. Mit Hilfe eines Piezoaktors wird lediglich der Flüssigkeitsstrahl moduliert, so daß der austretende Flüssigkeitsstrahl synchron zur Modulation in eine Vielzahl kleinster Tropfen aufgelöst wird. Durch unterschiedliche Verfahren werden nach dem Austreten aus der Düse die nicht benötigten Tropfen aus dem Tropfen strahl entfernt, ehe sie auf dem Ziel auftreffen. Die ausgeschiedenen Tropfen gehen verloren und müssen entsorgt oder wieder aufbereitet werden. Solche Tropfengene ratoren werden im IBM Journal of Research and Development, Vol. 21, No. 1, Jan. 1977 beschrieben. Bevorzugt werden zylindrische piezoelektrische Röhrchen als Aktoren eingesetzt. In den US-Patenten 4245225, 4245227 werden Anordnungen mit mehreren piezoelektrischen Röhrchen beschrieben, die beim kontinuierlichen Tropfengenerator mit einer senkrecht zur Röhrchenachse angeordneten Düse oder Düsenreihe den Flüssigkeitsstrahl in Einzeltröpfchen auflösen. Bei kontinuierlich ar beitenden Verfahren ist die Dosierung aufwendiger, ungenauer und mit Flüssigkeits verlust verbunden.

Diesen Nachteil vermeiden piezoelektrische Mikropumpen, bei denen der Flüssig keitstropfen nur bei Bedarf erzeugt wird. Solche Tropfengeneratoren werden in den Patenten US 3683212, US 3946398, DE 29 15 851, in der Siemens-Zeitschrift 51, Heft 4, 1977 und in den Dissertationen von Rosenstock, G.: "Erzeugung schnell fliegender Tropfen für Tintendrucker mit Hilfe von Druckwellen", TU München 1982; Wehl, W.: "Akustik und Fluidmechanik in Kanälen und Düsen von Tintenschreibwerken", TU München 1984 und Penningsfeld, H.: "Modell der Formung schnell fliegender Mikro tropfen durch Druckwellen an Düsen", TU München 1987, beschrieben. Nachteilig bei diesen Mikropumpen zur Tropfenerzeugung ist, daß das maximal erzeugbare Tropfenvolumen auf ungefähr 500 pl begrenzt ist. Dies gilt für Mikropumpen mit zylin drischen, röhrchenförmigen und quaderförmigen Aktorelementen gleichermaßen.

Begrenzt wird das verdrängbare Volumen durch die mit Piezoaktoren nur sehr kleine erzielbare Bewegung im Submikrometerbereich, beziehungsweise durch die damit in die Flüssigkeit momentan einbringbare Energie. Dadurch ergibt sich zwangsläufig, daß das im Verdrängungsraum befindliche Flüssigkeitsvolumen klein sein muß. Bei röhrenförmigen Piezoaktoren werden üblicherweise piezoelektrische Röhrchen bzw. Verdrängungsräume mit einem Durchmesser von unter einem Millimeter eingesetzt. Der Röhrchendurchmesser läßt sich nicht weiter vergrößern, da das Volumen im Röhrchen mit zunehmenden Durchmesser bei gleicher Röhrchenlänge quadratisch, die sich bewegende Röhrchenwandfläche aber nur linear zunimmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mikropumpe zu schaffen, die ein größeres Fördervolumen verdrängt bzw. ein Tropfenvolumen von deutlich größer als 500 pl nur bei Bedarf erzeugt. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß zwei oder mehr Röhrchen koaxial ineinander angeordnet werden, so daß sich zwischen ihnen ein Ringspalt ergibt, der in seiner radialen Abmessung so klein gewählt wird, daß die über piezoelektrische Röhrchen momentan einbringbare Energie ausrei chend ist, um das im Ringraum befindliche Fluid ausreichend zu verdrängen. Da das verdrängte Volumen im Ringspalt linear mit dem Röhrchendurchmesser ansteigt, er gibt sich eine Begrenzung des Fördervolumens nur durch die verfügbaren Durch messer der piezoelektrischen Röhrchen. Das verdrängte Volumen läßt sich weiter vergrößern, wenn nicht nur eines der Röhrchen piezoelektrisch ist, sondern zwei oder mehr piezoelektrische Röhrchen zusammenwirken.

Die Erfindung hat im übrigen die Merkmale, die im kennzeichnenden Teil des Patent anspruches 1 angegeben sind. Weitere vorteilhafte Merkmale zur Lösung der Aufga be sind in den kennzeichnenden Teilen der Unteransprüche gegeben.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, ohne sie jedoch zu beschränken.

Es zeigen

Fig. 1 Prinzip der Mikropumpe,

Fig. 1a Schnittdarstellung: Piezoelektrisches Röhrchen mit über den Rand gezogener Innenelektrode,

Fig. 1b Schnittdarstellung: Piezoelektrisches Röhrchen mit über den Rand gezogener Außenelektrode,

Fig. 1c Koaxial ineinander angeordnete zylindrische Röhrchen,

Fig. 1d Prinzip der Mikropumpe mit dynamisch passiven Ventilen

Fig. 2 Prinzip der Hintereinanderschaltung mehrerer Röhrchenpaare,

Fig. 3 Prinzip der Parallelanordnung mehrerer Röhrchenpaare,

Fig. 4 Längsschnittdarstellung einer Mikropumpe,

Fig. 5 Querschnittdarstellung einer Mikropumpe,

Fig. 6 Schnittdarstellung: Lagerung der Röhrchen einer Mikropumpe.

In der abgebildeten Prinzipdarstellung Fig. 1 besteht die Mikropumpe aus zwei koa xial ineinander angeordneten zylindrischen Röhrchen. Dabei bilden die äußere Mantelfläche des inneren Röhrchens (2) und die innere Mantelfläche des äußeren Röhrchens (1) den ringförmigen Verdrängungsraum (3). Mindestens ein zylindrisches Röhrchen ist aus piezoelektrischen Material. Der Flüssigkeitskanal wird gebildet aus dem Eingangskanal (4), dem Verdrängungsraum (3) und dem Ausgangskanal (5).

Die Mantel- und Stirnflächen des piezoelektrischen Röhrchens sind vollflächig metal lisiert und dienen als Elektrode. Dabei hat die Metallisierung beim äußeren Röhr chen (1), vgl. Fig. 1a, zwei ringförmige Unterbrechungen (14) auf der äußeren Man telfläche in der Nähe der Röhrchenenden. Die Innenelektrode (12), die mit dem elek trischen Nullpotential verbunden ist, ist über die Stirnseite des Röhrchens hinweg mit der metallisierten äußere Mantelfläche an den Röhrchenenden verbunden. Die Au ßenelektrode (13) ist mit dem Signalausgang eines Impulsgenerators verbunden. Spiegelbildlich dazu ist die Kontaktierung beim inneren Röhrchen (2), vgl. Fig. 1b. Die mit dem elektrischen Nullpotential verbundene Außenelektrode (13) ist über die Stirnfläche mit der inneren Mantelfläche verbunden, deren Metallisierung durch ring förmige Unterbrechungen (14) in der Nähe der Röhrchenenden unterbrochen ist. Der Signalausgang eines Impulsgenerators liegt an der Innenelektrode (12) an. Durch diese Anordnung ist der fluidische Bereich, d. h. der Verdrängungsraum (3), ein schließlich des Gehäuses der Mikropumpe nur mit dem elektrischen Nullpotential verbunden.

Die relative Aufweitung bzw. Kontraktion der piezoelektrischen Röhrchen hängt von der angelegten Spannung bzw. der daraus resultierenden Feldstärke ab. Eine positi ve Spannung bewirkt bei entsprechender Polarisierung der Röhrchen eine Expansi on, eine negative Spannung eine Kontraktion. Um das geförderte Volumen möglichst groß zu machen, muß die Spannung so groß wie möglich sein. Entsprechend der Dicke t der Wandung des piezoelektrischen Röhrchen ergibt sich die zulässige ma ximale Spannung, die an das Röhrchen angelegt werden darf. Die durch die Span nung erzielte Expansion bzw. Kontraktion des Röhrchens in radialer Richtung ist Δd. Die dadurch erreichte Querschnittsänderung des ringförmigen Verdrängungsraumes, welcher linear vom Röhrchendurchmesser D abhängig ist, beträgt A_K = ^π ^./₄(Δd² + 2ΔdD), d. h. je größer der Röhrchendurchmesser ist umso größer ist die Querschnittsänderung.

Durch einen elektrischen Spannungsimpuls wird der Durchmesser der Röhrchen so verändert, daß sich gleichzeitig das innere piezoelektrische Röhrchen (2) um Δd₂ ra dial zusammenzieht, während sich das äußere piezoelektrische Röhrchen (1) um Δd₁ aufweitet. Nach einer festen Impulsdauer, deren optimale Dauer durch die Länge des Flüssigkeitskanals festgelegt ist, gehen die Röhrchen wieder in ihren Ausgangszu stand zurück, d. h. das innere piezoelektrische Röhrchen (2) weitet sich auf und das äußere piezoelektrische Röhrchen (1) zieht sich zusammen. Nach Fig. 1c ergibt sich daraus für die in Fig. 1 dargestellte Anordnung, wenn beide Röhrchen aus pie zoelektrischen Material sind, eine maximale Querschnittsänderung von

A_ges = ^π/₄ . (Δd² ₁ + Δd² ₂ + 2(Δd₁ D_1i - Δd2 D_2a)).

Der Spalt s zwischen den beiden Röhrchen (1), (2) und damit das Durchmesserver hältnis v = D_2a/D_1i darf eine bestimmten Wert nicht überschreiten.

Der durch die Querschnittsänderung angeregte Energie- und Stofftransport beruht auf Druckwellen, die sich nach akustischen Gesetzen im Flüssigkeitskanal ausbrei ten. Druckwellen, die das offene Kanalende erreichen, werden dort mit Phasenum kehr reflektiert. Auf diese Weise wird an dieser Stelle aus einer Unterdruckwelle eine Überdruckweile und umgekehrt. Am geschlossenen Kanalende wird eine Überdruck welle wieder als Überdruckwelle und eine Unterdruckwelle als Unterdruckwelle re flektiert.

Vereinfacht läßt sich der Tropfenerzeugungsprozeß wie folgt beschreiben: Die stei gende Flanke eines Spannungsimpulses erweitert den inneren Querschnitt des äu ßeren piezoelektrischen Röhrchens (1) und reduziert den äußeren Querschnitt des inneren piezoelektrischen Röhrchens (2). Dadurch entsteht in der Flüssigkeit, die sich im ringförmigen Verdrängungsraum (3) zwischen den beiden piezoelektrischen Röhrchen (1) und (2) befindet, ein Unterdruck, der als Welle zur Düsenplatte (7) läuft und dort den Flüssigkeitsmeniskus etwas zurückzieht. Gleichzeitig wird die in Rich tung Vorratsbehälter (10) laufende Unterdruckweile am offenen Kanalende, der Zu leitung (9), als Überdruckwelle reflektiert, und überlagert sich mit der Überdruckwelle, die durch die abfallende Flanke des Spannungsimpulses entsteht, wenn diese zum richtigen Zeitpunkt angelegt wird, d. h. entsprechend der Schallausbreitungsge schwindigkeit und Kanallänge festgelegt ist. Diese erhöhte Druckwelle läuft zur Dü senplatte (7) und stößt dort, ausreichende Energie vorausgesetzt, einen Tropfen aus. Durch die wiederum negativ reflektierte Druckwelle der abfallenden Impulsflanke ent steht an der Düse (8) ein Unterdruck, der den Tropfen zum Ablösen bringt. Anschlie ßend kommt das System zur Ruhe. Da der Vorratsbehälter (10) etwas tiefer als die Düsenöffnung (8) liegt, herrscht, bedingt durch die in der Flüssigkeit wirkende Kapil larkräfte, am Flüssigkeitsmeniskus in der Düsenöffnung (8) ein geringer statischer Unterdruck. Die Verdrängungsraum (3) läuft nicht leer, da die Oberflächenkräfte im Meniskus größer als die über die Kapillarkräfte wirkende Unterdruckkräfte sind. Infol ge der Kapillarkräfte wird die Flüssigkeit durch den nach dem Ausstoßen des Trop fens zurückgezogenen Meniskus, wenn er wieder in seine Gleichgewichtslage zu rückkehrt, aus dem Vorratsbehälter (10) nachgesaugt. In Kombination von Wellen ausbreitung und Meniskusbewegung ergibt sich der gewünschte Pumpeffekt.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung von zwei koaxial ineinander liegenden grö ßeren Röhrchen läßt sich gegenüber der bekannten Anordnung mit nur einem Röhr chen, das nur einen kleinen Durchmesser haben kann, ein größeres Fördervolumen erzielen. Die zulässige maximale Eigenfrequenz der Anordnung begrenzt die maxi male Förderung. Das piezoelektrische Röhrchen hat extrem hohe Eigenfrequenzen, so daß Spannungsimpulse mit hoher Frequenz angelegt werden können.

Die Ein- (4) und Ausgangskanäle (5) sind geometrisch ohne störende Stufen und Kanten ausgebildet, um unerwünschte Reflexionen der von den piezoelektrischen Röhrchen erzeugten Druckwellen zu vermeiden. Zudem könnten sich an Stufen und Kanten Luftblasen festsetzen sowie singuläre Stellen bilden, die zu einem Versagen infolge Störung der Kapillarkräfte führen. Der Eingangskanal (4) ist in einer akustisch und strömungsgünstigen Hornform ausgeführt. Der Ausgangskanal (5) verjüngt sich entsprechend hornförmig in Richtung Düsenöffnung (8). Das Innenteil (6) ist dazu so ausgelegt, daß der hydraulische Kanalquerschnitt an jeder Stelle gleich groß ist.

Da bei der Mikropumpe die Flüssigkeiten mit hoher Geschwindigkeit durch eine enge Kapillare bewegt werden, spielt ihre Viskosität eine sehr wichtige Rolle. Über eine Erwärmung mit einer Heizung (11) lassen sich auch zähere Flüssigkeiten in ihrer Viskosität vermindern, so daß sie mikrodosierbar werden.

Durch eine spezielle Beschichtung, z. B. mit Gold, der Innenelektrode (12) des äuße ren Röhrchens (1) sowie der Außenelektrode (13) des inneren Röhrchens (2) können die den Verdrängungsraum (3) begrenzenden Aktorelemente, d. h. die piezoelektri schen Röhrchen, vor Korrosion geschützt werden, so daß mit der Mikropumpe auch aggressive Flüssigkeiten gefördert werden können.

In Fig. 1d ist eine Variante der Mikropumpe aus der Fig. 1 dargestellt. Bei dieser Ausführung wird der Eingangs- (4) und Ausgangskanal (5) mit passiven dynamischen Ventilen (15), (16), wie in DE 42 23 019 und bei Stemme, E.; Stemme, G.: "A valveless diffuser/nozzle-based fluid pump", Sensors and Actuators, A39, S. 159-167, 1993 be schrieben, abgeschlossen. Ein passiv dynamisches Ventil zeichnet sich dadurch aus, daß es in Abhängigkeit der Strömungsrichtung unterschiedliche Strömungswider stände erzeugt. Die Funktion basiert dabei auf einen Energie- und Impulsaustausch in der Strömung.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es möglich mehrere Röhr chenpaare, wie in Fig. 2 dargestellt, hintereinander anzuordnen. Die einzelnen Röhr chenpaare, (1) und (2) sowie (17) und (18), werden nach dem Prinzip einer peristalti schen Pumpe angesteuert. Der Prozeß läßt sich bei der Hintereinanderschaltung mehrerer koaxialer Röhrchenpaare wie folgt beschreiben:

Die Flanke eines Spannungsimpulses erweitert den inneren Querschnitt des zweiten äußeren piezoelektrischen Röhrchens (17) und reduziert den äußeren Querschnitt des zweiten inneren piezoelektrischen Röhrchens (18). Dadurch entsteht im Ver drängungsraum (3) ein Unterdruck, der als Welle in Richtung Düsenplatte (7) und Zuleitung (9) läuft. Erreicht die Welle das erste piezoelektrische Röhrchenpaar (1) und (2), so wird mit der Flanke eines zweiten Spannungsimpulses das erste äußere piezoelektrische Röhrchen (1) im Querschnitt erweitert und das erste innere piezo elektrische Röhrchen (2) im Querschnitt reduziert, um so auf diese Weise die von dem zweiten Röhrchenpaar (17) und (18) angestoßene Druckwelle zu verstärken.

Die Mikropumpe kann aber auch so ausgeführt werden, daß mehrere koaxiale Röhr chenpaare, wie in Fig. 3 dargestellt, parallel angeordnet sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiel in Verbindung mit einer vereinfachten Schnittzeichnung beschrieben. Dabei zeigen Fig. 4 bis 6 eine Mi kropumpe, deren Verdrängungsraum (3) koaxial von der äußeren Mantelfläche des inneres Röhrchen (2) und der inneren Mantelfläche des äußeren Röhrchen (1) gebil det wird. Das äußere Röhrchen (1) ist an seiner außenliegenden Mantelfläche über zwei O-Ringe (24) elastisch in den Ausrichtringen (22) radial gelagert. Axial wird das äußere Röhrchen (1) elastisch an den Stirnseiten über zwei Dichtscheiben (26), wel che den Verdrängungsraum (3) nach außen abdichten, in den Ausrichtringen (22) fi xiert, um die geringe Längsdehnung eines piezoelektrischen Röhrchens infolge der Querkontraktion aufzunehmen. Das innere Röhrchen (2) ist an seiner innenliegenden Mantelfläche über zwei O-Ringe (23) elastisch auf dem Eingangskonus (19) bzw. Ausgangskonus (20) radial gelagert. Axial ist das innere Röhrchen (2) elastisch an den Stirnseiten über zwei Dichtscheiben (25), welche den Verdrängungsraum (3) nach innen abdichten, zwischen dem Eingangs- (19) und Ausgangskonen (20) fixiert. Die axial elastische Lagerung ermöglicht es, die geringe Längenänderung eines pie zoelektrischen Röhrchens auszugleichen.

Der Eingangs- (19) und Ausgangskonus (20) sind zusammen über eine Stange (21) verbunden, so daß diese zusammen mit dem inneren Röhrchen (2) das Innenteil (6) bilden. Das Innenteil ist mit Fixierschrauben (27) zwischen dem Ausrichtring (22) und dem Eingangs- (19) bzw. Ausgangskonus (20) so ausgerichtet, daß es sich in koa xialer Lage zu dem äußeren Röhrchen (1) und der Düseöffnung (8) befindet. Die Ausrichtringe (22), das Gehäuse (28) sowie das Innenteil (6) bilden den Aktorblock. An den beiden Ausrichtringen (22) sind das Ein- (30) und Austrittsgehäuse (31) so angeflanscht, daß sich deren Kanäle (4), (5) koaxial zu den Röhrchenachsen befin den. Die Kanäle (4), (5) sind in der Weise geformt, daß deren hydraulischer Durch flußquerschnitt abzüglich der Konen, (19) und (20), gleich groß ist wie der des Ver drängungsraumes (3). Insbesondere weisen der Verdrängungsraum (3) und die Ka näle, (4) und (5), keine Vorsprünge und Absätze auf, an denen es zu unerwünschten Reflexionen der Druckwellen kommt oder sich Luftblasen ansammeln können. Zwi schen den Ausrichtringen (22) und dem Eingangs- (30) und Ausgangsgehäuse (31) befinden sich Dichtscheiben (33) zur Abdichtung des Verdrängungsraumes (3) nach außen. An das Eintrittsgehäuse (30) wird die Zuleitung (9) vom Vorratsbehälter (10) angeschlossen. Das Austrittsgehäuse (31) ist mit einer Düsenplatte (7) verschlossen, deren Düsenöffnung (8) koaxial zu den Röhrchen, (1) und (2), ausgerichtet ist. Um zu vermeiden, daß die Druckwellen die Düsenplatte (7) verformen, was zu einem Ener gieverlust führt, ist die Düsenplatte (7) an Ihrer Außenseite mit einer Lochschei be (32) versteift.

Zum Reinigen kann die Mikropumpe leicht durch Abnahme der Ein- (30) und Aus trittsgehäuse (31) in drei Teile zerlegt werden. Somit wird ein Umrüsten der Mikro pumpe auf andere Flüssigkeiten wesentlich erleichtert. Insbesondere bleibt der Ak torblock eine Einheit, so daß nach dem Reinigen ein neues Ausrichten der Röhrchen nicht erforderlich ist.

Bezugszeichenliste

1

äußeres Röhrchen

2

inneres Röhrchen

3

ringförmiger Verdrängungsraum

4

Eingangskanal

5

Ausgangskanal

6

Innenteil

7

Düsenplatte

8

Düsenöffnung

9

Zuleitung

10

Vorratsbehälter

11

Heizung

12

Innenelektrode

13

Außenelektrode

14

Unterbrechung

15

dynamisch passives Einlaßventil

16

dynamisch passives Auslaßventil

17

zweites äußere Röhrchen

18

zweites innere Röhrchen

19

Eingangskonus (Loslager)

20

Ausgangskonus (Festlager)

21

Stange

22

Ausrichtring

23

O-Ring inneres Röhrchen

24

O-Ring äußeres Röhrchen

25

Dichtscheibe inneres Röhrchen

26

Dichtscheibe äußeres Röhrchen

27

Fixierschraube

28

Gehäuse

29

Schraube

30

Eintrittsgehäuse

31

Austrittsgehäuse

32

Lochscheibe

33

Dichtscheibe

Claims

1. Mikropumpe zum bedarfsweisen Fördern und Dosieren von Flüssigkeiten da durch gekennzeichnet, daß die Mikropumpe aus mindestens zwei bevorzugt koaxial ineinander angeordneten Röhrchen besteht, von denen mindestens eines aus piezoelektrischen Material besteht, wobei die innere Mantelfläche des äußeren Röhrchens (1) und die äußere Mantelfläche des inneren Röhr chens (2) den ringförmigen Verdrängungsraum (3) bilden, der zum Erzeugen der Pumpwirkung durch Anlegen einer elektrischen Spannung an die Elektro den der piezoelektrischen Röhrchen, vergrößert und verkleinert wird.

2. Mikropumpe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß nur das innere Röhrchen (2) aus piezoelektrischen Material ist, so daß sich durch ein elektri sches Spannungssignal der Außendurchmesser des Röhrchens ändert.

3. Mikropumpe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß nur das äußere Röhrchen (1) aus piezoelektrischen Material ist, so daß sich durch ein elektri sches Spannungssignal der Innendurchmesser des Röhrchens ändert.

4. Mikropumpe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß beide Röhrchen (1), (2) aus piezoelektrischen Material bestehen, so daß sich bei Anlegen einer elektrischen Spannung der Außendurchmesser des inneren Röhrchen (2) ent gegengesetzt zum Innendurchmesser des äußeren Röhrchen (1) ändert.

5. Mikropumpe nach Anspruch 1, 3 und 4 dadurch gekennzeichnet, daß das äu ßere Röhrchen (1) aus piezoelektrischen Material an den Mantel- und Stirnflä chen nach Fig. 1a metallisiert und die Metallisierung der Außenfläche in der Nähe der Enden ringförmig unterbrochen (14) ist.

6. Mikropumpe nach Anspruch 1, 2 und 4 dadurch gekennzeichnet, daß das in nere Röhrchen (2) aus piezoelektrischen Material an den Mantel- und Stirnflä chen nach Fig. 1b metallisiert und die Metallisierung der Innenfläche in der Nähe der Enden ringförmig unterbrochen (14) ist.

7. Mikropumpe nach Anspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß der Ein gangskanal (4) der Mikropumpe wie ein akustisch offenes Kanalende und der Ausgangskanal (5) wie ein akustisch geschlossenes Kanalende ausgeführt ist.

8. Mikropumpe nach Anspruch 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß die piezo elektrischen Röhrchen (1), (2) entweder an ihrer zylindrischen Außen- oder In nenfläche elastisch gelagert und abgedichtet sind.

9. Mikropumpe nach Anspruch 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß die Röhr chen (1), (2) axial elastisch gelagert sind.

10. Mikropumpe nach Anspruch 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen öffnung (8) koaxial zu den Röhrchen (1), (2) angeordnet ist.

11. Mikropumpe nach Anspruch 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (4), (5) sowie die Enden des Innenteils (6) aus einem Material hergestellt sind, das geringe akustische Verluste aufweist.

12. Mikropumpe nach Anspruch 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, daß das Ein- (30) und Austrittsgehäuse (31) eine strömungs- und akustisch günstige Horn form besitzt.

13. Mikropumpe nach Anspruch 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet, daß sich im Flüssigkeitskanal der Mikropumpe eine Heizung (11) eingebaut ist.

14. Mikropumpe nach Anspruch 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, daß die In nenelektrode (12) des äußeren piezoelektrischen Röhrchens (1) und die Au ßenelektrode (13) des inneren piezoelektrischen Röhrchen (2) chemisch resi stent beschichtet ist.

15. Mikropumpe nach Anspruch 1 bis 14 dadurch gekennzeichnet, daß mehrere koaxial ineinander angeordnete Röhrchenpaare nach Fig. 2 hintereinanderge schaltet sind.

16. Mikropumpe nach Anspruch 1 bis 15 dadurch gekennzeichnet, daß mehrere koaxial ineinander angeordnete Röhrchenpaare nach Fig. 3 parallelgeschaltet sind.