DE2354249A1 - Pumpvorrichtung, bestehend aus einer mit einem piezo-elektrischen kristall verbundenen membran - Google Patents
Pumpvorrichtung, bestehend aus einer mit einem piezo-elektrischen kristall verbundenen membranInfo
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Description
•/ν/-
[E
Patentanwälte Dipl.-Ing. V. Beyer Dipl.-Wirtsch.-Ing. B. Jochem
6 Frankfurt am Main Staufenstraße
Aktiebolaget
Original-Odhner
Original-Odhner
Pumpvorrichtung, bestehend aus einer mit einem piezoelektrischen Kristall verbundenen
Membran
Die Erfindung betrifft eine Pumpvorrichtung, bestehend aus
einer mit einem radial kontrahierbaren piezo-elektrisehen
Kristall verbundenen, steifen Membran, welche einen Teil der
Wand einer Pumpenkammer bildet. Vorzugsweise werden derartige
Vorrichtuigen zur Erzeugung von Flüssigkeitstropfen in
schneller Folge verwendet.
Es ist bereits bekannt, piezo-elektrische Elemente als Antrieb
für Membranen in Pumpvorrichtungen einzusetzen, die. dazu be.stimmt sind, mit großer Geschwindigkeit kleine
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• '2 -
Flüssigkeitsmengen abzugeben. Wegen der geringen Masse der
beweglichen Teile sind diese Membranen besonders geeignet für sogenannte ventillose Pumpen, bei denen nicht-lineare
Kennlinien des Flüssigkeitssystems für die Pumpwirkung ausgenutzt werden. Bei einer bekannten derartigen Pumpvorrichtung,
wie sie in der Drucktechnik zur Förderung von Tinte bzw. Druckfarben benutzt wird, gehört zu dem inneren Flüssigkeitssystem
eine Kapillare, die mit einer relativ zu deren Querschnitt sehr großen Kammer in Verbindung steht. Eine aus Metall bestehende,
über der Kammer angeordnete Membran ist mit der Kammerwand durch Kleben oder Löten verbunden. Auf der Membran
sitzt in fester Verbindung, geklebt oder verlötet, ein piezoelektrischer Kristall. Weil die zur Membran weisende Oberfläche
des Kristalls im allgemeinen eine Elektrode ist, sollt· die Verbindung mit der Membran leitend sein.
Die bekannte Vorrichtung hat sich als unzuverlässig erwiesen, weil oft ein Leck zwischen der Membran und der Kammerwand entsteht,
so daß Luft in die Kammer eindringen kann. Die Pumpe funktioniert dann nicht mehr, weil die sehr geringen Bewegungen
der Membran in der inkompressiblen Flüssigkeit keine
kräftige Druckwelle mehr erzeugen können, sondern lediglich die eingedrungene Luft komprimieren. Eine genaue Untersuchung
der Ursachen der Fehlerquelle zeigten, daß die Verbindung zwischen der Membran und der Kammerwand sehr starken Reaktionskräften ausgesetzt ist, wenn dem Kristall ein elektrischer Impuls
erteilt wird. Der in radialer Richtung oszillierende Kristall biegt jeweils bei seiner Kontraktion die Membran
mit Bezug auf die Kammer nach einwärts, und dabei ist die Membran einem äusserst starken Stoß ausgesetzt, welcher die
bekannte Art der Verbindung zwischen Membran und Kammerwand
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zu lösen in der Lage ist
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ©ine Pumpvorrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher durch
bessere Befestigung der Membran an.der Kammerwand eine größere
Zuverlässigkeit erreicht wird«,
Vorstehende Aufgabe;wird, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
die Membran im Umfangsbereich auf der der Pumperikammer abgewandten Seite fest abgestützt ist« Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert«
Es zeigen: ν
Figur 1 : einen Querschnitt durch eine Pumpvorrichtung gemäß
■■: der Erfindung, '
Figur 2 ? ebenfalls im Querschnitt gegenüber Figur 1 abge-1111
-*'. - wandelte Ausführungsbeispiele ο
Figur 1 zeigt ein© Pumpvorrichtung mit einem geeigneten, im
Querschnitt runden piezo-elektrischen Kristall, z.B. vom !Dyp
Blei-Z^irconat-Titanate Der Kristall ist mit einer metallischen
Membran ΛΛ durch eine gelötete oder geklebte Verbindung 12
fest verbunden« Die obere und unter© ebene Oberfläche des
Kristalls 10 ist jeweils metallbeschichtet und^wirkt somit
als Elektrodeο Aus diesem Grund sollte die Verbindung 12
elektrisch leitend sein, also im Fall® einer Klebverbindung
ein geeigneter, elektrisch leitfähiger Kleber gewählt werden.
Der Kristall 10 und die mit ihm verbundene Membran sind in
einer Einsenkung oder Bohrung 1J in "einer Platte 14 montieit,
die als Deckel diente Die Tiefe der Einsenkung 13 ist so ge-
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wählt, daß zwischen der Membran 11 und einem Gehäuse 15 einHohlraum
16 bleibt, welcher .die eigentliche Pumpenkammer bildet. Diese hat einen Auslaß 17.
Die Membran 11 ist am Deckel 14 befestigt, und zwar vorzugsweise angelötet oder mit einem leitfähigen Kleber festgeklebt.
Die elektrischen Anschlußleitungen des Kristalls sind eine erste Leitung 18, welche mit der oberen Metallbeschichtung
verbunden ist und eine weitere, nicht gezeigte Leitung, die mit dem Deckel 14 verbunden ist.
Wenn der Kristall mit einem elektrischen Impuls geeigneter Polarität beaufschlagt wird, erfolgt eine radiale Kontraktion,
wodurch die Membran mit Bezug auf die Zeichnungsfiguren nach Tinten gekrümmt wird. Wenn die Anstiegszeit des Impulses
kurz und die Masse des Membransystems klein ist, bewegt sich die Membran mit sehr großer Geschwindigkeit in Sichtung zur
Flüssigkeitsoberfläche. Da die Flüssigkeit jedoch inkompressibel ist und der einzige Auslaß eine nicht gezeigte, mit dem Auslaß
17 in Verbindung stehende Kapillare ist, wirkt im ersten Augenblick eine sehr starke Reaktionskraft auf die Membran, und zwar
mit Bezug auf die Zeichnungsfiguren in Richtung nach oben. Da jedoch die Membran im Gegensatz zur bisher bekannten Befestigungsart
entsprechend der Belastungsrichtung richtig befestigt ist, wird sie nur gegen ihre Sitzfläche in der Einsenkung 13
gedruckt, und es besteht keine Gefahr, daß die Verbindung bricht. Dadurch ist das Risiko einer Leckage beträchtlich
verringert.
Bei der Ausführung nach Figur 2 ist die Membran 11 in einem
Gehäuse 19 montiert, welches in diesem Fall unterhalb der
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Membran eine flache Einsenkung 20 hat, diel als Pumpenkammer
funktioniert. Über der Membran befindet sich als Deckel ein
Spannring oder eine Spannscheibe 21 mit einer Bohrung 22 für die Aufnahme des Kristalls 10; Der Spannring 21 liegt
über dem Umfang der Membran auf dieser auf und wird durch
Schrauben 23 unter Zwischenspannung der Membran 11 gegen das
Gehäuse 19 angezogen. Bei dieser Ausführung ist es im allgemeinen
nicht notwendig, die Membran mit dem Gehäuse oder dem Deckel zu verlöten. Der Spanndruck der Schrauben ist
normalerweise ausreichend, um eine gegenseitige dichte Anlage
der miteinander verspannten Teile zu erreichen.
Wie Figur 3 zeigt, ermöglicht die Konstruktion nach Figur 2
die Verwendung eines einzigen Gehäuses und einer gemeinsamen
Membran 24 für eine Mehrzahl von Pumpvorrichtungen gemäß der
Erfindung. \
Pat entansprüche
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Claims (3)
1. Pumpvorrichtung, bestellend aus einer mit einem radial
kontrollierbaren piezo-elektrischen Kristall verbundenen steifen Membran, welche einen Teil der Wand einer Pumpenkammer
bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (11) im Umfangsbereich auf der der Pumpenkammer
(16, 20) abgewandten Seite fest abgestützt ist.
2. Pumpvorrichtung nach Anspruch 1, -dadurch, ge*·
kennzeichnet, daß die Membran (11) am Boden einer Einsenkung oder Bohrung (13) eines dicht mit dem
Pumpengehäuse (15) verbundenen Deckels (14-) abgestützt
und befestigt ist, wobei die Einsenkung oder Bohrung (13) tiefer ist als die Dicke der Membran (11) und der Baum
(16) zwischen der Membran (11), dem Deckel (14-) und dem Pumpengehäuse(i5) die Pumpenkammer bildet.
3. Pumpvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Membran (11) mittels einer Spannscheibe (21) oder Spannplatte gegen das
Pumpengehäuse (19) festklemmbar ist und dieses gegenüber
dem mittleren Bereich der Membran (11) eine Einsenkung (20) aufweist, welche die Pumpenkammer bildet.·
4-, Pumpvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß in einem
gemeinsamen Pump eng ehäuse (19) mehrere Pumpenkanuaern (20)
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angeordnet sind, wobei in entsprechender Anzahl piezoelektrische
Kristalle (Ϊ0) auf ein die Membranen bildendes, gemeinsames Teil (24) wirken«
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| SE7305784A SE378029B (de) | 1973-04-25 | 1973-04-25 |
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| DE19732354249 Withdrawn DE2354249A1 (de) | 1973-04-25 | 1973-10-30 | Pumpvorrichtung, bestehend aus einer mit einem piezo-elektrischen kristall verbundenen membran |
Country Status (3)
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| DE (1) | DE2354249A1 (de) |
| GB (1) | GB1418274A (de) |
| SE (1) | SE378029B (de) |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB1418274A (en) | 1975-12-17 |
| SE378029B (de) | 1975-08-11 |
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