DE3320443C2 - Flüssigkeitspumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkeitspumpe be­ stehend aus einem Hohlkörper mit einem Einlaßventil, das an einer Flüssigkeitszufuhr angeschlossen ist, und einem Aus­ laßventil, wobei der Pumpeffekt durch Volumenänderung des Hohlkörpers erzeugt wird, welcher zwei mechanisch schalen­ förmig vorgespannte derart kontaktierte piezoelektrische Wandler aufweist, daß sich bei einer Spannungsänderung an den Kontaktierungen der Wandler deren Oberflächen verklei­ nern.

Eine derartige Flüssigkeitspumpe ist aus der US-A-3 215 078 bekannt. Bei dieser bekannten Pumpe sind die piezoelektri­ schen Wandler in Form von zwei ineinandergefügten Hohlzylin­ dern oder Hohlkugeln unterschiedlichen Durchmessers ausge­ bildet, wobei der Zwischenraum zwischen den Wandlern ledig­ lich über ein Einlaßventil und ein Auslaßventil zugänglich ist. Zum Betreiben der bekannten Pumpe werden die beiden Wandler gleichzeitig angesteuert, so daß sie sich aufeinan­ der zu bewegen und damit das Volumen des Zwischenraumes ver­ ringern. Die dabei verdrängte Flüssigkeitsmenge wird über das Auslaßventil ausgestoßen; beim Ende der Ansteuerung der Wandler kehren diese in ihre Ruhelage zurück, wobei Flüssig­ keit durch das Einlaßventil in die Pumpe eingesaugt wird. Eine Möglichkeit zur Einstellung der Pumpleistung, also der bei einem Pumpstoß geförderten Flüssigkeitsmenge ist nicht vorgesehen.

Aus der US-A-3 963 380 ist eine ähnliche Flüssigkeitspumpe mit einander gegenüberliegenden und ebenfalls gleichzeitig angesteuerten piezoelektrischen Wandlern bekannt. Bei dieser bekannten Pumpe wird zur Optimierung des Pumpvorganges ein kombiniertes Ein-/Auslaßventil phasenverschoben zur Erregung der Wandler angesteuert. Eine Einstellung der Pumpleistung ist auch hier nicht vorgesehen.

Schließlich ist aus der US-A-3 107 630 eine Flüssigkeits­ pumpe mit zwei piezoelektrischen Wandlern bekannt, die durch zwei um 90° phasenverschobene sinusförmige Spannungen ange­ steuert werden. Dabei wird die Pumpwirkung durch die phasen­ verschobene Ansteuerung der piezoelektrischen Wandler her­ vorgerufen. Eine Einstellung des Pumpvolumens ist nicht vor­ gesehen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei der Flüssigkeitspumpe der eingangs genannten Art eine kontinu­ ierliche Veränderung des Pumpvolumens auf eine einfache Weise zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Erregung der beiden Wandler Spannungsimpulse an die entspre­ chenden Kontaktierungen gelegt werden, wobei die Phasenlage der Spannungsimpulse zueinander zwischen 0° und 180° vari­ ierbar ist. Die Einstellung der Phasenlage kann mit Hilfe eines Phasenschiebergliedes erfolgen, wodurch sich die Pump­ leistung kontinuierlich verändern läßt.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vor­ gesehen, daß der Hohlkörper der Flüssigkeitspumpe zwei Wand­ ler aufweist, die entweder gleichsinnig oder gegensinnig ge­ krümmt sind. Die Ränder der beiden Wandler können direkt miteinander verbunden sein. Eine konstruktiv besonders vor­ teilhafte Lösung sieht vor, daß sich zwischen den Wandlern ein Distanzteil befindet - im einfachsten Fall ein Metall­ ring -, der mit den Rändern der Wandler starr verbunden wird. Dieser Metallring kann beispielsweise auch die Ventile enthalten. Bezogen auf das Ausführungsbeispiel mit zwei ge­ gensinnig gekrümmten Wandlern ergibt eine gleichzeitige An­ steuerung der Wandler, also eine Ansteuerung mit der Phasen­ verschiebung Null zwischen den beiden Spannungsimpulsen, ei­ ne maximale Pumpleistung. Bei einer Phasenverschiebung von 180° hingegen ist bei einer derartigen Flüssigkeitspumpe die Pumpleistung praktisch Null.

Anhand der Zeichnung werden im folgenden zwei Ausführungs­ beispiele der Erfindung näher beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flüssigkeitspumpe mit gegensinnig gekrümmten Wand­ lern schematisch im Querschnitt und

Fig. 2 eine Flüssigkeitspumpe mit zwei gleichsinnig ge­ krümmten Wandlern.

In Fig. 1 ist mit 20 ein ringförmiges Distanzteil bezeichnet, auf das beidseitig je ein schalenförmiger piezoelektrischer Wandler 21 bzw. 22 aufgeschweißt ist. Die Wandler 21 und 22 sind jeweils aus einem bilaminaren Material aus einer Nickelschicht 4 und einer Schicht 5 aus Piezokeramik aufge­ baut und in der Weise angeordnet, daß beide Wandler 21 und 22 gegenseitig gekrümmt sind. In das Distanzteil 20 sind ein Einlaßventil 23 und ein Auslaßventil 24 eingefügt, wobei das Einlaßventil 23 Flüssigkeit in den von den beiden schalen­ förmigen Wandlern 21 und 22 gebildeten Hohlraum 10 hinein­ strömen läßt und das Auslaßventil 24 die Flüssigkeit aus dem Hohlraum ausströmen läßt.

In der schematischen Schnittzeichnung der Fig. 1 ist auf die Darstellung der Kontaktierung der Wandler 21 und 22 verzich­ tet worden. Wird nun eine derartige elektrische Spannung an die Kontaktierung der Wandler 21 und 22 gelegt, daß sich diese verkürzen, so resultiert das darin, daß die Wölbung des betreffenden Wandlers 21 bzw. 22 abnimmt. Bei ausrei­ chender Spannung an beiden Wandlern 21 und 22 legen sich diese plan aneinander an. Das der Volumenänderung des Hohl­ raums 10 entsprechende Flüssigkeitsvolumen - im Extremfall bei gleichphasiger Ansteuerung der Wandler 21 und 22 also das gesamte Volumen des Hohlraums 10 - wird dabei durch das Auslaßventil 24 ausgestoßen. Nach Beendigung des Spannungs­ impulses kehrt der betreffende Wandler 21 bzw. 22 automa­ tisch in seine Ausgangslage zurück. Dabei schließt das Aus­ laßventil 24 und das Einlaßventil 23 öffnet, so daß durch den entstandenen Unterdruck in dem Hohlraum 10 Flüssigkeit einströmen kann. Bei gleichphasiger Ansteuerung der beiden Wandler 21 und 22 wird eine maximale Pumpleistung erzielt werden. Durch eine Phasenverschiebung in den an die beiden Wandler 21 und 22 angelegten Spannungsimpulsen kann die Pumpleistung kontinuierlich bis auf Null heruntergeregelt werden.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel entsprechend dem der Fig. 1 mit dem Unterschied, daß die beiden Wandler 21 und 22 gleichsinnig gekrümmt sind. Gleiche Teile sind daher mit gleichen Bezugszeichen versehen. Auch hierbei kann durch un­ terschiedliche Phasenansteuerung wiederum die Pumpleistung variiert werden.

Die Flüssigkeitspumpe kann mit sehr großen Frequenzen arbei­ ten, die im Grunde genommen lediglich durch die Resonanzfre­ quenz der Wandler 21 und 22 und im wesentlichen durch die Nachfüllzeit begrenzt ist. Die Pumpe eignet sich besonders für implantierbare Infusionspumpen oder dergleichen. Der Durchmesser der gesamten Pumpe braucht lediglich einige Mil­ limeter zu betragen. Die Pumpe arbeitet friktions- und prak­ tisch verschleißfrei und garantiert bei hoher Lebensdauer eine stets gleichbleibend gute Pumpleistung.

Claims (5)

1. Flüssigkeitspumpe bestehend aus einem Hohlkörper mit ei­ nem Einlaßventil, das an einer Flüssigkeitszufuhr ange­ schlossen ist, und einem Auslaßventil, wobei der Pumpeffekt durch Volumenänderung des Hohlkörpers erzeugt wird, welcher zwei mechanisch schalenförmig vorgespannte derart kontak­ tierte piezoelektrische Wandler aufweist, daß sich bei ei­ ner Spannungsänderung an den Kontaktierungen der Wandler deren Oberflächen verkleinern, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erregung der beiden Wandler (21, 22) Spannungsim­ pulse an die entsprechenden Kontaktierungen gelegt werden, wobei die Phasenlage der Spannungsimpulse zueinander zwi­ schen 0° und 180° variierbar ist.

2. Flüssigkeitspumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper zwei gleichsinnig gekrümmte Wandler (21, 22) aufweist.

3. Flüssigkeitspumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper zwei gegensinnig gekrümmte Wandler (21, 22) aufweist.

4. Flüssigkeitspumpe nach einen der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wandler (21, 22) durch ein Distanzteil (20) mit bestimmten Abstand zueinander angeordnet sind.

5. Flüssigkeitspumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Ventil (23, 24) in dem Distanzteil (20) angeordnet ist.