DE602004006802T2

DE602004006802T2 - Pumpe

Info

Publication number: DE602004006802T2
Application number: DE602004006802T
Authority: DE
Inventors: Takeshi Seto; Kunihiko Takagi
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-06-17
Filing date: 2004-06-16
Publication date: 2008-02-14
Anticipated expiration: 2024-06-17
Also published as: JP2005133704A; EP1489306A2; CN100398821C; CN1573102A; EP1489306B1; EP1489306A3; JP4678135B2; DE602004006802D1; US20050019180A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Pumpe zum Bewegen eines Arbeitsfluids durch Verändern des Volumens einer Pumpenkammer mittels eines Kolbens oder einer beweglichen Wand, beispielsweise einer Membran. Insbesondere betrifft die Erfindung eine kleine Hochleistungspumpe.
In einer bekannten Pumpe dieser Art sind Rückschlagventile zwischen einem Einlaßkanal und einer Pumpenkammer von veränderlichem Volumen sowie zwischen einem Auslaßkanal und der Pumpenkammer vorgesehen. Ferner ist eine Pumpe zum Übertragen von Flüssigkeit bekannt, in der ein dünner Wandbereich an einem Durchlaß einer Pumpenkammer an einer stromaufwärtsliegenden Seite oder einer stromabwärtsliegenden Seite vorgesehen ist, so daß eine Pulsierung aufgrund der intermittierend getriebenen Flüssigkeit durch Verformung des Durchlasses reduziert wird (siehe zum Beispiel JP-A-2000-265963 ).
Ferner ist schon eine Hochleistungspumpe von großer Zuverlässigkeit vorgeschlagen worden, die mit einem Hochbelastungsdruck und hochfrequentem Antrieb dadurch fertig werden kann, daß sie eine Kanalkonstruktion benutzt, die einen großen Inertanzwert anstelle eines Ventils in einem Auslaßkanal hat und folglich durch das Nutzen einer Kraft der Fluidträgheit. Bei dieser Pumpe wird im Einlaßkanal eine verformbare Struktur benutzt, um zu verhindern, daß die Saugwirksamkeit der Pumpe aufgrund des Pulsierens in einem Einlaßkanal abnimmt (siehe zum Beispiel JP-A-2002-322986 ).
Ferner offenbart JP-A-61-171891 eine Volumenpumpe mit einer Membran, die von einem piezoelektrischen Element, beispielsweise PZT angetrieben wird, und ferner mit einer Pumpenkammer, deren Volumen mittels der Membran verändert werden kann, einem Loch, durch das ein Fluid in die Pumpenkammer strömen kann, und einem Loch, durch das das Fluid aus der Pumpenkammer strömen kann, wobei Rückschlagventile in den jeweiligen Löchern vorgesehen sind.
Aber bei der Konstruktion gemäß JP-A-2000-265963 besteht die Schwierigkeit, daß sie nicht mit einem Hochlastdruck oder einem hochfrequenten Antrieb fertig wird, weil der Einlaßkanal und der Auslaßkanal Rückschlagventile erfordern, die als Fluidwiderstandselement dienen, wodurch der Druckverlust des Fluids durch die zwei Rückschlagventile groß ist. Für den Fall, daß Gasblasen in der Pumpenkammer verbleiben, ist es darüber hinaus nicht möglich, eine vorherbestimmte Fördermenge zu erhalten, weil der Druck der Flüssigkeit in der Pumpenkammer im Verlauf der Verringerung des Volumens der Pumpenkammer nicht stark genug angehoben wird.
Bei den Pumpen gemäß JP-A-2002-322986 und JP-A-61-171891 wird der Druck der Flüssigkeit in der Pumpenkammer im Verlauf der Verringerung des Volumens der Pumpenkammer nicht ausrei chend angehoben, wenn Gasblasen in der Pumpenkammer verbleiben, denn die Veränderung des Volumens der Pumpenkammer aufgrund der Verformung der Membran ist gering. Folglich werden die Strömungseigenschaften der Pumpe stark verschlechtert, und im schlimmsten Fall kann es unmöglich werden, die Flüssigkeit zu fördern.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Pumpe zu schaffen, die Gasblasen abgeben und folglich eine Förderfähigkeit beibehalten kann, selbst wenn Gasblasen im Innern einer Pumpenkammer bleiben.
Diese Aufgabe wird mit einer Pumpe gemäß Anspruch 1 erreicht. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind der Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Eine Pumpe der Art, auf die im Oberbegriff von Anspruch 1 Bezug genommen wird, ist bekannt aus US 2002/0114716 .
Eine Membran, die mit einer Betätigungsvorrichtung angetrieben wird, beispielsweise einem piezoelektrischen Element, kann als die bewegliche Wand benutzt werden. Ein Sperrventil kann als das Fluidwiderstandselement benutzt werden.
Ferner kann als eine Blasenabführeinrichtung, zu der Einzelheiten näher beschrieben werden, beispielsweise eine sekundäre Pumpenkammer, ein Druckerzeugungsmechanismus, ein Heizabschnitt usw., der zum Aufbringen von Druck auf die Pumpenkammer benutzt wird, verwendet werden. Gemäß der Erfindung ist in der Pumpenkammer ein Heizabschnitt vorgesehen, der als Blasenabführeinrichtung dient.
Da die Pumpe die Blasenabführeinrichtung aufweist, kann gemäß dieser Konstruktion die Pumpe selbst dann gestartet werden, wenn Gasblasen in der Pumpenkammer bleiben, das heißt selbst dann, wenn das Arbeitsfluid nicht in die Pumpenkammer gefüllt ist. Außerdem können die Gasblasen beim Antrieb der Pumpe abgeführt werden aufgrund der genannten Blasenabführeinrichtung, wenn Gasblasen in der Pumpenkammer bleiben, obwohl erwogen wird, daß der Druck in der Pumpenkammer nicht ausreichend angehoben ist. Folglich ist es möglich, die Leistung der Pumpe beizubehalten, insbesondere die Fördermenge des Arbeitsfluids.
Es sollen nun verschiedene Pumpsysteme mit Blasenabführeinrichtungen und Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden. Es zeigt:
1 eine senkrechte Schnittansicht einer Pumpe gemäß einem ersten Beispiel;
2 eine graphische Darstellung interner Zustände der Pumpe gemäß dem ersten Beispiel;
3 ein Blockschaltbild einer Antriebsschaltung der Pumpe gemäß dem ersten Beispiel;
4 eine Draufsicht auf eine Membran für eine sekundäre Pumpenkammer einer Pumpe gemäß einem zweiten Beispiel;
5 eine senkrechte Schnittansicht eines Teils einer Pumpe gemäß einem dritten Beispiel;
6 ein Blockschaltbild einer Antriebsschaltung der Pumpe gemäß dem dritten Beispiel;
7 eine senkrechte Schnittansicht einer Pumpe gemäß einem vierten Beispiel;
8 ein Blockschaltbild einer Antriebsschaltung der Pumpe gemäß dem vierten Beispiel;
9 eine senkrechte Schnittansicht einer Pumpe gemäß einem fünften Beispiel;
10 eine senkrechte Schnittansicht eines Druckerzeugungsmechanismus gemäß einem sechsten Beispiel;
11 eine senkrechte Schnittansicht eines Teils einer Pumpe gemäß dem sechsten Beispiel;
12 eine Schnittansicht eines Teils einer Pumpe gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
13 eine Draufsicht auf eine Heizvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
14 eine Draufsicht auf ein abgewandeltes Beispiel der Heizvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
15 ein Blockschaltbild einer Antriebsschaltung der Pumpe des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
16 eine Draufsicht auf ein weiteres abgewandeltes Beispiel der Heizvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
17 eine senkrechte Schnittansicht einer Pumpe gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Erstes Beispiel
Die 1 bis 3 zeigen eine Pumpe 10 gemäß einem ersten Beispiel.
1 ist ein senkrechter Schnitt, der einen Aufbau der Pumpe 10 zeigt. In 1 weist die Pumpe 10 grundsätzlich ein becherförmiges Gehäuse 50 auf, an dem ein laminiertes piezoelektrisches Element 70 befestigt ist, sowie einen Einströmkanal 21 zum Einführen eines Arbeitsfluids, einen Ausströmkanal 28 zur Abgabe des Arbeitsfluids und ein Pumpengehäuse 20 mit einer sekundären Pumpenkammer 24 und einer primären Pumpenkammer 27.
Ein Ende des piezoelektrischen Elements 70 ist an einem Innenbodenbereich des Gehäuses 50 durch Befestigungsmittel, beispielsweise einen Klebstoff, befestigt, und eine Membran 60 der primären Pumpenkammer ist nahe sowohl einer Oberseite eines Randbereichs des Gehäuses 50 als auch einer Oberseite des anderen Endes des piezoelektrischen Elements 70 befestigt. Das Pumpengehäuse 20 ist an dem Umfangsrandbereich der Oberseite der Membran 60 so befestigt, daß die Luftdichtheit der befestigten Bereiche erhalten bleibt. Die primäre Pumpenkammer 27 ist in einem Raum zwischen der Membran 60 und einem ersten konkaven Bereich ausgebildet, der in einem unteren Bereich des Pumpengehäuses 20 gebildet ist.
Ein zweiter konkaver Bereich ist in einem oberen Bereich des Pumpengehäuses 20 vorgesehen, und eine Membran 45 der sekundären Pumpenkammer ist luftdicht an einer Oberseite eines Randbereichs dieses zweiten konkaven Bereichs befestigt, wodurch die sekundäre Pumpenkammer 24 gebildet ist. Die Membran 45 ist aus einem Blechteil geformt, welches dünner ist als die Membran 60, und ist durch den Innendruck der sekundären Pumpenkammer 24 verformbar. Ein plattenförmiges piezoelektrisches Element 71 ist an der Oberseite der Membran 45 befestigt. Die Membran 45 und das piezoelektrische Element 71 bilden eine einförmige (unimorph) Betätigungsvorrichtung.
Ein jeweiliges piezoelektrisches Element 71 kann an beiden Oberflächen der Membran 45 befestigt sein, um eine zweiförmige Betätigungsvorrichtung (bimorph) zu bilden, und in diesem Fall ist auf die enge Anbringung des piezoelektrischen Elements 71 in Berührung mit dem Arbeitsfluid hinzuweisen, während eine Betätigungsvorrichtung mit größerer Verdrängung gebildet werden kann.
Als nächstes wird der Aufbau längs des Strömungskanals des Arbeitsfluids beschrieben. Der Einströmkanal 21 ist in einem vom Pumpengehäuse 20 vorstehenden Einlaßverbindungsrohr 30 gebildet und steht mit der sekundären Pumpenkammer 24 durch eine Einlaßventilöffnung 22 für die sekundäre Pumpenkammer und eine Einlaßventilpaßöffnung 23 für die sekundäre Pumpenkammer in Verbindung. Ein Einlaßsperrventil 41 für die sekundäre Pumpenkammer als Fluidwiderstandselement zum Öffnen und Schließen der Einlaßventilöffnung 22 ist am Rand der Einlaßventilpaßöffnung 23 befestigt. Eine Einlaßventilöffnung 25 für die primäre Pumpenkammer und eine Einlaßventilpaßöffnung 26 für die primäre Pumpenkammer sind zwischen der sekundären Pumpenkammer 24 und der primären Pumpenkammer 27 vorgesehen. Ein Einlaßsperrventil 42 für die primäre Pumpenkammer als ein Fluidwiderstandselement einschließlich eines Teils zum Öffnen und Schließen, mit dem die Einlaßventilöffnung 25 geöffnet und geschlossen werden kann, ist am Rand der Einlaßventilpaßöffnung 26 befestigt.
Die primäre Pumpenkammer 27 steht mit dem Ausströmkanal 28 in Verbindung. Der Ausströmkanal 28 hat einen engen Rohrbereich, der mit der primären Pumpenkammer 27 verbunden ist, und einen weiten Rohrbereich, dessen Querschnittsfläche größer ist als die des engen Rohrbereichs, wobei ein Zwischenbereich den engen Rohrbereich mit dem weiten Rohrbereich verbindet. Ein äußerer Umfangsbereich des Auslaßkanals bildet das Auslaßverbindungsrohr 31.
Wenn die Pumpe in Gebrauch ist, werden hier nicht gezeigte Schläuche aus Siliziumgummi, die Elastizität aufweisen, an das Einlaßverbindungsrohr 30 und das Auslaßverbindungsrohr 31 angeschlossen.
Als nächstes wird ein Inertanzwert L eines Strömungskanals beschrieben. Angenommen, die Querschnittsfläche eines Strömungskanals sei S, die Länge des Strömungskanals sei r und die Dichte des Arbeitsfluids sei ρ, dann wird die folgende Gleichung erhalten: L = ρ × r/S. Ferner sei angenommen, daß die Druckdifferenz über den Strömungskanal ΔP sei und das Strömungsvolumen des im Strömungskanal fließenden Arbeitsfluids sei Q, dann wird die folgende Gleichung durch Verformen einer dynamischen Gleichung des Fluids im Strömungskanal mit Hilfe des Inertanzwertes L: ΔP = L dQ/dt erhalten. Das bedeutet, daß der Inertanzwert L einen Grad an Einfluß einer Druckeinheit auf die Schwankung des Strömungsvolumens pro Zeiteinheit anzeigt, wobei die Änderung des Strömungsvolumens pro Zeiteinheit bei zunehmendem Inertanzwert L kleiner wird und die Änderung des Strömungsvolumens pro Zeiteinheit bei abnehmendem Inertanzwert L größer wird.
Der Gesamtinertanzwert einer parallelen Verbindung einer Vielzahl von Strömungskanälen oder einer seriellen Verbindung einer Vielzahl von Strömungskanälen unterschiedlicher Formen kann durch Gesamtinertanzwerte der jeweiligen Strömungskanäle ähnlich wie bei der parallelen Verbindung bzw. der seriellen Verbindung von Induktivitäten in elektrischen Schaltkreisen berechnet werden. Wenn beispielsweise die beiden Strömungskanäle mit Inertanzwerten von L1 bzw. L2 seriell in Reihe verbunden sind, ergibt sich der Gesamtinertanzwert als L1 + L2.
Der nachfolgend beschriebene Einlaßkanal bezieht sich auf einen Strömungskanal, der sich vom Inneren der primären Pumpenkammer 27 zu einer Eingangsstirnfläche der Einlaßventilöffnung 25 erstreckt. Da sich beim ersten Beispiel der vorliegenden Erfindung die sekundäre Pumpenkammer 24, welche die Membran 45 als Pulsationsabsorbiereinrichtung besitzt, mit einem Zwischenbereich des Strömungskanals in Verbindung befindet, bedeutet Einlaßkanal hier einen Strömungskanal, der sich vom Inneren der primären Pumpenkammer 27 bis zu einem Verbindungsbereich der Pulsationsabsorbiereinrichtung erstreckt.
Wenn die Membran 45 von großer Steifigkeit ist und infolgedessen eine geringe Absorptionswirkung für Pulsierungen hat, muß der Gesamtinertanzwert des Einlaßkanals der primären Pumpenkammer bis zum Ort der Pulsationsabsorbiereinrichtung, beispielsweise einem Rohr stromaufwärts der sekundären Pumpenkammer 24 gerechnet werden.
Die Ausgangskanaleinrichtung bezeichnet einen Strömungskanal, der sich bis zu einer Ausgangsstirnfläche des Ausströmkanals 28 erstreckt, denn der als Pulsationsabsorbiereinrichtung dienende Schlauch ist an das Auslaßverbindungsrohr 31 angeschlossen.
Als nächstes wird der Inertanzwert eines Öffnungs- und Schließteils des Sperrventils beschrieben. Der Inertanzwert des Öffnungs- und Schließteils steht in Verbindung mit der Masse des Öffnungs- und Schließteils und der Querschnittsfläche des Strömungskanals (eine Ventilöffnung), der vom Öffnungs- und Schließteil geschlossen wird, und ergibt sich als (Inertanzwert des Öffnungs- und Schließteils) = ((Masse des Öffnungs- und Schließteils)/(Querschnittsfläche des Strömungskanals, der vom Öffnungs- und Schließteil geschlossen wird)²). Für eine Zeit eines kleinen Strömungsvolumens, wenn der Strömungskanal aus einem Zustand geöffnet wird, bei dem das Öffnungs- und Schließteil den Strömungskanal vollständig verschließt, gibt der Inertanzwert des Öffnungs- und Schließteils den Einflußgrad einer Druckeinheit auf die Änderung des Strömungsvolumens pro Zeiteinheit an, ähnlich wie beim Inertanzwert des Strömungskanals, wo die Änderung des Strömungsvolumens pro Zeiteinheit mit der Zunahme des Inertanzwertes kleiner wird und die Änderung des Strömungsvolumens pro Zeiteinheit mit Abnahme des Inertanzwertes größer wird.
Als nächstes wird unter Hinweis auf 2 ein Innenzustand der Pumpe gemäß dem ersten Beispiel im Betrieb beschrieben. Es wird auch auf 1 Bezug genommen.
2 ist eine graphische Darstellung von Beziehungen einer Antriebsspannung (V) des piezoelektrischen Elements 70 und eines Drucks (MPa) der primären Pumpenkammer 27 ausgedrückt als absoluter Druck gegenüber der Zeit (ms) als Wellenformen darstellt, wenn die primäre Pumpenkammer 27 und die sekundäre Pumpenkammer 24 mit dem Arbeitsfluid gefüllt sind, was im Fall der Pumpe 10 gemäß dem ersten Beispiel eine Flüssigkeit (Wasser) ist. Da das piezoelektrische Element 70 mit zunehmender Antriebsspannung expandiert, wird, was 2 zeigt, die Membran 60 angehoben, wodurch das Volumen der primären Pumpenkammer 27 komprimiert wird. In 2 ist sichtbar, daß der Druck mit dem Anstieg aufgrund der Kompression der primären Pumpenkammer 27 beginnt, nachdem ein Tal der Antriebsspannung durchlaufen wurde, und daß der Innendruck der primären Pumpenkammer 27 rasch abnimmt, nachdem der Punkt der höchsten Aufwärtsneigung der Antriebsspannung überschritten wurde, und daß er im wesentlichen auf einen absoluten Druck von 0 absinkt.
Wenn die primäre Pumpenkammer 27 in einem Zustand komprimiert wird, wo das Einlaßsperrventil 42 geschlossen ist, wird zunächst der Innendruck der primären Pumpenkammer 27 aufgrund der großen Inertanz des Ausströmkanals (Auslaßkanal) 28 stark erhöht. Mit dieser Zunahme des Innendrucks in der primären Pumpenkammer 27 wird das Arbeitsfluid im kleinen Rohrbereich beschleunigt und dadurch die eine Trägheitswirkung erzeugende kinetische Energie angesammelt. Wenn das Gefälle der Expansions- und Kontraktionsgeschwindigkeit des piezoelektrischen Elements 70 abnimmt, neigt das Arbeitsfluid zu einer kontinuierlichen Strömung aufgrund der in der Zwischenzeit angesammelten Trägheitswirkung von der kinetischen Energie des Arbeitsfluids im Auslaßkanal, so daß der Innendruck in der primären Pumpenkammer 27 rasch abfällt und damit kleiner wird als der Innendruck in der sekundären Pumpenkammer 24.
Zu diesem Zeitpunkt wird das Einlaßsperrventil 42 aufgrund des Druckunterschieds geöffnet, so daß das Arbeitsfluid aus der sekundären Pumpenkammer 24 in die primäre Pumpenkammer 27 fließt. Da in diesem Zeitpunkt die Summe des Gesamtinertanzwertes des Einlaßkanals der primären Pumpenkammer 27 und des als Öffnungs- und Schließteil dienenden Einlaßsperrventils 42 ausreichend kleiner ist als der Inertanzwert des Auslaßkanals, wie vorstehend beschrieben, wird ein wirksames Einströmen des Arbeitsfluids veranlaßt.
Dieser Zustand, bei dem das Ausströmen und Einströmen in die primäre Pumpenkammer 27 gleichzeitig auftreten, setzt sich so lange fort, bis das piezoelektrische Element 70 komprimiert wird und dann wieder expandiert. Dies ist durch den ebenen Bereich des Innendrucks der primären Pumpenkammer 27 in 2 angedeutet.
Da das Abgeben und Ansaugen in der Pumpe 10 gemäß dem ersten Beispiel über eine lange Zeit hinweg fortgesetzt werden, kann ein großes Strömungsvolumen fließen, und da im Innern der Pumpenkammer ein sehr hoher Druck herrscht, ist es möglich, mit einem hohen Lastdruck fertig zu werden.
In der sekundären Pumpenkammer 24 absorbiert derweil die Membran 45 das Pulsieren durch Verformung aufgrund des Innendrucks in der sekundären Pumpenkammer 24. Folglich ist das Einströmen des Arbeitsfluids aus dem Einströmkanal 21, der einen großen Inertanzwert hat, in die sekundäre Pumpenkammer 24, eine statische Strömung mit geringer Pulsierung, und das Einlaßsperrventil 41 ist ständig offen. Damit bewirkt die Membran 45, daß das Pulsieren im Einströmkanal 21 unterdrückt wird, während sie den Inertanzwert des Einströmkanals der primären Pumpenkammer 27 aufgrund ihrer Verformung klein hält. Da der Öffnungszustand des Einlaßsperrventils 41 anhält, kommt es nicht zu einem Problem wie der Erzeugung von Fluidwiderstand oder Versagen aufgrund von Ermüdung.
Als nächstes wird unter Hinweis auf die 1 und 3 ein Füllvorgang bei Ingangsetzen der Pumpe 10 beschrieben. 3 ist ein Blockschaltbild eines Antriebsschaltkreissystems gemäß dem ersten Beispiel. Ein Füllvorgang ist ein Vorgang, bei dem im Fall verbliebener Gasblasen in der Pumpe eine Flüssigkeit mit Hilfe einer anderen Pumpe eingefüllt wird, wenn die primäre Pumpenkammer 27 gestartet wird, die nicht imstande ist, von sich aus die Flüssigkeit aufzunehmen. Wie 3 zeigt, gehört zu dem Antriebsschaltkreissystem der Pumpe 10 das piezoelektrische Element 70 zum Ansteuern der Membran 60, das piezoelektrische Element 71 zum Ansteuern der Membran 45, ein Umschalter 85, der als Antriebsschaltsteuereinheit zum Umschalten der Ansteuerung zwischen dem piezoelektrischen Element 70 und dem piezoelektrischen Element 71 dient, sowie eine Steuerschaltung 80 für den Pumpenantrieb auf, die das Ansteuern der Pumpe 10 steuert.
Wenn in die primäre Pumpenkammer 27 kein Arbeitsfluid gefüllt ist, wird eine von der Steuerschaltung 80 für den Pumpenantrieb erzeugte Ansteuerspannung in einem anfänglichen Stadium des Pumpenbetriebs mittels des Umschalters 85 an das an der Membran 45 befestigte piezoelektrische Element 71 angelegt. Die Antriebsspannung hat beispielsweise Sinuswellenform. Da die Membran 45 der sekundären Pumpenkammer ein dünnes Blechteil ist und gemeinsam mit dem piezoelektrischen Element 71 eine unimorphe Betätigungsvorrichtung mit großer Verdrängung bildet, verursacht die zweite Pumpenkammer 24 eine große Volumenänderung mit der Antriebsspannung. Das Einlaßsperrventil 41 befindet sich an der Eingangsseite der sekundären Pumpenkammer 24, und das Einlaßsperrventil 42 befindet sich an deren Auslaßseite. Das Einlaßsperrventil 42 funktioniert als Auslaßsperrventil der sekundären Pumpenkammer 24.
Da die sekundäre Pumpenkammer 24 sowohl am Einlaß als auch Auslaß je ein Sperrventil aufweist und folglich eine starke Volumenänderung erfährt, wirkt die sekundäre Pumpenkammer als eine Pumpe, die sowohl Gas als auch Flüssigkeit fördern kann. Und da die sekundäre Pumpenkammer 24 und die primäre Pumpenkammer 27 das Gas abgeben und folglich mit der Flüssigkeit gefüllt werden, die das Arbeitsfluid ist, kann die Pumpe durch Volumenänderung der primären Pumpenkammer 27 arbeiten. Der Umschalter 85 wird umgelegt, um die Antriebsspannung an das piezoelektrische Element 70 anzulegen, wenn genügend Zeit vergangen ist, wie von einem nicht gezeigten Zeitgeber bestimmt. Hierdurch ist automatisch ein Hochleistungsbetrieb ermöglicht.
Während des Betriebs der primären Pumpenkammer 27 kann außerdem der Betriebszustand der Membran 45 durch Erfassen einer Anschlußspannung des piezoelektrischen Elements 71 festgestellt werden. Wenn noch Gasblasen im Arbeitsfluid in der primären Pumpenkammer 27 sind, was die Pumpfähigkeit verschlechtert, ist das Ausmaß der Betätigung der Membran 45 geringer. Wenn man dann die Membran 45 mit Hilfe des piezoelektrischen Elements 71 arbeiten läßt, wodurch die Gasblasen abgeführt werden, und danach die Antriebsspannung so schaltet, daß die Membran 60 mittels des piezoelektrischen Elements 70 angesteuert wird, kann das Pumpvermögen wieder hergestellt werden. Der Füllvorgang wird dadurch ausgeführt, daß die vorstehend beschriebene Antriebssteuerung durchgeführt wird.
Da der Einlaßkanal der primären Pumpenkammer der Auslaßkanal der sekundären Pumpenkammer ist und das Fluidwiderstandselement (Sperrventil 42) zum öffnen und Schließen des Einlaßkanals in die primäre Pumpenkammer das Fluidwiderstandselement zum Öffnen und Schließen des Auslaßkanals der sekundären Pumpenkammer ist, wird der Strömungskanal des Arbeitsfluids verkürzt, so daß es möglich ist, den Fluidwiderstand des Strömungskanals zu verringern. Infolgedessen kann der Aufbau der Pumpe 10 vereinfacht und die Anzahl an Bauelementen verringert werden, was niedrige Kosten zur Folge hat.
Beim vorstehend beschriebenen ersten Beispiel wird eine Membran 60 als Einrichtung zum Hervorrufen der Volumenänderung der primären Pumpenkammer 27 benutzt; aber es kann statt dessen auch ein Kolben verwendet werden.
Zweites Beispiel
Als nächstes wird unter Hinweis auf 4 ein zweites Beispiel beschrieben. Die Pumpe gemäß dem zweiten Beispiel ist in ihrem Grundaufbau ähnlich dem beschriebenen ersten Beispiel, unterscheidet sich davon aber dadurch, daß ein Teil einer am piezoelektrischen Element 71 der sekundären Pumpenkammer 24 befestigten Ansteuerelektrode 52 abgetrennt ist und eine Detektorelektrode 53 bildet.
4 ist eine Draufsicht auf die Pumpe gemäß dem zweiten Beispiel von seiten der Membran der sekundären Pumpenkammer aus gesehen. Ein Teil der Elektrode 52, die auf dem an der Oberseite der Membran 45 befestigten piezoelektrischen Element 71 gebildet ist, ist abgetrennt, um die Detektorelektrode 53 zu bilden, wie 4 zeigt.
Als nächstes wird die Funktion der Detektorelektrode beschrieben. Während des Füllvorganges, beispielsweise zum Zeitpunkt des Startens der Pumpe, wird beim vorstehend beschriebenen ersten Beispiel die Antriebsspannung an das piezoelektrische Element 71 angelegt. Beim zweiten Beispiel hingegen ist es wegen der isolierten Detektorelektrode 53 möglich, eine Bewegung der Membran 45 selbst während des Füllvorganges festzustellen (wenn die Antriebsspannung am piezoelektrischen Element 71 anliegt). Wenn Gas in der sekundären Pumpenkammer 24 durch die Betätigung der Membran 45 abgegeben und folglich Flüssigkeit in die sekundäre Pumpenkammer 24 eingefüllt wird, nimmt die Bewegung der Membran 45 aufgrund eines Unterschiedes in der Kompressionsgeschwindigkeit ab, und kurz danach wird infolgedessen die primäre Pumpenkammer 27 mit dem Arbeitsfluid gefüllt. Wenn an der Einströmseite ein langes Rohr oder Schlauch angeschlossen ist, kann daher der Zeitpunkt der Beendigung des Füllvorganges genauer festgestellt werden. Deshalb ist es möglich, die Ansteuerspannung zu dem an der Membran 60 befestigten piezoelektrischen Element 70 für eine kurze Zeit einzuschalten.
Durch das unabhängige Verbinden der Antriebsschaltkreise mit den jeweiligen piezoelektrischen Elementen der Membran 60 und der Membran 45 der zweiten Pumpenkammer und das ständige Überwachen der Detektorelektrode 53 kann außerdem der Füllvorgang ohne Umschalten der Schaltkreise selbst dann richtig durchgeführt werden, wenn es aufgrund eindiffundierender Gasblasen usw. während des Betriebs der Pumpe zu einem Betriebsausfall kommt.
Da die Detektorelektrode 53 isoliert ist, kann beim vorstehend beschriebenen zweiten Beispiel die Bewegung der Membran 45 während des Füllvorganges erfaßt werden und folglich der Zeitpunkt der Beendigung des Füllvorganges exakt festgestellt werden, so daß die Ansteuerspannung zum piezoelektrischen Element 70 der Membran 60 für eine kurze Zeit eingeschaltet werden kann.
Drittes Beispiel
Als nächstes wird ein drittes Beispiel unter Hinweis auf die 5 und 6 beschrieben. Die Pumpe gemäß dem dritten Beispiel hat einen ähnlichen Aufbau wie das erste Beispiel, unterscheidet sich davon aber insofern, als die Pumpe einen Drucksensor 90 in der primären Pumpenkammer 27 aufweist. Eine Beschreibung der dem ersten Beispiel gleichen Bauelemente wird weggelassen.
5 zeigt die Pumpe gemäß dem dritten Beispiel in einem senkrechten Schnitt, und 6 ist ein Blockschaltbild des Antriebsschaltkreises der Pumpe gemäß dem dritten Beispiel. In 5 ist ein zweistufiger, konkaver Bereich 35 in einer inneren oberen Wand der primären Pumpenkammer 27 gebildet. Der Drucksensor 90, der aus dem gleichen Material wie das schon beschriebene piezoelektrische Element 71 besteht, ist an der Stufe des konkaven Bereichs 35 zur primären Druckkammer 27 hin befestigt. Eine nicht gezeigte Elektrode ist auf der Oberfläche des Drucksensors 90 gebildet, und der Drucksensor ist mit der Steuerschaltung 80 für den Pumpenantrieb (siehe 6) verbunden, wie nachfolgend beschrieben. Der konkave Bereich 35 hat einen Spalt, so daß der Drucksensor 90 nicht mit der Wand in Berührung gelangt, wenn er gebogen wird.
Wie 6 zeigt, weist das Antriebsschaltkreissystem der Pumpe 10 das piezoelektrische Element 70 zum Ansteuern der Membran 60, das piezoelektrische Element 71 zum Ansteuern der Membran 45, den Drucksensor 90 zum Feststellen des Innendrucks in der primären Druckkammer 27 und die Steuerschaltung 80 zum Steuern des Antriebs der Pumpe 10 auf.
Wenn im Fall der 5 und 6 Gasblasen in der primären Pumpenkammer 27 bleiben, nimmt der Innendruck der primären Pumpenkammer 27 ab. Diesen Zustand nimmt der Drucksensor 90 wahr, und die Steuerschaltung 80 für den Pumpenantrieb gibt ein Ansteuersignal an das piezoelektrische Element 71 aus, so daß die Membran 45 angesteuert wird, um den Innendruck in der sekundären Pumpenkammer 24 zu erhöhen. Folglich werden die in der primären Pumpenkammer 27 verbliebenen Gasblasen aus der Pumpenkammer ausgetrieben. Mit anderen Worten, das piezoelektrische Element 71 der Membran 45 wird synchronisiert mit der Änderung des Innendrucks in der primären Pumpenkammer 27 angesteuert.
Für das erste und dritte Beispiel ist eine Pumpe ohne ein Sperrventil auf seiten des Ausströmkanals 28 der primären Pumpenkammer 27 aufgebaut; aber es können ähnliche Vorteile mit einer Pumpe erzielt werden, die das Sperrventil aufweist und den Füllvorgang erfordert.
Da beim dritten Beispiel der Drucksensor 90 in der primären Pumpenkammer 27 vorgesehen ist, kann ein Betriebsversagen aufgrund einer Diffusion von Gasblasen in die primäre Pumpenkammer 27 genau erfaßt werden. Da beim dritten Beispiel das piezoelektrische Element 71 der Membran 45 synchronisiert mit der Membran 60 angesteuert werden kann, ist es ferner möglich, den Saugwirkungsgrad der primären Pumpenkammer 27 zu verbessern, so daß eine Pumpe mit höherer Leistung bereitgestellt werden kann.
Viertes Beispiel
Als nächstes wird unter Hinweis auf die 7 und 8 eine Pumpe gemäß einem vierten Beispiel beschrieben. Dem vierten Beispiel liegt grundsätzlich der gleiche technische Gedanke zugrunde wie dem ersten Beispiel. Es unterscheidet sich aber vom ersten Beispiel dadurch, daß als Blasenentfernungseinheit statt der sekundären Pumpenkammer 24 (siehe 1) ein Druckerzeugungsmechanismus 150 vorgesehen ist.
7 zeigt einen senkrechten Schnitt durch die Pumpe gemäß dem vierten Beispiel. Wie 7 zeigt, gehört zu der Pumpe 100 grundsätzlich das becherförmige Gehäuse 50, an dem das piezoelektrische Element 70 befestigt ist, ein Einströmkanal 121 zum Einführen des Arbeitsfluids, ein Ausströmkanal 128 zum Abführen des Arbeitsfluids, ein Pumpengehäuse 120 mit einer Pumpenkammer 127 und ein Druckerzeugungsmechanismus 150 (in der Figur gestrichelt umrandet) zur Druckbeaufschlagung der Pumpenkammer 127.
In dem becherförmigen Gehäuse 50 ist ein Ende des piezoelektrischen Elements 70 an einem Innenbodenbereich desselben befestigt, und die Membran 60 ist am Randbereich des Gehäuses 50 und einer Oberseite des anderen Endes des piezoelektrischen Elements 70 befestigt. An der Oberseite der Membran 60 ist ein Pumpengehäuse 120 luftdicht befestigt, und die Pumpenkammer 127 ist in einem Raum zwischen der Membran 60 und dem Boden des Pumpengehäuses 120 gebildet.
Der Einströmkanal 121 und der Ausströmkanal 128 sind in Richtung zur Pumpenkammer 127 ausgebildet. Im Einströmkanal 121 ist in einem Verbindungsbereich mit der Pumpenkammer 127 ein Sperrventil 122 als Fluidwiderstandselement zum Öffnen und Schließen des Einströmkanals 121 vorgesehen. Ein Teil des Außenumfangs eines den Einströmkanal 121 bildenden zylindrischen Bereichs wirkt als Einlaßverbindungsrohr 130 zum Anschluß an ein nicht gezeigtes äußeres Rohr oder Schlauch. Der Ausströmkanal 128 weist einen engen Rohrbereich im Anschluß an die Pumpenkammer 127 und einen weiten Rohrbereich auf, dessen Querschnittsfläche größer ist als die des engen Rohrbereichs. Beide Rohrbereiche sind durch einen kontinuierlich ausgebildeten Zwischenbereich verbunden, dessen Querschnittsfläche sich allmählich von der des engen Rohrbereichs zu der des weiten Rohrbereichs ändert. Der Außenumfang eines zylindrischen Bereichs, der den Ausströmkanal 128 darstellt, dient als Auslaßanschlußrohr 131, an das ein nicht gezeigtes externes Rohr oder Schlauch angeschlossen wird. Als externe Rohre oder Schläuche können solche beispielsweise aus Siliziumgummi benutzt werden.
Der Drucksensor 90 als Druckerfassungsabschnitt zum Feststellen des Innendrucks der Pumpenkammer 127 ist an der inneren oberen Wand der Pumpenkammer 127 befestigt.
Zu dem Druckerzeugungsmechanismus 150 gehört als elastisches Element ein metallischer Balg 151, eine aus einem piezoelektrischen Element gebildete Betätigungsvorrichtung 170 als Mechanismus zum Ändern des Volumens des Balges sowie ein Blockierventil 140 zum Unterbinden der Bewegung des Arbeitsfluids im Ausströmkanal 128. Der Balg 151 ist an einer Seitenfläche des Auslaßverbindungsrohres 131 eng befestigt und sein Öffnungsbereich 152 ist mit dem Strömungsdurchlaß 132 verbunden, der mit dem Ausströmkanal 128 in Verbindung steht.
Im Balg 151 ist eine Kammer mit veränderlichem Volumen gebildet, und es ist im Innern des Balges ein Drucksensor 91 als den Druck erfassender Abschnitt zum Feststellen des Innendrucks des Balges 151 vorgesehen. Das Volumen des Balges 151 wird mittels der Betätigungsvorrichtung 170 geändert.
Im vierten Beispiel ist ein Ende der Betätigungsvorrichtung 170 dem Balg 151 gegenüber an der Seite des Einlaßverbindungsrohres 130 befestigt, und die Betätigungsvorrichtung wird mittels eines nicht gezeigten Antriebsabschnitts hin- und herbewegt. Die Betätigungsvorrichtung weist einen Andrückabschnitt 171 zum Zusammendrücken des Balges 151 auf, und dieser Andrückabschnitt wird mittels der Steuerschaltung 180 (siehe 8) für den Pumpenantrieb angesteuert.
Ferner ist die Querschnittsfläche des weiten Rohrbereichs des Ausströmkanals 128 an einer mit dem Balg 151 verbundenen Stelle doppelt so groß wie die Querschnittsfläche des engen Rohrbereichs. Aus diesem Grund nimmt die Durchflußleistung des durch den mit dem Balg 151 verbundenen Strömungsdurchlaß 132 strömenden Fluids ab, so daß der Energieverlust des Fluids auf seinem Weg durch den Strömungsdurchlaß verringert werden kann.
Das für den Antrieb der Pumpe wichtige Verhältnis des Inertanzwertes ist beim ersten Beispiel beschrieben worden, und deshalb wird hier die Beschreibung weggelassen. Der Einströmkanal und der Ausströmkanal des vierten Beispiels wird beschrieben.
Im Strömungsdurchlaß, der das Arbeitsfluid in die Pumpenkammer 127 fließen läßt, ist der Strömungskanal, der sich vom Öffnungsbereich der Pumpenkammer 127 bis zur Verbindung mit der Pulsationsabsorbiereinrichtung erstreckt, als Einlaßkanal definiert. Hier ist die Pulsationsabsorbiereinrichtung die Einrichtung zur wirksamen Reduzierung der Schwankung des Innendrucks im Strömungskanal. Darüber hinaus entsprechen der Pulsationsabsorbiereinrichtung ein Strömungskanal aus einem Material wie Siliziumgummi, Harz, dünnem Metall usw., der sich leicht mit dem Innendruck verformen läßt, ein an den Strömungskanal angeschlossener Sammelbehälter, ein Zusammensetzungsströmungskanal zum Zusammensetzen von Druckschwankungen mit einer Vielzahl unterschiedlicher Phasen usw.
Da beim vierten Beispiel der externe Schlauch, beispielsweise ein Siliziumgummischlauch an das Einlaßverbindungsrohr 130 angeschlossen ist, ist der Strömungskanal, der sich vom Öffnungsbereich der Pumpenkammer 127 zur Stirnfläche der Verbindungsseite des Siliziumgummischlauchs in dem Einströmkanal 121 erstreckt, das heißt der Einströmkanal 121 selbst als Einlaßkanal definiert.
Der Auslaßkanal ist auf ähnliche Weise bestimmt wie der Einlaßkanal. Mit anderen Worten, im Strömungskanal, in den das Arbeitsfluid von der Pumpenkammer 127 abgegeben wird, ist ein Strömungskanal, der vom Öffnungsbereich der Pumpenkammer 127 bis zu einem Verbindungsbereich mit der Pulsationsabsorbiereinrichtung reicht, als Auslaßkanal definiert. Da beim vierten Beispiel der Balg 151 im Wege des Ausströmkanals 128 eine Funktion zum Absorbieren der Druckpulsierung im Fördermodus hat, was nachfolgend noch beschrieben wird, ist der Ausströmkanal 128, der sich vom Öffnungsbereich der Pumpenkammer 127 zum Verbindungsbereich mit dem Balg 151 erstreckt, als Auslaßkanal definiert.
Als nächstes wird beschrieben, wie die Pumpe 100 gemäß dem vierten Beispiel im Abgabemodus angetrieben wird.
Abgabemodus bedeutet eine Betriebsweise, bei der das Arbeitsfluid in Richtung stromabwärts des Ausströmkanals 128 fließen kann, und er wird ausgeführt, wenn das Arbeitsfluid in die Pumpenkammer 127 gefüllt ist und infolgedessen darin keine Gasblasen bleiben. Hierbei wird der Ausströmkanal 128 nicht vom Blockierventil 140 abgesperrt. Der Andruckabschnitt 171 der Betätigungsvorrichtung 170 ist vom Balg 151 getrennt, wie 7 zeigt. Infolgedessen kann der Balg 151 mit dem Innendruck frei elastisch verformt werden, und der Balg 151 wirkt im Sinne einer Reduzierung der Druckpulsierung im Ausströmkanal 128. Selbst wenn dann ein externer Schlauch aus irgendeinem Material an das Auslaßverbindungsrohr 131 angeschlossen ist, hat dies keinen Einfluß auf den Inertanzwert des Auslaßkanals, so daß eine Änderung der Pumpfähigkeit aufgrund des Außenanschlusses verhindert werden kann. Nur wenn statt des Balges 151 eine Kammer mit veränderlichem Volumen aus einem elastischen Teil gebildet ist, kann der gleiche Vorteil erhalten werden.
Als nächstes wird der Innenzustand der Pumpe 100 gemäß dem vierten Beispiel bei ihrer Ansteuerung beschrieben. Der Innenzustand der Pumpe 100 ähnelt dem des vorstehend beschriebenen ersten Beispiels (siehe 2). Da dessen Beschreibung weggelassen wurde, werden die Merkmale des vierten Beispiels nachfolgend im einzelnen beschrieben. Die Merkmale werden unter Hinweis auf die 2 und 7 beschrieben. Wie in 2 anhand der Tatsache zu erkennen ist, daß der Innendruck der Pumpenkammer 127 auf etwa 2 MPa angehoben wird, verursacht die Pumpe 100 gemäß dem vierten Beispiel einen hohen Druck in der Pumpenkammer 127, wodurch eine hohe Leistung erzielt wird. Aus diesem Grund wird, insbesondere wenn Gasblasen in der Pumpenkammer 127 zurückbleiben, die Volumenschwankung (anschließend als Ausschlußvolumen bezeichnet) der Pumpenkammer 127, die aufgrund der Verformung der Membran 60 erzeugt wird, dazu benutzt, die Gasblasen während derjenigen Zeit zu komprimieren, während der das piezoelektrische Element 70 in den Zustand übergeht, der seine größte Expansion gegenüber dem am stärksten kontrahierten Zustand bedeutet. Folglich trägt es nicht zu einem Anstieg des Innendrucks der Pumpenkammer 127 bei, so daß die Pumpe nicht ordnungsgemäß arbeiten kann. Aus diesem Grund ist es wichtig, Gasblasen rasch zu entfernen.
Es soll nun unter Hinweis auf die 7 und 8 ein Fall beschrieben werden, bei dem die Pumpe 100 gemäß dem vierten Beispiel in einem Blasenabgabemodus betrieben wird.
8 ist ein Blockschaltbild des Antriebsschaltkreises der Pumpe 100 gemäß dem vierten Beispiel. Hierbei bedeutet Blasenabgabemodus eine Betriebsweise, die durchzuführen ist, wenn Gasblasen in der Pumpenkammer 127 bleiben. Wie 8 zeigt, weist das Antriebsschaltkreissystem der Pumpe 100 den Drucksensor 90 (siehe 7) zum Erfassen des Innendrucks in der Pumpenkammer 127, den Drucksensor 91 zum Erfassen des Innendrucks im Balg 151, den Druckerzeugungsmechanismus 150 und eine Steuerschaltung 180 für den Pumpenantrieb zum Steuern derselben auf.
Als nächstes soll die Abgabe von Gasblasen mittels des Druckerzeugungsmechanismus 150 beschrieben werden, wenn die Pumpe im Blasenabgabemodus betrieben wird.
Wenn der vom Drucksensor 90 erfaßte maximale Innendruck in der Pumpenkammer kleiner, insbesondere die Hälfte oder weniger des maximalen Innendrucks in der Pumpenkammer im normalen Antrieb unter Antriebsbedingung ist, stellt die Steuerschaltung 180 für den Pumpenantrieb fest, daß Gasblasen in der Pumpenkammer 127 verblieben sind. Dann gibt die Steuerschaltung 180 für den Pumpenantrieb eine Anweisung an den Druckerzeugungsmechanismus 150. Als Reaktion auf diese Anweisung wird zunächst das Blockierventil 140 so geschaltet, daß es den Ausströmkanal 128 nicht versperrt. Als nächstes ermöglicht es die Betätigungsvorrichtung 170 in 7 dem Andruckabschnitt 171, nach links auszufahren, um mit dem Balg 151 in Berührung zu gelangen und drückt dann den Balg 151 in Richtung nach links zusammen, so daß das Volumen der vom Balg 151 gebildeten Kammer weitgehend reduziert wird. Infolgedessen können Gasblasen, die in der vom Balg 151 gebildeten Kammer verblieben sind, in Stromabwärtsrichtung vom Blockierventil 140 abfließen.
Als nächstes versperrt das Blockierventil 140 den Ausströmkanal 128, und die Betätigungsvorrichtung 170 ermöglicht es dem Andruckabschnitt 171 sich zurückzuziehen und vom Balg 151 zu trennen. Da der Balg 151 ein elastisches Teil ist, nimmt er aufgrund seiner eigenen Elastizität wieder seinen ursprünglichen Zustand an. Auf diese Weise wird Arbeitsfluid in den Balg 151 gefüllt. Danach ist es der Betätigungsvorrichtung 170 möglich, den Balg 151 wieder zusammenzupressen. Infolgedessen kann der Druck des Arbeitsfluids, der von der Innenseite des Balges 151 zur Pumpenkammer 127 besteht, angehoben werden.
Das Volumen der in der Pumpenkammer 127 verbliebenen Gasblasen wird durch das Andrücken verkleinert, und das Volumen der Gasblasen kann beträchtlich kleiner als das Ausschlußvolumen gemacht werden. Dabei ist es nötig, die Kammer des Balges 151 auf einen Druck von etwa einer Atmosphäre (101.325 kPa) oder mehr zu setzen, vorzugsweise auf einen Druck zwischen etwa einer Atmosphäre (101.325 kPa) und fünf Atmosphären (506.625 kPa). Da man es der Steuerschaltung 180 für den Pumpenantrieb erlaubt, die Betätigungsvorrichtung 170 zum Zusammendrücken des Balges 151 auf der Basis des vom Drucksensor 91 für die Feststellung des Drucks in der vom Balg 151 gebildeten Kammer erfaßten Wertes zu steuern, kann der Innendruck im Balg 151 auf einen angemessenen Druck angehoben werden.
Wenn anschließend das piezoelektrische Element 70 angesteuert wird, wie im Abgabemodus, wird der Innendruck in der Pumpenkammer 127 ausreichend gesteigert und das Arbeitsfluid aus der Pumpenkammer 127 zum Ausströmkanal 128 abgegeben. Die in der Pumpenkammer 127 verbliebenen Gasblasen fließen mit der Strömung des Arbeitsfluids aus der Pumpenkammer 127 in den Balg 151.
Die Steuerschaltung 180 für den Pumpenantrieb weist einen nicht gezeigten Zeitgeber auf, der die Zeit zählt, während der das piezoelektrische Element 70 nach dem Versperren des Ausströmkanals 128 durch das Blockierventil 140 angesteuert wird. Nachdem der Zeitgeber ein vorherbestimmtes Zeitintervall gezählt hat, welches zur Abgabe der in der Pumpenkammer 127 verbliebenen Gasblasen ausreicht, gibt das Blockierventil 140 die Absperrung des Ausströmkanals 128 auf, und die Betätigungsvorrichtung 170 wird bis zu der Stellung zurückgezogen, bei der sie vom Balg 151 getrennt ist. Danach ist der Blasenabgabemodus beendet.
Dabei wird der Innendruck des Balges 151 aufgrund des aus der Pumpenkammer 127 abgegebenen Arbeitsfluids erhöht; aber der Balg ist so konstruiert, daß die Verformung aufgrund des Drucks innerhalb eines erlaubten Bereichs elastischer Verformung unterdrückt ist. Auf diese Weise kann durch das Vorsehen der Kammer mit veränderlichem Volumen als elastisches Bauelement der Druck veranlaßt werden, durch das Einlassen des Arbeitsfluids sanft zu steigen, so daß eine Zerstörung der Bauteile der Pumpe 100 vermieden werden kann.
Außerdem kann man die Steuerschaltung 180 für den Pumpenantrieb die Betätigungsvorrichtung 170 mit Werten steuern lassen, die von dem im Balg 151 vorgesehenen Drucksensor 91 festgestellt wurden, so daß der Innendruck im Balg 151 mit Sicherheit unterdrückt und nicht gesteigert werden kann.
Die Pumpe kann so aufgebaut sein, daß im Balg 151 ein Entlüftungsventil vorgesehen wird, und dann ist es möglich, mit Sicherheit einen Anstieg des Innendrucks im Balg 151 durch das Öffnen des Entlüftungsventils zu verhindern, wenn der Innendruck im Balg 151 zu hoch wird.
Da beim vierten Beispiel ein Druckerzeugungsmechanismus 150 zum Steigern und Beibehalten des Drucks des in der Pumpenkammer 127 vorhandenen Arbeitsfluids vorgesehen ist, kann der Druck des Arbeitsfluids, der in der Pumpenkammer 127 herrscht, angehoben und aufrechterhalten werden. Wenn Gasblasen in der Pumpenkammer 127 verbleiben, wird der Innendruck der Pumpenkammer 127 verringert, und infolgedessen ist es nicht möglich, das Arbeitsfluid abzugeben. Folglich wird das Volumen der Gasblasen verkleinert, so daß die Gasblasen in der Pumpenkammer durch das Komprimieren des Volumens der Pumpenkammer 127 mittels Betätigung der Membran 60 abgegeben werden können.
Der Druckerzeugungsmechanismus 150 drückt auf den Balg 151; aber da die Kammer mit veränderlichem Volumen des Balges 151 mit dem Ausströmkanal 128 in Verbindung steht, ist es möglich, einfach einen hohen Druck in der Pumpenkammer 127 zu erzeugen, die mit dem Ausströmkanal 128 in Verbindung steht.
Dadurch, daß die Kammer mit variablem Volumen aus einem elastischen Teil besteht, wird ferner der Druckanstieg aufgrund des Einlasses des Arbeitsfluids in die Kammer mit variablem Volumen geglättet, so daß verhindert werden kann, daß Bestandteile der Pumpe aufgrund des Drucks beschädigt werden. Ferner kann, da die Kammer mit veränderlichem Volumen aus einem elastischen Teil besteht, diese Kammer eine Funktion haben, gemäß der sie das Pulsieren des Drucks im Auslaßkanal verringert. Infolgedessen kann eine Änderung der Pumpfähigkeit aufgrund des Einflusses eines an den Auslaßkanal angeschlossenen externen Schlauchs verhindert werden.
Erste Abwandlung des vierten Beispiels
Bei einer Abwandlung des vorstehend beschriebenen vierten Beispiels kann der vom Drucksensor 90 in der Pumpenkammer 127 erfaßte Wert beispielsweise dadurch geprüft werden, daß das Zeitintervall, welches der Zeitgeber der Steuerschaltung 180 für den Pumpenantrieb zählt, willkürlich festgesetzt wird und es der Pumpe ermöglicht wird, im Abgabemodus zu arbeiten, nachdem der Blasenabgabemodus beendet ist.
Wenn der Vorgang im Blasenabgabemodus wiederholt durchgeführt wird, bis die Gasblasen entfernt sind, ist es gemäß dieser Abwandlung möglich, die Gasblasen sicher zu beseitigen.
Da der Betrieb im Blasenabgabemodus bei dem vierten Beispiel dann ausgeführt wird, wenn mittels des Drucksensors 90 in der Pumpenkammer 127 das Vorhandensein von Gasblasen festgestellt wird, wird der Betrieb im Blasenabgabemodus nicht verschwenderisch ausgeführt, sondern kann stattdessen in den richtigen Zeitintervallen vorgenommen werden. In diesem Fall kann der Drucksensor 90 weggelassen werden, was den Aufbau vereinfacht.
Wenn der Einströmkanal 121 und der Ausströmkanal 128 an externe Schläuche angeschlossen sind, ist es außerdem möglich, den Innendruck in der Pumpenkammer 127 anzuheben und zu halten, wenn der Balg 151 mit der Betätigungsvorrichtung 170 ohne das Blockierventil 140 gedrückt wird. Hiermit wird der gleiche Vorteil erhalten. Auch wenn die Betätigungsvorrichtung 170 zum Drücken auf den Balg 151 vorgesehen ist, kann der gleiche Vorteil ferner selbst dann erhalten werden, wenn eine Anzeigeeinrichtung vorgesehen ist, durch die ein Benutzer die Ausgabe des Drucksensors betrachten kann und der Benutzer das Blockierventil 140 zum Drücken auf den Balg 151 betätigt.
Zweite Abwandlung des vierten Beispiels
Im vierten Beispiel ist der Drucksensor 90 als Druckerfassungsmittel für die Pumpenkammer in der Pumpenkammer 127 vorgesehen. Es kann aber auch eine andere Einrichtung verwendet werden. Beispielsweise kann der Innendruck in der Pumpenkammer 127 durch Messen der Verformung der Membran 60 mit einem Dehnungsmesser oder einem Verdrängungssensor berechnet werden. Ferner kann der Innendruck in der Pumpenkammer 127 durch Messen der Verformung des Gehäuses 50 mit einem Dehnungsmesser berechnet werden. Außerdem kann der Innendruck in der Pumpenkammer 127 durch Messen der Verformung des Öffnungs- und Schließteils in einem Zustand bei geschlossenem Sperrventil 122 mit einem Dehnungsmesser oder einem Verdrängungssensor berechnet werden. Und der Innendruck in der Pumpenkammer 127 kann auch durch Messen von Strom zum Ansteuern des piezoelektrischen Elements 70 mit einem Strommeßfühler berechnet werden. Durch Anordnen eines Dehnungsmeßstreifens im piezoelektrischen Element 70 kann ferner der Innendruck in der Pumpenkammer 127 auf der Basis einer an das piezoelektrische Element 70 angelegten Spannung und dem Meßwert des Dehnungsmeßstreifens berechnet werden. Dabei kann als Dehnungsmeßstreifen irgendeine Art von Dehnungsmeßstreifen benutzt werden, der die Verformungsgröße durch eine Änderung im Widerstand, eine Änderung in der Kapazität oder eine Änderung in der Spannung feststellte. Als Innendruckerfassungseinrichtung des Balges 151 kann eine Methode der Druckberechnung durch das Feststellen der Verformung des Balges 151 mit einem Dehnungsmeßstreifen angewandt werden.
Dritte Abwandlung des vierten Beispiels
In dem vorstehend beschriebenen vierten Beispiel wurde ein piezoelektrisches Element als Betätigungsvorrichtung 170 benutzt; aber statt des piezoelektrischen Elements kann auch eine Betätigungsvorrichtung elektromagnetischer Art oder nach Art einer Legierung mit Formgedächtnis usw. benutzt werden. Vorzuziehen ist eine Art von Betätigungsvorrichtung mit einer Formgedächtnislegierung, da sie bei einfachem Aufbau ein großes Maß an Verformung verwirklichen kann.
Das elastische Teil, welches die Kammer mit veränderlichem Volumen bildet, kann auch aus einem Gummi- oder Harzmaterial gemacht sein; aber ein elastisches Teil aus Metall ist speziell zu bevorzugen, weil es eine Verdampfung des Arbeitsfluids verhüten kann. Die Kammer von veränderlichem Volumen kann außerdem die Gestalt einer Folie oder Membran haben; aber da der beim vierten Beispiel beschriebene Balg ein großes Maß an Verformung erlaubt und das piezoelektrische Element 70 über längere Zeit kontinuierlich im Blasenabgabemodus angesteuert werden kann, ist dies vorzuziehen, denn so können Gasblasen leicht entfernt werden.
Mit dem Aufbau gemäß den Abwandlungen des vierten Beispiels kann also ein Vorteil ähnlich dem des vierten Beispiels erhalten werden.
Fünftes Beispiel
Als nächstes wird unter Hinweis auf 9 eine Pumpe gemäß einem fünften Beispiel beschrieben. Die Pumpe gemäß dem fünften Beispiel hat einen Grundaufbau ähnlich dem des vierten Beispiels (siehe 7), unterscheidet sich aber von diesem dadurch, daß die Pumpe einen Aufbau zum Umschalten zwischen einer ersten Arbeitsweise, bei der das aus der Pumpenkammer 127 strömende Arbeitsfluid in die aus dem Balg 151 gebildete Kammer eingeleitet wird, und einer zweiten Arbeitsweise hat, bei der die aus dem Balg 151 gebildete Kammer gegenüber der Strömung des aus der Pumpenkammer 127 austretenden Arbeitsfluids blockiert ist. Entsprechende Funktionsteile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie beim vierten Beispiel bezeichnet (siehe 7).
9 ist ein senkrechter Schnitt durch die Pumpe 100 gemäß dem fünften Beispiel. Wie 9 zeigt, ist der Druckerzeugungsmechanismus 150, der mit gestrichelter Linie umrandet ist, im Ausströmkanal 128 vorgesehen. Der Druckerzeugungsmechanismus 150 weist den in Form eines elastischen Teils gestalteten metallischen Balg 151 sowie ein Umschaltventil 190 (in der Zeichnung von einer strichpunktierten Linie umgeben) als Durchlaßumschalteinrichtung auf. Das Umschaltventil 190 weist ein Umschaltventil 182 zum öffnen und Schließen des Strömungsdurchlasses 132, der mit dem Ausströmkanal 128 im Öffnungsbereich 152 der aus dem Balg 151 gebildeten Kammer in Verbindung steht, sowie ein zweites Umschaltventil 183 zum öffnen und Schließen des Ausströmkanals 128 hat.
Das Umschaltventil 190 bewirkt ein Umschalten zwischen einem ersten Verbindungszustand und einem zweiten Verbindungszustand. Im ersten Verbindungszustand stehen der sich von der Pumpenkammer 127 zum Umschaltventil 182 erstreckende Ausströmkanal 128 und der Ausströmkanal 128 stromabwärts davon durch das öffnen des Umschaltventils 183 miteinander in Verbindung, und die aus dem Balg 151 gebildete Kammer ist gegenüber dem Ausströmkanal 128 durch das Schließen des Umschaltventils 182 abgesperrt. Im zweiten Verbindungszustand stehen der sich von der Pumpenkammer 127 zum Umschaltventil 182 erstreckende Ausströmkanal und die aus dem Balg 151 gebildete Kammer miteinander in Verbindung, und der Ausströmkanal 128 am weiter stromabwärts liegenden Ende als das Umschaltventil 183 ist durch das Schließen des Umschaltventils 183 abgesperrt.
Im Ausströmkanal 128 ist die Querschnittsfläche des Ausströmkanals 128 an der Stelle, an der das Umschaltventil 183 angeordnet ist, doppelt so groß wie die Querschnittsfläche des engen Strömungskanalbereichs des Ausströmkanals 128, der mit der Pumpenkammer 127 verbunden ist. Der Grund dafür wurde im Zusammenhang mit dem vierten Beispiel beschrieben. Im Balg 151 ist der Drucksensor 91 als Erfassungseinrichtung für den Innendruck des Balges vorgesehen, um den Druck in der aus dem Balg 151 gebildeten Kammer festzustellen.
Die Festlegungen des Einlaßkanals und des Auslaßkanals und die Verhältnisse der Inertanzwerte beim fünften Beispiel ähneln denen des vierten Beispiels.
Als nächstes soll ein Fall beschrieben werden, bei dem die Pumpe 100 gemäß dem fünften Beispiel im Abgabemodus betrieben wird. Im Fall des fünften Beispiels ist das Umschaltventil 190 im Abgabemodus in den ersten Verbindungszustand geschaltet, damit Arbeitsfluid zur stromabwärtsliegenden Seite des Ausströmkanals 128 ausströmen kann. Hierbei ähnelt die Wellenform des Drucks in der Pumpenkammer 127 bei angesteuertem piezoelektrischem Element 70 der des ersten Beispiels (siehe 2). Da das Abgeben und Absorbieren gleichzeitig erfolgt, kann aus diesem Grund, ähnlich wie beim ersten Beispiel, ein großes Strömungsvolumen übertragen werden, und da die Pumpenkammer einen sehr hohen Innendruck hat, kann ein hoher Lastdruck bewältigt werden. Wenn andererseits Gasblasen in der Pumpenkammer 127 bleiben, ist bereits beim ersten Beispiel beschrieben worden, daß die Pumpe nicht ordnungsgemäß arbeitet.
Als nächstes wird der Blasenabgabemodus beschrieben, der ausgeführt wird, wenn Gasblasen in der Pumpenkammer bleiben. Auch wenn es nicht gezeigt ist, gibt im Umschaltventilsteuersystem die die Steuerschaltung treibende Pumpe eine Anweisung an das Umschaltventil 190, wenn die Steuerschaltung für den Pumpenantrieb feststellt, daß in der Pumpenkammer 127 Gasblasen vorhanden sind. Folglich wird das Umschaltventil 190 aus dem ersten Verbindungszustand in den zweiten Verbindungszustand geschaltet. Da das Innere des Balges 151 auf einen Meßdruck von bis zu etwa einer Atmosphäre (101,325 kPa) oder mehr druckbeaufschlagt ist, vorzugsweise auf einen Druck zwischen etwa einer Atmosphäre (101.325 kPa) und fünf Atmosphären (506.625 kPa), wird die Pumpenkammer 127 nahezu bis auf den obigen Druck beaufschlagt. Da die Kammer mit veränderlichem Volumen aus einem elastischen Teil besteht, ist es möglich, den Druck allein mittels der elastischen Kraft des elastischen Teils aufzubringen.
Da das Volumen der Gasblasen in der Pumpenkammer 127 durch das Drücken kleiner wird als das Ausschlußvolumen der Pumpenkammer 127, werden die Gasblasen durch das Ansteuern des piezoelektrischen Elements 70 in den Balg 151 abgegeben, wie im vierten Beispiel beschrieben. Da die Steuerschaltung für den Pumpenantrieb einen nicht gezeigten Zeitgeber aufweist, um das Zeitintervall zu zählen, wenn das piezoelektrische Element angesteuert wird, nachdem das Umschaltventil 190 in den zweiten Verbindungszustand geschaltet wurde, wird ein vorherbestimmtes Zeitintervall, welches ausreicht, um die in der Pumpenkammer 127 verbliebenen Gasblasen abzuführen, mittels des Zeitgebers gezählt, und dann wird das Umschaltventil 190 in den ersten Verbindungszustand umgeschaltet, und dann ist der Blasenabgabemodus beendet.
Der Innendruck des Balges 151 wird hierbei von dem aus der Pumpenkammer 127 abgegebenen Arbeitsfluid angehoben, aber der Balg ist so ausgelegt, daß die Verformung aufgrund des Innendrucks innerhalb eines zulässigen Bereichs elastischer Verformung unterdrückt wird. Außerdem kann die Pumpe so aufgebaut sein, daß ein nicht gezeigtes Entlüftungsventil im Balg 151 vorgesehen ist, und es ist möglich, den Innendruck im Balg 151 zu unterdrücken, damit er nicht durch das Öffnen des Entlüftungsventils angehoben wird, wenn der Innendruck des Balges 151 zu sehr angehoben ist. Damit ist es möglich, den Innendruck auf einem konstanten Wert von etwa einer Atmosphäre (101.325 kPa) oder mehr eines Meßdrucks und vorzugsweise auf einem konstanten Wert zwischen etwa einer Atmosphäre (101.325 kPa) und fünf Atmosphären (506.625 kPa) zu halten. Im Blasenabgabemodus werden die Gasblasen entfernt, so daß es möglich ist, die Pumpfähigkeit wiederherzustellen.
Als nächstes wird ein Balgdrückmodus beschrieben, der durchgeführt wird, um den Innendruck des Balges 151 auf einem Meßdruck von etwa einer Atmosphäre (101.325 kPa) oder mehr, vorzugsweise einem Wert zwischen etwa einer Atmosphäre (101.325 kPa) und fünf Atmosphären (506.625 kPa) zu halten. Hierzu wird auf 8 verwiesen.
Der Innendruck im Balg 151 wird von dem im Balg 151 vorgesehenen Drucksensor 91 festgestellt. Wenn der festgestellte Druck kleiner ist als etwa eine Atmosphäre (101.325 kPa) Meßdruck, wird dem Druckerzeugungsmechanismus 150 von der Steuerschaltung 180 für den Pumpenantrieb eine Anweisung gegeben, so daß das Umschaltventil 190 in den zweiten Verbindungszustand umgeschaltet wird. Als nächstes wird die Membran 60 mittels des piezoelektrischen Elements 70 angesteuert, so daß das Fluid aus der Pumpenkammer 127 zum Ausströmkanal 128 fließen kann, ähnlich wie bei der Arbeitsweise der Abgabe.
Dann fließt das Arbeitsfluid durch das Umschaltventil 182 in den Balg 151, so daß das Innere der vom Balg 151 gebildeten Kammer zusammengedrückt wird. Wenn die Steuerschaltung 180 für den Pumpenantrieb auf der Basis des vom Drucksensor 91 festgestellten Wertes bestätigt, daß der Innendruck des Balges 151 etwa eine Atmosphäre (101.325 kPa) oder mehr Meßdruck erreicht, vorzugsweise einen Wert zwischen etwa einer Atmosphäre (101.325 kPa) und fünf Atmosphären (506.625 kPa) wird dem Druckerzeugungsmechanismus 150 von der Steuerschaltung 180 für den Pumpenantrieb eine Anweisung gegeben, das Umschaltventil 190 folglich in den ersten Verbindungszustand umgeschaltet, und dann ist der Balgdrückmodus beendet. Durch das Ausführen dieser Arbeitsweise kann das Innere des Balges 151, selbst wenn im Umschaltventil 190 ein Leck auftritt usw., immer auf dem eingestellten Druck gehalten werden, so daß es möglich ist, auf den Blasenabgabemodus zu warten.
Bei dem beschriebenen fünften Beispiel weist das Umschaltventil 190 zwei Ventile auf; aber es kann auch ein integriertes Dreiwegeventil usw. benutzt werden. Da ein in den Zeichnungen nicht dargestelltes Loch, das luftdicht verschließbar ist, im Balg 151 vorgesehen ist, können die Gasblasen selbst dann durch das Loch abgeführt werden, wenn zu viele Gasblasen sich im Balg 151 angesammelt haben.
Bei einer Abwandlung des obigen fünften Beispiels kann bei bekanntem Verhältnis zwischen der Zeit und der Leckagemenge aus dem Balg 151 der Balgdrückmodus in jedem jeweils vorherbestimmten Zeitintervall durchgeführt werden, ohne daß der Drucksensor 91 im Balg vorgesehen ist. Hierbei kann durch Umwandeln der Leckagemenge ab der Zeit bis zum Beginn des aktuellen Balgdrückmodus nach Beendigung des vorhergehenden Balgdrückmodus das piezoelektrische Element 70 während der erforderlichen Zeit angesteuert werden, damit das Arbeitsfluid, welches das gleiche Volumen wie die Leckagemenge hat, aus der Pumpenkammer 127 in den Balg 151 fließen kann.
Wenn man in der vom Balg 151 gebildeten Kammer ein nicht gezeigtes Entlüftungsventil vorsieht, ohne daß der Drucksensor 91 vorhanden ist, kann ferner der Balgdrückmodus zu jedem vorherbestimmten Zeitintervall durchgeführt werden. Wenn beim Durchführen des Balgdrückmodus das Innere des Balges 151 oberhalb des mit dem Entlüftungsventil eingestellten Drucks komprimiert wird, erfolgt deshalb ein Öffnen des Entlüftungsventils, so daß das Arbeitsfluid ausleckt und es möglich ist, das innere des Balges 151 auf gleichbleibendem Druck zu halten.
In der obigen Beschreibung können die beim vierten Beispiel beschriebenen Drucksensoren ähnlich auch als Drucksensor 90 in der Pumpenkammer 127 zum Erfassen des Innendrucks der Pumpenkammer 127 und der Drucksensor 91 im Balg 151 verwendet werden.
Deshalb ist beim fünften Beispiel der Druckerzeugungsmechanismus 150 mit der Durchlaßumschalteinrichtung versehen, um zwischen der ersten Arbeitsweise, bei der das aus der Pumpenkammer 127 strömende Arbeitsfluid in die Kammer des Balges 151 eingeleitet wird, und der zweiten Arbeitsweise umzuschalten, bei der die Kammer des Balges 151 gegenüber der Strömung des Arbeitsfluids aus der Pumpenkammer 127 blockiert ist. Folglich ist es möglich, das Arbeitsfluid in der Pumpenkammer 127 mit der elastischen Kraft des die Kammer mit veränderlichem Volumen bildenden elastischen Teils mit Sicherheit zu komprimieren.
Da der Drucksensor 91 zum Erfassen des Innendrucks der Kammer von veränderlichem Volumen vorgesehen ist, kann außerdem der Innendruck der Kammer mit veränderlichem Volumen innerhalb eines richtigen Druckbereichs gesteuert werden. Da der Drucksensor 90 in der Pumpenkammer 127 vorgesehen ist, ist es ferner möglich, festzustellen, ob Gasblasen in der Pumpenkammer 127 bleiben.
Da der vom Druckerzeugungsmechanismus 150 aufgebrachte Druck auf einen Wert zwischen etwa einer Atmosphäre (101.325 kPa) und fünf Atmosphären (506.625 kPa) Meßdruck gesetzt ist, ist es ferner möglich, das Volumen der in der Pumpenkammer verbleibenden Gasblasen zum Abführen so stark wie möglich zu verringern, ohne die Bestandteile der Pumpe aufgrund des Drucks zu beschädigen.
Sechstes Beispiel
Als nächstes wird unter Hinweis auf die 10 und 11 eine Pumpe gemäß einem sechsten Beispiel beschrieben. Das sechste Beispiel hat einen Grundaufbau ähnlich dem obigen vierten Beispiel, mit Ausnahme des druckerzeugenden Mechanismus, und es werden nur die Unterschiede zwischen ihnen im einzelnen beschrieben. Die Pumpe gemäß dem sechsten Beispiel wird ohne Anschließen eines externen Schlauchs an den Ausströmkanal 128 benutzt, ihr Aufbau erfordert kein Umschaltventil (siehe 7 und 9), welches für das vierte und fünfte Beispiel beschrieben wurde, und zeichnet sich dadurch aus, daß der Druckerzeugungsmechanismus 150 vom Ausströmkanal 128 abnehmbar ist.
10 zeigt einen senkrechten Schnitt durch den unabhängigen Druckerzeugungsmechanismus gemäß dem sechsten Beispiel. In 10 weist der Druckerzeugungsmechanismus 150 den Balg 151 und ein Ventilgehäuse 153 auf, an dem der Balg 151 befestigt und in dem ein Ventil 156 aufgenommen ist.
Wie beim vierten Beispiel schon beschrieben, ist im Balg 151 eine Kammer von veränderlichem Volumen, in der das Arbeitsfluid bleibt, und ein Öffnungsbereich 152 ausgebildet, und der Balg ist an einem Ende des Ventilgehäuses 153 eng befestigt. Das Ventilgehäuse 153 weist den mit dem Balg 151 in Verbindung stehenden Öffnungsbereich 152 auf, sowie eine Eintrittsöffnung 155, in die das Auslaßverbindungsrohr 131 (siehe 11) der Pumpe 100 eingesetzt ist, eine Ventilpaßöffnung 154, die mit dem Öffnungsbereich 152 in Verbindung steht, und eine Eintrittsöffnung 155, in die das Ventil 156 eingepaßt ist, und eine Stangeneinsetzöffnung 160, in die eine Stange 159 des Ventils 156 eingesetzt ist. In einen Zwischenbereich der Eintrittsöffnung 155 ist ein Dichtungselement 165 eingesetzt, um zu verhindern, daß Arbeitsfluid aus dem verbundenen Bereich des Auslaßverbindungsrohrs 131 und der Eintrittsöffnung 155 leckt.
Das Ventil 156 ist mit der Stange 159 mit der Stangeneinsetzöffnung 160 dazwischen und einer Beilagscheibe 157 zum Befestigen der Stange 159 verbunden. In der Beilagscheibe 157 sind Durchgangslöcher 158 vorgesehen, durch die das Arbeitsfluid hindurchtritt. Zusätzlich ist zwischen der Beilagscheibe 157 und der Innenwand der Eintrittsöffnung 155 eine Schraubenfeder 161 vorgesehen, die Kraft auf das Ventil 156 ausübt, um die Stangeneinsetzöffnung 160 abzudichten.
Die Kammer von veränderlichem Volumen des Balges 151 ist innerhalb eines Bereichs von etwa einer Atmosphäre (101.325 kPa) bis fünf Atmosphären (506.625 kPa) Meßdruck mittels der elastischen Kraft des Balges 150 komprimiert, ähnlich wie beim vierten und fünften Beispiel.
11 ist eine Teilansicht in senkrechtem Schnitt und zeigt einen Zustand, bei dem der oben genannte Druckerzeugungsmechanismus 150 am Auslaßverbindungsrohr 131 der Pumpe 100 angesetzt ist. In 11 ist die Eintrittsöffnung 155 des Druckerzeugungsmechanismus 150 auf das Auslaßverbindungsrohr 131 aufgeschoben. Hierbei kommt der Stirnendbereich des Auslaßverbindungsrohrs 131 mit der Beilagscheibe 157 in Berührung und drückt die Schraubenfeder 161 zusammen, so daß das Ventil 156 in eine Position zum Öffnen der Stangeneinsetzöffnung 160 bewegt wird. Dabei stehen der Ausströmkanal 128 und die vom Balg 151 umgebene Kammer miteinander in Verbindung, so daß das Arbeitsfluid durch die Durchgangslöcher 158 zwischen ihnen fließen kann.
Als nächstes wird unter Hinweis auf die 10 und 11 ein Fall beschrieben, bei dem Gasblasen nicht in der Pumpe 100 bleiben, gemäß dem sechsten Beispiel.
In einem Normalzustand, wo Gasblasen nicht in der Pumpe 100 gemäß dem sechsten Beispiel bleiben, ist der Druckerzeugungsmechanismus 150 von dem Ausströmkanal 128 getrennt, um das Arbeitsfluid aus dem Ausströmkanal 128 abzugeben. Hierbei ist das Prinzip der Abgabe des Arbeitsfluids zum Ausströmkanal 128 ähnlich dem des ersten Beispiels. Wenn also Gasblasen in der Pumpenkammer 127 bleiben, wird ein Anstieg des Drucks der Pumpenkammer behindert und die Pumpfähigkeit folglich stark verschlechtert, so daß es wichtig ist, die Gasblasen rasch zu beseitigen.
Als nächstes wird ein Fall beschrieben, bei dem Gasblasen in der Pumpenkammer 127 bleiben.
Wenn es Gasblasen gibt, ist die Ausströmmenge des Arbeitsfluids aus dem Ausströmkanal 128 stark verringert. Wenn also ein Benutzer das Geringerwerden der Ausströmmenge aus dem Ausströmkanal 128 beobachtet, setzt der Benutzer den Druckerzeugungsmechanismus 150 auf das Auslaßverbindungsrohr 131 auf (siehe 11). Wenn man mit dem Endbereich des Auslaßverbindungsrohrs 131 mit größerer Kraft als der Elastizität der Schraubenfeder 161 auf die Beilagscheibe 157 drückt, wird die Schraubenfeder 161 zusammengepreßt und das Ventil 156 folglich geöffnet. Die in der Beilagscheibe 157 vorgesehenen Durchgangslöcher 158 für das Arbeitsfluid und das geöffnete Ventil 156 stehen miteinander in Verbindung, so daß der Ausströmkanal 128 an das Innere (die Kammer) des Balges 151 angeschlossen ist.
Da das Volumen der Gasblasen in der Pumpenkammer 127 durch die Komprimierung der Innenseite der Pumpenkammer 127 verringert wird, können die Gasblasen aus dem Ausströmkanal 128 in den Balg 151 abgegeben werden, wie beim vierten und fünften Beispiel beschrieben. Hierbei kann ein Verriegelungsmechanismus vorgesehen sein, um zu verhindern, daß die Verbindung zwischen dem Ausströmkanal 128 und dem Balg 151 verloren geht.
Bei diesem Beispiel kann der Innendruck im Balg durch das Vorsehen eines Entlüftungsventils im Balg 151 an einem Ansteigen gehindert werden. Ferner können im Balg verbliebene Gasblasen dadurch abgeführt werden, daß der Balg 151 ein Loch hat, welches luftdicht verschließbar ist. Bei dem sechsten Beispiel ist also der Druckerzeugungsmechanismus frei abnehmbar, und wenn der Druckerzeugungsmechanismus in den Ausströmkanal eingepaßt ist, steht der Ausströmkanal mit dem Druckerzeugungsmechanismus in Verbindung und der Innendruck der Kammer mit veränderlichem Volumen steigt, wodurch die Gasblasen in der Pumpenkammer abgeführt werden. Wenn es in der Pumpenkammer keine Gasblasen gibt, ist es wegen der Trennung des Druckerzeugungsmechanismus möglich, eine kleine und leichte Pumpe zu verwirklichen.
Ausführungsbeispiel der Erfindung
Als nächstes wird unter Hinweis auf die 12 bis 14 eine Pumpe gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Dieses Ausführungsbeispiel hat den gleichen Grundaufbau und Förderbetrieb für Arbeitsfluid wie die vorstehend beschriebenen Beispiele eins bis sechs, unterscheidet sich von ihnen aber dadurch, daß ein Heizabschnitt als Blasenabführeinrichtung der Pumpenkammer vorgesehen ist. Deshalb wird das Verhältnis zwischen dem Heizabschnitt und dem Abführen der Blasen im einzelnen beschrieben.
12 zeigt einen senkrechten Schnitt durch die Pumpe 200 gemäß der Erfindung. In 12 weist die Pumpe 200 grundsätzlich ein becherförmiges Gehäuse 50 auf, an dem ein piezoelektrisches Element 70 befestigt ist, sowie einen Einströmkanal 221 zum Einführen eines Arbeitsfluids, einen Ausströmkanal 228 zum Abgeben des Arbeitsfluids, ein Pumpengehäuse 220 mit einer Pumpenkammer 227 sowie eine in der Pumpenkammer 227 vorgesehene, ringförmige Heizvorrichtung 212. In dem Gehäuse 50 ist ein Endbereich des piezoelektrischen Elements 70 an einem inneren Bodenbereich befestigt, und eine Membran 60 ist sowohl am Randbereich des Gehäuses 50 als auch am anderen Endbereich des piezoelektrischen Elements 70 befestigt. Das Pumpengehäuse 220 ist an der Oberseite der Membran 60 luftdicht befestigt, und die Pumpenkammer 227 ist in einem Raum zwischen der Membran 60 und dem Bodenbereich des Pumpengehäuses 220 gebildet.
Der Einströmkanal 221 und der Ausströmkanal 228 sind in Richtung zur Pumpenkammer 227 ausgebildet. Im Einströmkanal 221 ist ein Sperrventil 222 als Fluidwiderstandselement zum Öffnen und Schließen des Einströmkanals 221 in einem Verbindungsbereich mit der Pumpenkammer 127 vorgesehen. Ein Teil des Außenumfangs eines zylindrischen Bereichs, der den Einströmkanal 221 bildet, dient als Einlaßverbindungsrohr 230 für den Anschluß eines nicht gezeigten äußeren Rohrs oder Schlauchs. Ein Teil des Außenumfangs eines zylindrischen Bereichs, der den Ausströmkanal 228 bildet, dient als Auslaßverbindungsrohr 231 für den Anschluß eines nicht gezeigten äußeren Rohrs oder Schlauchs. Schläuche aus Siliziumgummi können beispielsweise als ein solcher externer Anschluß benutzt werden.
Der Einströmkanal 221 selbst ist als Einlaßkanal und der Ausströmkanal 228 selbst ist als Auslaßkanal definiert. Wie vorstehend beschrieben, ist in einem Verhältnis von Inertanzwerten der Gesamtinertanzwert der Einlaßkanalseite so gesetzt, daß er kleiner ist als der Inertanzwert der Auslaßkanalseite.
Darüber hinaus ist die ringförmige Heizvorrichtung 212 am äußeren Umfangseckenbereich der inneren oberen Wand der Pumpenkammer 227 befestigt. Die Heizvorrichtung 212 ist in diesem Eckbereich luftdicht eingesetzt und befestigt, so daß die Heizvorrichtung nicht über die Oberfläche der oberen Wand der Pumpenkammer 227 in Richtung zur Pumpenkammer vorsteht.
13 ist eine Draufsicht auf das in 12 gezeigte Pumpengehäuse 220 von seiten der Pumpenkammer gesehen. In 13 befindet sich die Heizvorrichtung 212 an einem Ort im Eckbereich der Pumpenkammer 227, wo leicht Gasblasen bleiben. Die Heizvorrichtung 212 ist dadurch gebildet, daß ein Widerstandselement an einem Keramiksubstrat aus Aluminiumoxyd usw. befestigt und dann mit einem Isolierfilm beschichtet ist. Als Widerstandsglied können verschiedene Glieder benutzt werden, aber vorzugsweise werden Glieder mit einem hohen Schmelzpunkt, insbesondere Platin oder eine Platinlegierung benutzt. Obwohl in der Zeichnung nicht dargestellt, führt ein Draht zur Stromversorgung der Heizvorrichtung 212 durch das Pumpengehäuse 220 nach außen.
Im Inneren der Pumpenkammer 227 ist ein nicht gezeigter Drucksensor 90 vorgesehen (siehe 15).
Als nächstes wird ein abgewandeltes Beispiel der Heizvorrichtung 212 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Hinweis auf 14 beschrieben. In 14 ist die Heizvorrichtung 212 als dünne Platte von kreisförmiger Gestalt gebildet und an einem großen Bereich der Oberfläche der oberen Wand der Pumpenkammer 227 statt am Umfangsbereich des Einströmkanals 221 und des Ausströmkanals 228 befestigt. Die Heizvorrichtung 212 ist in die obere Wand der Pumpenkammer 227 so eingefügt, daß sie nicht über deren Oberfläche vorsteht.
Als nächstes wird ein Fall beschrieben, bei dem die Pumpe 200 gemäß der Erfindung in einem Abgabemodus des Arbeitsfluids betrieben wird. Der Abgabemodus ist eine Arbeitsweise, bei der die Heizvorrichtung 212 nicht mit Strom versorgt wird und eine Spannung nur an das piezoelektrische Element 70 angelegt wird. Da der Abgabemodus bereits bei den Beispielen eins bis sechs vorstehend beschrieben wurde, wird dessen Beschreibung hier weggelassen. Wie vorstehend beschrieben, wird dabei im Falle eines Verbleibs von Gasblasen in der Pumpenkammer 227 der Innendruck der Pumpe erniedrigt und die Pumpfähigkeit verschlechtert, so daß ein Blasenabführmodus durchgeführt wird.
Als nächstes wird unter Hinweis auf 15 (siehe auch 12) ein Fall beschrieben, bei dem die Pumpe 200 gemäß der Erfindung im Blasenabführmodus betrieben wird.
15 ist ein Blockschaltbild eines Antriebsschaltkreissystems der Pumpe 200. Wie 15 zeigt, weist das Antriebsschaltkreissystem der Pumpe 200 den Drucksensor 90 als Druckerfassungseinrichtung in der Pumpenkammer 227, die Heizvorrichtung 212, eine Leistungsverteilerschaltung 265 zum Steuern der Heizvorrichtung 212 und eine Steuerschaltung 280 für den Pumpenantrieb auf, um das Ansteuern der Pumpe 200 zu steuern.
Wenn der vom Drucksensor 90 festgestellte maximale Innendruck in der Pumpenkammer beim Betrieb der Pumpe 200 im Abgabemodus kleiner ist, insbesondere 50% oder weniger als der maximale Innendruck der Pumpenkammer bei normalem Betrieb der Pumpe, bestimmt die Steuerschaltung 280 für den Pumpenantrieb, daß in der Pumpenkammer 227 Gasblasen verblieben sind und schaltet folglich die Ansteuerarbeitsweise vom Abgabemodus auf den Blasenabführmodus. Dann sendet die Steuerschaltung 280 für den Pumpenantrieb ein Signal an die Leistungsverteilerschaltung 265, und die Leistungsverteilerschaltung 265 beginnt dann als Reaktion auf das Signal mit der Leistungsverteilung zur Heizvorrichtung 212.
Da die Heizvorrichtung 212 im Eckbereich angeordnet ist, in dem, wie vorstehend beschrieben, die Strömung stagniert und die Gasblasen leicht zurückbleiben, werden in der Nachbarschaft bestehende Gasblasen mittels der Heizvorrichtung 212 erwärmt, so daß es möglich ist, das Volumen der Gasblasen zu erweitern. Wenn also die Größe der Gasblasen so zunimmt, daß die Gasblasen nicht mehr vollständig im Stagnationsbereich aufgenommen werden können, werden die Gasblasen wegen des Ansteuerns der Membran 60 mit der Strömung in der Pumpenkammer 227 bewegt und können folglich aus dem Ausströmkanal 128 abgeführt werden. Der Blasenabführmodus ist so eingestellt, daß er nach einem vorherbestimmten Zeitintervall beendet wird.
Für den Fall, daß eine Vielzahl von Heizvorrichtungen 212 vorhanden sind und die Leistungsverteilerschaltung 265 so konstruiert ist, daß sie die Leistungsverteilung der Reihe nach im Verlauf der Zeit zu den jeweiligen Heizvorrichtungen schaltet, kann der verteilte Strom ohne Änderung der Wärmemenge der mit Elektrizität versorgten Heizvorrichtungen reduziert und folglich die Leistungsverteilerschaltung 265 miniaturisiert werden.
Wenn andererseits eine Wärmemenge erzeugt wird, mit der das auf der Oberfläche der Heizvorrichtungen 212 vorhandene Arbeitsfluid seine Phase ändert, können aufgrund der Phasenänderung von den jeweiligen Oberflächenbereichen der Heizvorrichtungen 212 Gasblasen erzeugt werden. Bei diesem Verfahren wird das dem Volumen der erzeugten Gasblasen entsprechende Arbeitsfluid zum Ausströmkanal 228 abgegeben. Wenn die Leistungsverteilung zu den Heizvorrichtungen 212 angehalten wird und die Phasenänderung beendet ist, wird Arbeitsfluid in einer dem Volumen des abgegebenen Arbeitsfluids entsprechenden Menge aus dem Einströmkanal 221 durch das Sperrventil 222 in die Pumpenkammer 227 eingeführt. Da die Gasblasen aufgrund der Phasenänderung von den jeweiligen Oberflächenbereichen der Heizvorrichtungen 212 erzeugt werden, ist zu dieser Zeit die Strömung im Innern der Pumpenkammer 227 komplex und stagniert nicht, so daß ein Abführen der Gasblasen möglich ist, die sich in den Eckbereichen der Pumpenkammer angesammelt haben, der beim Abgabemodus der Stagnationsbereich ist.
Wenn man durch die Leistungsverteilung von seiten der Leistungsverteilerschaltung 265 eine so große Wärmemenge erzeugt, daß das auf der Oberfläche der Heizvorrichtung 212 vorhandene Arbeitsfluid einen Überhitzungszustand erreicht, kann ein Kochen des Films verursacht werden, d.h. eine Erzeugung von filmförmigen Gasblasen über die gesamte Oberfläche der Heizvorrichtung 212. Dieses Verfahren ist bevorzugt, denn das Volumen der aufgrund der Phasenänderung erzeugten Gasblasen ist erhöht, und das Volumen an Arbeitsfluid, welches mit einer Leistungsverteilung aus der Pumpenkammer 227 zum Ausströmkanal 228 abgegeben wird, ist erhöht. Deshalb ist es leicht, die Gasblasen zu beseitigen.
16 zeigt ein weiteres abgewandeltes Beispiel der Heizvorrichtung 212. In 16 weist die Heizvorrichtung 212 zwei Heizvorrichtungen auf, nämlich eine auf seiten des Einströmkanals 221 angeordnete Heizvorrichtung 213 und eine auf seiten des Ausströmkanals 228 angeordnete Heizvorrichtung 214. Durch die Verwendung der Leistungsverteilerschaltung 265 (siehe 15), werden hierbei die Phasen des verteilten Stroms zu den jeweiligen Heizvorrichtungen abgeleitet. Nachdem der Innendruck der Gasblasen, die durch das Filmkochen auf der Oberfläche der einen Heizvorrichtung erzeugt werden, den Höchstwert überschreitet, erreicht der Innendruck der durch das Filmkochen auf der Oberfläche der anderen Heizvorrichtung erzeugten Gasblasen den Höchstwert. Vorzugsweise ist ferner die Heizvorrichtung 213 nahe am Öffnungsbereich der Pumpenkammer 227 des Ausströmkanals 228 vorgesehen, und die Heizvorrichtung 214 entfernt von demselben. Dann wird die Leistungsverteilung zu der entfernten Heizvorrichtung 214 zuerst gestartet, und die Leistungsverteilung zu der Heizvorrichtung 213 wird später gestartet, so daß die Strömung vom Eckbereich der Pumpenkammer 227 zum Ausströmkanal 228 leicht hervorgerufen werden kann. Natürlich kann die Anzahl Heizvorrichtungen 212 zwei oder mehr betragen.
Wenn die Phase des Arbeitsfluids auf der Oberfläche der Heizvorrichtung 212 sich ändert, kann die Membran 60 sich entweder in angehaltenem oder in angesteuertem Zustand befinden. Vorzugsweise ist jedoch die Membran 60 angesteuert, so daß die Strömung innerhalb der Pumpenkammer komplex wird und infolgedessen die Gasblasen leicht abgeführt werden können.
In dem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Steuerschaltung 280 für den Pumpenantrieb und die Leistungsverteilerschaltung 265 so gesteuert werden, daß die Heizvorrichtung 212 Wärme impulsartig abgeben kann. Hierzu erfolgt die Leistungsverteilung zur Heizvorrichtung 212 mit pulsierendem Strom, und die Membran 60 wird in einer Richtung angesteuert, in der das Volumen der Pumpenkammer 227 synchronisiert mit der Wärmeabgabe verringert wird. Folglich ist es möglich, die in der Pumpenkammer verbliebenen Gasblasen wirksam abzuführen und dabei den Energieverbrauch des Heizabschnitts zu verringern.
Ferner ist es vorteilhaft, daß bei mehreren Wiederholungen des Ein- und Ausschaltens der Leistungsverteilung zur Heizvorrichtung 212 während eines Blasenabführmodus eine komplexere Strömung im Innern der Pumpenkammer erzeugt wird und infolgedessen die Gasblasen leichter abgeführt werden. Ferner wird bevorzugt, daß der vom Drucksensor 91 erfaßte Wert durch Ansteuern der Pumpe im Abgabemodus geprüft wird, nachdem der Blasenabführmodus beendet ist, so daß es möglich ist, das Ansteuern des Blasenabführmodus zu wiederholen, bis die Gasblasen mit Sicherheit entfernt sind.
Da der Innendruck in der Pumpenkammer 227 durch das Vorsehen der Heizvorrichtung 212 im Innern der Pumpenkammer 227 angehoben und folglich das Volumen der Gasblasen komprimiert wird, ist es gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung möglich, die Gasblasen in der Pumpenkammer 227 abzugeben.
Da die Heizvorrichtung 212 an der Wand der Pumpenkammer 227 so angebracht ist, daß die Heizvorrichtung nicht von der Wand vorsteht, und da die Heizvorrichtung mindestens im Eckbereich der Pumpenkammer 227 angeordnet ist, können die Gasblasen daran gehindert werden, in einem vorstehenden Bereich zu bleiben, in welchem die Gasblasen leicht stagnieren. Und außerdem ist es möglich, die Gasblasen im Eckbereich der Pumpenkammer 227 abzuführen.
Ist eine Vielzahl von Heizvorrichtungen 212 vorgesehen, dann kann außerdem die Energiemenge pro Zeiteinheit, die den Heizvorrichtungen 212 zugeführt wird, verringert werden, und die Gasblasen können rasch abgeführt werden, wobei eine Zerstörung der Pumpe verhindert wird.
Da der Drucksensor 90 in der Pumpenkammer 227 vorgesehen ist, ist es ferner möglich, mit Sicherheit festzustellen, ob Gasblasen in der Pumpenkammer 227 verblieben sind, und die Gasblasen aus der Pumpenkammer 227 abzuführen, wie vorstehend beschrieben.
Da die Heizvorrichtung 212 die Wärme impulsartig abgibt und die Membran 60 synchronisiert mit dem Impuls angesteuert wird, können die in der Pumpenkammer 227 vorhandenen Gasblasen wirksam abgegeben und dabei der Energieverbrauch der Heizvorrichtung 212 verringert werden.
Weil das Heizverfahren zum Erzeugen der Wärmemenge so durchgeführt wird, daß das Arbeitsfluid in Berührung mit der Heizvorrichtung 212 seine Phase ändert, werden aufgrund der Phasenänderung in der Pumpenkammer 227 Gasblasen erzeugt, so daß in der Pumpenkammer 227 eine komplexe und nicht stagnierende Strömung erzeugt werden kann, die zum Auslaßkanal 228 gerichtet ist. infolgedessen können die in der Pumpenkammer 227 vorhandenen Gasblasen abgeführt werden.
Da der Blasenabführmodus durchgeführt wird, wenn mittels des Drucksensors 91 festgestellt wird, daß Gasblasen vorhanden sind, wird, wie schon beschrieben, der Blasenabführmodus nicht verschwenderisch durchgeführt, sondern der Blasenabführmodus kann statt dessen immer in jedem vorherbestimmten Zeitintervall durchgeführt werden. Da in diesem Fall der Drucksensor 91 weggelassen werden kann, kann der Aufbau vereinfacht werden.
Es ist auch ein Aufbau beschrieben worden, bei dem der Drucksensor als Druckerfassungseinrichtung für die Pumpenkammer in der Pumpenkammer 227 vorgesehen ist. Es können aber auch andere Konstruktionen angewandt werden. Bei einer anderen Konstruktion kann beispielsweise der Innendruck der Pumpenkammer 227 dadurch berechnet werden, daß die Verformung der Membran 60 mit einem Dehnungsmeßstreifen oder einem Verdrängungsmeßfühler gemessen wird. Ferner kann der Innendruck der Pumpenkammer 227 dadurch berechnet werden, daß die Verformung des Ventilschließkörpers in einem Zustand bei geschlossenem Sperrventil 222 mit einem Dehnungsmeßstreifen oder einem Verdrängungsmeßfühler gemessen wird. Ferner kann der Innendruck der Pumpenkammer 227 durch das Messen eines Stroms zum Ansteuern des piezoelektrischen Elements 70 mit einem Strommeßfühler berechnet werden. Wenn man im piezoelektrischen Element 70 einen Dehnungsmeßstreifen vorsieht, kann außerdem der Innendruck in der Pumpenkammer 227 auf der Basis der am piezoelektrischen Element 70 anliegenden Spannung und des Meßwertes des Dehnungsmeßstreifens berechnet werden. Hierzu kann als Dehnungsmeßstreifen jede beliebige Art von Dehnungsmeßstreifen verwendet werden, welche die Verformungsgröße anhand einer Änderung im Widerstand, in der Kapazität oder in der Spannung erfassen.
Außerdem ist die Gestalt der Membran 60 nicht auf die kreisförmige Gestalt beschränkt. Das Sperrventil 222 ist nicht auf ein passives Ventil beschränkt, welches das Öffnen und Schließen aufgrund des Druckunterschieds des Fluids bewirkt; als Sperrventil kann auch ein aktives Ventil benutzt werden, welches das Öffnen und Schließen mit anderen Kräften bewerkstelligt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfaßt auch Abwandlungen und Verbesserungen innerhalb eines Bereichs, in dem das Ziel der vorliegenden Erfindung so wie durch den Anspruch festgelegt erzielt werden kann.
Im Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Gesamtinertanzwert der Einlaßkanalseite beispielsweise kleiner als der Gesamtinertanzwert der Auslaßkanalseite, und die Heizvorrichtung 212 ist als Blasenabführeinrichtung in der kleinen Hochdruckpumpe benutzt, die eine Trägheitswirkung des Arbeitsfluids hat. Aber die Blasenabführeinrichtung kann beispielsweise auch in einer Pumpe mit einer unimorphen Membran verwendet werden, wie 17 zeigt.
17 ist ein senkrechter Schnitt durch die Pumpe mit einer Membran des unimorphen Typs. Unter Hinweis auf 17 werden Bauelemente im einzelnen beschrieben, die sich vom Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheiden. Die Pumpe 200 weist eine unimorphe Membran 260 als Membran auf und als Fluidwiderstandselemente Sperrventile 222, 242, die im Einströmkanal 221 bzw. im Ausströmkanal 228 vorgesehen sind. Wie 17 zeigt, ist die Membran 260 am Randbereich des becherförmigen Gehäuses 250 luftdicht befestigt, und das piezoelektrische Element 71 ist an der dem Gehäuse 250 zugewandten Oberfläche der Membran 260 befestigt. Das Pumpengehäuse 220 ist an der Oberseite der Membran 260 luftdicht befestigt, und die Pumpenkammer 227 ist zwischen der Membran 260 und dem Pumpengehäuse 220 gebildet.
Mit der Pumpenkammer 227 steht der Einströmkanal 221 und der Ausströmkanal 228 in Verbindung, das Sperrventil 222 als Fluidwiderstandselement ist im Einströmkanal 221 vorgesehen, und das Sperrventil 242 als Fluidwiderstandselement ist im Ausströmkanal 228 vorgesehen. Die planare Heizvorrichtung 212 ist auf der Oberfläche der oberen Wand der Pumpenkammer 227 des Pumpengehäuses 220 vorgesehen. Die Heizvorrichtung 212 ist am Pumpengehäuse 220 luftdicht so angebracht, daß die Heizvorrichtung nicht in Richtung zur Pumpenkammer aus dem Pumpengehäuse 220 vorsteht.
Gestalt und Material der Heizvorrichtung 212 und die Lage, in der die Heizvorrichtung in das Pumpengehäuse 220 eingebaut ist, sind ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel der Erfindung und dem abgewandelten Beispiel des Ausführungsbeispiels der Erfindung, so daß die entsprechenden Beschreibungen weggelassen werden.
Es wird der Abgabemodus der Pumpe beschrieben.
Beim Anlegen einer Spannung an das piezoelektrische Element 71 wird die Membran 260 so verformt, daß sie eine konvexe Oberfläche in Richtung zur Pumpenkammer 227 hat, weil das piezoelektrische Element 71 diametral verformt wird. Hört die Zufuhr der Spannung auf, so nimmt die Membran ihre ursprüngliche Gestalt wieder an. Wenn bei dieser Pumpe die Sperrventile 222 und 242 den Strömungskanal schließen, wird die Membran 260 in der Richtung verformt, in der das Volumen der Pumpenkammer 227 durch die Verformung der Membran 226 verkleinert wird. Hierdurch wird auf die Flüssigkeit in der Pumpenkammer 227 Druck ausgeübt. Wenn der Innendruck in der Pumpenkammer 227 größer wird als der Druck stromabwärts vom Sperrventil 242, öffnet sich das Sperrventil 222, und infolgedessen wird die Flüssigkeit zum Ausströmkanal 228 gefördert.
Durch das Verformen der Membran 260 in Richtung zum Vergrößern des Volumens der Pumpenkammer 227 nimmt der Innendruck in der Pumpenkammer 227 ab. Dann wird das Sperrventil 242 zuerst geschlossen, und wenn der Innendruck in der Pumpenkammer 227 unter den Druck stromaufwärts vom Sperrventil 222 sinkt, wird das Sperrventil 222 geöffnet, so daß die Flüssigkeit aus dem Einströmkanal 221 in die Pumpenkammer 227 gelassen wird. Durch Wiederholen der vorstehenden Vorgänge wird das Arbeitsfluid übertragen.
Durch das Anordnen der Heizvorrichtung 212 als Blasenabführeinrichtung in der Pumpe mit dem oben beschriebenen Aufbau ist es möglich, daß die Gasblasen im Innern der Pumpenkammer hinausfließen können und der Innendruck in der Pumpenkammer in geeigneter Weise erhalten bleibt, so daß die abzugebende Arbeitsfluidmenge sichergestellt werden kann.
Bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen haben die Membrane 60, 45 kreisförmige Gestalt, aber die Gestalt ist nicht auf die Kreisform beschränkt. Ferner sind die Sperrventile 41, 42 nicht auf passive Ventile beschränkt, die den Öffnungs- und Schließprozeß aufgrund des Druckunterschieds des Fluids durchführen. Es können auch aktive Ventile, die den Öffnungs- und Schließprozeß mit anderen Kräften steuern, als Sperrventile Verwendung finden. Ferner kann jedes beliebige Element als piezoelektrisches Element zum Ansteuern der Membran 60 benutzt werden, vorausgesetzt, daß eine Kontraktion und Expansion möglich ist. Da aber bei diesem Pumpenaufbau das piezoelektrische Element und die Membran miteinander ohne einen die Verdrängung vergrößernden Mechanismus verbunden sind und die Membran folglich mit hoher Frequenz angesteuert werden kann, kann das Strömungsvolumen mit einer hochfrequenten Ansteuerung vergrößert werden, wenn ein piezoelektrisches Element benutzt wird, das einen hohen Frequenzgang hat, wie bei den Ausführungsbeispielen. Damit kann eine kleine und hochleistungsfähige Pumpe verwirklicht werden. Ähnlich kann ein supermagnetisches Verformungselement mit Hochfrequenzeigenschaften verwendet werden. Zusätzlich zum Wasser kann als Arbeitsfluid auch eine andere Flüssigkeit, beispielsweise Öl benutzt werden.
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist es also aufgrund der Anordnung der Blasenabführeinrichtung möglich, eine Pumpe zu schaffen, die Gasblasen abführen und folglich ihre Förderfähigkeit aufrechterhalten kann, selbst wenn die Gasblasen in der Pumpenkammer bleiben.

Claims

Pumpe mit einer Pumpenkammer (227), deren Volumen durch Ansteuern eines Kolbens oder einer beweglichen Wand (60) veränderbar ist, einem Einlaßkanal, der ein Arbeitsfluid in die Pumpenkammer fließen läßt, einem Auslaßkanal, der das Arbeitsfluid aus der Pumpenkammer fließen läßt, und einem Fluidwiderstandselement (222) zum Öffnen und Schließen mindestens des Einlaßkanals, wobei ein Gesamtinertanzwert des Einlaßkanals so gesetzt ist, daß er kleiner ist als ein Gesamtinertanzwert des Auslaßkanals, dadurch gekennzeichnet, daß in der Pumpenkammer ein Heizabschnitt (212) vorgesehen ist, der als Blasenabführeinrichtung zum Abführen von in der Pumpenkammer bleibenden Gasblasen dient.
Pumpe nach Anspruch 1, bei der der Heizabschnitt (212) innerhalb der Wand der Pumpenkammer (227) aufgenommen oder in einem Eckbereich der Pumpenkammer (227) angeordnet ist.
Pumpe nach Anspruch 1, bei der eine Vielzahl von Heizbereichen (213, 214) vorgesehen ist.
Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner mit einem Druckerfassungsabschnitt zum Feststellen eines Innendrucks der Pumpenkammer (227).
Pumpe nach Anspruch 1, bei der während des Ansteuerns des Kolbens oder der beweglichen Wand (60) ein Heizsignal in den Heizabschnitt (212) eingegeben wird.
Pumpe nach Anspruch 1, bei der ein impulsförmiges Heizsignal in den Heizabschnitt (212) eingegeben wird und der Kolben oder die bewegliche Wand (60) synchronisiert mit dem Heizsignal angesteuert wird.
Pumpe nach Anspruch 2, bei der der Heizabschnitt (212) das Arbeitsfluid erwärmt, um die Phase des den Heizabschnitt berührenden Arbeitsfluids zu ändern.