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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
für Fluide
wie eine Mikropumpe mit mindestens einem ersten Plättchen,
einem zweiten Plättchen,
einem zwischenliegenden Plättchen,
das zwischen dem besagten ersten und zweiten Plättchen angeordnet ist, einer
durch das besagte erste Plättchen
und das besagte zwischenliegende Plättchen abgegrenzten Pumpkammer,
sowie mit der besagten Pumpkammer in Verbindung stehenden Einlass-
und Auslasssteuerorganen, mit Einlass- und Auslassleitungen, die
eines der besagten ersten und zweiten Plättchen völlig durchsetzen, wobei das
besagte Einlasssteuerorgan ein Rückschlag-Ventil
ist, gebildet von einem beweglichen Organ und einem das besagte
bewegliche Organ mit dem Rest des besagten zwischenliegenden Plättchens
verbindenden membranförmigen
Teil, das zwischen der Einlassleitung und der Pumpkammer angeordnet
ist und durch seine Elastizität
die Bewegung des besagten Ventils zwischen einer geschlossenen und
einer geöffneten
Position erlaubt, wobei das besagte bewegliche Organ zwischen seinen
ersten und zweiten Enden von einer Öffnung durchsetzt ist, wobei
das besagte Ventil derartig gestaltet ist, dass in der besagten
geöffneten
Position das bewegliche Organ den Ausfluss der Flüssigkeit
von der besagten Öffnung
in Richtung der besagten Pumpkammer und des zweiten Endes des beweglichen
Organs nicht verhindert, wobei dieses dafür ausgebildet ist, in der besagten
geschlossenen Position einen dichten Kontakt mit demjenigen der
Plättchen,
das den Ventilsitz bildet, sicherzustellen.
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Beispielsweise, aber nicht ausschließlich, bildet
eine solche Vorrichtung eine Mikropumpe für den medizinischen Gebrauch,
die gleichmäßig eine kontrollierte
Menge eines Medikamentes ausliefert. Die Herstellung dieser Mikropumpen
basiert auf den Technologien der Mikro-Bearbeitung von Silizium oder
von jedem anderen Material, das mit Hilfe photolithographischer
Techniken durch Prägung
bearbeitbar ist. Für
die oben erwähnte
besondere Verwendung und auch noch in anderen Fällen ist es notwendig, ein
Einlasssteuerorgan zum Selbstansaugen der Mikropumpe zu schaffen.
Die Ansteuerung der Mikropumpe vollzieht sich, indem man das Volumen der
Pumpkammer variiert (Wechsel zwischen Verkleinerung und Vergrößerung),
zum Beispiel mittels einer Ansteuerung durch einen piezoelektrischen
Antrieb.
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Die europäische Patentanmeldung 95 904674.9
stellt eine solche selbstansaugende Mikropumpe vor. Jedoch können die
in diesem Dokument beschriebenen Einlassklappen nicht auf einfache Weise
realisiert werden.
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Die europäische Patentanmeldung 90 810272.6
beschreibt eine Mikropumpe, die ein Einlassorgan umfasst, das ein
Rückschlag-Ventil
bildet, das jedoch nicht erlaubt, das Selbstansaugen der Pumpe sicherzustellen.
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Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist,
eine Vorrichtung für
Fluide wie eine Mikropumpe mit einem Einlasssteuerorgan anzugeben,
das erlaubt, auf sichere Weise das Selbstansaugen der besagten Vorrichtung
zu erwirken, wobei dieses Organ auf einfache Weise hergestellt werden
kann.
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Gemäß der Erfindung erreicht man
dieses Ziel durch die Tatsache, dass das bewegliche Organ auf dem
größten Teil
der Dicke des besagten zwischenliegenden Plättchens angeordnet ist, dass
das membranförmige
Teil in der Nähe
des anderen der Plättchen
angeordnet ist und dass die besagte Öffnung ein begrenztes Volumen
aufweist.
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Es versteht sich, dass das Einlasssteuerorgan
für Flüssigkeit,
das in der Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung enthalten ist, ein Rückschlag-Ventil
von der Art eines Ventils mit Sitz bildet. Dieses Rückschlag-Ventil
weist ein membranförmiges
Teil, das durch seine Elastizität
die Öffnung
und die Schließung
des Ventils erlaubt, und ein bewegliches Organ auf, das eine Öffnung umgibt,
die für
das Ausfließen
der Flüssigkeit
bestimmt ist. Das bewegliche Organ umfasst ebenfalls an dem einen
seiner Enden Mittel, die für
die Abdichtung dieses Einlassventils in seiner geschlossenen Position
sorgen, das heißt,
das bewegliche Organ liegt in dichtem Kontakt an einem der Plättchen,
die an das Ventil angrenzen, an, wobei dieses Plättchen den Ventilsitz bildet.
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Um zu verhindern, dass das bewegliche
Organ den Einlass der Pumpkammer blockiert, ist es gemäß einem
Kennzeichen der Erfindung vorzugsweise vorgesehen, dass das an das
besagte membranförmige
Teil angrenzende erste Ende des beweglichen Organs mit wenigstens
einem Anschlagelement versehen ist, das dazu dient, die Bewegung
des besagten Ventils von der geschlossenen Position zu der geöffneten
Position hin zu begrenzen, wobei das freie Ende des besagten Anschlagelements
in der besagten geöffneten
Position in Kontakt mit dem in der Nähe des membranförmigen Teils
angeordneten Plättchen
kommt, ohne dass das besagte Anschlagelement den Ausfluss der Flüssigkeit
von der besagten Öffnung
in Richtung der besagten Pumpkammer verhindert.
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Zum besseren Verständnis der
Erfindung und zur Herausstellung sekundärer Kennzeichen und ihrer Vorteile
werden nachfolgend im Verlauf der Beschreibung Ausführungsformen
in beispielhafter Form angeführt.
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Es versteht sich, dass die folgende
Beschreibung und die folgenden Zeichnungen nur hinweisend und nicht
erschöpfend
gegeben werden. Es wird Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen,
in denen:
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– die 1 im longitudinalen Schnitt
ein erstes Modell der Mikropumpe gemäß der Erfindung darstellt;
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– die 2 eine Ansicht analog zu
der von 1 ist, die ein
zweites Modell der Mikropumpe betrifft, wobei die 1 und 2 das
Einlasssteuerorgan für
Flüssigkeit
in seiner geschlossenen Position darstellen;
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– die 3 eine vergrößerte Ansicht
eines Details der 1 oder 2 ist, wobei dieses Detail
die Zone der Mikropumpe betrifft, die das Einlasssteuerorgan für Flüssigkeit
oder das Einlassventil enthält;
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– die 4 teilweise und schematisch
aus Sicht von unten gemäß der Linie
IV-IV das Einlassventil der 3 darstellt;
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– die 5 eine Ansicht analog zu
der von 3 ist, die eine
Ausführungsvariante
des Rückschlag-Ventils
in geschlossener Position darstellt, wobei dieses Ventil das Einlasssteuerorgan
der Mikropumpe gemäß der vorliegenden
Erfindung bildet, und,
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– die 6 die Zone der Mikropumpe
darstellt, so wie sie in der 3 illustriert
ist, versehen mit einer Ausführungsvariante
des Rückschlag-Ventils
für den
Einlass der Flüssigkeit.
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Für
die Funktion der in den 1 und 2 illustrierten Mikropumpen
kann man sich im allgemeinen auf die zuvor erwähnte europäische Patentanmeldung 95 904674.9
beziehen, die auch das Herstellungsverfahren solcher Mikropumpen
darlegt. Es ist anzumerken, dass, um die verschiedenen in den 1 und 2 dargestellten Elemente besser sichtbar zu
machen, die Dicken der diversen die Mikropumpe bildenden Plättchen in
Bezug auf den in der longitudinalen Richtung verwendeten Maßstab reichlich übertrieben
worden sind.
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Mit Bezug auf die 1 und 2 umfassen
die Mikropumpen 10 und 100 ein vorzugsweise aus
Glas bestehendes Basisplättchen 12,
das von zwei Leitungen 14, 16 völlig durchsetzt
wird, die entsprechend eine Einlassleitung und eine Auslassleitung
der Mikropumpe bilden.
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Ein zwischenliegendes Plättchen 18 überlagert
das Basisplättchen 12,
wobei dieses zwischenliegende Plättchen
vorzugsweise aus Silizium ist und mit dem Basisplättchen 12 durch
die an sich bekannte Anodenschweißtechnik verbunden ist.
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Das zwischenliegende Plättchen 18 wird
von einem vorzugsweise aus Glas bestehenden oberen Plättchen 20 oder
zweiten Plättchen überlagert,
wobei das zwischenliegende Plättchen
und das zweite Plättchen
miteinander durch die gleiche Technik wie das Basisplättchen 12 und
das zwischenliegende Plättchen 18 verbunden
sind.
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Das erste Plättchen 12 und das
zweite Plättchen 20 weisen
eine im Wesentlichen gleichbleibende Dicke in der Größenordnung
von 1 mm auf, während
das zwischenliegende Plättchen
eine ebenfalls im Wesentlichen konstante Dicke aufweist, die aber geringer,
zwischen 0,1 und 0,5 mm, vorzugsweise zwischen 0,3 und 0,5 mm und
vorteilhafterweise in der Größenordnung
von 0,3 mm ist.
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Ein Teil des zwischenliegenden Plättchens 18 bildet
eine Pumpenmembran 22 von im Wesentlichen kreisförmiger Form,
die mit der Oberseite des ersten Plättchens 12 die Pumpkammer 24 abgrenzt. In
der Tat bildet die Pumpenmembran 22 eine bewegliche Wand,
die von einer Antriebsvorrichtung 26, 126 angesteuert
wird.
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Die Einlassleitung 14 ist
mit der Pumpkammer 24 durch ein oder mehrere Einlasssteuerorgane 28 verbunden,
die nachfolgend detaillierter beschrieben werden. Die Pumpkammer 24 ist
mit einem Auslasssteuerorgan für
Flüssigkeit
oder einem Auslassklappenventil 30 verbunden, dessen Struktur
analog zu jenem sein kann, das in der zuvor erwähnten europäischen Patentanmeldung 95 904674.9
beschrieben ist.
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In dem Fall der 1 und 2 weist
das dargestellte Auslassventil 30 die in der oben erwähnten europäischen Patentanmeldung
vorgesehenen Elemente auf, nämlich
eine ringförmige
Rippe 32, die gegenüber
der Auslassleitung 16 und in der geschlossenen Position
des Auslassventils 30 in abdichtendem Kontakt mit der Oberfläche des
ersten Plättchens 12 angeordnet
ist, eine biegsame Membran 34 und dünne Schichten aus Siliziumoxid 36 und 38,
die es erlauben, ein Aneinanderhaften zwischen der ringförmigen Rippe 32 und
dem ersten Plättchen 12 zu
vermeiden beziehungsweise auf der dem ersten Plättchen 12 gegenüberliegenden
Seite der Membran 34 eine Vorspannung zu erzeugen, die
den Scheitel der Rippe 32 gegen das erste Plättchen 12 belastet.
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Das Auslassventil 30 weist
auch ein Begrenzungsorgan 39 auf, das auf Höhe der ringförmigen Rippe 32 auf
der dem ersten Plättchen 12 gegenüberliegenden
Seite der biegsamen Membran 34 angeordnet ist, wobei dieses
Begrenzungsorgan ein Anschlagelement bildet, das sich gegen das
zweite Plättchen 20 in
der Öffnungsposition
des Auslassventils 30 abstützt, um die Auslenkung der
ringförmigen
Rippe 32 in Bezug auf das erste Plättchen 12 zu begrenzen.
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Das Einlasssteuerorgan oder Einlassventil 28,
das in den 1 und 2 in seiner geschlossenen Position
sichtbar ist, ist in der 3,
in der das Einlassventil in seiner geöffneten Position ist, auf detailliertere
Weise illustriert.
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Wie man in den zuvor erwähnten Figuren
sehen kann, ist das Einlassventil 28 aus einem beweglichen
Organ 40 gebildet, das von einem membranförmigen Teil 42 umgeben
ist. Diese Membran 42 ist im Wesentlichen kreisförmig mit
einem Durchmesser in der Größenordnung
von 3 mm, ihre vorzugsweise im Wesentlichen konstante Dicke liegt
zwischen 10 und 50 μm,
vorzugsweise in der Größenordnung
von 25 μm.
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Wie das Auslassventil 30 bildet
das Einlassventil oder die Einlassventile 28 Rückschlag-Klappen,
von welchen ein Teil in der geschlossenen Position des Ventils gegen
eins der ersten und zweiten Plättchen
in Anschlag kommt.
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Das bewegliche Organ 40 umgibt
eine Öffnung 44,
die das bewegliche Organ 40 von seinem an das erste Plättchen 12 angrenzenden
ersten Ende 45 bis zu seinem an das zweite Plättchen 20 angrenzenden
zweiten Ende 46 durchsetzt.
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Das bewegliche Organ 40 besitzt
vorzugsweise eine umlaufende äußere Form,
zum Beispiel eine äußere Form,
die im Wesentlichen zylindrisch mit kreisförmigen Querschnitt oder, wie
in den 1 bis 3 illustriert, kegelstumpfförmig ist,
wobei der größte Teil
zu dem ersten Plättchen
hin gerichtet ist.
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Was die Öffnung 44 betrifft,
deren Volumen einen Verbindungsraum bildet, der sich dem Volumen
der Pumpkammer 24 hinzufügt, so ist diese notwendigerweise
minimal auszuführen,
damit nicht ein zu bedeutendes Volumen in Bezug auf das Volumen der
Pumpkammer 24 gebildet wird.
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Diese Öffnung 44 kann verschiedene
Formen aufweisen, etwa eine zylindrische mit kreisförmigem,
viereckigem oder anderem Querschnitt, eine Kegelstumpfform oder
eine Pyramidenform. Wenn es die zum Prägen der Siliziumplatte, die
das zwischenliegende Plättchen 18 bildet,
angewendete Technik erlaubt, eine Öffnung 44 von geringem
Durchmesser zu realisieren, kann man eine Öffnung 44 realisieren, die
auf der ganzen Länge
dieser Öffnung 44 einen geringen
und im Wesentlichen gleichmäßigen Querschnitt
aufweist.
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Wenn es hingegen die zum Realisieren
der Öffnung 44 angewendete
Prägetechnik
nicht erlaubt, eine Öffnung
mit einem auf seiner ganzen Länge
im Wesentlichen konstanten und verhältnismäßig geringen Querschnitt zu
realisieren, sollte man das nachfolgend beschriebene Herstellungsverfahren
vorziehen.
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In einer bevorzugten Ausführung gemäß der Erfindung
besitzt die Öffnung 44 eine
Form, die aus zwei Pyramiden mit viereckigen Grundflächen gebildet
ist, wobei die Grundflächen
Enden der besagten Öffnung
bilden, wobei die zentrale Zone dieser Öffnung den zwei Pyramiden zugeordnet
ist. Diese aus zwei umgekehrten Pyramiden, deren Spitzen Kontakt haben,
gebildete Form erlaubt es, eine Form für die Öffnung 44 zu erzielen,
deren Gesamtvolumen geringer ist als das einer einzelnen, von dem
einen der zwei Enden des beweglichen Organs 40 aus eingeprägten Pyramide.
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Um eine solche Öffnung 44 in Form
zweier invertierter Pyramiden zu realisieren, ist es eine vorteilhafte
Lösung,
eine anisotrope Prägung
von den zwei Enden 45 und 46 des beweglichen Organs 40 aus
zu realisieren. Dafür
beginnt man mit der Aushöhlung
der Öffnung 44,
indem man zum Beispiel an dem ersten Ende 45 des beweglichen
Organs 40 beginnt, wobei die Prägung aus einem Quadrat besteht, dessen
Seitenlänge
sich entsprechend verringert, je mehr man das Innere des beweglichen
Organs 40 aushöhlt.
Auf diese Weise erhält
man einen ersten unteren Teil der Öffnung 44, dessen
Querschnitt sich verringert bis er an dem Punkt null wird, der der
Spitze der auf diese Weise gebildeten Pyramide entspricht.
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Um eine durchbrochene Öffnung 44 zu
realisieren, realisiert man den gleichen Typ einer Prägung, wie
eben beschrieben wurde, indem man dieses Mal an dem zweiten Ende 46 des
beweglichen Organs 40 anfängt, wobei die Öffnung 44 dann
vollständig
realisiert ist, wenn man bei der zweiten Prägung den zuvor erwähnten ersten
Teil der Öffnung 44 erreicht,
um auf diese Weise eine durchbrochene Öffnung 44 zu schaffen.
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Man kann es also einrichten, zwei
invertierte Pyramiden zu erhalten, deren Spitzen sich überlagern,
oder vorzugsweise auch zwei Pyramiden, die einen Teil des Volumens
gemeinsam haben, so dass der minimale Querschnitt der Öffnung 44 ausreichend
groß ist.
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Um diese Ideen festzuhalten, folgen
hier einige Größenordnungen
für die
Dimensionen der Öffnung 44:
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- – Querschnitt
am Einlass oder am Auslass der Öffnung 44:
in der Größenordnung
von 200 μm,
- – Querschnitt
auf Höhe
des Zentrums der Öffnung 44:
in der Größenordnung
von 50 μm,
- – Länge der Öffnung 44:
wenigstens die Hälfte
der Dicke des zwischenliegenden Plättchens 18.
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In dem Fall, dass man eine Öffnung 44 realisiert,
die einen auf seiner ganzen Länge
im Wesentlichen konstanten Querschnitt aufweist, zum Beispiel dank
eines Prägeverfahrens
oder einer ionisch reaktiven Mikro-Bearbeitung, erhält man eine Öffnung 44 mit
kleinem Durchmesser, wobei dieser Durchmesser in der Größenordnung
von 10 bis 100 μm
sein kann.
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Auf diese Weise gelingt es, das Volumen
der Pumpkammer 14 zu minimieren, auf Grund der Tatsache,
dass die Membran 42, deren in Richtung des ersten Plättchens
gerichtete Oberfläche
einen Teil der Pumpkammer abgrenzt, sich sehr nah bei dem ersten
Plättchen 12 befindet.
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Vorzugsweise stellt das Volumen der Öffnung 40 ein
Volumen dar, das höchstens
gleich einem Fünftel,
vorzugsweise einem Zehntel des Einheitsvolumens des Pumpvorgangs
ist, das heißt,
des bei jedem Zyklus des Öffnens-Schließens der
Pumpe verlagerten Volumens oder auch des bei jedem Zyklus des Steigens-Abfallens
der Pumpenmembran 22 verlagerten Volumens.
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Um zu diesem Ergebnis zu kommen,
ist vorzugsweise die Beziehung zwischen dem maximalen Abstand einerseits,
der das membranförmige
Teil von dem nächstgelegenen
Plättchen
trennt, und der Dicke des zwischenliegenden Plättchens andererseits geringer
als 1/20, vorteilhafterweise in der Größenordnung von 7 μm. Darüber hinaus
grenzen vorzugsweise das besagte membranförmige Teil, das erste Ende
des beweglichen Organs und der Ausgang der Öffnung an das erste Plättchen an
und der Ausgang der Öffnung
mündet
unmittelbar in die Pumpkammer.
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Auf Höhe des zweiten Endes 46 des
beweglichen Organs 40 findet man eine ringförmige Rippe 48,
die den Einlass der Öffnung 44 umgibt
und es erlaubt, wenn sie in Kontakt mit der Unterfläche des zweiten
Plättchens 20 ist,
die Abdichtung des Einlassventils 28 sicherzustellen. Man
wird natürlich eine
möglichst
geringe ringförmige
Rippe 48 bevorzugen, die eine Kontaktoberfläche besitzt,
damit einerseits die Oberfläche,
die einen optimierten Oberflächenzustand
aufweisen muss, den geringst möglichen
Flächeninhalt
aufweist, und andererseits auf diese Weise ein Einlassventil 28 realisiert
ist, das sich für
eine verhältnismäßig geringe
Flüssigkeitsdruckdifferenz
zwischen der Einlassleitung 14 und der Pumpkammer 24 öffnen kann.
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In der Tat ist es zu verstehen, dass
die Druckdifferenz, die die Öffnung
des Einlassventils 28 erlaubt, der Flüssigkeitsdruckdifferenz zwischen
der Flüssigkeit,
die in dem oberhalb von dem Einlassventil 28 angeordneten
Verbindungsraum 50 vorhanden ist, und dem Flüssigkeitsdruck
in der Öffnung 44 entspricht,
wobei dieser Druck der gleiche wie in der Pumpkammer 24 ist.
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Wie man in der 3 sehen kann, fließt Flüssigkeit, wenn diese in die
Einlassleitung 14 kommt, dann in den Verbindungsraum 50 und
erlaubt es ab einem bestimmten Druck, das Einlassventil 28 zu öffnen, wobei
sich das bewegliche Organ 40 dann dank der Elastizität der Membran 42 senkt.
Die Flüssigkeit
kann dann von dem Verbindungsraum 50 in die Öffnung 44 fließen.
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Gemäß einem besonders vorteilhaften Kennzeichen
der vorliegenden Erfindung, damit in der geöffneten Position des Einlassventils 28 die Flüssigkeit
von der Öffnung 44 in
die Pumpkammer 24 fließen
kann, sind auf der Oberfläche
des ersten Endes 45 des gegenüberliegend von dem ersten Plättchen 12 angeordneten
beweglichen Organs 40 eine Reihe von Anschlagelementen 52 in
Form kleiner Pfeiler vorgesehen, deren eines Ende mit dem ersten
Ende des beweglichen Organs 40 verbunden ist und deren
zweites freies Ende sich gegen die obere Fläche des ersten Plättchens 12 abstützt. Es
ist zu verstehen, dass diese Anschlagelemente 52 Bewegungsbegrenzer
für das
Einlassventil 28 bilden, wenn dieses sich öffnet, so
dass man während
seiner Öffnungsbewegung,
wenn das bewegliche Organ 40 sich dem ersten Plättchen 12 nähert, sich
nicht in einer Situation befindet, in der die Oberfläche des
ersten Endes des beweglichen Organs 40, die den Ausgang
der Öffnung 44 umgibt,
sich auf das erste Plättchen 12 abstützt, wobei
es auf diese Weise den Ausgang der Öffnung 44 versperren
würde.
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Wie man in der 4 präziser
sehen kann, sieht man eine ganze Reihe von Anschlagelementen 52 auf
dem ersten Ende des beweglichen Organs 40 verteilt vor.
Auf diese Weise kann die Flüssigkeit, nachdem
sie in die Öffnung 44 eingetreten
ist, in Richtung der Pumpkammer 24 fließen, wobei sie diese Anschlagelemente 52 umfließt.
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Wenn der Flüssigkeitsdruck in dem Verbindungsraum 50 gleich
dem Flüssigkeitsdruck
in der Pumpkammer 24 ist, schließt sich das Einlassventil 28 wieder
von selbst durch ein sich wiederholendes Phänomen, dessen Ursprung weiter
erklärt
wird. Dann setzt die Antriebsvorrichtung 26, 126 die
Bewegung zum unteren Ende der Pumpenmembran 22 in Gang,
so dass man einen Flüssigkeitsdruck
in der Pumpkammer 24 erhält, der höher als der Flüssigkeitsdruck
in dem unterhalb des Auslassventils 30 gelegenen Verbindungsraum
ist. In dieser Situation, sobald die Druckdifferenz ausreichend
ist, öffnet
sich das Auslassventil und die Flüssigkeit fließt aus der Pumpkammer 24 heraus.
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Wenn der Flüssigkeitsdruck in der Pumpkammer 24 gleich
dem Flüssigkeitsdruck
in dem Verbindungsraum ist, der unterhalb des Auslassventils 30 liegt,
schließt
dieses letztere sich wieder. Danach erlaubt die Antriebsvorrichtung 26, 126 die
Entspannung der Pumpenmembran 22, die sich wieder hebt und
der Pumpkammer ihr maximales Volumen gibt. Ein neuer Pumpzyklus,
der identisch mit dem soeben beschriebenen ist, kann dann beginnen.
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Es ist vorgesehen, dass das Einlassventil 28 darüber hinaus
eine erste Schicht 54 aus Siliziumoxid umfasst, die mindestens
die Oberfläche
des zweiten Endes 46 des beweglichen Organs 40 bedeckt,
geeignet zur Wiederaufnahme des Kontakts mit dem zweiten Plättchen 20,
um einen Zusammenschluss zwischen dem Ventil und dem zweiten Plättchen während der
geschlossenen Position des Einlassventils 28 zu verhindern.
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Diese erste Schicht 54 aus
Siliziumoxid bedeckt die ringförmige
Rippe 48 mindestens in der Zone, die zur Wiederaufnahme
des Kontakts mit dem zweiten Plättchen 20 bestimmt
ist, wobei es diese feine Schicht aus Siliziumoxid erlaubt, ein
Aneinanderhaften zwischen dem beweglichen Organ 40 und dem
zweiten Plättchen 20 zu
vermeiden. Damit das Einlassventil 28 in seiner Ruheposition
geschlossen ist, sieht man vorteilhafterweise Schichten 56, 58 aus Siliziumoxid
vor, die auf der Membran 42 angeordnet sind, damit diese
einer gewissen Vorspannung in Richtung des oberen Teils der Figuren
unterliegt.
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Die Oxidschicht 56 ist auf
Höhe der
Zone des membranförmigen
Teils 42 angeordnet, die an das bewegliche Organ 40 angrenzt
und die in Richtung des zweiten Plättchens 20 gewandt
ist, und die Oxidschicht 58 ist in einer Zone der Membran 42 angeordnet,
die am weitesten von dem beweglichen Organ 40 entfernt
ist, auf der dem ersten Plättchen 12 gegenüberliegenden
Seite.
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Wie man in der in der 5 illustrierten Ausführungsvariante
sehen kann, ist es möglich,
um das Volumen der Pumpkammer 24 zu reduzieren, eine Membran 42 zu
realisieren, die keine konstante Dicke aufweist.
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Wie man in der 5 sehen kann, kann man auf diese Weise
vorsehen, dass die in Richtung des ersten Plättchens 12 gerichtete
Oberfläche
der Membran 42 einen Absatz aufweist, der kreisförmig und zentriert
um die Öffnung 44 herum
ist, so dass ein erster Bereich 42a der Membran 42,
der sich auf einer ringförmigen,
am weitesten von dem beweglichen Organ 40 entfernten Oberfläche erstreckt,
sich sehr nah bei dem ersten Plättchen 12 befindet,
während
ein zweiter Bereich 42b der Membran 42, der auf
einem an das bewegliche Organ 40 angrenzenden Ring angeordnet
ist, sich im Vergleich zu dem ersten Bereich 42a der Membran
in einer größeren Distanz
zu dem ersten Plättchen 12 befindet.
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Das Einlassventil 28 ist
vorzugsweise innerhalb des zwischenliegenden Plättchens 18 aus Silizum
mittels bekannter photolithographischer Techniken eingearbeitet,
wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass die Oberfläche des
ersten Bereichs 42a, die in Richtung des ersten Plättchens 12 gerichtet
ist, parallel zu der Oberfläche
des gegenüber
von dem Einlassventil 28 angeordneten ersten Plättchens 12 und auf
gleicher Höhe
wie das freie Ende der Anschlagelemente 52 ist, denn diese
zwei Elemente werden gleichzeitig herausgearbeitet. Auf diese Weise
werden diese zwei Elemente in einem identischen Abstand zu dem besagten
ersten Plättchen 12 angeordnet,
wenn das Ventil 28 geschlossen ist. In bevorzugter Ausführung ist
das freie Ende der Anschlagelemente 52 plan und parallel
zu der Oberfläche
des an die Pumpkammer 24 angrenzenden ersten Plättchens 12.
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Das Einlassventil 28 in
der 5 weist nicht die
Oxidschichten 54, 56 und 58 aus der 3 auf, denn es ist fabrikationsgemäß gestaltet
worden, um seiner Natur nach, das heißt in seiner Ruheposition, in
geschlossener Position zu sein. In Abwesenheit der Schicht 54,
ist es vorgesehen, dass wenigstens die Oberfläche der ringförmigen Rippe 48,
die dem zweiten Plättchen 20 zugewandt
ist, und/oder dass wenigstens die Oberfläche des zweiten Plättchens 20,
das gegenüber
von der ringförmigen
Rippe 48 angeordnet ist, behandelt sind, zum Beispiel mit
einer Anti-Haft-Schicht versehen, um den Zusammenschluss zwischen
dem Ventil 28 in geschlossener Position und dem zweiten
Plättchen 20 zu
vermeiden.
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Alternativ kann man ein Einlassventil 28 mit einer
Membran 42 realisieren, die, so wie die in 5, treppenförmig ist und einige oder alle
Schichten aus Siliziumoxid 54, 56 und 58 aus 3 aufweist. Wenn man eine
Schicht 58 vorsieht, beschränkt sie sich vorzugsweise auf
den ersten Bereich 42a der Membran 42.
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Die in 6 illustrierte
Ausführungsvariante entspricht
einem Rückschlag-Einlassventil 28 in
geschlossener Position, dessen Position umgekehrt im Vergleich mit
der aus 3 ist. In der
Tat befindet sich in diesem Fall die Membran 42 in der
Nähe des zweiten
Plättchens 20 und
der Sitz des Ventils 28 wird durch die ringförmige Zone
der oberen Außenseite
des ersten Plättchens 12 gebildet,
das der ringförmigen
Rippe 48 zugewandt ist, die in der 6 nach unten gerichtet ist und an dem
zweiten Ende 46 des beweglichen Organs 40 angebracht
ist. An der Seite des ersten Endes 45 des beweglichen Organs 40,
das an das zweite Plättchen 20 angrenzt
und durch die Membran 42 verlängert wird, sind die Anschlagelemente 52 angeordnet
und das bewegliche Organ verlängert
sich radial durch die Membran 42.
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Die Öffnung 44 weist die
gleichen Kennzeichen auf und kann auf gleiche Weise wie im Falle
der zuvor dargestellten Ausführungsbeispiele
realisiert werden.
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Auf Grund der umgekehrten Anordnung
des Einlassventils 28 in dieser Ausführungsvariante, damit der Ausgang
der Öffnung 44 (angrenzend
an das erste Ende 45 des beweglichen Organs 40)
in fluidischer Verbindung mit der Pumpkammer 24 steht,
die zwischen dem zwischenliegenden Plättchen 18 und dem
ersten Plättchen 12 begrenzt
ist, durchsetzt eine zusätzliche Öffnung 64,
die von gleicher Art wie die Öffnung 44 ist,
die ganze Dicke des zwischenliegenden Plättchens 18 unterhalb
des Einlassventils 28.
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Was die Funktionsweise der Mikropumpe
betrifft, die ein Einlassventil 28 gemäß einem der soeben beschriebenen
Ausführungsformen
aufweist, bleibt sie identisch zu jener einer Mikropumpe von Art jener,
die in den zuvor erwähnten
europäischen
Patenten beschrieben sind.
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Um die gesteigerten Leistungen der
Mikropumpe gemäß der Erfindung
im Vergleich zu jenen Mikropumpen des Stands der Technik zu zeigen,
hier ein beziffertes Beispiel, das mit den Ausführungsbeispielen der
1 bis
5 und einer Öffnung
44 in Form zweier
invertierter Pyramiden erzielt wird. Diese Öffnung
44 weist ein
totes Volumen auf, das gleich 15 10
–9 l
ist, das tote, unter dem Ventil
28 beschränkte, das
heißt,
zwischen der Membran
42 und dem ersten Plättchen
12 sich
befindende Volumen ist 34 10
–9 l (vergleichsweise
wäre das äquivalente
Volumen für das
Einlassventil der
7A der Anmeldung
EP 90 810272.6 größer als
500 10
–9 l)
und das Einheitsvolumen der Pumpe ist 150 10
–9 l.
Mit einem solchen Einlassventil erzielt man einen Verdichtungsgrad
der Mikropumpe, der dem Verhältnis
zwischen dem Einheitsvolumen der Pumpe und dem gesamten toten Volumen
entspricht, der höher
ist als 1.
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Dieses Ergebnis ist dem sehr überlegen,
das mit mikro-bearbeiteten Mikropumpen für Fluide des Stands der Technik
erzielt wird, die als selbstansaugend offenbart sind und die im
besten Fall einen Verdichtungsgrad in der Größenordnung von 0,1 aufweisen.