EP2010784A1 - Pumpelement und pumpe mit einem solchen pumpelement - Google Patents

Pumpelement und pumpe mit einem solchen pumpelement

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EP2010784A1
EP2010784A1 EP07723635A EP07723635A EP2010784A1 EP 2010784 A1 EP2010784 A1 EP 2010784A1 EP 07723635 A EP07723635 A EP 07723635A EP 07723635 A EP07723635 A EP 07723635A EP 2010784 A1 EP2010784 A1 EP 2010784A1
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EP
European Patent Office
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movable member
movable
pumping
spring
pump
Prior art date
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EP07723635A
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English (en)
French (fr)
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EP2010784B1 (de
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Heinz KÜCK
Daniel Benz
Frank Wolter
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Hann-Schickard-Gesellschaft fuer Angewandte Forschung eV
Original Assignee
Hann-Schickard-Gesellschaft fuer Angewandte Forschung eV
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Publication date
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Publication of EP2010784B1 publication Critical patent/EP2010784B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
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    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B7/00—Piston machines or pumps characterised by having positively-driven valving
    • F04B7/0076—Piston machines or pumps characterised by having positively-driven valving the members being actuated by electro-magnetic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B17/00—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors
    • F04B17/03—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors
    • F04B17/04—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors using solenoids
    • F04B17/042—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors using solenoids the solenoid motor being separated from the fluid flow
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    • F04B17/044—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors using solenoids the solenoid motor being separated from the fluid flow using solenoids directly actuating the piston
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    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/10—Valves; Arrangement of valves
    • F04B53/12—Valves; Arrangement of valves arranged in or on pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04B7/00—Piston machines or pumps characterised by having positively-driven valving
    • F04B7/04—Piston machines or pumps characterised by having positively-driven valving in which the valving is performed by pistons and cylinders coacting to open and close intake or outlet ports

Definitions

  • the present invention relates to a pumping element and a pump having such a pumping element.
  • Pumps according to the state of the art are complex structures which contain the fluidic structure, the drive and optionally a control or regulating device.
  • a disadvantage of the high complexity of the known pumps are the high production costs, which almost preclude the use of such pumps for single use. Furthermore, in complex structures, the effort to achieve a high reliability increases.
  • Embodiments of the present invention provide a pumping element having the following features:
  • a pumping element housing defining a pumping chamber
  • a flow resistance of a flow path from the first movable element through the inlet is greater than a flow resistance of a flow path between the pump element housing and the first movable element
  • a flow resistance of a flow path from the first movable member through the drain is smaller than a flow resistance of the flow path between the pump member housing and the first movable member;
  • the inlet during the movement of the first movable Element in the direction from the first to the second position, or at least during most of this movement be closed, for example, by a second movable element.
  • a pumping element housing defining a pumping chamber having an inlet and a drain;
  • a first movable member movable in the pumping chamber between a first position and a second position, the draining being closed when the first movable member is in the first position;
  • a second movable member which is movable in the pumping chamber between a third and a fourth position
  • a pump may include a respective pumping element and a drive unit configured to drive the first movable element from the first to the second position and / or to drive the second movable element from the third to the fourth position ,
  • Embodiments of the present invention may relate to miniature pumps or micropumps in which a quantity of fluid pumped per pump stroke is in the microliter, nanoliter or picoliter range.
  • Exemplary embodiments of the invention can relate to pumping elements or pumps for liquids, for example infusion solutions, lubricants, foods or cleaning agents, wherein the pumping element and the drive unit can be configured separately.
  • the pumping element can be produced inexpensively, for example by plastic injection molding, and disposed of after use.
  • the drive unit may be reused, in embodiments of the present invention when pumping the drive unit is not in contact with the fluid to be pumped.
  • a quantity of fluid pumped can be determined directly from the number of pump strokes.
  • the pumping element may have an integrated check valve for controlling the fluid flow.
  • the integrated check valve can block fluid flow through the pump element in the non-actuated state of the pump element.
  • Embodiments of the pump according to the invention can be used for a variety of applications, in particular in the fields of medicine, process engineering and research.
  • An example of this is automatic medicament dosage devices in human medicine.
  • fluid transport from an area remote from the drain of the first movable member past the movable member into one on the drain facing side of the first movable element arranged area instead.
  • the inlet can be closed in order to be able to achieve the lowest possible return flow through the inlet and an associated suction through the outlet.
  • fluid for example a liquid or a gas, can thus be transported past the first movable element.
  • fluid to be pumped upon movement of the first movable member in the direction from the second position to the first position, fluid to be pumped is displaced by the first movable member and discharged through the drain. At the same time fluid is sucked through the inlet.
  • This movement phase can thus be referred to as transport phase.
  • transport phase As a result of alternating transport phases and pumping phases, a net flow can thus take place in the direction from the inlet to the outlet.
  • the pumping element may be configured such that upon actuation the second movable element is moved faster from the third to the fourth position than the first element is moved from the first to the second position.
  • the second movable member in the fourth position closes the inlet.
  • the second spring may have a lower spring constant than the first spring to cause the faster movement of the second movable member.
  • separate drive means may be provided for the first movable member and the second movable member.
  • a drive device for the second movable element may cause it to move from the third position to the fourth position before a drive device causes the movement of the first movable element from the first to the second position.
  • the drive unit and / or the first moveable element and the second moveable element may be configured to exert a greater force on the second moveable element to move faster to the fourth position than the first moveable one Element is moved to the second position.
  • Embodiments of the present invention enable the fluidic structure of the pumping element and its drive to be constructed separately from each other.
  • the actual pumping element can consist of a few components and can be produced, for example, inexpensively by plastic injection molding.
  • Embodiments of the present invention allow the pumping element to be disposed of after use so that disposable applications are economically possible.
  • the more expensive drive unit which may include a controller, may be used for multiple pumping elements or over multiple pumping element life cycles.
  • the pumping element that is, the fluidic element that comes into contact with the fluid to be pumped, be replaced without having to replace the more expensive drive unit.
  • a pumping function may be performed by two metallic moving elements, for example balls or pistons, housed in a pumping chamber,. which can also be referred to as a channel, are held by two springs in a defined position.
  • the first movable element closes the outlet from the pumping chamber, while the second movable element can release the inlet to the pumping chamber, which can be connected to a reservoir for a fluid to be pumped, wherein the pumping chamber is filled by the inlet with the fluid.
  • the movable elements by one or more integrated in the drive unit coils, the movable elements can be moved by a magnetic force against the spring force in the second and fourth position.
  • the second movable element firstly closes the inlet while the first movable element releases the drain and the fluid, liquid or gas contained in the pumping chamber is pushed past the first movable element (transport phase).
  • the spring pushes back the first movable element, whereby fluid located in front of the first movable element is at least partially conveyed through the backflow.
  • a leakage current arises through the gap between the movable element and the pressure chamber wall through which a certain amount of liquid can flow back during the pumping movement.
  • the magnitude of the leakage current is determined by the gap width between the first movable element and the pumping chamber wall, ie the flow resistance of the flow path between the first movable element and the pumping chamber wall.
  • the first movable element At the end of the pumping movement seals in embodiments of the invention, the first movable element from the process again.
  • the second movable element opens in embodiments of the invention, approximately at the same time the inlet, whereby the housing refills.
  • About number and speed of Pump strokes can be controlled while the metered flow.
  • the pump can block fluid flow without leakage.
  • pumping elements with different flow rates can be realized by the pump design.
  • the cross section of the fluidic structure, i. the pumping chamber channel thereof, the length of the pumping stroke and the size of the gap between the movable member and the channel wall are adjusted to adjust the amount of fluid delivered per pump stroke.
  • pumping elements with different flow rates can be driven with the same drive unit.
  • Embodiments of the present invention also advantageously allow a pump to be implemented without much overhead with a monitoring device that can check the position of the pump, i. which can determine the position of the first movable element and / or, if present, the position of the second movable element.
  • the drive unit may comprise a drive coil, wherein in the drive unit, a further measuring coil can be integrated. By generating a superimposed alternating magnetic field through the drive coil, a voltage in the additional measuring coil can be induced. The induced voltage is dependent on the position of the movable element (s) whose material has a permeability.
  • the position of the pumping element can be determined by a suitable measuring device, whereby a function monitoring of the pump is made possible.
  • Ia and Ib are schematic sectional views of an embodiment of a pump according to the invention.
  • FIGS. 2 and 3 are schematic cross-sectional views of embodiments for explaining a flow path between pumping element housings and first movable elements;
  • FIGS. 4 and 5 are schematic representations of embodiments that allow a variable flow resistance of the flow path between a pump element housing and a first movable member.
  • 6a and 6b are schematic sectional views for explaining a further embodiment of a pump according to the invention.
  • FIG. 10 is a schematic sectional view of an embodiment of a pumping element according to the invention.
  • FIG. 1a shows a sectional view of an embodiment of a pump according to the invention in a rest state and FIG. 1b shows the pump in an actuated state.
  • the pump comprises a pumping element 10 and a drive unit 12.
  • the pumping element 10 comprises a pumping element housing 14 and the drive unit 12 comprises a drive unit housing 16.
  • the pumping element housing 14 and the drive unit housing 16 are constructed as separate housings. such that they can be coupled together and separated from each other. Suitable devices by means of which the drive unit housing 16 can be reversibly coupled to the pump element housing 14 will be apparent to those skilled in the art and include, for example, snap connections, threaded connections, hooks, clips, hook and loop fasteners, and the like, and need not be further explained herein.
  • the pump element housing 14 defines a pumping chamber 18, an inlet 20 and a drain 22.
  • the pumping element housing 14 can be realized inexpensively, for example, by plastic injection molding, whereby the inlet 20 and the outlet 22 can be injection-molded.
  • a first ball 24, which represents a first movable element and a second ball 26, which represents a second movable element.
  • a spring 28 Between the balls 24 and 26 is a spring 28.
  • a second spring 30 Between the second ball 26 and the pump element housing 14 is a second spring 30.
  • the first spring 28 and the second spring 30 are formed as spiral springs.
  • the first ball 24 is positioned by the spring assembly such that the drain 22 is closed with the first ball 24 held in that position by the first spring 28.
  • the second ball 26 is positioned by the spring arrangement so that the inlet 20 is opened and the pumping chamber 18 is filled in the housing 14 with fluid or is.
  • the inlet 20 may be connected via suitable fluid lines to a fluid reservoir (not shown), while the outlet 22 may be connected via suitable fluid lines to a target area (not shown).
  • the inlet 20 and the outlet 22 may have luer connector structures 32, for example.
  • a further spring 34 may be provided, for example in the form of a leaf spring, which presses the first ball 24 onto a sealing seat formed by the drain 22.
  • the leaf spring 34 generates a force perpendicular to the force generated by the springs 28 and 30.
  • the balls 12 may be formed, for example, as metallic balls, while the springs may be performed, for example, non-magnetic non-ferrous metal.
  • the drive unit 12 comprises one or more drive coils 40 as an electromagnetic drive for the metallic ball 24, which surround a ferromagnetic core 42.
  • the ferromagnetic core 42 may also be in the form of a yoke with suitable pole pieces at the positions of the movable members, thereby greatly improving the magnetic flux return, as will be described later with reference to FIGS. 5-7 is explained.
  • the drive unit 12 further includes a controller 44 coupled to the drive coil (s) 40 for selectively and cyclically impressing current through the one or more coils 40 to thereby generate an electromagnetic force acting on the metallic balls 24 and 26 ,
  • the second ball 26 Due to the generated electromagnetic force, the second ball 26 is moved against the force of the second spring 30 in the direction of the inlet 20, so that the inlet 20 is sealed, as shown in Fig. Ib.
  • the magnetic force on the ball 24 can be increased as long as the ferromagnetic core 42 and, if present, a yoke are not yet in the magnetic field Saturation is located.
  • it In order to move the second ball 26 from the rest position shown in Fig. Ia to the sealing position shown in Fig. Ib, it must be moved by a distance S 2 . For this a magnetic force F magnet (s 2 ) is necessary.
  • the bias of the springs F VO r can be adjusted so that the first ball 24 does not move until the second ball 26 has sealed the inlet 20.
  • it In order finally to bring the first ball 24 against the force of the first spring 28 with the spring constant Ci in the position shown in Fig. Ib, it must be moved by a distance Si.
  • the outlet 22 is opened and the fluid flows laterally during the movement of the second ball 24, ie flows through a flow path between the first ball 24 and the pump element housing 14.
  • the flow force F flow depends essentially on the gap width of the gap the second ball 24 and the pump element housing 14 and from the speed v at which the first ball 24 moves.
  • Figs. Ia and Ib The spring constants and spring preloads of the springs 14 and 17 can thus preferably be chosen so that after switching on the magnetic force first the ball 26 is moved and seals the inlet 20 before the ball 24 moves through the fluid and the drain 22 releases. If the magnetic force is turned off, then both balls can move virtually simultaneously, inter alia, because the spring 30 is supported by the inflowing through the inlet 20 fluid.
  • the second ball 26 may have a slightly smaller diameter than the first ball 24.
  • Fig. 2 shows schematically a cross-sectional view along the line II-II in Fig.
  • the gap width of the annular gap can preferably be significantly smaller than the diameter and depend on the diameter of the ball. For example, depending on the diameter of the sphere, the gap width may be less than 100 ⁇ m, less than 50 ⁇ m or less than 20 ⁇ m.
  • the ball is shown centered, with the position actually being able to deviate from the position shown, depending on the circumstances, that is to say the orientation, for example, so that no gap is arranged on one side of the ball.
  • FIG. 1 A schematic cross-sectional view of an alternative embodiment having a pumping element housing 14a having a round pumping chamber cross-section is shown in FIG.
  • a cylinder-piston-shaped movable element 24a in this case has one or more channels 46a, which result in one or more flow paths between the movable element 24a and the pump element housing 14a, as can be seen in FIG.
  • four channels 46a are shown in FIG. 3, in alternative embodiments, a different number of channels, for example only one channel, may be provided.
  • Fig. Ib shows this arrangement of the pump in action of a magnetic force from magnet F ⁇ F Ma g net (Si).
  • the control device 44 is designed to supply the drive coil 40 with such a current that a corresponding magnetic force is exerted on the first ball 24.
  • Actuation of the drive unit 12 thus effects a movement of the balls 24 and 26 from the positions shown in FIG. 1 a to the positions shown in FIG. 1 b.
  • the ball 24 is moved away from the outlet 22 in the pumping chamber 18, whereby fluid is transported from a side of the ball 24 facing away from the outlet 22 to a side of the ball facing the outlet 22, along the flow path 46 or 46a. as shown for example in Figs. 2 and 3.
  • the ball 24 presses the fluid out of the pumping chamber 18 through the outlet 22 due to the force of the first spring 28, whereupon the Ball 24 finally seals the drain 22 again.
  • the second ball 26 releases the inlet 20, so that again new fluid can flow through the inlet 20 into the pumping chamber.
  • the balls 24 and 26 again assume the positions shown in Fig. Ia by the bias of the springs 28 and 30.
  • the drive unit can then be actuated again, so that a defined volume of fluid can be pumped by a cyclical actuation of the drive unit by carrying out a specific number of pump cycles per known stroke per pump stroke.
  • the volume pumped is given by the geometry, in particular by the size of the ball 24, the size of the pump stroke (ie the distance Si of movement of the ball 24) and the size of the flow gap 46 between the ball 24 and the pump element housing 14 Adjusting the geometry, therefore, the volume pumped per pump stroke can be adjusted. Based on the number of pump strokes, the volume delivered can be determined.
  • the ratio between the amount of fluid pumped off for example the amount of liquid and the amount of fluid that has flowed back through the gap 46 during the pumping movement of the ball 24, is as large as possible.
  • Fig. 4 shows a schematic representation of a pump element housing 14b, in which a movable element 24b is arranged.
  • the cross-section of a pump chamber 18a formed in the pumping element housing 14b may, for example, be circular, wherein the movable element 24b may be cylinder-piston-shaped, so that a flow gap 46b is formed between the inner wall of the pump element housing 14b and the movable element 24b.
  • the movable member 24b has a seal member 50 fixed thereto and changing a flow resistance for a fluid to be pumped between the movable member 24b and the passage wall of the pump chamber housing 14b depending on the direction of movement.
  • the sealing element 50 is designed as a limp and is suitable, for example, to be connected only via a pin 52 with the movable element 24b.
  • the sealing element 50 thus provides for a movement of the movable member 24b in Fig. 4 to the right for a flowing fluid lower flow resistance than in a movement of the movable lent element 24b in Fig. 4 to the left.
  • the sealing element offers greater flexibility when moving to the right, since it can be deflected away from the movable element 24b, while it is pressed against the same during a movement of the movable element 24b towards the same.
  • the movable element here has an additional valve function.
  • the additional sealing element 50 can be made of any elastic material, for example rubber, which changes its fluidically effective geometry depending on the direction of movement of the movable element 24b and thus allows a change in the flow resistance in order to be able to produce a desired valve function in this way.
  • FIG. Fig. 5 again shows schematically a pumping element housing 14c and a movable element 24c arranged therein. Furthermore, pole shoes 56 and 58 of a magnetic drive unit are shown schematically in FIG.
  • the movable element 24c is designed such that, depending on its position and position in the flow channel, ie in the pump channel 18b formed in the pump element housing 14c, a different flow resistance of a fluidically active gap 46c is produced.
  • this can be achieved by superimposing a translatory movement 60 of the movable element 24c through a rotational movement, by means of which the fluidic gap 46c increases or decreases, so that different flow resistances are produced.
  • the element 24c may be a ball flattened on two or more sides, which may rotate about its central axis.
  • the movable member 24 c may be made of a permanent magnetic material, so that a rotation of the movable member 24 c takes place when it is moved by the translational movement 60 between the pole pieces 56 and 58, as indicated by dashed lines in Fig. 5.
  • the cross section of the gap 46c may decrease during the pumping movement of the movable element 46c in the direction of the pump outlet and move away in the direction of the pump outlet during the loading movement. larger, whereby a dynamic valve effect can be achieved.
  • FIGS. 6a and 6b show a further embodiment of a pump according to the invention, which represents a modification of the embodiment shown in Figs. Ia and Ib, with an explanation and description of the elements and functionalities already described with reference to Figs. Ia and Ib is waived.
  • a drive unit 12a differs from the embodiment described with reference to FIGS. 1a and 1b in that a detection device is provided for determining a position of the balls.
  • This detection device comprises a detection coil 70 and a detection device 72.
  • the detection device 72 can be integrated into the control device 44 or can be provided separately therefrom.
  • the detection device 72 is coupled to the detection coil 70 and may be further coupled to the drive coil 40.
  • Either the control device 44 or the detection device 72 are designed to send such a changing current through the drive coil 40 that a changing magnetic field, for example a magnetic alternating field, is superimposed, the change of which a voltage U ind in the detection coil 70 induced. Due to the permeability of the material of the balls 24 and 26, this voltage also changes depending on the position of the balls in the pumping element.
  • the detection device 72 is designed to detect the voltage U ind and to evaluate changes thereof in order to draw conclusions about the position of the balls in the pump element. Thus, the position of the balls 24 and 26 within the pumping 10 so that the position and function of the pumping element can be monitored. In such an embodiment, it is again possible to amplify the measurement signal which is represented by the voltage induced in the coil 70 by means of a magnetic yoke in the form of a yoke and pole shoes positioned thereon.
  • FIGS. 7 to 8 each show a pumping element which has a pumping element housing 80 in which a pumping chamber 82, an inlet 84 and a drain 86 are formed.
  • a first movable ball 88 and a second movable ball 90 are arranged, which are biased by a first spring 92 and a second spring 94 in the positions shown.
  • the drive units 102a and 102b can have a similar structure, wherein respective features of the drive unit 102a are identified by the letter "a", while features of the drive unit 102b are identified by the letter "b X ⁇ .”
  • the drive units have drive unit housing parts 104a and 104b
  • the drive unit 102a has one or more drive coils 106a and one or more detection coils 108a
  • the drive unit 102b has one or more drive coils 106b.
  • the drive unit 102a has a control device 44a and a detection device 72.
  • the drive unit 102b also has a control device 44b and can be used optimally. Further, also one or more detection coils and a detection device.
  • the drive coils 106a and 108a are wound around a ferromagnetic yoke 110a
  • the drive coils 106b are wound around a ferromagnetic yoke 110b.
  • Pole shoes 112a and 114a which guide the magnetic flux such that the ball 88 is pulled between the pole pieces 112a and 112b when actuated, are attached to the ferromagnetic yoke 110a.
  • Pole shoes 112b and 114b are also attached to the yoke 110b, which guide the magnetic flux such that in the actuated state the ball 90 is pulled between the pole shoes 112b and 114b.
  • the movable elements in the illustrated embodiments, balls 88 and 90 can be part of the magnetic circuit see, whereby the acting magnetic forces can be significantly larger. Furthermore, the measurement signal induced in the detection coil 108a and detected by the detection device 72 can thereby be significantly stronger.
  • the structural design of the yokes and pole shoes depends on the particular design of the pumping element. It should be noted at this point that the geometric configuration of the pumping elements shown in the exemplary embodiments is purely exemplary for illustrative purposes. Furthermore, it should be noted that the inlets and outlets can be arranged at a suitable position, wherein, in particular, the position of the inlet in FIGS. 7 and 8 is purely schematic and, of course, at a suitable location to allow inward flow of a fluid, ie a liquid or liquid of a gas to allow into the pumping chamber.
  • the functionality of the embodiment shown in FIG. 7 may substantially correspond to the functionality of the embodiment described above with reference to FIGS. 1a and 1b.
  • the spring constants of the springs 92 and 94, the timing of impressing a current into the drive coils 106a and 106b, and / or the magnitude of the current impressed into the drive coils 106a and 106b (and the magnetic field generated thereby) may be adjusted to cause the ball 90 to close the inlet 84 upon actuation before the ball 88 is moved from the position shown to the actuated position.
  • the drive unit 120 has a drive unit housing 122, which in turn is reversibly coupled to the pumping element.
  • the drive unit further comprises a control device 44 and a detection device 72 which, in analogy to the above descriptions, are coupled to one or more drive coils 106 and one or more detection coils 108.
  • the drive coil 106 and the detection coil 108 are wound around a yoke 110, which may be made of a ferromagnetic material, as shown.
  • the yoke 110 has first pole shoes 124 and 126 for guiding the magnetic flux for actuating the first ball 88 and second pole shoes 128 and 130 for conducting the magnetic flux for actuating the second ball 90.
  • FIG. 8 An alternative embodiment of a drive unit 140 for actuating both balls 88 and 90 is shown in FIG.
  • the drive unit 140 comprises a drive unit housing 142, in which in turn a control device 44, a detection device 72, one or more drive coils 106 and one or more detection coils 108 are arranged. As shown in the embodiments shown in FIG.
  • the drive coil 106 and the detection coil 108 are provided on a yoke 144 disposed between pole pieces 124, 126, 128, and 130.
  • the embodiment shown in Figure 9, therefore, allows a very compact design of the drive unit, which in turn is reversibly coupled to the pump element housing.
  • the pumping element 150 comprises a pumping element housing 152 in which in turn a pumping chamber 154, an inlet 156 and a drain 158 are formed.
  • the pumping element 150 also has a first ball 160, a second ball 162, a first spring 164 and a second spring 166. Between the springs, a spring stop 168 is arranged. The springs 164 and 166 bias the balls 160 and 162 to the position shown in FIG.
  • the ball 160 can be moved away from the drain 158 against the force of the spring 164 to open it and to transport fluid past it while the inlet 156 passes through the ball 162 closed is.
  • pole shoes can in turn be displaced somewhat from the ball 160 in the direction of the inlet 156.
  • the spring 164 drives the ball back to the position shown in FIG. 10, wherein fluid is expelled from the drain 158.
  • the cou- Gel 162 forms together with the spring 166 thereby a check valve, which allows a running of fluid through the inlet 156.
  • the spring 166, the ball 162 and the sealing seat on the inlet 156 may in this case be coordinated so that the non-return valve formed thereby opens in the direction of passage immediately when the ball 160 is in the pumping movement to the outlet 158 out, and in Locking closes immediately when the ball 160 is in the loading movement of the expiration 158 away.
  • the spring 164 together with the ball 160 thus forms the pump drive
  • the spring 164 and the sealing seat of the ball 160 and the pump housing 152 and the drain 158 can be adjusted by the same so that the Drain 158 is reliably sealed by the element 160 as long as the magnetic drive is switched off, ie as long as the system is at rest.
  • a quiescent flow from the inlet 156 through the outlet 158 can also be effectively prevented, just as a return flow from the outlet 158 back to the inlet 156.
  • the springs 164 and 166 are decoupled and are based on a fixed stop 168.
  • the two spring forces are determined solely by the distance between the ball 160 and the spring stop 168 or between the ball 162 and the spring stop 168 and are thus completely decoupled from each other.
  • an additional magnetic drive could be provided for the ball 162 which is controllable independently of the magnetic drive for the ball 160.
  • embodiments of the present invention thus provide a pump for fluids having a first th housing and with an inlet and a drain and a second housing which can be mechanically releasably connected to the first housing.
  • the first housing may include a first movable member and at least one first spring, the first spring defining the first movable member in a position that seals the drain.
  • the housing may include a second moveable element and at least one second spring, wherein the second spring defines the second moveable element in a position that releases the inlet.
  • the second housing may include at least one coil, a ferromagnetic core, and a controller for generating a magnetic field and thereby defining the movable members against the acting force of the springs in a second position, the inlet being sealed by the second movable member and the flow is released by the first movable element.
  • the movable elements can be returned to the rest position by the springs, so that fluid contained in the first housing is at least partially conveyed out of the drain.
  • Embodiments of the present application comprise, as described above, two movable elements.
  • both movable elements can be actuated by a drive unit.
  • only the first movable element is drivable by a drive unit, while the other movable element can be effective as a check valve and is driven substantially only by an inflowing fluid.
  • the inlet could also be provided with a conventional check valve, for example a flap valve, which is in the pumping movement of the first movable element opens the inlet and during the transport movement, with the fluid past the first movable element is transported, closes the inlet.
  • the inlet need not be provided with a valve, as long as the flow resistance of the first movable element through the inlet is greater than the flow resistance between the first movable element and the inner pumping element housing wall, since in such a case still a net pumping effect can be effected by the process.
  • Housing parts of the pump element housing may advantageously consist of plastic and be produced, for example, using the injection molding technique.
  • the housing parts may also be made using other suitable materials, for example by microstructuring techniques using semiconductor or ceramic materials or non-ferromagnetic metals.
  • the one or more movable elements may advantageously be made of a ferromagnetic, soft magnetic or permanent magnetic material.
  • the first movable element may be permanently magnetic and designed as a magnetic dipole, wherein the magnetic axis of the dipole is oriented so that the movable element upon application of an external magnetic field generated by a drive unit in addition to the translational or a rotational
  • the first movable element is positioned in the pump element housing in such a way that its fluidically effective geometry is changed in the sense of a valve, as was explained above with reference to FIG. 5.
  • Described embodiments of the present invention include movable members that are in the form of a ball or a piston.
  • the movable element may have any shapes that provide the functionality described in conjunction with a corresponding pumping element housing.
  • a further sealing element which can be made of an elastic material and changes its fluidically effective geometry as a function of the direction of movement of the movable element, can be fastened to the movable element, wherein the movable element is in connection with the sealing element has a valve function with the aid of which the ratio of pumped amount of fluid and the amount of fluid that has flowed back during the pumping movement through the flow path between the movable element and the pump element housing can be increased.
  • the springs biasing the first movable member in position and / or the second movable member to the third position may be made of any suitable material, such as non-magnetic non-ferrous metal.
  • the drive unit is designed in a separate housing such that it can be placed on different pump element housings, so that a plurality of pump types can be controlled with one drive unit.
  • the rate of delivery of the pump during operation may be adjusted by changing the pumping frequency or by varying the pumping stroke of the first movable element.
  • the pump frequency may be adjusted in embodiments of the invention by changing the frequency at which a current is impressed into the drive coil by the controller.
  • the pumping stroke of the first movable member may be varied by changing the impressed current and thereby changing the generated magnetic force.
  • the delivery rate may be varied by varying the gaps between the first movable member and the pumping element housing and varying the spring preload F be set before, for example, in advance in the design of the pump.
  • a defined amount of fluid is pumped per pump stroke.
  • a correspondingly necessary number of pumping strokes can thus be counted and carried out.
  • the magnetic flux can be directed into the movable element or elements in a targeted manner via a ferromagnetic yoke and ferromagnetic pole shoes attached thereto.
  • the magnetic flux through the balls can be adjusted in a targeted manner.
  • a magnetic drive can be made up of two substantially identical units, each unit having its own control device and thus being able to control one of the movable elements individually.
  • the magnetic drive may consist of one unit, wherein a magnetic flux is simultaneously introduced into both movable elements via a ferromagnetic yoke and pole shoes.
  • the magnetic drive may consist of a unit, wherein a ferromagnetic yoke is made in two parts with pole shoes attached thereto, the drive coils being mounted in the region between the two movable elements on the yoke.
  • the second housing having the drive unit may comprise a further coil and a detection device in which an alternating magnetic field is superimposed on the drive coil which is in the further coil a voltage is induced, which is measured and evaluated by the detection device, wherein the induced voltage in the further coil depends on the position of the movable elements in the pump element housing and wherein the detection device determines the position of the movable elements and thus the position and determine the function of the pump.
  • the first movable member closes the drain when in the first position
  • the drain may not be completely closed when the first movable member is in the first position, still one Net pumping effect can be achieved.

Description

Pumpelement und Pumpe mit einem solchen Pumpelement
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Pumpelement und eine Pumpe, die ein solches Pumpelement aufweist.
Im Stand der Technik sind eine Vielzahl von Pumpen bekannt, welche zum Antrieb von Fluiden genutzt werden können. Die Baugrößen der Pumpen variieren dabei von mikrotechnisch hergestellten zu sehr großen Pumpen mit hohen Pumpleistungen, beispielsweise in Kraftwerken.
Bei Pumpen entsprechend dem Stand der Technik handelt es sich um komplexe Aufbauten, welche die fluidische Struktur, den Antrieb und gegebenenfalls eine Steuer- oder Regeleinrichtung enthalten. Nachteilig an der hohen Komplexität der bekannten Pumpen sind die hohen Herstellkosten, welche die Anwendung solcher Pumpen für Einmalanwendungen nahezu ausschließen. Weiterhin erhöht sich bei komplexen Aufbauten der Aufwand zur Erlangung einer hohen Zuverlässigkeit.
Bei vielen Pumpen sind ebenfalls Hilfsstoffe wie beispiels- weise Schmieröle oder Fette für den Antrieb bzw. den Betrieb der Pumpe notwendig, welche ebenfalls mit dem Fluid in Kontakt kommen könnten. Dies verbietet einen Einsatz bei medizinischen oder verfahrenstechnischen Anwendungen.
Es besteht daher ein Bedarf nach einem Pumpelement und einer Pumpe, die u.a. in medizinischen und verfahrenstechnischen Anwendungen und Konsumer-Anwendungen auch als Einmal- Anwendungen einsetzbar sind.
Erfindungsgemäß wird dieser Bedarf durch Pumpelemente gemäß den Ansprüchen 1 und 20 sowie eine Pumpe mit einem entsprechenden Pumpelement gemäß Anspruch 27 gelöst. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen ein Pumpelement mit folgenden Merkmalen:
einem Pumpelementgehäuse, das eine Pumpkammer definiert;
einem Zulauf in die Pumpkammer;
einem Ablauf aus der Pumpkammer; und
einem ersten beweglichen Element, das in der Pumpkammer zwischen einer ersten und einer zweiten Position bewegbar ist,
wobei bei einer Bewegung des ersten beweglichen Elements in Richtung von der ersten in die zweite Position ein Flusswiderstand eines Strömungswegs von dem ersten beweglichen E- lement durch den Zulauf größer ist als ein Flusswiderstand eines Strömungswegs zwischen dem Pumpelementgehäuse und dem ersten beweglichen Element, und
wobei bei einer Bewegung des ersten beweglichen Elements in Richtung von der zweiten Position in die erste Position ein Flusswiderstand eines Strömungswegs von dem ersten beweglichen Element durch den Ablauf kleiner ist als ein Flusswi- derstand des Strömungswegs zwischen dem Pumpelementgehäuse und dem ersten beweglichen Element,
so dass bei einer Hin- und Her-Bewegung des ersten beweglichen Elements zwischen der ersten und der zweiten Position ein Nettofluss durch den Ablauf stattfindet.
Bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird somit bei der Bewegung des beweglichen Elements in Richtung von der ersten in die zweite Position mehr Fluid an dem ersten beweglichen Element in Richtung zu dem Ablauf der Pumpkammer vorbeigedrückt, als durch den Zulauf die Pump- kammer verlässt. Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung kann der Zulauf während der Bewegung des ersten beweglichen Elements in Richtung von der ersten in die zweite Position, oder zumindest während einem Großteil dieser Bewegung, verschlossen sein, beispielsweise durch ein zweites bewegliches Element.
Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung wird darüber hinaus aufgrund der definierten Flusswiderstände bei einer Bewegung des ersten beweglichen Elements in Richtung von der zweiten Position in die erste Position mehr Flüssigkeit durch den Ablauf ausgestoßen als an dem beweglichen Element in Richtung zu dem Zulauf vorbeibewegt wird. Somit kann durch eine Hin- und Her-Bewegung des beweglichen Elements ein Nettofluss durch den Ablauf stattfinden.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen ein Pumpelement mit folgenden Merkmalen:
einem Pumpelementgehäuse, das eine Pumpkammer mit einem Zulauf und einem Ablauf definiert;
einem ersten beweglichen Element, das in der Pumpkammer zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegbar ist, wobei der Ablauf verschlossen ist, wenn das erste bewegliche Element in der ersten Position ist;
einem zweiten beweglichen Element, das in der Pumpkammer zwischen einer dritten und einer vierten Position bewegbar ist;
einer ersten Feder, die das erste bewegliche Element in die erste Position vorspannt; und
einer zweiten Feder, die das zweite bewegliche Element in die dritte Position vorspannt,
wobei bei einer Hin- und Her-Bewegung des ersten beweglichen Elements zwischen der ersten und zweiten Position und des zweiten beweglichen Elements zwischen der dritten und vierten Position ein Nettofluss durch den Ablauf stattfindet.
Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung kann eine Pumpe ein entsprechendes Pumpelement und eine Antriebseinheit aufweisen, die ausgelegt ist, um das erste bewegliche Element von der ersten in die zweite Position zu treiben und/oder um das zweite bewegliche Element von der dritten in die vierte Position zu treiben.
Ausfϋhrungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können sich auf Miniaturpumpen oder Mikropumpen beziehen, bei denen eine pro Pumphub gepumpte Fluidmenge im Mikroliter-Bereich, Nanoliter-Bereich oder Pikoliter-Bereich liegt. Ausfüh- rungsbeispiele der Erfindung können sich auf Pumpelemente bzw. Pumpen für Flüssigkeiten, beispielsweise von Infusionslösungen, Schmierstoffen, Lebensmitteln oder Reinigungsmitteln beziehen, wobei Pumpelement und Antriebseinheit getrennt ausgestaltet sein können. Das Pumpelement kann bei- spielsweise durch Kunststoffspritzguss kostengünstig hergestellt werden und nach der Anwendung entsorgt werden. Die Antriebseinheit kann wiederverwendet werden, wobei bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung beim Pumpen die Antriebseinheit nicht in Berührung mit dem zu pumpenden Fluid kommt. Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung kann eine gepumpte Fluidmenge direkt aus der Anzahl der Pumphübe ermittelt werden. Weiterhin kann das Pumpelement bei Ausführungsbeispielen der Erfindung über ein integriertes Sperrventil zur Steuerung des Fluidstroms verfügen. Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung kann das integrierte Sperrventil einen Fluidstrom durch das Pumpelement im nicht-betätigten Zustand des Pumpelements sperren.
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Pumpe können für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, insbesondere in den Bereichen Medizin, Verfahrenstechnik und Forschung. Ein Beispiel hierfür sind automatische Medikamen- tendosiereinrichtungen in der Humanmedizin. Bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung findet bei der Bewegung des ersten beweglichen Elements in Richtung von der ersten in die zweite Position ein FIu- idtransport von einer von dem Ablauf abgewandten Seite des ersten beweglichen Elements angeordneten Bereich an dem beweglichen Element vorbei in einen auf einer dem Ablauf zugewandten Seite des ersten beweglichen Elements angeordneten Bereich statt. Bei dieser Bewegung kann der Zulauf ge- schlössen sein, um einen möglichst geringen Rückfluss durch den Zulauf und ein damit verbundenes Ansaugen durch den Ablauf realisieren zu können. Bei der Bewegung des ersten beweglichen Elements in Richtung von der ersten in die zweite Position kann somit Fluid, beispielsweise eine Flüssigkeit oder ein Gas, an dem ersten beweglichen Element vorbei transportiert werden.
Bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird bei der Bewegung des ersten beweglichen Elements in Rich- tung von der zweiten Position in die erste Position zu pumpendes Fluid durch das erste bewegliche Element verdrängt und durch den Ablauf abgegeben. Gleichzeitig wird Fluid durch den Zulauf angesaugt. Diese Bewegungsphase kann somit als Transportphase bezeichnet werden. Durch abwechselnde Transportphasen und Pumpphasen kann somit ein Nettofluss in Richtung von dem Zulauf zu dem Ablauf stattfinden.
Bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann das Pumpelement derart ausgebildet sein, dass bei einer Be- tätigung das zweite bewegliche Element schneller von der dritten in die vierte Position bewegt wird als das erste Element von der ersten in die zweite Position bewegt wird. Bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung verschließt das zweite bewegliche Element in der vierten Posi- tion den Zulauf. Somit kann währen der Phase, in der zu pumpendes Fluid an dem ersten beweglichen Element vorbeitransportiert wird, ein Rückfluss durch den Zulauf reduziert oder minimiert werden. Bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann die zweite Feder eine geringere Federkonstante aufweisen als die erste Feder, um die schnellere Bewegung des zweiten beweglichen Elements zu bewirken. Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung können se- parate Antriebsvorrichtungen für das erste bewegliche Element und das zweite bewegliche Element vorgesehen sein. Eine Antriebsvorrichtung für das zweite bewegliche Element kann eine Bewegung desselben von der dritten Position in die vierte Position bewirken, bevor eine Antriebsvorrich- tung die Bewegung des ersten beweglichen Elements von der ersten in die zweite Position bewirkt. Bei alternativen Ausführungsbeispielen können die Antriebseinheit und/oder das erste bewegliche Element und das zweite bewegliche Element derart ausgebildet sein, dass auf das zweite bewegli- che Element eine größere Kraft ausgeübt wird, so dass dieses schneller in die vierte Position bewegt wird als das erste bewegliche Element in die zweite Position bewegt wird.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ermöglichen, dass die fluidische Struktur des Pumpelements und dessen Antrieb voneinander getrennt aufgebaut sind. Das eigentliche Pumpelement kann aus wenigen Bauteilen bestehen und kann beispielsweise kostengünstig durch Kunststoff- spritzguss hergestellt werden. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ermöglichen, dass das Pumpelement nach der Benutzung entsorgt wird, so dass auf ökonomische Weise Einmal-Anwendungen möglich sind. Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung kann die kostenintensivere Antriebs- einheit, welche eine Steuer- oder Regeleinrichtung enthalten kann, hingegen für mehrere Pumpelemente oder über mehrere Pumpelementlebenszyklen hinweg verwendet werden. Dadurch kann bei kritischen Anwendungen, wie beispielsweise der Medizintechnik oder der Lebensmitteltechnik, nach jeder Anwendung das Pumpelement, das heißt das fluidische Element, das mit dem zu pumpenden Fluid in Berührung kommt, getauscht werden, ohne die kostspieligere Antriebseinheit austauschen zu müssen. Bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann eine Pumpfunktion von zwei metallischen beweglichen Elementen, beispielsweise Kugeln oder Kolben, übernommen werden, die in einer Pumpkammer, . die auch als Kanal bezeichnet werden kann, durch zwei Federn in einer definierten Position gehalten werden. In einer ersten bzw. dritten Position schließt das erste bewegliche Element den Ablauf aus der Pumpkammer, während das zweite bewegliche Element den Zu- lauf zu der Pumpkammer, der mit einem Reservoir für ein zu pumpendes Fluid verbunden sein kann, freigeben kann, wobei die Pumpkammer durch den Zulauf mit dem Fluid gefüllt wird. Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung können durch eine oder mehrere in der Antriebseinheit integrierte Spulen die beweglichen Elemente durch eine magnetische Kraft entgegen der Federkraft in die zweite bzw. vierte Position bewegt werden. Dabei schließt das zweite bewegliche Element bei Ausführungsbeispielen zuerst den Zulauf, während das erste bewegliche Element den Ablauf freigibt und das in der Pump- kammer enthaltene Fluid, Flüssigkeit oder Gas, an dem ersten beweglichen Element vorbeigedrückt wird (Transportphase) . Nach dem Abschalten der magnetischen Kraft drückt die Feder das erste bewegliche Element zurück, wodurch vor dem ersten beweglichen Element befindliches Fluid zumindest teilweise durch den rückseitigen Ablauf gefördert wird. Ein Verluststrom entsteht dabei durch den Spalt zwischen dem beweglichen Element und der Druckkammerwandung, durch welchen während der Pumpbewegung eine gewisse Menge Flüssigkeit zurückströmen kann. Die Größe des Verluststroms wird durch die Spaltbreite zwischen dem ersten beweglichen Element und die Pumpkammerwandung, d.h. den Flusswiderstand des Strömungswegs zwischen dem ersten beweglichen Element und der Pumpkammerwandung, bestimmt. Am Ende der Pumpbewegung dichtet bei Ausführungsbeispielen der Erfindung das erste bewegliche Element den Ablauf wieder ab. Das zweite bewegliche Element öffnet bei Ausführungsbeispielen der Erfindung etwa gleichzeitig den Zulauf, wodurch sich das Gehäuse wieder füllt. Über Anzahl und Geschwindigkeit der Pumphübe kann dabei der dosierte Volumenstrom gesteuert werden. Darüber hinaus kann die Pumpe zwischen den Pumpzyklen den Fluidfluss ohne Leckage sperren.
Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung können durch das Pumpendesign Pumpelemente mit verschiedenen Durchflüssen realisiert werden. Beispielsweise kann diesbezüglich der Querschnitt der fluidischen Struktur, d.h. des Pumpkammerkanals derselben, die Länge des Pumphubes und die Größe des Spalts zwischen beweglichem Element und Kanalwandung eingestellt werden, um die pro Pumphub geförderte Fluidmenge einzustellen. Somit ist es beispielsweise mit einer oder wenigen verschiedenen Antriebseinheiten möglich, einen großen Bereich an Fördermengen abzudecken. Beispielsweise kön- nen mit derselben Antriebseinheit Pumpelemente mit unterschiedlichen Durchflüssen angetrieben werden.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ermöglichen ferner auf vorteilhafte Weise, dass eine Pumpe ohne großen Mehraufwand mit einer Überwachungseinrichtung implementiert werden kann, die die Stellung der Pumpe überprüfen kann, d.h. die die Position des ersten beweglichen Elements und/oder, wenn vorhanden, die Position des zweiten beweglichen Elements ermitteln kann. Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung kann die Antriebseinheit eine Antriebsspule aufweisen, wobei in der Antriebseinheit eine weitere Messspule integriert werden kann. Durch Erzeugen eines überlagerten magnetischen Wechselfelds durch die Antriebsspule kann eine Spannung in der zusätzlichen Messspule induziert werden. Die induzierte Spannung ist abhängig von der Position des oder der beweglichen Elemente, deren Material eine Permeabilität aufweist. Somit kann durch eine geeignete Messeinrichtung die Stellung des Pumpelements bestimmt werden, wodurch eine Funktionsüberwachung der Pumpe ermöglicht wird.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Anmeldung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. Ia und Ib schematische Schnittdarstellungen eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Pumpe;
Fig. 2 und 3 schematische Querschnittdarstellungen von Ausführungsbeispielen zur Erläuterung eines Strömungswegs zwischen Pumpelementgehäusen und ersten beweglichen Elementen;
Fig. 4 und 5 schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen, die einen variablen Flusswiderstand des Strömungswegs zwischen einem Pumpelementgehäuse und einem ersten beweglichen Element ermöglichen.
Fig. 6a und Fig. 6b schematische Schnittdarstellungen zur Erläuterung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Pumpe;
Fig. 7 bis 9 schematische Schnittdarstellungen weiterer Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Pumpen; und
Fig. 10 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Pumpelements.
In den verschiedenen Darstellungen sind für gleiche oder funktionell gleichwirkende Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung entsprechender Elemente verzichtet wird.
Fig. Ia zeigt eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Pumpe in einem Ruhezustand und Fig. Ib zeigt die Pumpe in einem betätigten Zustand. Die Pumpe umfasst ein Pumpelement 10 und eine Antriebsein- heit 12. Das Pumpelement 10 umfasst ein Pumpelementgehäuse 14 und die Antriebseinheit 12 umfasst ein Antriebseinheitengehäuse 16. Das Pumpelementgehäuse 14 und das Antriebseinheitengehäuse 16 sind als separate Gehäuse aufgebaut, derart, dass dieselben miteinander gekoppelt und voneinander getrennt werden können. Geeignete Vorrichtungen, über die das Antriebseinheitengehäuse 16 reversibel mit dem Pumpelementgehäuse 14 gekoppelt werden kann, sind für Fach- leute offensichtlich und umfassen beispielsweise Schnappverbindungen, Schraubverbindungen, Haken, Klammern, Klettverschlüsse und dergleichen, und bedürfen hierin keiner weiteren Erläuterung.
Das Pumpelementgehäuse 14 definiert eine Pumpkammer 18, einen Zulauf 20 und einen Ablauf 22. Das Pumpelementgehäuse 14 kann beispielsweise kostengünstig durch Kunststoff- spritzguss realisiert sein, wobei der Zulauf 20 und der Ablauf 22 angespritzt sein können. In der Pumpkammer 18 be- findet sich eine erste Kugel 24, die ein erstes bewegliches Element darstellt, und eine zweite Kugel 26, die ein zweites bewegliches Element darstellt. Zwischen den Kugeln 24 und 26 befindet sich eine Feder 28. Zwischen der zweiten Kugel 26 und dem Pumpelementgehäuse 14 befindet sich eine zweite Feder 30. Durch die erste Feder 28 und die zweite Feder 30 werden die erste Kugel 24 und die zweite Kugel 26 in die in Fig. Ia gezeigten Positionen vorgespannt. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Federn 28 und 30 als Spiralfedern ausgebildet.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird ohne eine äußere Kraft die erste Kugel 24 durch die Federanordnung derart positioniert, dass der Ablauf 22 geschlossen ist, wobei die erste Kugel 24 durch die erste Feder 28 in dieser Position gehalten wird. Die zweite Kugel 26 wird durch die Federanordnung so positioniert, dass der Zulauf 20 geöffnet ist und die Pumpkammer 18 im Gehäuse 14 mit Fluid gefüllt ist bzw. wird.
Der Zulauf 20 kann über geeignete Fluidleitungen mit einem Fluidreservoir (nicht gezeigt) verbunden sein, während der Ablauf 22 über geeignete Fluidleitungen mit einem Zielbereich (nicht gezeigt) verbunden sein kann. Zu diesem Zweck können der Zulauf 20 und der Ablauf 22 beispielsweise Luer- Verbinderstrukturen 32 aufweisen.
Zur Erhöhung der Dichtwirkung der ersten Kugel 24 auf dem Ablauf 22 kann ferner eine weitere Feder 34, beispielsweise in Form einer Blattfeder, vorgesehen sein, die die erste Kugel 24 auf einen durch den Ablauf 22 gebildeten Dichtsitz drückt. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel erzeugt die Blattfeder 34 eine Kraft senkrecht zu der Kraft, die durch die Federn 28 und 30 erzeugt wird. Die Kugeln 12 können beispielsweise als metallische Kugeln ausgebildet sein, während die Federn beispielsweise aus nichtmagnetischem Buntmetall ausgeführt sein können.
Die Antriebseinheit 12 umfasst eine oder mehrere Antriebsspulen 40 als elektromagnetischer Antrieb für die metallische Kugel 24, welche einen ferromagnetischen Kern 42 umgeben. Zur Vergrößerung der magnetischen Kraft auf die beweglichen Elemente kann der ferromagnetische Kern 42 ebenfalls die Form eines Jochs mit geeigneten Polschuhen an den Positionen der beweglichen Elemente aufweisen, wodurch der magnetische Rückfluss stark verbessert wird, wie später Bezug nehmend auf die Fig. 5 bis 7 näher erläutert wird. Die Antriebseinheit 12 umfasst ferner eine Steuereinrichtung 44, die mit der oder den Antriebsspulen 40 gekoppelt ist, um selektiv und zyklisch Strom durch die eine oder mehreren Spulen 40 einzuprägen, um dadurch eine elektromagnetische Kraft zu erzeugen, die auf die metallischen Kugeln 24 und 26 wirkt.
Durch die erzeugte elektromagnetische Kraft wird die zweite Kugel 26 entgegen der Kraft der zweiten Feder 30 in Richtung zu dem Zulauf 20 hin bewegt, so dass der Zulauf 20 abgedichtet wird, wie in Fig. Ib gezeigt ist. Durch Erhöhen der Stromstärke durch die Antriebsspule bzw. die Antriebsspulen 40 kann die magnetische Kraft auf die Kugel 24 erhöht werden, solange sich der ferromagnetische Kern 42 und, falls vorhanden ein Joch, noch nicht in der magnetischen Sättigung befindet. Um die zweite Kugel 26 aus der Ruheposition, die in Fig. Ia gezeigt ist, in die Dichtposition, die in Fig. Ib gezeigt ist, zu bewegen, muss diese um eine Strecke S2 bewegt werden. Dafür ist eine magnetische Kraft FMagnet(s2) notwendig. Die Vorspannung der Federn FVOr kann derart eingestellt werden, dass sich die erste Kugel 24 noch nicht bewegt, bis die zweite Kugel 26 den Zulauf 20 abgedichtet hat. Um schließlich die erste Kugel 24 entgegen der Kraft der ersten Feder 28 mit der Federkonstante Ci in die Position, die in Fig. Ib gezeigt ist, zu bringen, muss diese um eine Strecke Si bewegt werden. Zur Überwindung der Federkräfte ist dafür mindestens eine magnetische Kraft von
FMagnet ( Si ) = FMagnet ( S2 ) + Ci* Si + Fströmung [N]
erforderlich .
Dabei wird der Ablauf 22 geöffnet und das Fluid strömt während der Bewegung der zweiten Kugel 24 an dieser seitlich vorbei, d.h. strömt durch einen Strömungsweg zwischen der ersten Kugel 24 und dem Pumpelementgehäuse 14. Die Strömungskraft Fströmung hängt im Wesentlichen von der Spaltbreite des Spalts zwischen der zweiten Kugel 24 und dem Pumpelementgehäuse 14 und von der Geschwindigkeit v ab, mit der sich die erste Kugel 24 bewegt.
Zur Beschreibung der Funktionalität der Fig. Ia und Ib: Die Federkonstanten und Federvorspannungen der Federn 14 und 17 können somit vorzugsweise so gewählt werden, dass nach dem Einschalten der magnetischen Kraft zuerst die Kugel 26 bewegt wird und den Zulauf 20 abdichtet, bevor sich die Kugel 24 durch das Fluid bewegt und den Ablauf 22 freigibt. Wird die magnetische Kraft abgeschaltet, so können sich beide Kugeln praktisch gleichzeitig bewegen, unter anderem, weil die Feder 30 vom durch den Zulauf 20 nachströmenden Fluid unterstützt wird. Die zweite Kugel 26 kann einen etwas geringeren Durchmesser aufweisen als die erste Kugel 24. Fig. 2 zeigt schematisch eine Querschnittansicht entlang der Linie II-II in Fig. Ib, wobei ein entsprechender kreisringförmiger Spalt 46 ähnlich einer technischen Passung zu erkennen ist, der den Strömungsweg zwischen der ersten Ku- gel 24 und der inneren Pumpkammerwand bei einer Pumpkammer mit kreisförmigem inneren Querschnitt ergibt. Dadurch hat die Kugel ein seitliches Spiel in der Pumpkammer, durch das sich der Strömungsspalt ergibt. Die Spaltbreite des kreisringförmigen Spalts kann dabei vorzugsweise deutlich klei- ner sein als der Durchmesser und vom Durchmesser der Kugel abhängen. Beispielsweise kann die Spaltbreite abhängig vom Durchmesser der Kugel weniger als 100 μm, weniger als 50 μm oder weniger als 20 μm betragen. In Fig. 2 ist die Kugel zentriert dargestellt, wobei tatsächlich die Position ab- hängig von den Gegebenheiten, das heißt beispielsweise der Ausrichtung, von der gezeigten Position abweichen kann, so dass auf einer Seite der Kugel kein Spalt angeordnet ist.
Alternativ könnte auch ein anderer innerer Querschnitt, beispielsweise ein quadratischer innerer Querschnitt verwendet werden. Eine schematische Querschnittansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels mit einem Pumpelementgehäuse 14a, das einen runden Pumpkammerquerschnitt aufweist, ist in Fig. 3 gezeigt. Ein zylinderkolbenförmiges bewegli- ches Element 24a weist hierbei einen oder mehrere Kanäle 46a auf, die einen oder mehrere Strömungswege zwischen dem beweglichen Element 24a und dem Pumpelementgehäuse 14a ergeben, wie in Fig. 3 zu erkennen ist. Obwohl in Fig. 3 vier Kanäle 46a dargestellt sind, kann bei alternativen Ausfüh- rungsbeispielen eine andere Anzahl von Kanälen, beispielsweise nur ein Kanal, vorgesehen sein.
Zurückkehrend zu Fig. Ib zeigt diese die Anordnung der Pumpe bei Wirken einer magnetischen Kraft von FMagnet ≥ FMagnet (Si) . Die Steuereinrichtung 44 ist ausgelegt, um die Antriebsspule 40 mit einem solchen Strom zu beaufschlagen, dass eine entsprechende magnetische Kraft auf die erste Kugel 24 ausgeübt wird. Durch eine Betätigung der Antriebseinheit 12 wird somit eine Bewegung der Kugeln 24 und 26 aus den Positionen, die in Fig. Ia gezeigt sind, in die Positionen, die in Fig. Ib ge- zeigt sind, bewirkt. Dabei wird die Kugel 24 in der Pumpkammer 18 von dem Ablauf 22 wegbewegt, wobei Fluid von einer von dem Ablauf 22 abgewandten Seite der Kugel 24 zu einer dem Ablauf 22 zugewandten Seite der Kugel transportiert wird, entlang des oder der Strömungswege 46 bzw. 46a, wie sie beispielsweise in den Fig. 2 und 3 gezeigt sind. Wird nun die magnetische Kraft durch die Antriebseinheit 12 abgeschaltet, indem die Steuervorrichtung 44 den Strom durch die Antriebsspule 40 abschaltet, drückt die Kugel 24 aufgrund der Kraft der ersten Feder 28 das Fluid aus der Pump- kammer 18 durch den Ablauf 22 hinaus, woraufhin die Kugel 24 abschließend wieder den Ablauf 22 abdichtet. Während dieser Bewegung der Kugel 24 gibt die zweite Kugel 26 den Zulauf 20 frei, so dass wieder neues Fluid durch den Zulauf 20 in die Pumpkammer strömen kann. Somit nehmen die Kugeln 24 und 26 durch die Vorspannung der Federn 28 und 30 wieder die in Fig. Ia gezeigten Positionen ein. Ausgehend von diesem Zustand kann dann wieder die Antriebseinheit betätigt werden, so dass durch ein zyklisches Betätigen der Antriebseinheit ein definiertes Fluidvolumen gepumpt werden kann, indem bei bekanntem Volumen pro Pumphub eine bestimmte Anzahl von Pumpzyklen durchgeführt wird.
Das gepumpte Volumen ist durch die Geometrie gegeben, insbesondere durch die Größe der Kugel 24, die Größe des Pump- hubs (d.h. die Strecke Si der Bewegung der Kugel 24) sowie die Größe des Strömungsspalts 46 zwischen der Kugel 24 und dem Pumpelementgehäuse 14. Durch Einstellen der Geometrie kann daher das pro Pumphub gepumpte Volumen eingestellt werden. Anhand der Anzahl der Pumphübe kann dadurch das ge- förderte Volumen ermittelt werden.
Für die erreichbare Dosiergenauigkeit der Pumpe ist es bei Ausführungsbeispielen der Erfindung vorteilhaft, dass das Verhältnis zwischen der abgepumpten Fluidmenge, beispielsweise Flüssigkeitsmenge und der während der Pumpbewegung der Kugel 24 durch den Spalt 46 zurückgeströmten Fluidmen- gen möglichst groß wird.
Dazu kann bei Ausführungsbeispielen der Erfindung der Strömungswiderstand des Spalts 46 während der Pumpbewegung ausreichend groß sein. Dies kann durch einen entsprechend engen Spalt 46 oder zusätzliche Maßnahmen erreicht werden. Diesbezüglich zeigt Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Pumpelementgehäuses 14b, in dem ein bewegliches Element 24b angeordnet ist. Der Querschnitt einer in dem Pumpelementgehäuse 14b gebildeten Pumpkammer 18a kann beispielsweise kreisförmig sein, wobei das bewegliche Element 24b zylinderkolbenförmig sein kann, so dass zwischen der Innenwandung des Pumpelementgehäuses 14b und dem beweglichen Element 24b ein Strömungsspalt 46b gebildet ist. Das bewegliche Element 24b weist ein Dichtelement 50 auf, das an demselben befestigt ist und einen Strömungswiderstand für ein zu pumpendes Fluid zwischen dem beweglichen Element 24b und der Kanalwandung des Pumpkammergehäuses 14b je nach Bewegungsrichtung ändert.
Das Dichtungselement 50 ist biegeschlaff ausgeführt und ist geeignet, z.B. nur über einen Zapfen 52 mit dem beweglichen Element 24b verbunden zu sein. Das Dichtelement 50 liefert somit bei einer Bewegung des beweglichen Elements 24b in Fig. 4 nach rechts für ein vorbeiströmendes Fluid einen geringeren Flusswiderstand als bei einer Bewegung des beweg- liehen Elements 24b in Fig. 4 nach links. In anderen Worten bietet das Dichtelement bei einer Bewegung nach rechts eine größere Flexibilität, da dasselbe von dem beweglichen Element 24b weg ausgelenkt werden kann, während es bei einer Bewegung des beweglichen Elements 24b nach links gegen das- selbe gedrückt wird. Somit besitzt das bewegliche Element hier eine zusätzliche Ventilfunktion. Das zusätzliche Dichtelement 50 kann aus einem beliebigen elastischen Material, beispielsweise Gummi, ausgeführt sein, welches seine fluidisch wirksame Geometrie in Abhängigkeit der Bewegungsrichtung des beweglichen Elements 24b ändert und somit eine Änderung des Strömungswiderstands gestattet, um auf diese Weise eine gewünschte Ventilfunktion erzeugen zu können.
Eine alternative Ausführung, um eine dynamische Ventilwir- kung eines beweglichen Elements zu erreichen, ist in Fig. 5 schematisch dargestellt. Fig. 5 zeigt wiederum schematisch ein Pumpelementgehäuse 14c und ein darin angeordnetes bewegliches Element 24c. Ferner sind in Fig. 5 schematisch Polschuhe 56 und 58 einer magnetischen Antriebseinheit dar- gestellt. Das bewegliche Element 24c ist bei dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel so ausgebildet, dass es in Abhängigkeit von seiner Position und Lage im Strömungskanal, d.h. in dem im Pumpelementgehäuse 14c gebildeten Pumpkanal 18b, einen unterschiedlichen Strömungswiderstand ei- nes fluidisch wirksamen Spalts 46c hervorruft. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel kann dies erreicht werden, indem eine translatorischen Bewegung 60 des beweglichen Elements 24c durch eine rotatorische Bewegung überlagert wird, durch die sich der fluidische Spalt 46c vergrößert oder verkleinert, so dass unterschiedliche Strömungswiderstände hervorgerufen werden. Bei dem in Fig. 5 gezeigten Beispiel kann das Element 24c beispielsweise eine an zwei oder mehreren Seiten abgeflachte Kugel sein, die sich um ihre Mittelachse drehen kann. Ferner kann das bewegliche Element 24c aus einem permanentmagnetischen Material ausgeführt sein, so dass eine Rotation des beweglichen Elements 24c stattfindet, wenn dasselbe durch die translatorische Bewegung 60 zwischen die Polschuhe 56 und 58 bewegt wird, wie durch gestrichelte Linien in Fig. 5 angedeutet ist. Vor- teilhafterweise kann sich der Querschnitt des Spalts 46c während der Pumpbewegung des beweglichen Elements 46c in Richtung zu dem Pumpenablauf verringern und sich während der Ladebewegung in Richtung von dem Pumpenablauf weg ver- größern, wodurch eine dynamische Ventilwirkung erreicht werden kann.
Die Fig. 6a und 6b zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Pumpe, das eine Modifikation des in den Fig. Ia und Ib gezeigten Ausführungsbeispiels darstellt, wobei auf eine Erläuterung und Beschreibung der bereits Bezug nehmend auf die Fig. Ia und Ib beschriebenen Elemente und Funktionalitäten verzichtet wird.
Das in den Fig. 6a und 6b gezeigte Pumpelement entspricht vollständig dem des Ausführungsbeispiels der Fig. Ia und Ib, wobei Fig. 6a wiederum die beiden Kugeln 24 und 26 im Ruhezustand und Fig. 6b die beiden Kugeln im betätigten Zu- stand zeigt. Bei dem in den Fig. 6a und 6b gezeigten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich eine Antriebseinheit 12a von dem Bezug nehmend auf die Fig. Ia und Ib beschriebenen Ausführungsbeispiele dadurch, dass eine Erfassungseinrichtung zum Ermitteln einer Position der Kugeln vorge- sehen ist. Diese Erfassungseinrichtung umfasst eine Erfassungsspule 70 und eine Detektionseinrichtung 72. Die Detek- tionseinrichtung 72 kann dabei in die Steuereinrichtung 44 integriert oder separat von derselben vorgesehen sein. Die Detektionseinrichtung 72 ist mit der Erfassungsspule 70 ge- koppelt und kann ferner mit der Antriebsspule 40 gekoppelt sein. Entweder die Steuereinrichtung 44 oder die Detektionseinrichtung 72 sind ausgebildet, um einen solchen sich ändernden Strom durch die Antriebsspule 40 zu schicken, dass ein sich änderndes Magnetfeld, beispielsweise ein magneti- sches Wechselfeld, überlagert wird, dessen Änderung eine Spannung Uind in der Erfassungsspule 70 induziert. Aufgrund der Permeabilität des Materials der Kugeln 24 und 26 ändert sich diese Spannung ebenfalls in Abhängigkeit der Position der Kugeln in dem Pumpelement. Die Detektionseinrichtung 72 ist ausgebildet, um die Spannung Uind zu detektieren und Änderungen derselben auszuwerten, um auf die Position der Kugeln in dem Pumpelement rückzuschließen. Somit lässt sich die Position der Kugeln 24 und 26 innerhalb des Pumpele- ments 10 bestimmen, so dass die Stellung und Funktion des Pumpelements überwacht werden kann. Es ist bei einem solchen Ausführungsbeispiel wiederum möglich, durch einen magnetischen Rückschluss in Form eines Jochs und auf diesem positionierten Polschuhen das Messsignal, das durch die in die Spule 70 induzierte Spannung dargestellt wird, zu verstärken.
Ausführungsbeispiele für Anordnungen, die eine Erhöhung der wirkenden magnetischen Kräfte bzw. eine Verstärkung des Messsignals ermöglichen, werden nachfolgend Bezug nehmend auf die Fig. 7 bis 9 näher erläutert.
Die Fig. 7 bis 8 zeigen jeweils ein Pumpelement, das ein Pumpelementgehäuse 80 aufweist, in dem eine Pumpkammer 82, ein Zulauf 84 und ein Ablauf 86 gebildet sind. In der Pumpkammer 82 sind eine erste bewegliche Kugel 88 und eine zweite bewegliche Kugel 90 angeordnet, die durch eine erste Feder 92 und eine zweite Feder 94 in die gezeigten Positio- nen vorgespannt sind.
Bei dem in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei separate Antriebseinheiten 102a und 102b für die erste Kugel 88 und die zweite Kugel 90 vorgesehen. Die Antriebsein- heiten 102a und 102b können einen ähnlichen Aufbau aufweisen, wobei jeweilige Merkmale der Antriebseinheit 102a mit dem Buchstaben „a" gekennzeichnet sind, während Merkmale der Antriebseinheit 102b mit dem Buchstaben „bXΛ gekennzeichnet sind. Die Antriebseinheiten weisen Antriebseinhei- tengehäuseteile 104a und 104b auf, die reversibel mit dem Pumpelement gekoppelt werden können. Die Antriebseinheit 102a weist eine oder mehrere Antriebsspulen 106a und ein oder mehrere Erfassungsspulen 108a auf. Die Antriebseinheit 102b weist eine oder mehrere Antriebsspulen 106b auf. Die Antriebseinheit 102a weist eine Steuereinrichtung 44a und eine Detektionseinrichtung 72 auf. Die Antriebseinheit 102b weist ebenfalls eine Steuereinrichtung 44b auf und kann op- tional ferner ebenfalls eine oder mehrere Erfassungsspulen und eine Detektionseinrichtung aufweisen.
Wie in Fig. 7 zu sehen ist, sind die Antriebsspulen 106a und 108a um ein ferromagnetisches Joch 110a gewickelt, und die Antriebsspulen 106b sind um ein ferromagnetisches Joch 110b gewickelt. An dem ferromagnetischen Joch 110a sind Polschuhe 112a und 114a angebracht, die den magnetischen Fluss derart leiten, dass im betätigten Zustand die Kugel 88 zwischen die Polschuhe 112a und 112b gezogen wird. An dem Joch 110b sind ebenfalls Polschuhe 112b und 114b angebracht, die den magnetischen Fluss derart leiten, dass im betätigten Zustand die Kugel 90 zwischen die Polschuhe 112b und 114b gezogen wird.
Durch die Verwendung von Jochen und Polschuhen, die beispielsweise aus einem ferromagnetischen Material bestehen können, können die beweglichen Elemente, bei den gezeigten Ausführungsbeispielen Kugeln 88 und 90 Teil des magneti- sehen Kreises werden, wodurch die wirkenden magnetischen Kräfte deutlich größer werden können. Ferner kann das in die Erfassungsspule 108a induzierte und von der Detektionseinrichtung 72 erfasste Messsignal dadurch deutlich stärker sein.
Die konstruktive Gestaltung der Joche und Polschuhe hängt dabei von der jeweiligen Ausgestaltung des Pumpelements ab. An dieser Stelle sei angemerkt, dass die in den Ausführungsbeispielen gezeigte geometrische Ausgestaltung der Pumpelemente zu Veranschaulichungszwecken rein beispielhaft ist. Ferner sei angemerkt, dass die Zuläufe und Abläufe an geeigneter Position angeordnet sein können, wobei insbesondere die Position des Zulaufs in den Fig. 7 und 8 rein schematisch ist und selbstverständlich an einer geeigneten Stelle ist, um ein Zulaufen eines Fluids, d.h. einer Flüssigkeit oder eines Gases, in die Pumpkammer zu ermöglichen. Die Funktionalität des in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiels kann im Wesentlichen der Funktionalität des oben Bezug nehmend auf die Fig. Ia und Ib beschriebenen Ausführungsbeispiels entsprechen. Diesbezüglich können die Feder- konstanten der Federn 92 und 94, die zeitliche Steuerung des Einprägens eines Stroms in die Antriebsspulen 106a und 106b und/oder die Höhe des in die Antriebsspulen 106a und 106b eingeprägten Stroms (und des dadurch erzeugten Magnetfelds) eingestellt werden, um zu bewirken, dass bei Betäti- gung die Kugel 90 den Zulauf 84 verschließt, bevor die Kugel 88 aus der gezeigten Stellung in die betätigte Stellung bewegt wird.
Fig. 8 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungs- beispiels, bei der eine gemeinsame Antriebseinheit für die erste Kugel 88 und die zweite Kugel 90 vorgesehen ist. Die Antriebseinheit 120 weist ein Antriebseinheitengehäuse 122 auf, das wiederum reversibel mit dem Pumpelement koppelbar ist. Die Antriebseinheit umfasst ferner eine Steuereinrich- tung 44 und eine Detektionseinrichtung 72, die analog zu den obigen Beschreibungen mit einer oder mehreren Antriebsspulen 106 und einer oder mehreren Erfassungsspulen 108 gekoppelt sind. Die Antriebsspule 106 und die Erfassungsspule 108 sind wie dargestellt um ein Joch 110, das aus einem ferromagnetischen Material bestehen kann, gewickelt. Das Joch 110 weist erste Polschuhe 124 und 126 zum Leiten des magnetischen Flusses zum Betätigen der ersten Kugel 88 und zweite Polschuhe 128 und 130 zum Leiten des magnetischen Flusses zum Betätigen der zweiten Kugel 90 auf.
Hinsichtlich der Funktionalität des in Fig. 8 gezeigten Ausführungsbeispiels kann auf die obigen Ausführungen bezüglich der Fig. Ia, Ib, 6a und 6b verwiesen werden, wobei durch das Joch 110 und die an demselben angebrachten PoI- schuhe wiederum eine Verstärkung der magnetischen Kraft und des Messsignals erreicht werden kann. Ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Antriebseinheit 140 zum Betätigen beider Kugeln 88 und 90 ist in Fig. 9 gezeigt. Die Antriebseinheit 140 umfasst ein Antriebseinheitengehäuse 142, in dem wiederum eine Steuereinrichtung 44, eine Detektionseinrichtung 72, eine oder mehrere Antriebsspulen 106 und eine oder mehrere Detektionsspulen 108 angeordnet sind. Wie den in Fig. 9 gezeigten Ausführungsbeispielen zu entnehmen ist, sind bei diesem Ausführungsbeispiel die Antriebsspule 106 und die Erfassungsspule 108 auf einem Joch 144, das zwischen Polschuhen 124, 126, 128 und 130 angeordnet ist, vorgesehen. Das in Fig, 9 gezeigte Ausführungsbeispiel ermöglicht daher einen sehr kompakten Aufbau der Antriebseinheit, die wiederum reversibel mit dem Pumpelementgehäuse koppelbar ist.
Fig. 10 zeigt ein Pumpelement 150 gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel. Das Pumpelement 150 umfasst ein Pumpelementgehäuse 152, in dem wiederum eine Pumpkammer 154, ein Zulauf 156 und ein Ablauf 158 gebildet sind. Das Pump- element 150 weist ferner eine erste Kugel 160, eine zweite Kugel 162, eine erste Feder 164 und eine zweite Feder 166 auf. Zwischen den Federn ist ein Federanschlag 168 angeordnet. Die Federn 164 und 166 spannen die Kugeln 160 und 162 in die Position, die in Fig. 10 gezeigt ist, vor.
Unter Verwendung einer entsprechenden Antriebseinheit (nicht gezeigt) kann die Kugel 160 gegen die Kraft der Feder 164 von dem Ablauf 158 wegbewegt werden, um diesen zu öffnen und um ein Fluid an derselben vorbei zu transportie- ren, während der Zulauf 156 durch die Kugel 162 geschlossen ist. Um eine entsprechende Antriebseinheit zu realisieren, können beispielsweise Polschuhe wiederum etwas von der Kugel 160 in Richtung des Zulaufs 156 verschoben vorgesehen sein .
Nach Abschalten der magnetischen Kraft treibt die Feder 164 die Kugel zurück in die Position, die in Fig. 10 gezeigt ist, wobei Fluid aus dem Ablauf 158 getrieben wird. Die Ku- gel 162 bildet zusammen mit der Feder 166 dabei ein Rückschlagventil, das ein Nachlaufen von Fluid durch den Zulauf 156 ermöglicht. Die Feder 166, die Kugel 162 und der Dichtsitz auf dem Zulauf 156 können dabei so aufeinander abge- stimmt sein, dass das dadurch gebildete Rückschlagventil in Durchlaufrichtung sofort öffnet, wenn sich die Kugel 160 in der Pumpbewegung zu dem Ablauf 158 hin befindet, und in Sperrrichtung sofort schließt, wenn sich die Kugel 160 in der Ladebewegung von dem Ablauf 158 weg befindet.
Bei dem in Fig. 10 gezeigten Ausführungsbeispiel bildet die Feder 164 zusammen mit der Kugel 160 somit den Pumpantrieb, wobei die Feder 164 und der Dichtsitz aus der Kugel 160 und dem Pumpengehäuse 152 bzw. dem Ablauf 158 durch dasselbe so abgestimmt sein können, dass der Ablauf 158 durch das Element 160 zuverlässig abgedichtet ist, solange der magnetische Antrieb abgeschaltet ist, d.h. solange das System in Ruhelage ist. Durch diesen Aufbau kann ebenfalls eine Ruheströmung vom Zulauf 156 durch den Ablauf 158 wirksam ausge- schlössen werden, genauso wie eine Rückströmung vom Ablauf 158 zurück zum Zulauf 156.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10 sind die Federn 164 und 166 entkoppelt und stützen sich auf einen festen Anschlag 168 ab. Die beiden Federkräfte bestimmen sich allein aus dem Abstand zwischen der Kugel 160 und dem Federanschlag 168 bzw. zwischen der Kugel 162 und dem Federanschlag 168 und sind somit vollständig voneinander entkoppelt.
Zur Unterstützung der Öffnung des Zulaufs 156, wenn die Kugel 160 in der Pumpbewegung zu dem Ablauf 158 hin ist, könnte ein zusätzlicher magnetischer Antrieb für die Kugel 162 vorgesehen sein, der unabhängig von dem magnetischen Antrieb für die Kugel 160 steuerbar ist.
Zusammenfassend schaffen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung somit eine Pumpe für Fluide mit einem ers- ten Gehäuse und mit einem Zulauf und einem Ablauf und einem zweiten Gehäuse, welches mechanisch mit dem ersten Gehäuse lösbar verbunden werden kann. Das erste Gehäuse kann ein erstes bewegliches Element und mindestens eine erste Feder enthalten, wobei die erste Feder das erste bewegliche Element in einer Position definiert, welche den Ablauf dichtet. Das Gehäuse kann ein zweites bewegliches Element und mindestens eine zweite Feder enthalten, wobei die zweite Feder das zweite bewegliche Element in einer Position defi- niert, welche den Zulauf freigibt. Das zweite Gehäuse kann mindestens eine Spule, einen ferromagnetischen Kern und eine Steuerungseinrichtung enthalten, welche zum Erzeugen eines magnetischen Felds dient und damit die beweglichen Elemente entgegen der wirkenden Kraft der Federn in einer zweiten Position definiert werden, wobei der Zulauf durch das zweite bewegliche Element abgedichtet wird und der Ablauf durch das erste bewegliche Element freigegeben wird. Nach Abschalten der magnetischen Kraft können die beweglichen Elemente durch die Federn in die Ruheposition zurück- gebracht werden, so dass in dem ersten Gehäuse enthaltenes Fluid zumindest teilweise aus dem Ablauf gefördert wird.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Anmeldung umfassen, wie oben beschrieben, zwei bewegliche Elemente. Bei Ausfüh- rungsbeispielen der Erfindung sind beide beweglichen Elemente durch eine Antriebseinheit betätigbar. Bei alternativen Ausführungsbeispielen ist nur das erste bewegliche Element durch eine Antriebseinheit antreibbar, während das andere bewegliche Element als Rückschlagventil wirksam sein kann und im Wesentlichen lediglich durch ein nachströmendes Fluid angetrieben wird. Alternativ zu einem solchen Rückschlagventil unter Verwendung eines beweglichen Elements, wie es beispielsweise Bezug nehmend auf Fig. 10 beschrieben wurde, könnte der Zulauf auch mit einem herkömmlichen Rück- schlagventil versehen sein, beispielsweise einem Klappenventil, das bei der Pumpbewegung des ersten beweglichen E- lements den Zulauf öffnet und bei der Transportbewegung, bei der Fluid an dem ersten beweglichen Element vorbei transportiert wird, den Zulauf schließt. Wiederum alternativ muss der Zulauf gar nicht mit einem Ventil versehen sein, solange der Flusswiderstand von dem ersten beweglichen Element durch den Zulauf größer ist als der Flusswi- derstand zwischen dem ersten beweglichen Element und der inneren Pumpelementgehäusewandung, da auch in einem solchen Fall noch eine Nettopumpwirkung durch den Ablauf bewirkt werden kann.
Gehäuseteile des Pumpelementgehäuses können vorteilhaft aus Kunststoff bestehen und beispielsweise unter Verwendung der Spritzgusstechnik hergestellt werden. Die Gehäuseteile können jedoch auch unter Verwendung anderer geeigneter Materialien hergestellt sein, beispielsweise durch Mikrostruktu- rierungstechniken unter Verwendung von Halbleiter- oder Keramikmaterialien oder nichtferromagnetischen Metallen. Das oder die beweglichen Elemente können vorteilhaft aus einem ferromagnetischen, weichmagnetischen oder permanentmagnetischen Material ausgeführt sein.
Bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Anmeldung kann das erste bewegliche Element permanentmagnetisch sein und als magnetischer Dipol ausgeführt sein, wobei die magnetische Achse des Dipols derart orientiert ist, dass das be- wegliche Element bei Anlegen eines von einer Antriebseinheit erzeugten äußeren Magnetfelds zusätzlich zur translatorischen noch eine rotatorische Bewegung ausführt, wobei das erste bewegliche Element dabei derart im Pumpelementge- häuse positioniert wird, dass dessen fluidisch wirksame Ge- ometrie im Sinne eines Ventils verändert wird, wie oben Bezug nehmend auf Fig. 5 erläutert wurde.
Beschriebene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung weisen bewegliche Elemente, die die Form einer Kugel oder eines Kolbens aufweisen. Es ist jedoch klar, dass das oder die beweglichen Elemente beliebige Formen aufweisen können, die im Zusammenspiel mit einem entsprechenden Pumpelementgehäuse die beschriebene Funktionalität liefern. Wie Bezug nehmend auf Fig. 4 erläutert wurde, kann an dem beweglichen Element ein weiteres Dichtelement befestigt werden, das aus einem elastischen Material bestehen kann und seine fluidisch wirksame Geometrie in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung des beweglichen Elements ändert, wobei das bewegliche Element in Verbindung mit dem Dichtelement eine Ventilfunktion besitzt, mit deren Hilfe das Verhältnis aus abgepumpter Fluidmenge und der während der Pumpbewegung durch den Strömungsweg zwischen beweglichem Element und Pumpelementgehäuse zurückgeströmten Fluidmenge vergrößert werden kann.
Bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können die Federn, die das erste bewegliche Element in der Position und/oder das zweite bewegliche Element in die dritte Position vorspannen, aus einem beliebigen geeigneten Material, beispielsweise einem nichtmagnetischen Buntmetall bestehen. Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung ist die An- triebseinheit in einem separaten Gehäuse derart ausgebildet, dass sie auf verschiedene Pumpelementgehäuse aufgesetzt werden kann, so dass mit einer Antriebseinheit mehrere Pumpentypen gesteuert werden können.
Bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann die Förderrate der Pumpe im Betrieb durch Ändern der Pumpfrequenz oder durch Variation des Pumphubes des ersten beweglichen Elements eingestellt werden. Die Pumpfrequenz kann bei Ausführungsbeispielen der Erfindung durch Ändern der Frequenz, mit der ein Strom durch die Steuereinrichtung in die Antriebsspule eingeprägt wird, eingestellt werden. Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung kann der Pumphub des ersten beweglichen Elements durch Ändern des eingeprägten Stroms und damit Ändern der erzeugten magnetischen Kraft variiert werden. Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann die Förderrate ferner durch eine Variation der Spalte zwischen erstem beweglichen Element und Pumpelementgehäuse sowie Variation der Federvorspannung Fvor eingestellt werden, beispielsweise vorab beim Design der Pumpe.
Bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird pro Pumphub eine definierte Fluidmenge gepumpt. Um eine gewünschte Dosiermenge zu erreichen, kann somit eine entsprechend notwendige Anzahl von Pumphüben gezählt und durchgeführt werden. Wie oben Bezug nehmend auf die Fig. 7 bis 9 beschrieben wurde, kann über ein ferromagnetisches Joch und daran befestigte ferromagnetische Polschuhe der magnetische Fluss gezielt in das oder die beweglichen Elemente geleitet werden. Darüber hinaus kann über eine Variation des Querschnitts des Pumpengehäuses in den Bewegungsbereichen der beweglichen Elemente der magnetische Fluss durch die Kugeln gezielt eingestellt werden.
Bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann ein magnetischer Antrieb aus zwei im Wesentlichen identischen Einheiten ausgeführt sein, wobei jede Einheit über eine eigene Steuereinrichtung verfügt und damit in der Lage ist, je eines der beweglichen Elemente einzeln anzusteuern. Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann der magnetische Antrieb aus einer Einheit bestehen, wobei über ein ferromagnetisches Joch und Polschuhe gleichzeitig ein magneti- scher Fluss in beide bewegliche Elemente eingeleitet wird. Bei wiederum alternativen Ausführungsbeispielen kann der magnetische Antrieb aus einer Einheit bestehen, wobei ein ferromagnetisches Joch zweiteilig mit daran befestigten Polschuhen ausgeführt ist, wobei die Antriebsspulen in dem Bereich zwischen den beiden beweglichen Elementen auf dem Joch aufgebracht sind.
Schließlich kann, wie oben Bezug nehmend auf die Fig. 6a und 6b beschrieben wurde, bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung das zweite Gehäuse, das die Antriebseinheit aufweist, eine weitere Spule und eine Detek- tionseinrichtung aufweisen, bei welchem auf die Antriebsspule ein magnetisches Wechselfeld überlagert wird, welches in der weiteren Spule eine Spannung induziert, die von der Detektionseinrichtung gemessen und ausgewertet wird, wobei die induzierte Spannung in der weiteren Spule von der Position der beweglichen Elemente in dem Pumpelementgehäuse ab- hängt und wobei die Detektionseinrichtung die Position der beweglichen Elemente und somit die Stellung und Funktion der Pumpe ermitteln kann.
Obwohl bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen das ers- te bewegliche Element den Ablauf verschließt, wenn es in der ersten Position ist, kann bei alternativen Ausführungsbeispielen der Ablauf nicht vollständig verschlossen sein, wenn das erste bewegliche Element in der ersten Position ist, wobei dann immer noch eine Nettopumpwirkung erreicht werden kann.
Neben den beschriebenen magnetischen Antrieben können bei alternativen Ausführungsbeispielen andere Antriebe für das oder die beweglichen Elemente verwendet werden, wie z.B. elektrostatische Antriebe oder pneumatische Antriebe.

Claims

Patentansprüche
1. Pumpelement (10; 150) mit folgenden Merkmalen:
einem Pumpelementgehäuse (14; 14a; 14c; 80; 152) das eine Pumpkammer (18; 82; 154) definiert;
einem Zulauf (20; 84; 156) in die Pumpkammer;
einem Ablauf (22; 86; 158) aus der Pumpkammer;
einem ersten beweglichen Element (24; 24a; 24b; 24c; 88; 160), das in der Pumpkammer zwischen einer ersten und einer zweiten Position bewegbar ist,
wobei bei einer Bewegung des ersten beweglichen Elements in Richtung von der ersten in die zweite Position ein Flusswiderstand eines Strömungswegs von dem ersten beweglichen Element durch den Zulauf größer ist als ein Flusswiderstand eines Strömungswegs (46; 46a; 46b; 46c) zwischen dem Pumpelementgehäuse und dem ersten beweglichen Element, und
wobei bei einer Bewegung des ersten beweglichen EIe- ments in Richtung von der zweiten Position in die erste Position ein Flusswiderstand eines Strömungswegs von dem ersten beweglichen Element durch den Ablauf kleiner ist als ein Flusswiderstand des Strömungswegs zwischen dem Pumpelementgehäuse und dem ersten beweg- liehen Element,
so dass bei einer Hin- und Her-Bewegung des ersten beweglichen Elements zwischen der ersten und der zweiten Position Nettofluss durch den Ablauf stattfindet.
2. Pumpelement (10; 150) gemäß Anspruch 1, bei dem das Pumpelementgehäuse (14; 14a; 14b; 14c; 18; 152) zumindest eine innere Pumpkammerwand aufweist, die zur Festlegung eines Wegs für eine Bewegung des ersten beweglichen Elements (24; 24a; 24b; 24c; 88; 160) zwischen der ersten und zweiten Position beiträgt, wobei der Flusswiderstand des Strömungswegs (46; 46a; 46b; 46c) zwischen dem Pumpelementgehäuse und dem ersten beweglichen Element durch die innere Pumpkammerwand und einen Querschnitt des ersten beweglichen Elements festgelegt ist.
3. Pumpelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das erste bewegliche Element (24; 24a; 24b; 24c; 88; 160) den Ablauf verschließt, wenn es in der ersten Position ist .
4. Pumpelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das ein zweites bewegliches Element (26; 80; 162) aufweist, durch das der Flusswiderstand des Strömungswegs von dem ersten beweglichen Element (24; 24a; 24b; 24c; 88; 160) durch den Zulauf (20; 84; 156) variierbar ist.
5. Pumpelement nach Anspruch 4, bei dem das Pumpkammerge- häuse (14; 80) zur Festlegung eines Wegs für eine Bewegung des zweiten beweglichen Elements (26; 80) von einer dritten Position in eine vierte Position bei- trägt, wobei, wenn das zweite bewegliche Element in der dritten Position ist, der Flusswiderstand des Strömungswegs von dem ersten beweglichen Element durch den Zulauf kleiner ist als wenn das zweite bewegliche Element in der vierten Position ist.
6. Pumpelement nach Anspruch 5, bei dem das zweite bewegliche Element (26; 80) den Zulauf (20; 84) verschließt, wenn es in der vierten Position ist.
7. Pumpelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das eine erste Feder (28; 92; 164) mit einer Federkraft aufweist, die das erste bewegliche Element (24; 24a; 24b; 24c; 88; 160) in die erste Position vorspannt. W 2
8. Pumpelement nach einem der Ansprüche 4 bis 6, das eine Feder (30; 94; 166) mit einer Federkraft aufweist, die das zweite bewegliche Element (26; 80; 162) in die
5 dritte Position vorspannt.
9. Pumpelement nach einem der Ansprüche 4 bis 6, das eine erste Feder (28; 92; 164) mit einer Federkraft, die das erste bewegliche Element (24; 24a; 24b; 24c; 88;0 160) in die erste Position vorspannt, und eine zweite Feder (30; 94; 166) mit einer Federkraft, die das zweite bewegliche Element (26; 80; 162) in die dritte Position vorspannt, aufweist. 5
10. Pumpelement nach Anspruch 9, bei dem die zweite Feder (30; 94; 166) weicher ist als die erste Feder.
11. Pumpelement nach Anspruch 9 oder 10, bei dem die erste Feder (28; 92) zwischen dem ersten beweglichen Element0 (24; 88) und dem zweiten beweglichen Element (26; 90) angeordnet ist.
12. Pumpelement nach Anspruch 9 oder 10, bei dem die erste Feder (164) und die zweite Feder (166) zwischen dem5 ersten beweglichen Element (160) und dem zweiten beweglichen Element (162) angeordnet sind, und bei dem zwischen der ersten und zweiten Feder (164, 166) ein Federanschlag (168) angeordnet ist. 0
13. Pumpelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem das erste und/oder zweite bewegliche Element ein fer- romagnetisches, weichmagnetisches oder permanentmagnetisches Material aufweisen. 5
14. Pumpelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem das Pumpelementgehäuse (14; 14a; 14b; 14c; 80; 152) Kunststoff aufweist.
15. Pumpelement nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem der Flusswiderstand des Strömungswegs (46b; 46c) zwischen dem Pumpelementgehäuse (14b; 14c) und dem ersten beweglichen Element (24b; 24c) bei der Bewegung des ersten beweglichen Elements in Richtung von der ersten in die zweite Position kleiner ist als bei der Bewegung des ersten beweglichen Elements von der zweiten in die erste Position.
16. Pumpelement nach Anspruch 15, bei dem das erste bewegliche Element (24c) eine erste Stellung und eine zweite Stellung aufweist, wobei in der ersten Stellung der Flusswiderstand des Strömungswegs zwischen dem Pumpelementgehäuse (14c) und dem ersten beweglichen EIe- ment (24c) kleiner ist als in der zweiten Stellung.
17. Pumpelement nach Anspruch 16, bei dem das erste bewegliche Element (24c) einen magnetischen Dipol aufweist.
18. Pumpelement nach Anspruch 15, bei dem das erste bewegliche Element (24b) ein flexibles Dichtelement (50) aufweist, das bei der Bewegung von der ersten Position in die zweite Position eine erste Flexibilität bietet und bei der Bewegung von der zweiten Position in die erste Position eine zweite Flexibilität bietet, die geringer ist als die erste Flexibilität.
19. Pumpelement nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei dem das erste bewegliche Element (24; 88; 160) und/oder das zweite bewegliche Element (26; 80; 162) eine Kugel ist oder sind.
20. Pumpelement (10; 150) mit folgenden Merkmalen:
einem Pumpelementgehäuse (14; 14a; 14b; 14c; 80; 152), das eine Pumpkammer (18; 82; 154) mit einem Zulauf (20; 84; 156) und einem Ablauf (22; 86; 158) definiert; einem ersten beweglichen Element (24; 24a; 24b; 24c; 88; 160), das in der Pumpkammer zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegbar ist, wo- bei der Ablauf verschlossen ist, wenn das erste bewegliche Element in der ersten Position ist;
einem zweiten beweglichen Element (26; 80; 162) , das in der Pumpkammer zwischen einer dritten und einer vierten Position bewegbar ist;
einer ersten Feder (28; 92; 164), die das erste bewegliche Element in die erste Position vorspannt; und
einer zweiten Feder (30; 94; 166), die das zweite bewegliche Element in die dritte Position vorspannt,
wobei bei einer Hin- und Her-Bewegung des ersten beweglichen Elements zwischen der ersten und der zweiten Position und des zweiten beweglichen Elements zwischen der dritten und vierten Position ein Nettofluss durch den Ablauf stattfindet.
21. Pumpelement nach Anspruch 20, bei dem die zweite Feder (30; 94; 166) weicher ist als die erste Feder.
22. Pumpelement nach Anspruch 20 oder 21, bei dem der Zulauf (20; 84) offen ist, wenn das zweite bewegliche Element (26; 90) in der dritten Position ist.
23. Pumpelement nach einem der Ansprüche 20 bis 22, bei dem der Zulauf (20; 84) verschlossen ist, wenn das zweite bewegliche Element (26; 90) in der vierten Position ist.
24. Pumpelement nach einem der Ansprüche 20 bis 23, bei dem die erste Feder (28; 92) zwischen dem ersten und zweiten beweglichen Element angeordnet ist.
25. Pumpelement nach einem der Ansprüche 20 bis 23, bei dem die erste und die zweite Feder (164, 166) zwischen dem ersten und zweiten beweglichen Element (160, 162) angeordnet sind, und bei dem ein Federanschlag (168) zwischen der ersten und der zweiten Feder angeordnet ist.
26. Pumpelement nach Anspruch 25, bei dem der Zulauf (156) verschlossen ist, wenn das zweite bewegliche Element
(162) in der dritten Position ist und bei dem der Zulauf (156) offen ist, wenn das zweite bewegliche Element (162) in der vierten Position ist.
27. Pumpe mit einem Pumpelement (10; 150) nach einem der Ansprüche 1 bis 26 und einer Antriebseinheit (12; 12a; 102a, 102b; 120; 140), die ausgelegt ist, um das erste bewegliche Element von der ersten in die zweite Position zu treiben und/oder um das zweite bewegliche EIe- ment von der dritten in die vierte Position zu treiben.
28. Pumpe nach Anspruch 27, bei dem die Antriebseinheit (12; 12a; 102a, 102b; 120; 140) und das Pumpelement (10; 150) separat aufgebaut und reversibel miteinander koppelbar sind.
29. Pumpe nach Anspruch 28, bei der die Antriebseinheit (12; 12a; 102a, 102b; 120; 140) und das Pumpelement (10; 150) derart ausgelegt sind, dass beim Pumpen die Antriebseinheit nicht in Berührung mit einem zu pumpenden Fluid kommt.
30. Pumpe nach einem der Ansprüche 27 bis 29, bei dem die Antriebseinheit (12; 12a; 102a, 102b; 120; 140) eine
Vorrichtung zum Erzeugen eines magnetischen Felds, durch das das erste bewegliche Element (24; 24a; 24b; 24c; 88; 160) in die zweite Position und/oder das W
zweite bewegliche Element (26; 80; 162) in die vierte Position getrieben wird, aufweist.
31. Pumpe nach Anspruch 30, bei der die Vorrichtung zum 5 Erzeugen eines magnetischen Felds eine erste Vorrichtung (106a) zum Erzeugen eines magnetischen Felds, durch das das erste bewegliche Element (88) in die zweite Position getrieben wird, und eine zweite Vorrichtung (106b) zum Erzeugen eines magnetischen Felds,0 durch das das zweite bewegliche Element (90) in die vierte Position getrieben wird, aufweist, wobei die erste und die zweite Vorrichtung zum Erzeugen eines magnetischen Felds separat ansteuerbar sind. 5
32. Pumpe nach Anspruch 30 oder 31, bei der die Antriebseinheit (102a, 102b; 120; 140) ein oder mehrere Joche (110; HOa, HOb) und Polschuhe (112a, 112b, 114a, 114b; 124 - 130) aufweist, die ausgebildet sind, um das oder die erzeugten magnetischen Felder gezielt zu0 leiten und das oder die beweglichen Elemente (88, 90) zwischen die Polschuhe in die zweite und/oder vierte Position zu bringen.
33. Pumpe nach einem der Ansprüche 27 bis 32, bei der die5 Antriebseinheit eine oder mehrere Spulen zum Erzeugen eines oder mehrerer Magnetfelder aufweist.
34. Pumpe nach einem der Ansprüche 27 bis 33, die ferner eine Vorrichtung (70, 72; 108; 108a, 108b) zum Erfas-0 sen der Position des ersten und/oder zweiten beweglichen Elements aufweist.
35. Pumpe nach Anspruch 34, bei der die Antriebseinheit zumindest eine Spule zum Erzeugen eines Magnetfelds5 aufweist, und bei der die Vorrichtung zum Erfassen der Position des ersten und/oder zweiten beweglichen Elements zumindest eine Erfassungsspule (70; 108; 108a, 108b) aufweist, derart, dass ein von der Spule erzeug- tes magnetisches Wechselfeld in der Erfassungsspule eine Spannung induziert, die von der Position des ersten und/oder zweiten beweglichen Elements abhängt.
36. Verfahren zum Einstellen der Förderrate einer Pumpe nach einem der Ansprüche 27 bis 35, das zumindest einen der folgenden Schritte aufweist:
Einstellen einer Frequenz, mit der das erste und, wenn vorhanden, das zweite bewegliche Element hin- und herbewegt werden;
Einstellen des Hubs der Bewegung des ersten beweglichen Elements zwischen der ersten und zweiten Positi- on;
Einstellen des Flusswiderstands des Strömungswegs zwischen dem ersten beweglichen Element und dem Pumpelementgehäuse; und
Ändern einer Federvorspannung, die das erste bewegliche Element in die erste Position vorspannt, und/oder einer Federvorspannung, die das zweite bewegliche Element in die dritte Position vorspannt.
37. Verfahren zum Betreiben einer Pumpe nach einem der Ansprüche 27 bis 35, bei dem bei einer Hin- und Herbewegung des beweglichen Elements eine bekannte Fluidmenge aus dem Ablauf abgegeben wird, wobei eine Anzahl von Hin- und Herbewegungen des ersten beweglichen Elements gezählt wird, um eine definierte Dosiermenge durch den Ablauf auszugeben.
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