EP4168676A1 - Micro diaphragm pumping device - Google Patents

Micro diaphragm pumping device

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EP4168676A1
EP4168676A1 EP20735496.0A EP20735496A EP4168676A1 EP 4168676 A1 EP4168676 A1 EP 4168676A1 EP 20735496 A EP20735496 A EP 20735496A EP 4168676 A1 EP4168676 A1 EP 4168676A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
plate
pump device
actuator
adhesive layer
micromembrane
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20735496.0A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Agnes Bussmann
Lorenz GRÜNERBEL
Christian Wald
Sebastian Kibler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP4168676A1 publication Critical patent/EP4168676A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/02Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B43/04Pumps having electric drive
    • F04B43/043Micropumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/02Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B43/04Pumps having electric drive
    • F04B43/043Micropumps
    • F04B43/046Micropumps with piezoelectric drive
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/06Control using electricity
    • F04B49/065Control using electricity and making use of computers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/12Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00 by varying the length of stroke of the working members
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B2201/00Pump parameters
    • F04B2201/02Piston parameters
    • F04B2201/0206Length of piston stroke

Definitions

  • the present invention relates to a micromembrane pump device for pumping a fluid.
  • Micromembrane pump devices are known, for example, from the documents AU 2015308144 A1 and US 20160153444 A1.
  • the object of the present invention is to improve such known micromembrane pump devices.
  • a micromembrane pump device for pumping a fluid which has the following features: a pump chamber which has an inlet valve for admitting the fluid into the pump chamber, an outlet valve for discharging the fluid from the pump chamber and a membrane device for varying a volume of the The pumping chamber is assigned, the membrane device having a plate-shaped actuator for deforming the membrane device; and an influencing device for influencing the plate-shaped actuator so as to influence the volume of the pump chamber; wherein the membrane device has a plate-shaped membrane body delimiting the pump chamber; wherein the plate-shaped actuator is arranged on a side of the plate-shaped membrane body facing away from the pump chamber; wherein the plate-shaped actuator is attached to the plate-shaped membrane body by means of an electrically insulating adhesive layer, so that the plate-shaped actuator is electrically insulated from the membrane body; wherein at least one embedded section of a carrier body is arranged within the electrically insulating adhesive layer, on which or in which a Deformation sensor is arranged to detect a
  • the fluid to be pumped can be a liquid or a gas.
  • the pumping chamber is a closed cavity into which the respective fluid can be admitted via an inlet valve and from which the respective fluid can be discharged via an outlet valve.
  • the inlet valve and the outlet valve can each be a passive valve.
  • the membrane device is part of a housing which surrounds the pump chamber and which is so elastically deformable that the volume of the pump chamber changes, so that when the volume increases, the fluid is sucked into the pump chamber, and when the volume decreases, the fluid is pressed out of the pump chamber.
  • a defined volume flow of the fluid can thus be brought about by periodically increasing and decreasing the volume of the pump chamber.
  • the membrane device has a plate-shaped actuator which is designed to deform the membrane device in such a way that the volume of the pump chamber changes.
  • the plate-shaped actuator is preferably an electrically operated actuator.
  • a plate-shaped design of a body is understood to mean that the body has a significantly smaller extension in one spatial direction than in the other two spatial directions.
  • the actuator can be designed round or polygonal in a plan view.
  • an influencing device which influences the plate-shaped actuator in order to achieve the desired change in volume of the pump chamber to influence.
  • the influencing device can be an electrical influencing device which generates electrical signals which are fed to the actuator in order to influence it.
  • the membrane device has an elastically deformable membrane body which delimits the pump chamber and is plate-shaped.
  • the membrane body can for example be attached to a frame or a holder of the housing. However, it can also be designed in one piece with other parts of the housing.
  • the plate-shaped actuator is arranged on a side of the plate-shaped membrane body facing away from the pump chamber. It is therefore not in direct contact with the fluid to be pumped, which in particular simplifies the transmission of electrical signals from the influencing device to the actuator.
  • the plate-shaped actuator is attached to the plate-shaped membrane body by means of an electrically insulating adhesive layer.
  • the adhesive layer is designed to transfer forces from the actuator to the diaphragm body in order to enable deformation of the diaphragm body and thus a change in volume of the pump chamber.
  • the electrically insulated design of the adhesive layer has the effect that the plate-shaped actuator is electrically insulated from the membrane body. As a result, it is even then possible to use a plate-shaped actuator which, on its side inclined towards the membrane body, is electrically supplied independently of the mass when the membrane body is electrically conductive.
  • the actuator can have a height between 30 pm and 2000 pm, in particular between 45 pm and 1500 pm, in order to ensure the necessary forces. It should have high rigidity, good adhesive properties, resistance to environmental influences (moisture, solvents, temperature, radiation (which is often used for sterilization in medical devices)). In addition, it should be break-proof, durable and electrically dielectric-proof.
  • the electrically insulated design of the adhesive layer is also advantageous if the membrane body is designed to be electrically insulating, since in this case an electric field strength between the actuator and the fluid to be pumped is is reduced, so that electrical flashovers between the actuator and the fluid can be prevented. This is particularly advantageous when the plate-shaped actuator is operated with higher electrical voltages, for example in the range from 20 V to 400 V.
  • the adhesive layer should be made as thin as possible on both sides of the embedded section of the carrier body. It should have high rigidity, good adhesive properties, resistance to environmental influences (moisture, solvents, temperature, radiation (which is often used for sterilization in medical devices)). In addition, it should be break-proof, durable, non-conductive and electrically dielectric-proof.
  • An embedded section of a carrier body is arranged within the electrically insulating adhesive layer, on the surface or inside of which a deformation sensor is arranged, which can detect the volume of the pump chamber over time by detecting a deformation of the membrane device.
  • the embedded portion of the carrier body can be thinner than 500 ⁇ m in order to ensure the required flexibility. It should have high rigidity, good adhesive properties, resistance to environmental influences (moisture, solvents, temperature, radiation (which is often used for sterilization in medical devices). In addition, it should be unbreakable, durable, non-conductive and electrical be puncture resistant.
  • the influencing device, the plate-shaped actuator and the deformation sensor form a closed control loop for regulating the relationship between a change in volume of the pump chamber (2) during a working cycle of the micromembrane pump device (1) and a duration of the working cycle of the Fluids.
  • a closed-loop control circuit for influencing a physical variable in a technical process or other systems is generally referred to as a closed-loop control circuit.
  • What is essential here is the direct or indirect feedback of the current value of the controlled variable to the controller, which counteracts a deviation from the setpoint (negative feedback lung). It is the controller's task to regulate the disturbance variables and to determine the time behavior of the controlled variable with regard to the static and dynamic behavior according to the specified requirements.
  • the influencing device takes on the task of a controller.
  • the controlled variable here is the ratio between the change in volume of the pump chamber during a working cycle of the micromembrane pump device and a duration of the working cycle.
  • the working cycle comprises a phase in which the fluid is let into the pump chamber via the inlet valve and a further phase in which the fluid is let out via the outlet valve. In trouble-free operation, this ratio corresponds to the volume flow of the respective fluid.
  • the volume flow is measured indirectly from the knowledge of the duration of the work cycles, which is specified by the influencing device, and from the knowledge of the deformation of the membrane device, which is detected by the deformation sensor.
  • the indirect measurements are transmitted to an influencing device so that if the volume flow deviates from a target value, the control of the plate-shaped actuator can be changed so that the desired volume flow is set.
  • the volume flow can be influenced by increasing or decreasing the amplitude of the change in volume of the pump chamber.
  • a frequency of the change in volume of the pump chamber can be increased or decreased.
  • the proposed micromembrane pump device is also superior to those pump devices in which individual disturbance variables, for example temperatures and pressures, are detected by sensors and used in an open-loop control circuit of the pump device. With the proposed control loop, the volume flow can be controlled much more precisely than is the case with an unregulated control device.
  • the use of a deformation sensor and its arrangement in the adhesive layer between the membrane body and the actuator allows a highly precise feedback of the actual value of the volume flow to the influencing device.
  • Disturbance variables which can be regulated by the micromembrane pump device according to the invention are:
  • Pressures for example the pressure of the fluid upstream of the inlet valve, the pressure of the fluid downstream of the outlet valve or the pressure on the outside of the membrane device.
  • Temperatures for example of the fluid or of the environment of the micromembrane pump device, which can lead to tension in the membrane device or to a changed characteristic curve of the actuator.
  • the technically relevant d31 coefficient is temperature-dependent.
  • Changes in the properties of the fluid which can lead to a change in the effective change in volume of the pump chamber with constant control of the actuator, in particular when pumping liquids.
  • a change in viscosity caused by a change in temperature or a change in the composition of the fluid, leads to different inflow and outflow times and thus to a different volume flow.
  • the micromembrane pump device according to the invention can always be used with advantage when a high-precision metering of a fluid, for example when mixing different fluids, is required. In particular, it can be used in the medical field for dosing drugs or for mixing drug components.
  • the adhesive layer lies flat, in particular all over, on a side of the plate-shaped actuator facing the membrane body and / or the adhesive layer lies flat, in particular over the entire surface, on a side of the membrane body facing the plate-shaped actuator.
  • the adhesive layer comprises a hardened liquid adhesive, a hardened adhesive paste and / or an adhesive film.
  • Liquid adhesives, adhesive pastes and adhesive films are easy to handle in the manufacture of the diaphragm pump device and have sufficiently good adhesive properties to safely transfer the necessary forces from the actuator to the diaphragm body, so that the metering accuracy is increased.
  • the adhesive layer comprises a temperature-hardening material, an anaerobically hardening material, a material hardening by UV radiation, a material hardening by an activator, a material hardening by humidity, a material hardening by drying and / or a hot melt adhesive material.
  • a temperature-hardening material e.g., a temperature-hardening material, an anaerobically hardening material, a material hardening by UV radiation, a material hardening by an activator, a material hardening by humidity, a material hardening by drying and / or a hot melt adhesive material.
  • Such adhesive materials are easy to handle in the manufacture of the diaphragm pump device and have sufficiently good adhesive properties to safely transfer the required forces from the actuator to the diaphragm body, so that the metering accuracy is increased.
  • the plate-shaped actuator is an electromagnetic actuator, a single-layer or multi-layer piezoelectric actuator Shape memory actuator or a bimetallic actuator.
  • Single-layer piezoelectric actuators have an electrical connection on their underside and an electrical connection on their upper side. Since the adhesive layer is non-conductive within the scope of the invention, the single-layer piezoelectric actuator can be fed symmetrically with respect to ground. In the case of multiple layers, both electrical contacts are arranged on the side facing the man's body, with the non-conductive properties of the adhesive layer preventing a short circuit. Shape memory actuators or bimetallic actuators can also be used without problems due to the insulating properties of the adhesive layer.
  • the carrier body comprises one or more electrically insulating materials.
  • Polyimides for example, are particularly suitable.
  • the carrier body comprises glass, one or more semiconductor materials, one or more composite materials, one or more polymeric materials or one or more ceramic materials.
  • the deformation sensor is a strain gauge, in particular a resistive, capacitive or piezoresistive strain gauge.
  • the deformation sensor is a force sensor.
  • the membrane body comprises a metal, a semiconductor material and / or a plastic.
  • At least part of an electronic evaluation system for evaluating signals from the deformation sensor is arranged on or in the carrier body. This can improve the immunity to interference, which ultimately benefits the metering accuracy.
  • the influencing device is used to identify operational faults in the micromembrane pump device formed on the basis of measurement signals from the deformation sensor.
  • operational malfunctions can occur again and again.
  • the inlet valve or the outlet valve can become jammed by particles, the actuator can fail, an air bubble can get into the pump chamber in the case of a liquid fluid, and many other things.
  • Such malfunctions can be recognized in the measurement signals of the deformation sensor, since they influence the deformation of the membrane device or have a direct influence on the actuator.
  • the carrier body has a non-embedded section which is led out of the adhesive layer, contacts for picking up measurement signals from the deformation sensor being attached to the non-embedded section, which contacts are electrically connected to the deformation sensor are.
  • the electrical connections between the contacts for the deformation sensor and the deformation sensor can be formed on or in the carrier body so that they are mechanically protected and electrically isolated both from the actuator and from the membrane body.
  • a heating wire is arranged on or in the embedded section.
  • the heating wire allows the fluid to be pumped to be heated.
  • the heating wire can be used during the manufacture of the micromembrane pump device to heat the adhesive layer, to cure it, provided the adhesive layer comprises a material which is cured by temperature.
  • the heating wire can have electrical energy applied to it by the influencing device or by an external device.
  • the carrier body has a non-embedded section which is led out of the adhesive layer, contacts for applying electrical energy to the heating wire being attached to the non-embedded section, which are electrically connected to the heating wire.
  • the electrical connections between the contacts for the heating wire and the heating wire can be formed on or in the carrier body so that they are mechanically protected and electrically isolated both from the actuator and from the membrane body.
  • a temperature sensor is arranged on or in the embedded section. Measurement signals from the temperature sensor can be fed, for example, to the influencing device or to an external device which applies electrical energy to the heating wire. In this way, the heating effect of the heating wire can be regulated during manufacture of the micromembrane pump device or during operation of the micromembrane pump device.
  • the carrier body has a non-embedded section which is led out of the adhesive layer, contacts for picking up measurement signals from the temperature sensor being attached to the non-embedded section, which contacts are electrically connected to the temperature sensor are.
  • the electrical connections between the contacts for the temperature sensor and the temperature sensor can be formed on or in the carrier body so that they are mechanically protected and electrically isolated both from the actuator and from the membrane body.
  • a condition sensor in particular a humidity sensor or a chemical sensor, for checking a condition of the adhesive layer is arranged on or in the embedded section.
  • the measurement signals of the condition sensor can be fed to the influencing device.
  • the influencing device can detect an aging-related deterioration or deterioration in the condition of the adhesive layer caused by external influences before the adhesive layer fails, because this can be advantageous in medical applications in particular.
  • the carrier body has a non-embedded section which is led out of the adhesive layer, contacts for picking up measurement signals from the status sensor being attached to the non-embedded section, which are electrically connected to the status sensor.
  • the electrical connections between the contacts for the state sensor and the state sensor can be formed on or in the carrier body so that they are mechanically protected and electrically isolated both from the actuator and from the membrane body.
  • the embedded section of the carrier body viewed in a direction from the plate-shaped actuator to the plate-shaped membrane body, has an area which is smaller than an area of the plate-shaped membrane body facing the embedded section of the carrier body, and which is less than an area of the plate-shaped actuator facing the embedded section of the carrier body. This ensures that the adhesive layer is at least partially continuous in the specified direction from the actuator to the membrane body. This results in particularly good force transmission between the actuator and the membrane body.
  • the embedded section of the support body has at least one through hole which extends from a side of the embedded section of the support body facing the plate-shaped actuator to a side of the embedded section of the support body facing the plate-shaped membrane body.
  • the embedded section of the carrier body viewed in a direction from the plate-shaped actuator to the plate-shaped membrane body, has an edge which has indentations.
  • the adhesive layer extends without interruption from the actuator to the membrane body. Since a large part of the forces generated by the actuator is transferred to the adhesive layer in an edge area of the actuator, this results in a particularly good transfer of the forces from the actuator to the membrane body.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a micromembrane pump device according to the present invention in a schematic side view
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of a micromembrane pump device according to the present invention in a schematic side view
  • FIG. 3 shows a third exemplary embodiment of a micromembrane pump device according to the present invention in a schematic side view
  • FIG. 4 shows an exemplary actuator, an exemplary carrier body and an exemplary membrane body for a micromembrane pump device according to the present invention in a schematic three-dimensional exploded view
  • FIG. 5 shows an exemplary support body with an exemplary deformation sensor for a micromembrane pump device according to the present invention in a schematic plan view
  • FIG. 6 shows a simplified partial view of a micromembrane pump device according to the present invention in a schematic side view in a state of rest;
  • FIG. 7 shows a simplified partial view of a micromembrane pump device according to the present invention in a schematic side view when a fluid is being admitted.
  • FIG. 8 shows a simplified partial view of a micromembrane pump device according to the present invention in a schematic side view when a fluid is being discharged.
  • Figure 1 shows a first embodiment of a micromembrane pump device 1 according to the present invention in a schematic side view.
  • the micromembrane pump device 1 for pumping a fluid FL has the following features: a pump chamber 2, which has an inlet valve 3 for admitting the fluid FL into the pump chamber 2, an outlet valve 4 for discharging the fluid FL from the pump chamber 2 and a membrane device 5 for varying a volume of the pump chamber 1 is assigned, the membrane device 5 having a plate-shaped actuator 6 for deforming the membrane device 5; and an influencing device 7 for influencing the plate-shaped actuator 6 so as to influence the volume of the pump chamber 2; the membrane device 5 having a plate-shaped membrane body 8 delimiting the pump chamber 2; wherein the plate-shaped actuator 6 is arranged on a side of the plate-shaped membrane body 8 facing away from the pump chamber 2; wherein the plate-shaped actuator 6 is fastened to the plate-shaped membrane body 8 by means of an electrically insulating adhesive layer 9, so that the plate-shaped actuator 6 is electrically insulated from the membrane body 8; wherein within the electrically insulating adhesive layer 9 at least one embedded
  • the adhesive layer 9 lies flat, in particular over the entire area, on a side of the plate-shaped actuator 6 facing the membrane body 8 and / or the adhesive layer 9 lies flat, in particular over the entire area, on a side of the plate-shaped actuator 6 facing Side of the membrane body 8.
  • the adhesive layer 9 comprises a hardened liquid adhesive, a hardened adhesive paste and / or an adhesive film.
  • the adhesive layer 9 comprises a temperature-hardening material, an anaerobically hardening material, a material hardening by UV radiation, a material hardening by an activator, a material hardening by humidity, a material hardening by drying and / or a hot melt adhesive material.
  • the plate-shaped actuator 6 is an electromagnetic actuator, a single-layer or multi-layer piezoelectric actuator, a shape memory actuator or a bimetallic actuator.
  • the carrier body 11 comprises one or more electrically insulating materials.
  • the carrier body 11 comprises glass, one or more semiconductor materials, one or more composite materials, one or more polymeric materials or one or more ceramic materials.
  • the deformation sensor 12 is a strain gauge, in particular a resistive, capacitive or piezoresistive strain gauge.
  • the deformation sensor 12 is a force sensor.
  • the membrane body 8 comprises a metal, a semiconductor material and / or a plastic.
  • At least part of an electronic evaluation system for evaluating signals from the deformation sensor 12 is arranged on or in the carrier body 11.
  • the influencing device 7 is designed to detect malfunctions in the micromembrane pump device 1 on the basis of measurement signals MS from the deformation sensor 12.
  • the carrier body 11 has a non-embedded section 13 which is led out of the adhesive layer 9, contacts 14 for picking up measurement signals MS from the deformation sensor being attached to the non-embedded section 13 are electrically connected to the deformation sensor.
  • the deformation sensor 12 is electrically connected to contacts 14 which are arranged on the non-embedded section 13 of the carrier body 11.
  • the contacts 14 are in turn electrically connected to the influencing device 7 via a measuring line 15, so that measurement signals MS from the deformation sensor 12 can be transmitted to the influencing device 7.
  • the influencing direction 7 control signals ST, which are transmitted via a control line 16 to the actuator 6 and control it.
  • the control signals ST can also be used to supply power to the actuator 6.
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of a micromembrane pump device 1 according to the present invention in a schematic side view.
  • the exemplary embodiment in FIG. 2 is based on the exemplary embodiment in FIG. 1, so that only the differences are described and explained below.
  • a heating wire 17 is arranged on or in the embedded section 10.
  • the carrier body 11 has a non-embedded section 13 which is led out of the adhesive layer 9, contacts 18 for applying electrical energy EE to the heating wire 17 being attached to the non-embedded section 13 which are electrically connected to the heating wire 17.
  • a temperature sensor 20 is arranged on or in the embedded section 10.
  • the carrier body 11 has a non-embedded section 13 which is led out of the adhesive layer 9, contacts 21 for picking up measurement signals TMS from the temperature sensor 20 being attached to the non-embedded section 13 are electrically connected to the temperature sensor 20.
  • the heating wire 17 is electrically connected to contacts 18 which are formed on the non-embedded section 13 of the carrier body 11.
  • the contacts 18 are connected to the influencing device 7 via a supply line 19, so that the influencing device 7 can supply the heating wire 17 with electrical energy EE.
  • the fluid FL can be heated in a controlled manner by the influencing device 7.
  • the adhesive layer 9 can be heated in order to harden it.
  • the electrical energy EE could, however can also be provided by a device that is independent of the influencing device 7.
  • the temperature sensor 20 is connected to contacts 21 which are formed on the non-embedded section 13 of the carrier body 11.
  • the contacts 21 are connected to the influencing device 7 via a measuring line 22, so that measurement signals TMS from the temperature sensor 20 can be transmitted to the influencing device 7.
  • the measuring signals TMS can be used by the influencing device 7 to regulate the heating power of the heating wire 17.
  • FIG. 3 shows a third exemplary embodiment of a micromembrane pump device 1 according to the present invention in a schematic side view.
  • the exemplary embodiment in FIG. 3 is based on the exemplary embodiment in FIG. 1, so that only the differences are described and explained below.
  • a condition sensor 23 in particular a humidity sensor or a chemical sensor, for checking a condition of the adhesive layer 9 is arranged on or in the embedded section 10.
  • the carrier body 11 has a non-embedded section 13 which is led out of the adhesive layer 9, contacts 24 for picking up measurement signals ZMS from the status sensor 23 being attached to the non-embedded section 13 are electrically connected to the state sensor 23.
  • FIG. 4 shows an exemplary actuator 6, an exemplary carrier body 11 and an exemplary membrane body 8 for a micromembrane pump device 1 according to the present invention in a schematic three-dimensional exploded view.
  • the embedded section 10 of the carrier body 11, viewed in a direction RI from the plate-shaped actuator 6 to the plate-shaped membrane body 8, has an area 26 which is smaller than an area facing the embedded section 10 of the carrier body 11 27 of the plate-shaped membrane body 8, and which is smaller than a surface 28 of the plate-shaped actuator 6 facing the embedded section 10 of the carrier body 11.
  • the embedded section 10 of the carrier body 11 has at least one through hole 29 which extends from a side of the embedded section 10 of the carrier body 11 facing the plate-shaped actuator 6 to a side of the carrier body 11 facing the plate-shaped membrane body 8 embedded portion 10 of the support body 11 is enough.
  • FIG. 5 shows an exemplary support body with an exemplary deformation sensor 12 for a micromembrane pump device 1 according to the present invention in a schematic plan view.
  • the embedded section 10 of the carrier body 11, viewed in the direction RI from the plate-shaped actuator 6 to the plate-shaped membrane body 8, has an edge 30 which has indentations 31.
  • FIG. 6 shows a simplified partial view of a micromembrane pump device 1 according to the present invention in a schematic side view in a state of rest.
  • the actuator 6 is shown in its rest position, so that the membrane body 8 is also in its rest position.
  • FIG. 7 shows a simplified partial view of a micromembrane pump device 1 according to the present invention in a schematic side view when starting let a fluid FL.
  • the actuator 6 is controlled in such a way that it moves in such a way that, together with the membrane body 8, it increases the volume of the pump chamber 2 compared to the volume that the pump chamber 2 occupies when the actuator 6 is in it Is in rest position.
  • FIG. 8 shows a simplified partial view of a micromembrane pump device according to the present invention in a schematic side view when a fluid is being discharged.
  • the actuator 6 is controlled in such a way that it moves in such a way that, together with the membrane body 8, it reduces the volume of the pump chamber 2 compared to the volume that the pump chamber 2 occupies when the actuator 6 is in its rest position.
  • the volume flow of the fluid FL can be generated in that the actuator 6 is periodically moved back and forth between the position shown in FIG. 7 and the position shown in FIG.
  • the volume flow of the fluid FL is generated by moving the actuator 6 back and forth between the position shown in FIG. 6 and the position shown in FIG.
  • the volume flow of the fluid FL is generated by moving the actuator 6 back and forth between the position shown in FIG. 6 and the position shown in FIG.

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Abstract

The invention relates to a micro diaphragm pumping device for pumping a fluid. The micro diaphragm pumping device comprises: - a pump chamber, to which an inlet valve for letting the fluid into the pump chamber, an outlet valve for letting the fluid out of the pump chamber, and a diaphragm device for varying the volume of the pump chamber are assigned, the diaphragm device having a planar actuator for deforming the diaphragm device; and - an influencing device for influencing the planar actuator in order to influence the volume of the pump chamber; wherein the diaphragm device has a planar diaphragm body, which delimits the pump chamber; wherein the planar actuator is disposed on a side of the planar diaphragm body facing away from the pump chamber; wherein the planar actuator is fastened to the planar diaphragm body by means of an electrically insulating adhesive layer so that the planar actuator is electrically insulated from the diaphragm body; wherein at least an embedded portion of a support body, on which or in which a deformation sensor for sensing deformation of the diaphragm device is disposed in order to sense the volume of the pump chamber, is disposed within the electrically insulating adhesive layer; wherein the influencing device, the planar actuator, and the deformation sensor form a closed control circuit for controlling the volumetric flow rate of the micro diaphragm pumping device.

Description

Mikromembranpumpeinrichtung Micromembrane pumping device
Beschreibung description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mikromembranpumpeinrichtung zum Pumpen eines Fluids. Mikromembranpumpeinrichtungen sind beispielsweise aus den Doku- menten AU 2015308144 A1 und US 20160153444 A1 bekannt. The present invention relates to a micromembrane pump device for pumping a fluid. Micromembrane pump devices are known, for example, from the documents AU 2015308144 A1 and US 20160153444 A1.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, derartige bekannte Mikro- membranpumpeinrichtungen zu verbessern. The object of the present invention is to improve such known micromembrane pump devices.
Die Aufgabe wird durch eine Mikromembranpumpeinrichtung zum Pumpen eines Fluids gelöst, welche folgende Merkmale aufweist: eine Pumpkammer, welcher ein Einlassventil zum Einlassen des Fluids in die Pump- kammer, ein Auslassventil zum Auslassen des Fluids aus der Pumpkammer und eine Membraneinrichtung zum Variieren eines Volumens der Pumpkammer zuge- ordnet ist, wobei die Membraneinrichtung einen plattenförmigen Aktor zum Verfor- men der Membraneinrichtung aufweist; und eine Beeinflussungseinrichtung zum Beeinflussen des platenförmigen Aktors, um so das Volumen der Pumpkammer zu beeinflussen; wobei die Membraneinrichtung einen die Pumpkammer begrenzenden plattenförmi- gen Membrankörper aufweist; wobei der plattenförmige Aktor auf einer der Pumpkammer abgewandten Seite des plattenförmigen Membrankörpers angeordnet ist; wobei der plattenförmige Aktor mittels einer elektrisch isolierenden Kleberschicht an dem plattenförmigen Membrankörper befestigt ist, so dass der plattenförmige Aktor elektrisch isoliert gegenüber dem Membrankörper ist; wobei innerhalb der elektrisch isolierenden Kleberschicht zumindest ein eingebette- ter Abschnitt eines Trägerkörpers angeordnet ist, an welchem oder in welchem ein Verformungssensor zur Erfassung einer Verformung der Membraneinrichtung ange- ordnet ist, um so das Volumen der Pumpkammer zu erfassen; wobei die Beeinflussungseinrichtung, der plattenförmige Aktor und der Verfor- mungssensor einen geschlossenen Regelkreis zur Regelung eines Verhältnisses zwischen einer Volumenänderung der Pumpkammer während eines Arbeitszyklus der Mikromembranpumpeinrichtung und einer Dauer des Arbeitszyklus der Mikro- membranpumpeinrichtung bilden. The object is achieved by a micromembrane pump device for pumping a fluid, which has the following features: a pump chamber which has an inlet valve for admitting the fluid into the pump chamber, an outlet valve for discharging the fluid from the pump chamber and a membrane device for varying a volume of the The pumping chamber is assigned, the membrane device having a plate-shaped actuator for deforming the membrane device; and an influencing device for influencing the plate-shaped actuator so as to influence the volume of the pump chamber; wherein the membrane device has a plate-shaped membrane body delimiting the pump chamber; wherein the plate-shaped actuator is arranged on a side of the plate-shaped membrane body facing away from the pump chamber; wherein the plate-shaped actuator is attached to the plate-shaped membrane body by means of an electrically insulating adhesive layer, so that the plate-shaped actuator is electrically insulated from the membrane body; wherein at least one embedded section of a carrier body is arranged within the electrically insulating adhesive layer, on which or in which a Deformation sensor is arranged to detect a deformation of the membrane device, so as to detect the volume of the pump chamber; wherein the influencing device, the plate-shaped actuator and the deformation sensor form a closed control loop for regulating a ratio between a change in volume of the pump chamber during a working cycle of the micromembrane pump device and a duration of the working cycle of the micromembrane pump device.
Bei dem zu pumpenden Fluid kann es sich um eine Flüssigkeit oder um ein Gas handeln. Die Pumpkammer ist ein geschlossener Hohlraum in den über ein Einlass- ventil das jeweilige Fluid eingelassen und aus dem über ein Auslassventil das jewei- lige Fluid ausgelassen werden kann. Bei dem Einlassventil und bei dem Auslass- ventil kann es sich jeweils um ein passives Ventil handeln. The fluid to be pumped can be a liquid or a gas. The pumping chamber is a closed cavity into which the respective fluid can be admitted via an inlet valve and from which the respective fluid can be discharged via an outlet valve. The inlet valve and the outlet valve can each be a passive valve.
Die Membraneinrichtung ist Teil eines Gehäuses, welches die Pumpkammer umgibt und welche so elastisch verformbar ist, dass sich das Volumen der Pumpkammer verändert, sodass, wenn sich das Volumen vergrößert, das Fluid in die Pumpkam- mer eingesaugt, und wenn sich das Volumen verringert, das Fluid aus der Pump- kammer herausgedrückt wird. Durch ein periodisches Vergrößern und Verkleinern des Volumens der Pumpkammer kann so ein definierter Volumenstrom des Fluid bewirkt werden. The membrane device is part of a housing which surrounds the pump chamber and which is so elastically deformable that the volume of the pump chamber changes, so that when the volume increases, the fluid is sucked into the pump chamber, and when the volume decreases, the fluid is pressed out of the pump chamber. A defined volume flow of the fluid can thus be brought about by periodically increasing and decreasing the volume of the pump chamber.
Um derartige Volumenänderungen der Pumpkammer zu bewirken, weist die Membr- aneinrichtung einen plattenförmigen Aktor auf, der zum derartigen Verformen der Membraneinrichtung ausgebildet ist, dass sich das Volumen der Pumpkammer än- dert. Bei dem plattenförmigen Aktor handelt es sich bevorzugt um einen elektrisch betriebenen Aktor. In order to bring about such volume changes in the pump chamber, the membrane device has a plate-shaped actuator which is designed to deform the membrane device in such a way that the volume of the pump chamber changes. The plate-shaped actuator is preferably an electrically operated actuator.
Unter einer plattenförmigen Ausbildung eines Körpers wird dabei verstanden, dass der Körper in einer Raumrichtung eine wesentlich geringere Ausdehnung aufweist als in die beiden anderen Raumrichtungen. Der Aktor kann dabei in einer Aufsicht rund oder vieleckig ausgebildet sein. A plate-shaped design of a body is understood to mean that the body has a significantly smaller extension in one spatial direction than in the other two spatial directions. The actuator can be designed round or polygonal in a plan view.
Weiterhin ist eine Beeinflussungseinrichtung vorgesehen, welche den plattenförmi- gen Aktor beeinflusst, um so die gewünschte Volumenänderung der Pumpkammer zu beeinflussen. Bei der Beeinflussungseinrichtung kann es sich um eine elektrische Beeinflussungseinrichtung handeln, welche elektrische Signale erzeugt, welche dem Aktor zu dessen Beeinflussung zugeführt werden. Furthermore, an influencing device is provided which influences the plate-shaped actuator in order to achieve the desired change in volume of the pump chamber to influence. The influencing device can be an electrical influencing device which generates electrical signals which are fed to the actuator in order to influence it.
Die Membraneinrichtung weist dabei einen elastisch verformbaren Membrankörper auf, der die Pumpkammer begrenzt und plattenförmig ausgebildet ist. Der Membran- körper kann beispielsweise an einem Rahmen oder einer Halterung des Gehäuses befestigt sein. Er kann aber auch einstückig mit weiteren Teilen des Gehäuses aus- gebildet sein. The membrane device has an elastically deformable membrane body which delimits the pump chamber and is plate-shaped. The membrane body can for example be attached to a frame or a holder of the housing. However, it can also be designed in one piece with other parts of the housing.
Der plattenförmige Aktor ist dabei auf einer der Pumpkammer abgewandten Seite des plattenförmigen Membrankörpers angeordnet. Er steht also nicht in direktem Kontakt mit dem zu pumpenden Fluid, was insbesondere die die Übertragung elektrischer Signale von der Beeinflussungseinrichtung an den Aktor vereinfacht. The plate-shaped actuator is arranged on a side of the plate-shaped membrane body facing away from the pump chamber. It is therefore not in direct contact with the fluid to be pumped, which in particular simplifies the transmission of electrical signals from the influencing device to the actuator.
Dabei ist der plattenförmige Aktor mittels einer elektrisch isolierenden Kleberschicht an dem plattenförmigen Membrankörper befestigt. Die Kleberschicht ist dabei zur Übertragung von Kräften vom Aktor zum Membrankörper ausgebildet, um so eine Verformung des Membrankörpers und somit eine Volumenänderung der Pumpkam- mer zu ermöglichen. Die elektrisch isolierte Ausführung der Kleberschicht bewirkt, dass der plattenförmige Aktor elektrisch isoliert gegenüber dem Membrankörper ist. Hierdurch ist es selbst dann möglich, einen plattenförmigen Aktor zu verwenden, der an seiner dem Membrankörper zugeneigten Seite masseunabhängig elektrisch ver- sorgt ist, wenn der Membrankörper elektrisch leitend ist. The plate-shaped actuator is attached to the plate-shaped membrane body by means of an electrically insulating adhesive layer. The adhesive layer is designed to transfer forces from the actuator to the diaphragm body in order to enable deformation of the diaphragm body and thus a change in volume of the pump chamber. The electrically insulated design of the adhesive layer has the effect that the plate-shaped actuator is electrically insulated from the membrane body. As a result, it is even then possible to use a plate-shaped actuator which, on its side inclined towards the membrane body, is electrically supplied independently of the mass when the membrane body is electrically conductive.
Der Aktor kann eine Höhe zwischen 30 miti und 2000 pm, insbesondere zwischen 45 pm und 1500 pm, aufweisen, um die erforderlichen Kräfte sicherzustellen. Er soll eine hohe Steifigkeit, gute Hafteigenschaften, Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse (Feuchte, Lösungsmittel, Temperatur, Strahlung (welche bei medizinischen Geräten häufig zur Sterilisation verwendet wird) aufweisen). Darüber hinaus soll er bruchfest, dauertest und elektrisch durchschlagfest sein. The actuator can have a height between 30 pm and 2000 pm, in particular between 45 pm and 1500 pm, in order to ensure the necessary forces. It should have high rigidity, good adhesive properties, resistance to environmental influences (moisture, solvents, temperature, radiation (which is often used for sterilization in medical devices)). In addition, it should be break-proof, durable and electrically dielectric-proof.
Die elektrisch isolierte Ausführung der Kleberschicht ist aber auch dann vorteilhaft, wenn der Membrankörper elektrisch isolierend ausgebildet ist, da in diesem Fall eine elektrische Feldstärke zwischen dem Aktor und dem zu pumpenden Fluid ver- ringert ist, sodass elektrische Überschläge zwischen dem Aktor und dem Fluid ver- hindert werden können. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der plattenför- mige Aktor mit höheren elektrischen Spannungen, beispielsweise im Bereich von 20 V bis 400 V betrieben wird. The electrically insulated design of the adhesive layer is also advantageous if the membrane body is designed to be electrically insulating, since in this case an electric field strength between the actuator and the fluid to be pumped is is reduced, so that electrical flashovers between the actuator and the fluid can be prevented. This is particularly advantageous when the plate-shaped actuator is operated with higher electrical voltages, for example in the range from 20 V to 400 V.
Die Kleberschicht soll möglichst dünn zu beiden Seiten des eingebetteten Ab- schnitts des Trägerkörpers ausgebildet sein. Sie soll eine hohe Steifigkeit, gute Hafteigenschaften, Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse (Feuchte, Lösungsmittel, Temperatur, Strahlung (welche bei medizinischen Geräten häufig zur Sterilisation verwendet wird) aufweisen). Darüber hinaus soll sie bruchfest, dauertest, nichtlei- tend und elektrisch durchschlagfest sein. The adhesive layer should be made as thin as possible on both sides of the embedded section of the carrier body. It should have high rigidity, good adhesive properties, resistance to environmental influences (moisture, solvents, temperature, radiation (which is often used for sterilization in medical devices)). In addition, it should be break-proof, durable, non-conductive and electrically dielectric-proof.
Innerhalb der elektrisch isolierenden Kleberschicht ist ein eingebetteter Abschnitt ei- nes Trägerkörpers angeordnet, an dessen Oberfläche oder in dessen Inneren ein Verformungssensor angeordnet ist, der durch Erfassung einer Verformung der Membraneinrichtung das Volumen der Pumpkammer im Zeitverlauf erfassen kann. An embedded section of a carrier body is arranged within the electrically insulating adhesive layer, on the surface or inside of which a deformation sensor is arranged, which can detect the volume of the pump chamber over time by detecting a deformation of the membrane device.
Der eingebetete Abschnitt des Trägerkörpers kann dünner als 500 pm sein, um die erforderliche Biegsamkeit sicherzustellen. Er soll eine hohe Steifigkeit, gute Haftei- genschaften, Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse (Feuchte, Lösungsmittel, Tem- peratur, Strahlung (welche bei medizinischen Geräten häufig zur Sterilisation ver- wendet wird) aufweisen. Darüber hinaus soll er bruchfest, dauerfest, nichtleitend und elektrisch durchschlagfest sein. The embedded portion of the carrier body can be thinner than 500 μm in order to ensure the required flexibility. It should have high rigidity, good adhesive properties, resistance to environmental influences (moisture, solvents, temperature, radiation (which is often used for sterilization in medical devices). In addition, it should be unbreakable, durable, non-conductive and electrical be puncture resistant.
Die Beeinflussungseinrichtung, der plattenförmige Aktor und der Verformungssensor bilden dabei einen geschlossenen Regelkreis zur Regelung des durch die Mikro- membranpumpeinrichtungen bewirkten Verhältnisses zwischen einer Volumenände- rung der Pumpkammer (2) während eines Arbeitszyklus der Mikromembranpum- peinrichtung (1) und einer Dauer des Arbeitszyklus des Fluids. The influencing device, the plate-shaped actuator and the deformation sensor form a closed control loop for regulating the relationship between a change in volume of the pump chamber (2) during a working cycle of the micromembrane pump device (1) and a duration of the working cycle of the Fluids.
Als geschlossener Regelkreis (closed-loop control Circuit) wird allgemein ein in sich geschlossener Wirkungskreis für die Beeinflussung einer physikalischen Größe in einem technischen Prozess oder anderen Systemen bezeichnet. Wesentlich hierbei ist die direkte oder indirekte Rückführung des aktuellen Wertes der Regelgröße an den Regler, der einer Abweichung vom Sollwert entgegenwirkt (negative Rückkopp- lung). Es ist Aufgabe des Reglers, die Störgrößen auszuregeln und das Zeitverhal- ten der Regelgröße bezüglich des statischen und dynamischen Verhaltens gemäß vorgegebener Anforderungen festzulegen. A closed-loop control circuit for influencing a physical variable in a technical process or other systems is generally referred to as a closed-loop control circuit. What is essential here is the direct or indirect feedback of the current value of the controlled variable to the controller, which counteracts a deviation from the setpoint (negative feedback lung). It is the controller's task to regulate the disturbance variables and to determine the time behavior of the controlled variable with regard to the static and dynamic behavior according to the specified requirements.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung übernimmt die Beeinflussungseinrichtung die Aufgabe eines Reglers. Die Regelgröße ist hierbei das Verhältnis zwischen der Volumenänderung der Pumpkammer während eines Arbeitszyklus der Mikromemb- ranpumpeinrichtung und einer Dauer des Arbeitszyklus. Der Arbeitszyklus umfasst dabei eine Phase, in der das Fluid in über das Einlassventil die Pumpkammer einge- lassen wird, und eine weitere Phase, in der das Fluid über das Auslassventil ausge- lassen wird. Dieses Verhältnis entspricht im störungsfreien Betrieb dem Volumen- strom des jeweiligen Fluids. Aus der Kenntnis der zeitlichen Dauer der Arbeitszyk- len, welche durch die Beeinflussungseinrichtung vorgegeben wird, und aus der Kenntnis der Verformung der Membraneinrichtung, welche mittels des Verformungs- sensors erfasst wird, wird der Volumenstrom indirekt gemessen. In the context of the present invention, the influencing device takes on the task of a controller. The controlled variable here is the ratio between the change in volume of the pump chamber during a working cycle of the micromembrane pump device and a duration of the working cycle. The working cycle comprises a phase in which the fluid is let into the pump chamber via the inlet valve and a further phase in which the fluid is let out via the outlet valve. In trouble-free operation, this ratio corresponds to the volume flow of the respective fluid. The volume flow is measured indirectly from the knowledge of the duration of the work cycles, which is specified by the influencing device, and from the knowledge of the deformation of the membrane device, which is detected by the deformation sensor.
Die indirekten Messungen werden dabei eine Beeinflussungseinrichtung übertragen, sodass im Falle eine Abweichung des Volumenstroms von einem Sollwert die An- steuerung des plattenförmigen Aktors verändert werden kann, sodass sich der ge- wünschte Volumenstrom einstellt. Insbesondere kann der Volumenstrom dadurch beeinflusst werden, dass die Amplitude der Volumenänderung der Pumpkammer er- höht oder erniedrigt wird. Ebenso kann eine Frequenz der Volumenänderung der Pumpkammer erhöht oder erniedrigt werden. The indirect measurements are transmitted to an influencing device so that if the volume flow deviates from a target value, the control of the plate-shaped actuator can be changed so that the desired volume flow is set. In particular, the volume flow can be influenced by increasing or decreasing the amplitude of the change in volume of the pump chamber. Likewise, a frequency of the change in volume of the pump chamber can be increased or decreased.
Dabei hat sich gezeigt, dass eine derartige indirekte Messung des Volumenstroms wesentlich schneller und genauer sowie auch einfacher und billiger ist, als eine di- rekte Messung des Volumenstroms mit bekannten Durchflusssensoren, welche bei- spielsweise ein Flügelrad aufweisen, sodass Störgrößen wesentlich besser ausge- regelt werden können. Ebenso zeigt sich die vorgeschlagene Mikromembranpum- peinrichtung solchen Pumpeinrichtungen überlegen sind, bei denen einzelne Stör- größen, beispielsweise Temperaturen und Drücke, durch Sensoren erfasst werden und bei einem offenen Steuerkreis (open-loop control Circuit) der Pumpeinrichtung herangezogen werden. Durch den vorgeschlagenen Regelkreis kann der Volumenstrom wesentlich präziser gesteuert werden, als dies mit ungeregelten Steuereinrichtung der Fall ist. Die Ver- wendung eines Verformungssensors und dessen Anordnung in der Kleberschicht zwischen dem Membrankörper und dem Aktor erlaubt dabei eine hochpräzise Rück- kopplung des Ist-Werts des Volumenstroms an die Beeinflussungseinrichtung. It has been shown that such an indirect measurement of the volume flow is much faster and more precise as well as simpler and cheaper than a direct measurement of the volume flow with known flow sensors, which have an impeller, for example, so that disturbance variables are regulated much better can be. The proposed micromembrane pump device is also superior to those pump devices in which individual disturbance variables, for example temperatures and pressures, are detected by sensors and used in an open-loop control circuit of the pump device. With the proposed control loop, the volume flow can be controlled much more precisely than is the case with an unregulated control device. The use of a deformation sensor and its arrangement in the adhesive layer between the membrane body and the actuator allows a highly precise feedback of the actual value of the volume flow to the influencing device.
Dabei können externe Einflüsse, auch Störgrößen genannt, auf den Volumenstrom präzise ausgeregelt werden. Störgrößen, welche durch die erfindungsgemäße Mik- romembranpumpeinrichtung ausgeregelt werden können, sind: External influences, also known as disturbance variables, can be precisely regulated on the volume flow. Disturbance variables which can be regulated by the micromembrane pump device according to the invention are:
- Drücke, zum Beispiel der Druck des Fluids stromaufwärts des Einlassventils, der Druck des Fluids stromabwärts des Auslassventils oder der Druck an der Außen- seite der Membraneinrichtung. - Pressures, for example the pressure of the fluid upstream of the inlet valve, the pressure of the fluid downstream of the outlet valve or the pressure on the outside of the membrane device.
- Temperaturen, zum Beispiel des Fluids oder der Umgebung der Mikromembran- pumpeinrichtung, welche zu einer Verspannung der Membraneinrichtung oder zu ei- ner veränderten Kennlinie des Aktors führen können. Beispielsweise ist bei einem piezokeramischen Aktor der technisch relevante d31 -Koeffizient temperaturabhän- gig· Temperatures, for example of the fluid or of the environment of the micromembrane pump device, which can lead to tension in the membrane device or to a changed characteristic curve of the actuator. For example, in a piezoceramic actuator, the technically relevant d31 coefficient is temperature-dependent.
- Änderungen der Eigenschaften des Fluids, welche zu einer Änderung der effekti- ven Volumenänderung der Pumpkammer bei gleichbleibender Ansteuerung des Ak- tors, insbesondere bei der Förderung von Flüssigkeiten, führen können. Hier führt beispielsweise eine Viskositätsänderung, hervorgerufen durch eine Temperaturän- derung oder eine Änderung einer Zusammensetzung des Fluids, zu unterschiedli- chen Ein- und Ausströmzeiten und somit zu einem anderen Volumenstrom. Changes in the properties of the fluid, which can lead to a change in the effective change in volume of the pump chamber with constant control of the actuator, in particular when pumping liquids. Here, for example, a change in viscosity, caused by a change in temperature or a change in the composition of the fluid, leads to different inflow and outflow times and thus to a different volume flow.
- Toleranzen der mechanischen Komponenten der Mikromembranpumpeinrichtung, beispielsweise des Gehäuses der Pumpkammer, des Einlassventils, des Auslass- ventils, des Aktors oder des Membrankörpers. Hierdurch können unterschiedliche Volumenströme bei unterschiedlichen Mikromembranpumpeinrichtungen derselben Serie aufgrund von geometrischen Abweichungen (Verbiegung, Dickenschwankun- gen, Parallelitätsfehler) der mechanischen Komponenten vermieden werden. - Tolerances of the mechanical components of the micromembrane pump device, for example the housing of the pump chamber, the inlet valve, the outlet valve, the actuator or the membrane body. In this way, different volume flows for different micromembrane pump devices of the same series due to geometric deviations (bending, fluctuations in thickness, parallelism errors) of the mechanical components can be avoided.
- Toleranzen beim Verbinden der mechanischen Komponenten der Mikromembran- pumpeinrichtung, beispielsweise beim Ausbilden der Kleberschicht. Die erfindungsgemäße Mikromembranpumpeinrichtung kann immer dann mit Vorteil angewandt werden, wenn eine hochpräzise Dosierung eines Fluids, zum Beispiel beim Mischen verschiedener Fluide, erforderlich ist. Insbesondere kann sie im medi- zinischen Bereich zur Dosierung von Medikamenten oder zur Mischung von Medika- mentenbestandteilen verwendet werden. - Tolerances when connecting the mechanical components of the micromembrane pump device, for example when forming the adhesive layer. The micromembrane pump device according to the invention can always be used with advantage when a high-precision metering of a fluid, for example when mixing different fluids, is required. In particular, it can be used in the medical field for dosing drugs or for mixing drug components.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung liegt die Kleberschicht flä- chig, insbesondere vollflächig, an einer dem Membrankörper zugewandten Seite des plattenförmigen Aktors an und/oder liegt die Kleberschicht flächig, insbesondere voltflächig, an einer dem plattenförmigen Aktor zugewandten Seite des Membran- körpers anliegt. Auf diese Weise können durch den Aktor erzeugte Kräfte sicher auf die Kleberschicht und von der Kleberschicht auf den Membrankörper übertragen werden. So ergibt sich insbesondere eine hohe Steifigkeit der Anordnung sowie eine Unempfindlichkeit gegenüber hohen Scherkräften, was letztlich der Dosiergenauig- keit dient. According to a preferred development of the invention, the adhesive layer lies flat, in particular all over, on a side of the plate-shaped actuator facing the membrane body and / or the adhesive layer lies flat, in particular over the entire surface, on a side of the membrane body facing the plate-shaped actuator. In this way, forces generated by the actuator can be safely transmitted to the adhesive layer and from the adhesive layer to the membrane body. In particular, this results in a high rigidity of the arrangement as well as an insensitivity to high shear forces, which ultimately serves the metering accuracy.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung umfasst die Kleberschicht einen ausgehärteten Flüssigkleber, eine ausgehärtete Klebepaste und/oder eine Klebefolie. Flüssigkleber, Klebepasten und Klebefolien sind bei der Herstellung der Membranpumpeneinrichtung einfach zu handhaben und weisen hinreichend gute Hafteigenschaften auf, um die erforderlichen Kräfte sicher vom Aktor auf den Memb- rankörper zu übertragen, sodass die Dosiergenauigkeit erhöht wird. According to an expedient development of the invention, the adhesive layer comprises a hardened liquid adhesive, a hardened adhesive paste and / or an adhesive film. Liquid adhesives, adhesive pastes and adhesive films are easy to handle in the manufacture of the diaphragm pump device and have sufficiently good adhesive properties to safely transfer the necessary forces from the actuator to the diaphragm body, so that the metering accuracy is increased.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die Kleberschicht ein temperaturaushärtendes Material, ein anaerob aushärtendes Material, ein durch UV-Strahlung aushärtendes Material, ein durch einen Aktivator aushärtendes Mate- rial, ein durch Luftfeuchtigkeit aushärtendes Material, ein durch Trocknung aushär- tendes Material und/oder ein Schmelzklebstoffmaterial. Derartige Klebermaterialien- sind bei der Herstellung der Membranpumpeneinrichtung einfach zu handhaben und weisen hinreichend gute Hafteigenschaften auf, um die erforderlichen Kräfte sicher vom Aktor auf den Membrankörper zu übertragen, sodass die Dosiergenauigkeit er- höht wird. According to a preferred development of the invention, the adhesive layer comprises a temperature-hardening material, an anaerobically hardening material, a material hardening by UV radiation, a material hardening by an activator, a material hardening by humidity, a material hardening by drying and / or a hot melt adhesive material. Such adhesive materials are easy to handle in the manufacture of the diaphragm pump device and have sufficiently good adhesive properties to safely transfer the required forces from the actuator to the diaphragm body, so that the metering accuracy is increased.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der plattenförmige Aktor ein elektromagnetischer Aktor, ein ein- oder mehrlagiger piezoelektrischer Aktor, ein Formgedächtnisaktor oder ein bimetallischer Aktor. Einlagige piezoelektrische Akto- ren weisen einen elektrischen Anschluss an ihrer Unterseite und einen elektrischen Anschluss an ihrer Oberseite auf. Da im Rahmen der Erfindung die Kleberschicht nichtleitend ist, kann der einlagige piezoelektrische Aktor symmetrisch gegenüber Masse gespeist werden. Bei mehrlagigen sind beide elektrischen Kontakte auf der dem Mannkrankörper zugewandten Seite angeordnet, wobei durch die nichtleiten- den Eigenschaften der Kleberschicht ein Kurzschluss verhindert wird. Auch Formge- dächtnisaktoren oder bimetallische Aktoren können aufgrund der isolierenden Ei- genschaften der Kleberschicht problemlos verwendet werden. According to an advantageous development of the invention, the plate-shaped actuator is an electromagnetic actuator, a single-layer or multi-layer piezoelectric actuator Shape memory actuator or a bimetallic actuator. Single-layer piezoelectric actuators have an electrical connection on their underside and an electrical connection on their upper side. Since the adhesive layer is non-conductive within the scope of the invention, the single-layer piezoelectric actuator can be fed symmetrically with respect to ground. In the case of multiple layers, both electrical contacts are arranged on the side facing the man's body, with the non-conductive properties of the adhesive layer preventing a short circuit. Shape memory actuators or bimetallic actuators can also be used without problems due to the insulating properties of the adhesive layer.
Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung umfasst der Trägerkörper ein oder mehrere elektrisch isolierende Materialien. Besonders geeignet sind bei- spielsweise Polyimide. According to an expedient development of the invention, the carrier body comprises one or more electrically insulating materials. Polyimides, for example, are particularly suitable.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung umfasst der Trägerkörper Glas, ein oder mehrere Halbleitermaterialien, ein oder mehrere Kompositwerkstoffe, ein oder mehrere polymerische Materialien oder ein oder mehrere keramische Mate- rialien. According to an expedient development of the invention, the carrier body comprises glass, one or more semiconductor materials, one or more composite materials, one or more polymeric materials or one or more ceramic materials.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Verformungssensor ein Dehnungsmessstreifen, insbesondere ein resistiver, kapazitiver oder piezoresistiver Dehnungsmessstreifen. According to an advantageous development of the invention, the deformation sensor is a strain gauge, in particular a resistive, capacitive or piezoresistive strain gauge.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist der Verformungs- sensor ein Kraftsensor. According to an expedient development of the invention, the deformation sensor is a force sensor.
Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung umfasst der Membrankörper ein Metall, ein Halbleitermaterial und/oder einen Kunststoff. According to an expedient development of the invention, the membrane body comprises a metal, a semiconductor material and / or a plastic.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist zumindest ein Teil ei- ner Auswerteelektronik zur Auswertung von Signalen des Verformungssensors an oder in dem Trägerkörper angeordnet. Hierdurch kann die Störsicherheit verbessert werden, was letztlich der Dosiergenauigkeit zugutekommt. According to an expedient development of the invention, at least part of an electronic evaluation system for evaluating signals from the deformation sensor is arranged on or in the carrier body. This can improve the immunity to interference, which ultimately benefits the metering accuracy.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Beeinflussungsein- richtung zur Erkennung von Betriebsstörungen der Mikromembranpumpeinrichtung anhand von Messsignalen des Verformungssensors ausgebildet. Während des Be- triebs der Mikromembranpumpeinrichtung können immer wieder Betriebsstörungen auftrete n. Beispielsweise kann sich das Einlassventil oder das Auslassventil durch Partikel verklemmen, der Aktor ausfallen, bei einem flüssigen Fluid eine Luftblase in die Pumpkammer gelangen, und vieles anderes. Solche Störfälle sind in den Mess- signalen des Verformungssensors erkennbar, da sie die Verformung der Membran- einrichtung beeinflussen oder direkt Einfluss auf den Aktor nehmen. According to a preferred development of the invention, the influencing device is used to identify operational faults in the micromembrane pump device formed on the basis of measurement signals from the deformation sensor. During operation of the micromembrane pump device, operational malfunctions can occur again and again. For example, the inlet valve or the outlet valve can become jammed by particles, the actuator can fail, an air bubble can get into the pump chamber in the case of a liquid fluid, and many other things. Such malfunctions can be recognized in the measurement signals of the deformation sensor, since they influence the deformation of the membrane device or have a direct influence on the actuator.
Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung weist der Trägerkörper ei- nen nicht eingebetteten Abschnitt auf, welcher aus der Kleberschicht herausgeführt ist, wobei an dem nicht eingebetteten Abschnitt Kontakte zum Abgreifen von Mess- signalen des Verformungssensors angebracht sind, welche mit dem Verformungs- sensor elektrisch verbunden sind. Die elektrischen Verbindungen zwischen den Kontakten für den Verformungssensor und dem Verformungssensor können dabei an oder in dem Trägerkörper ausgebildet sein, sodass diese mechanisch geschützt und sowohl gegenüber dem Aktor als auch gegenüber dem Membrankörper elektrisch isoliert sind. According to an expedient development of the invention, the carrier body has a non-embedded section which is led out of the adhesive layer, contacts for picking up measurement signals from the deformation sensor being attached to the non-embedded section, which contacts are electrically connected to the deformation sensor are. The electrical connections between the contacts for the deformation sensor and the deformation sensor can be formed on or in the carrier body so that they are mechanically protected and electrically isolated both from the actuator and from the membrane body.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist an oder in dem einge- betteten Abschnitt ein Heizdraht angeordnet. Der Heizdraht erlaubt die Beheizung des zu pumpenden Fluids. Zusätzlich kann der Heizdraht während der Herstellung der Mikromembranpumpeinrichtung zum Beheizen der Kleberschicht verwendet werden, diese auszuhärten, sofern die Kleberschicht ein Material umfasst, welches durch Temperatur ausgehärtet. Der Heizdraht kann dabei durch die Beeinflussungs- einrichtung oder durch eine externe Einrichtung mit elektrischer Energie beauf- schlagt werden. According to an expedient development of the invention, a heating wire is arranged on or in the embedded section. The heating wire allows the fluid to be pumped to be heated. In addition, the heating wire can be used during the manufacture of the micromembrane pump device to heat the adhesive layer, to cure it, provided the adhesive layer comprises a material which is cured by temperature. The heating wire can have electrical energy applied to it by the influencing device or by an external device.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung weist der Trägerkörper ei- nen nicht eingebetteten Abschnitt auf, welcher aus der Kleberschicht herausgeführt ist, wobei an dem nicht eingebetteten Abschnitt Kontakte zum Beaufschlagen des Heizdrahtes mit elektrischer Energie angebracht sind, welche mit dem Heizdraht elektrisch verbunden sind. Die elektrischen Verbindungen zwischen den Kontakten für den Heizdraht und dem Heizdraht können dabei an oder in dem Trägerkörper ausgebildet sein, sodass diese mechanisch geschützt und sowohl gegenüber dem Aktor als auch gegenüber dem Membrankörper elektrisch isoliert sind. Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist an oder in dem eingebet- teten Abschnitt ein Temperatursensor angeordnet. Messsignale des Temperatur- sensors können beispielsweise der Beeinflussungseinrichtung oder einer externen Einrichtung zugeführt werden, welche den Heizdraht mit elektrischer Energie beauf- schlagt. Auf diese Weise kann die Heizwirkung des Heizdrahts während der Herstel- lung der Mikromembranpumpeinrichtung oder während des Betriebs der Mikro- membranpumpeinrichtung geregelt werden. According to an expedient development of the invention, the carrier body has a non-embedded section which is led out of the adhesive layer, contacts for applying electrical energy to the heating wire being attached to the non-embedded section, which are electrically connected to the heating wire. The electrical connections between the contacts for the heating wire and the heating wire can be formed on or in the carrier body so that they are mechanically protected and electrically isolated both from the actuator and from the membrane body. According to an expedient development of the invention, a temperature sensor is arranged on or in the embedded section. Measurement signals from the temperature sensor can be fed, for example, to the influencing device or to an external device which applies electrical energy to the heating wire. In this way, the heating effect of the heating wire can be regulated during manufacture of the micromembrane pump device or during operation of the micromembrane pump device.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung weist der Trägerkörper ei- nen nicht eingebetteten Abschnitt auf, welcher aus der Kleberschicht herausgeführt ist, wobei an dem nicht eingebetteten Abschnitt Kontakte zum Abgreifen von Mess- signalen des Temperatursensors angebracht sind, welche mit dem Temperatur- sensor elektrisch verbunden sind. Die elektrischen Verbindungen zwischen den Kontakten für den Temperatursensor und dem Temperatursensor können dabei an oder in dem Trägerkörper ausgebildet sein, sodass diese mechanisch geschützt und sowohl gegenüber dem Aktor als auch gegenüber dem Membrankörper elektrisch isoliert sind. According to an expedient development of the invention, the carrier body has a non-embedded section which is led out of the adhesive layer, contacts for picking up measurement signals from the temperature sensor being attached to the non-embedded section, which contacts are electrically connected to the temperature sensor are. The electrical connections between the contacts for the temperature sensor and the temperature sensor can be formed on or in the carrier body so that they are mechanically protected and electrically isolated both from the actuator and from the membrane body.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist an oder in dem eingebette- ten Abschnitt ein Zustandssensor, insbesondere ein Feuchtesensor oder ein chemi- scher Sensor, zur Kontrolle eines Zustandes der Kleberschicht angeordnet. Die Messsignale des Zustandssensors können der Beeinflussungseinrichtung zugeführt sein. Auf diese Weise kann die Beeinflussungseinrichtung eine alterungsbedingte oder eine durch äußere Einflüsse hervorgerufene Verschlechterung des Zustands der Kleberschicht erkennen, bevor es zu einem Versagen der Kleberschicht kommt, weil insbesondere bei medizinischen Anwendungen vorteilhaft sein kann. According to an advantageous development of the invention, a condition sensor, in particular a humidity sensor or a chemical sensor, for checking a condition of the adhesive layer is arranged on or in the embedded section. The measurement signals of the condition sensor can be fed to the influencing device. In this way, the influencing device can detect an aging-related deterioration or deterioration in the condition of the adhesive layer caused by external influences before the adhesive layer fails, because this can be advantageous in medical applications in particular.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Trägerkörper einen nicht eingebetteten Abschnitt auf, welcher aus der Kleberschicht herausgeführt ist, wobei an dem nicht eingebetteten Abschnitt Kontakte zum Abgreifen von Messsig- nalen des Zustandssensors angebracht sind, welche mit dem Zustandssensor elektrisch verbunden sind. Die elektrischen Verbindungen zwischen den Kontakten für den Zustandssensor und dem Zustandssensor können dabei an oder in dem Trägerkörper ausgebildet sein, sodass diese mechanisch geschützt und sowohl ge- genüber dem Aktor als auch gegenüber dem Membrankörper elektrisch isoliert sind. Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung weist der eingebettete Ab- schnitt des Trägerkörpers, in einer Richtung von dem plattenförmigen Aktor zu dem plattenförmigen Membrankörper gesehen, eine Fläche auf, welche geringer ist als eine dem eingebetteten Abschnitt des Trägerkörpers zugewandten Fläche des plat- tenförmigen Membrankörpers, und welche geringer ist als eine dem eingebetteten Abschnitt des Trägerkörpers zugewandten Fläche des plattenförmigen Aktors. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Kleberschicht in der angegebenen Richtung zumindest teilweise durchgängig vom Aktor bis zum Membrankörper ist. Hierdurch ergibt sich eine besonders gute Kraftübertragung zwischen dem Aktor und dem Membrankörper. According to an advantageous development of the invention, the carrier body has a non-embedded section which is led out of the adhesive layer, contacts for picking up measurement signals from the status sensor being attached to the non-embedded section, which are electrically connected to the status sensor. The electrical connections between the contacts for the state sensor and the state sensor can be formed on or in the carrier body so that they are mechanically protected and electrically isolated both from the actuator and from the membrane body. According to an expedient development of the invention, the embedded section of the carrier body, viewed in a direction from the plate-shaped actuator to the plate-shaped membrane body, has an area which is smaller than an area of the plate-shaped membrane body facing the embedded section of the carrier body, and which is less than an area of the plate-shaped actuator facing the embedded section of the carrier body. This ensures that the adhesive layer is at least partially continuous in the specified direction from the actuator to the membrane body. This results in particularly good force transmission between the actuator and the membrane body.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der eingebettete Ab- schnitt des Trägerkörpers wenigstens ein Durchgangsloch auf, welches von einer dem plattenförmigen Aktor zugewandten Seite des eingebetteten Abschnitts des Trägerkörpers bis zu einer dem plattenförmigen Membrankörper zugewandten Seite des eingebetteten Abschnitts des Trägerkörpers reicht. Hierdurch wird bewirkt, dass die Kleberschicht sich im Bereich des Durchgangslochs in der Richtung vom Aktor zum Membrankörper ohne Unterbrechung vom Aktor zum Membrankörper erstreckt. Dies führt zu einer besonders guten Kraftübertragung zwischen dem Aktor und dem Membrankörper. According to an advantageous development of the invention, the embedded section of the support body has at least one through hole which extends from a side of the embedded section of the support body facing the plate-shaped actuator to a side of the embedded section of the support body facing the plate-shaped membrane body. This has the effect that the adhesive layer extends in the area of the through hole in the direction from the actuator to the membrane body without interruption from the actuator to the membrane body. This leads to a particularly good power transmission between the actuator and the membrane body.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung weist der eingebettete Ab- schnitt des Trägerkörpers, in einer Richtung von dem plattenförmigen Aktor zu dem plattenförmigen Membrankörper gesehen, einen Rand auf, welcher Einbuchtungen aufweist. Im Bereich der Einbuchtungen erstreckt sich die Kleberschicht ohne Unter- brechung vom Aktor bis zum Membrankörper. Da ein großer Teil der vom Aktor er- zeugten Kräfte in einem Randbereich des Aktors auf die Kleberschicht übertragen wird, ergibt sich so eine besonders gute Übertragung der Kräfte vom Aktor auf den Membrankörper. According to an expedient development of the invention, the embedded section of the carrier body, viewed in a direction from the plate-shaped actuator to the plate-shaped membrane body, has an edge which has indentations. In the area of the indentations, the adhesive layer extends without interruption from the actuator to the membrane body. Since a large part of the forces generated by the actuator is transferred to the adhesive layer in an edge area of the actuator, this results in a particularly good transfer of the forces from the actuator to the membrane body.
Im Folgenden werden die vorliegende Erfindung und deren Vorteile anhand von Fi- guren näher beschrieben. The present invention and its advantages are described in more detail below with reference to figures.
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Mikromembranpumpein- richtung gemäß der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Seitenansicht; Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Mikromembranpumpein- richtung gemäß der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Seitenansicht; FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a micromembrane pump device according to the present invention in a schematic side view; FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of a micromembrane pump device according to the present invention in a schematic side view;
Figur 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer Mikromembranpumpein- richtung gemäß der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Seitenansicht; FIG. 3 shows a third exemplary embodiment of a micromembrane pump device according to the present invention in a schematic side view;
Figur 4 zeigt einen beispielhaften Aktor, einen beispielhaften Trägerkörper und einen beispielhaften Membrankörper für eine Mikromembran- pumpeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in einer schema- tischen dreidimensionalen Explosionsdarstellung; FIG. 4 shows an exemplary actuator, an exemplary carrier body and an exemplary membrane body for a micromembrane pump device according to the present invention in a schematic three-dimensional exploded view;
Figur 5 zeigt einen beispielhaften Trägerkörper mit einem beispielhaften Ver- formungssensor für eine Mikromembranpumpeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Aufsicht; FIG. 5 shows an exemplary support body with an exemplary deformation sensor for a micromembrane pump device according to the present invention in a schematic plan view;
Figur 6 zeigt eine vereinfachte Teilansicht einer Mikromembranpumpeinrich- tung gemäß der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Sei- tenansicht in einem Ruhezustand; FIG. 6 shows a simplified partial view of a micromembrane pump device according to the present invention in a schematic side view in a state of rest;
Figur 7 zeigt eine vereinfachte Teilansicht einer Mikromembranpumpeinrich- tung gemäß der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Sei- tenansicht beim Einlassen eines Fluids; und FIG. 7 shows a simplified partial view of a micromembrane pump device according to the present invention in a schematic side view when a fluid is being admitted; and
Figur 8 zeigt eine vereinfachte Teilansicht einer Mikromembranpumpeinrich- tung gemäß der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Sei- tenansicht beim Auslassen eines Fluids. FIG. 8 shows a simplified partial view of a micromembrane pump device according to the present invention in a schematic side view when a fluid is being discharged.
Gleiche oder gleichartige Elemente oder Elemente mit gleicher oder äquivalenter Funktion sind im Folgenden mit gleichen oder gleichartigen Bezugszeichen verse- hen. In der folgenden Beschreibung werden Ausführungsbeispiele mit einer Vielzahl von Merkmalen der vorliegenden Erfindung näher beschrieben, um ein besseres Ver- ständnis der Erfindung zu vermitteln. Es ist jedoch festzuhalten, dass die vorlie- gende Erfindung auch unter Auslassung einzelner der beschriebenen Merkmale um- gesetzt werden kann. Es sei auch darauf hingewiesen, dass die in verschiedenen Ausführungsbeispielen gezeigten Merkmale auch in anderer Weise kombinierbar sind, sofern dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen ist oder zu Widersprüchen füh- ren würde. Identical or similar elements or elements with the same or equivalent function are given the same or similar reference symbols below. In the following description, exemplary embodiments with a large number of features of the present invention are described in more detail in order to provide a better understanding of the invention. It should be noted, however, that the present invention can also be implemented with the omission of some of the features described. It should also be noted that the features shown in the various exemplary embodiments can also be combined in other ways, unless this is expressly excluded or would lead to contradictions.
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Mikromembranpumpeinrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Seitenansicht. Figure 1 shows a first embodiment of a micromembrane pump device 1 according to the present invention in a schematic side view.
Die Mikromembranpumpeinrichtung 1 zum Pumpen eines Fluids FL, weist folgende Merkmale auf: eine Pumpkammer 2, welcher ein Einlassventil 3 zum Einlassen des Fluids FL in die Pumpkammer 2, ein Auslassventil 4 zum Auslassen des Fluids FL aus der Pump- kammer 2 und eine Membraneinrichtung 5 zum Variieren eines Volumens der Pumpkammer 1 zugeordnet ist, wobei die Membraneinrichtung 5 einen plattenförmi- gen Aktor 6 zum Verformen der Membraneinrichtung 5 aufweist; und eine Beeinflussungseinrichtung 7 zum Beeinflussen des plattenförmigen Aktors 6, um so das Volumen der Pumpkammer 2 zu beeinflussen; wobei die Membraneinrichtung 5 einen die Pumpkammer 2 begrenzenden platten- förmigen Membrankörper 8 aufweist; wobei der plattenförmige Aktor 6 auf einer der Pumpkammer 2 abgewandten Seite des plattenförmigen Membrankörpers 8 angeordnet ist; wobei der plattenförmige Aktor 6mittels einer elektrisch isolierenden Kleberschicht 9 an dem plattenförmigen Membrankörper 8 befestigt ist, so dass der plattenförmige Aktor 6 elektrisch isoliert gegenüber dem Membrankörper 8 ist; wobei innerhalb der elektrisch isolierenden Kleberschicht 9 zumindest ein eingebet- teter Abschnitt 10 eines Trägerkörpers 11 angeordnet ist, an welchem oder in wel- chem ein Verformungssensor 12 zur Erfassung einer Verformung der Membranein- richtung 5 angeordnet ist, um so das Volumen der Pumpkammer 2 zu erfassen; wobei die Beeinflussungseinrichtung 7, der plattenförmige Aktor 6 und der Verfor- mungssensor 12 einen geschlossenen Regelkreis zur Regelung eines Verhältnisses zwischen einer Volumenänderung der Pumpkammer (2) während eines Arbeitszyk- lus der Mikromembranpumpeinrichtung (1) und einer Dauer des Arbeitszyklus der Mikromembranpumpeinrichtung 1 bilden. The micromembrane pump device 1 for pumping a fluid FL has the following features: a pump chamber 2, which has an inlet valve 3 for admitting the fluid FL into the pump chamber 2, an outlet valve 4 for discharging the fluid FL from the pump chamber 2 and a membrane device 5 for varying a volume of the pump chamber 1 is assigned, the membrane device 5 having a plate-shaped actuator 6 for deforming the membrane device 5; and an influencing device 7 for influencing the plate-shaped actuator 6 so as to influence the volume of the pump chamber 2; the membrane device 5 having a plate-shaped membrane body 8 delimiting the pump chamber 2; wherein the plate-shaped actuator 6 is arranged on a side of the plate-shaped membrane body 8 facing away from the pump chamber 2; wherein the plate-shaped actuator 6 is fastened to the plate-shaped membrane body 8 by means of an electrically insulating adhesive layer 9, so that the plate-shaped actuator 6 is electrically insulated from the membrane body 8; wherein within the electrically insulating adhesive layer 9 at least one embedded The third section 10 of a carrier body 11 is arranged, on which or in which a deformation sensor 12 for detecting a deformation of the membrane device 5 is arranged, so as to detect the volume of the pump chamber 2; The influencing device 7, the plate-shaped actuator 6 and the deformation sensor 12 form a closed control loop for regulating a ratio between a change in volume of the pump chamber (2) during a working cycle of the micromembrane pump device (1) and a duration of the working cycle of the micromembrane pump device 1.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung liegt die Kleberschicht 9 flä- chig, insbesondere vollflächig, an einer dem Membrankörper 8 zugewandten Seite des plattenförmigen Aktors 6 an und/oder die Kleberschicht 9 liegt flächig, insbeson- dere vollflächig, an einer dem plattenförmigen Aktor 6 zugewandten Seite des Membrankörpers 8 an. According to a preferred development of the invention, the adhesive layer 9 lies flat, in particular over the entire area, on a side of the plate-shaped actuator 6 facing the membrane body 8 and / or the adhesive layer 9 lies flat, in particular over the entire area, on a side of the plate-shaped actuator 6 facing Side of the membrane body 8.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Kleberschicht 9 ei- nen ausgehärteten Flüssigkleber, eine ausgehärtete Klebepaste und/oder eine Kle- befolie. According to an advantageous development of the invention, the adhesive layer 9 comprises a hardened liquid adhesive, a hardened adhesive paste and / or an adhesive film.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Kleberschicht 9 ein temperaturaushärtendes Material, ein anaerob aushärtendes Material, ein durch UV-Strahlung aushärtendes Material, ein durch einen Aktivator aushärtendes Mate- rial, ein durch Luftfeuchtigkeit aushärtendes Material, ein durch Trocknung aushär- tendes Material und/oder ein Schmelzklebstoffmaterial. According to an advantageous development of the invention, the adhesive layer 9 comprises a temperature-hardening material, an anaerobically hardening material, a material hardening by UV radiation, a material hardening by an activator, a material hardening by humidity, a material hardening by drying and / or a hot melt adhesive material.
Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist der plattenförmige Aktor 6 ein elektromagnetischer Aktor, ein ein- oder mehrlagiger piezoelektrischer Aktor, ein Formgedächtnisaktor oder ein bimetallischer Aktor. According to an expedient development of the invention, the plate-shaped actuator 6 is an electromagnetic actuator, a single-layer or multi-layer piezoelectric actuator, a shape memory actuator or a bimetallic actuator.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst der Trägerkörper 11 ein oder mehrere elektrisch isolierende Materialien. Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung umfasst der Trägerkörper 11 Glas, ein oder mehrere Halbleitermaterialien, ein oder mehrere Kompositwerk- stoffe, ein oder mehrere polymerische Materialien oder ein oder mehrere kerami- sche Materialien. According to an advantageous development of the invention, the carrier body 11 comprises one or more electrically insulating materials. According to an expedient development of the invention, the carrier body 11 comprises glass, one or more semiconductor materials, one or more composite materials, one or more polymeric materials or one or more ceramic materials.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Verformungssensor 12 ein Dehnungsmessstreifen, insbesondere ein resistiver, kapazitiver oder piezore- sistiver Dehnungsmessstreifen. According to an advantageous development of the invention, the deformation sensor 12 is a strain gauge, in particular a resistive, capacitive or piezoresistive strain gauge.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist der Verformungs- sensor 12 ein Kraftsensor. According to an expedient development of the invention, the deformation sensor 12 is a force sensor.
Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung umfasst der Membrankörper 8 ein Metall, ein Halbleitermaterial und/oder einen Kunststoff. According to an expedient development of the invention, the membrane body 8 comprises a metal, a semiconductor material and / or a plastic.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist zumindest ein Teil ei- ner Auswerteelektronik zur Auswertung von Signalen des Verformungssensors 12 an oder in dem Trägerkörper 11 angeordnet. According to an expedient development of the invention, at least part of an electronic evaluation system for evaluating signals from the deformation sensor 12 is arranged on or in the carrier body 11.
Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist die Beeinflussungsein- richtung 7 zur Erkennung von Betriebsstörungen der Mikromembranpumpeinrich- tung 1 anhand von Messsignalen MS des Verformungssensors 12 ausgebildet. According to an expedient further development of the invention, the influencing device 7 is designed to detect malfunctions in the micromembrane pump device 1 on the basis of measurement signals MS from the deformation sensor 12.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung weist der Trägerkörper 11 einen nicht eingebetteten Abschnitt 13 auf, welcher aus der Kleberschicht 9 heraus- geführt ist, wobei an dem nicht eingebetteten Abschnitt 13 Kontakte 14 zum Abgrei- fen von Messsignalen MS des Verformungssensors angebracht sind, welche mit dem Verformungssensor elektrisch verbunden sind. According to an expedient development of the invention, the carrier body 11 has a non-embedded section 13 which is led out of the adhesive layer 9, contacts 14 for picking up measurement signals MS from the deformation sensor being attached to the non-embedded section 13 are electrically connected to the deformation sensor.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist der Verformungssensor 12 elektrisch mit Kontakten 14 verbunden, welche am nicht eingebetteten Abschnitt 13 des Träger- körpers 11 angeordnet sind. Die Kontakte 14 wiederum sind über eine Messleitung 15 elektrisch mit der Beeinflussungseinrichtung 7 verbunden, sodass Messsignale MS des Verformungssensors 12 zur Beeinflussungseinrichtung 7 übertragen wer- den können. Basierend auf den Messsignalen MS erzeugt die Beeinflussungsein- richtung 7 Steuersignale ST, welche über eine Steuerleitung 16 zum Aktor 6 über- tragen werden und diesen steuern. Die Steuersignale ST können dabei auch der Energieversorgung des Aktor 6 dienen. In the exemplary embodiment in FIG. 1, the deformation sensor 12 is electrically connected to contacts 14 which are arranged on the non-embedded section 13 of the carrier body 11. The contacts 14 are in turn electrically connected to the influencing device 7 via a measuring line 15, so that measurement signals MS from the deformation sensor 12 can be transmitted to the influencing device 7. Based on the measurement signals MS, the influencing direction 7 control signals ST, which are transmitted via a control line 16 to the actuator 6 and control it. The control signals ST can also be used to supply power to the actuator 6.
Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Mikromembranpumpeinrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Seitenansicht. Das Ausführungsbeispiel der Figur 2 basiert auf dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 , sodass im Folgenden lediglich die Unterschiede beschrieben und erläutert werden. FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of a micromembrane pump device 1 according to the present invention in a schematic side view. The exemplary embodiment in FIG. 2 is based on the exemplary embodiment in FIG. 1, so that only the differences are described and explained below.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist an oder in dem eingebet- teten Abschnitt 10 ein Heizdraht 17 angeordnet ist. According to a preferred development of the invention, a heating wire 17 is arranged on or in the embedded section 10.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Trägerkörper 11 ei- nen nicht eingebetteten Abschnitt 13 auf, welcher aus der Kleberschicht 9 herausge- führt ist, wobei an dem nicht eingebetteten Abschnitt 13 Kontakte 18 zum Beauf- schlagen des Heizdrahtes 17 mit elektrischer Energie EE angebracht sind, welche mit dem Heizdraht 17 elektrisch verbunden sind. According to an advantageous development of the invention, the carrier body 11 has a non-embedded section 13 which is led out of the adhesive layer 9, contacts 18 for applying electrical energy EE to the heating wire 17 being attached to the non-embedded section 13 which are electrically connected to the heating wire 17.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist an oder in dem eingebet- teten Abschnitt 10 ein Temperatursensor 20 angeordnet. According to an advantageous development of the invention, a temperature sensor 20 is arranged on or in the embedded section 10.
Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung weist der Trägerkörper 11 einen nicht eingebeteten Abschnitt 13 auf, welcher aus der Kleberschicht 9 heraus- geführt ist, wobei an dem nicht eingebetteten Abschnitt 13 Kontakte 21 zum Abgrei- fen von Messsignalen TMS des Temperatursensors 20 angebracht sind, welche mit dem Temperatursensor 20 elektrisch verbunden sind. According to an expedient development of the invention, the carrier body 11 has a non-embedded section 13 which is led out of the adhesive layer 9, contacts 21 for picking up measurement signals TMS from the temperature sensor 20 being attached to the non-embedded section 13 are electrically connected to the temperature sensor 20.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 2 ist der Heizdraht 17 elektrisch mit Kontakten 18 verbunden, die an dem nicht eingebetteten Abschnitt 13 des Trägerkörpers 11 aus- gebildet sind. Die Kontakte 18 sind über eine Versorgungsleitungen 19 mit der Be- einflussungseinrichtung 7 verbunden, sodass die Beeinflussungseinrichtung 7 den Heizdraht 17 mit elektrischer Energie EE versorgen kann. Hierdurch kann durch die Beeinflussungseinrichtung 7 gesteuert das Fluid FL beheizt werden. Ebenso kann, während der Herstellung der Mikromembranpumpeinrichtung 1, die Kleberschicht 9 beheizt werden, um diese auszuhärten. Die elektrische Energie EE könnte jedoch auch durch eine von der Beeinflussungseinrichtung 7 unabhängige Einrichtung be- reitgestellt werden. In the exemplary embodiment in FIG. 2, the heating wire 17 is electrically connected to contacts 18 which are formed on the non-embedded section 13 of the carrier body 11. The contacts 18 are connected to the influencing device 7 via a supply line 19, so that the influencing device 7 can supply the heating wire 17 with electrical energy EE. In this way, the fluid FL can be heated in a controlled manner by the influencing device 7. Likewise, during the manufacture of the micromembrane pump device 1, the adhesive layer 9 can be heated in order to harden it. The electrical energy EE could, however can also be provided by a device that is independent of the influencing device 7.
Weiterhin ist der Temperatursensor 20 mit Kontakten 21 verbunden, die an dem nicht eingebetteten Abschnitt 13 des Trägerkörpers 11 ausgebildet sind. Die Kon- takte 21 sind mit der Beeinflussungseinrichtung 7 über eine Messleitung 22 verbun- den, sodass Messsignale TMS des Temperatursensors 20 zur Beeinflussungsein- richtung 7 übertragbar sind. Die Messsignale TMS können von der Beeinflussungs- einrichtung 7 zur Regelung der Heizleistung des Heizdraht 17 herangezogen wer- den. Furthermore, the temperature sensor 20 is connected to contacts 21 which are formed on the non-embedded section 13 of the carrier body 11. The contacts 21 are connected to the influencing device 7 via a measuring line 22, so that measurement signals TMS from the temperature sensor 20 can be transmitted to the influencing device 7. The measuring signals TMS can be used by the influencing device 7 to regulate the heating power of the heating wire 17.
Figur 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer Mikromembranpumpeinrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Seitenansicht. Das Aus- führungsbeispiel der Figur 3 basiert auf dem Ausführungsbeispiel der Figur 1, so- dass im Folgenden lediglich die Unterschiede beschrieben und erläutert werden. FIG. 3 shows a third exemplary embodiment of a micromembrane pump device 1 according to the present invention in a schematic side view. The exemplary embodiment in FIG. 3 is based on the exemplary embodiment in FIG. 1, so that only the differences are described and explained below.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist an oder in dem eingebet- teten Abschnitt 10 ein Zustandssensor 23, insbesondere ein Feuchtesensor oder ein chemischer Sensor, zur Kontrolle eines Zustandes der Kleberschicht 9 angeordnet. According to an advantageous development of the invention, a condition sensor 23, in particular a humidity sensor or a chemical sensor, for checking a condition of the adhesive layer 9 is arranged on or in the embedded section 10.
Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung weist der Trägerkörper 11 einen nicht eingebetteten Abschnitt 13 auf, welcher aus der Kleberschicht 9 heraus- geführt ist, wobei an dem nicht eingebetteten Abschnitt 13 Kontakte 24 zum Abgrei- fen von Messsignalen ZMS des Zustandssensors 23 angebracht sind, welche mit dem Zustandssensor 23 elektrisch verbunden sind. According to an expedient development of the invention, the carrier body 11 has a non-embedded section 13 which is led out of the adhesive layer 9, contacts 24 for picking up measurement signals ZMS from the status sensor 23 being attached to the non-embedded section 13 are electrically connected to the state sensor 23.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 3 ist ein Zustandssensor 23 mit Kontakten 24 elektrisch verbunden, die an dem nicht eingebeteten Abschnitt 13 des Trägerkör- pers 11 ausgebildet sind und die über eine Messleitung 25 mit der Beeinflussungs- einrichtung 7 elektrisch verbunden sind, sodass Messsignale ZMS des Zustands- sensors 23 zur Beeinflussungseinrichtung 7 übertragen werden können. Die Mess- signale ZMS können durch die Beeinflussungseinrichtung 7 zur Früherkennung ei- ner Fehifunktion der Mikromembranpumpeinrichtung 1 aufgrund einer Schädigung der Kleberschicht 9 herangezogen werden. Figur 4 zeigt einen beispielhaften Aktor 6, einen beispielhaften Trägerkörper 11 und einen beispielhaften Membrankörper 8 für eine Mikromembranpumpeinrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung in einer schematischen dreidimensionalen Ex- plosionsdarstellung. In the embodiment of FIG - Sensors 23 can be transmitted to the influencing device 7. The measuring signals ZMS can be used by the influencing device 7 for early detection of a malfunction of the micromembrane pump device 1 due to damage to the adhesive layer 9. FIG. 4 shows an exemplary actuator 6, an exemplary carrier body 11 and an exemplary membrane body 8 for a micromembrane pump device 1 according to the present invention in a schematic three-dimensional exploded view.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildungserfindung weist der eingebettete Abschnitt 10 des Trägerkörpers 11 , in einer Richtung RI von dem plattenförmigen Aktor 6 zu dem plattenförmigen Membrankörper 8 gesehen, eine Fläche 26 auf, welche gerin- ger ist als eine dem eingebetteten Abschnitt 10 des Trägerkörpers 11 zugewandten Fläche 27 des plattenförmigen Membrankörpers 8, und welche geringer ist als eine dem eingebetteten Abschnitt 10 des Trägerkörpers 11 zugewandten Fläche 28 des plattenförmigen Aktors 6. According to an advantageous further development invention, the embedded section 10 of the carrier body 11, viewed in a direction RI from the plate-shaped actuator 6 to the plate-shaped membrane body 8, has an area 26 which is smaller than an area facing the embedded section 10 of the carrier body 11 27 of the plate-shaped membrane body 8, and which is smaller than a surface 28 of the plate-shaped actuator 6 facing the embedded section 10 of the carrier body 11.
Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung weist der eingebettete Ab- schnitt 10 des Trägerkörpers 11 wenigstens ein Durchgangsloch 29 auf, welches von einer dem plattenförmigen Aktor 6 zugewandten Seite des eingebetteten Ab- schnitts 10 des Trägerkörpers 11 bis zu einer dem plattenförmigen Membrankörper 8 zugewandten Seite des eingebetteten Abschnitts 10 des Trägerkörpers 11 reicht. According to an expedient development of the invention, the embedded section 10 of the carrier body 11 has at least one through hole 29 which extends from a side of the embedded section 10 of the carrier body 11 facing the plate-shaped actuator 6 to a side of the carrier body 11 facing the plate-shaped membrane body 8 embedded portion 10 of the support body 11 is enough.
Figur 5 zeigt einen beispielhaften Trägerkörper mit einem beispielhaften Verfor- mungssensor 12 für eine Mikromembranpumpeinrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Aufsicht. FIG. 5 shows an exemplary support body with an exemplary deformation sensor 12 for a micromembrane pump device 1 according to the present invention in a schematic plan view.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der eingebettete Ab- schnitt 10 des Trägerkörpers 11, in der Richtung RI von dem plattenförmigen Aktor 6 zu dem plattenförmigen Membrankörper 8 gesehen, einen Rand 30 auf, welcher Einbuchtungen 31 aufweist. According to an advantageous further development of the invention, the embedded section 10 of the carrier body 11, viewed in the direction RI from the plate-shaped actuator 6 to the plate-shaped membrane body 8, has an edge 30 which has indentations 31.
Figur 6 zeigt eine vereinfachte Teilansicht einer Mikromembranpumpeinrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Seitenansicht in einem Ruhezustand. Dabei ist der Aktor 6 in seiner Ruhelage gezeigt, sodass sich auch der Membrankörper 8 in seiner Ruhelage befindet. FIG. 6 shows a simplified partial view of a micromembrane pump device 1 according to the present invention in a schematic side view in a state of rest. The actuator 6 is shown in its rest position, so that the membrane body 8 is also in its rest position.
Figur 7 zeigt eine vereinfachte Teilansicht einer Mikromembranpumpeinrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Seitenansicht beim Ein- lassen eines Fluids FL. Dabei ist der Aktor 6 so angesteuert, dass er sich so be- wegt, dass er zusammen mit dem Membrankörper 8 das Volumen der Pumpkam- mer 2 gegenüber demjenigen Volumen erhöht, welches die Pumpkammer 2 ein- nimmt, wenn der Aktor 6 sich in seiner Ruhelage befindet. FIG. 7 shows a simplified partial view of a micromembrane pump device 1 according to the present invention in a schematic side view when starting let a fluid FL. The actuator 6 is controlled in such a way that it moves in such a way that, together with the membrane body 8, it increases the volume of the pump chamber 2 compared to the volume that the pump chamber 2 occupies when the actuator 6 is in it Is in rest position.
Figur 8 zeigt eine vereinfachte Teilansicht einer Mikromembranpumpeinrichtung ge- mäß der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Seitenansicht beim Auslas- sen eines Fluids. Hierbei ist der Aktor 6 so angesteuert, dass er sich so bewegt, dass er zusammen mit dem Membrankörper 8 das Volumen der Pumpkammer 2 ge- genüber demjenigen Volumen verkleinert, welches die Pumpkammer 2 einnimmt, wenn der Aktor 6 sich in seiner Ruhelage befindet. FIG. 8 shows a simplified partial view of a micromembrane pump device according to the present invention in a schematic side view when a fluid is being discharged. The actuator 6 is controlled in such a way that it moves in such a way that, together with the membrane body 8, it reduces the volume of the pump chamber 2 compared to the volume that the pump chamber 2 occupies when the actuator 6 is in its rest position.
Der Volumenstrom des Fluids FL kann dabei erzeugt werden, indem der Aktor 6 pe- riodisch zwischen der in der Figur 7 gezeigten Position und der in der Figur 8 ge- zeigten Position hin und her bewegt wird. Denkbar ist aber auch, dass der Volumen- strom des Fluids FL eizeugt wird, in dem der Aktor 6 zwischen der in der Figur 6 ge- zeigten Position und der in der Figur 7 gezeigten Position hin und her bewegt wird. Ebenso ist es denkbar, dass der Volumenstrom des Fluids FL erzeugt wird, in dem der Aktor 6 zwischen der in der Figur 6 gezeigten Position und der in der Figur 8 ge- zeigten Position hin und her bewegt wird. The volume flow of the fluid FL can be generated in that the actuator 6 is periodically moved back and forth between the position shown in FIG. 7 and the position shown in FIG. However, it is also conceivable that the volume flow of the fluid FL is generated by moving the actuator 6 back and forth between the position shown in FIG. 6 and the position shown in FIG. It is also conceivable that the volume flow of the fluid FL is generated by moving the actuator 6 back and forth between the position shown in FIG. 6 and the position shown in FIG.
Obwohl hierin spezifische Ausführungsbeispiele der Erfindung illustriert und be- schrieben sind, ist es für Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung ersichtlich, dass die dargestellten und beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiele durch eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Ausführungsformen ersetzt werden können, ohne vom Gegenstand der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese Pa- tentanmeldung beabsichtigt, sämtliche Adaptionen oder Variationen der beschriebe- nen spezifischen Ausführungsbeispiele abzudecken. Daher ist vorgesehen, dass die Erfindung ausschließlich durch den Gegenstand der beigefügten Ansprüche und dessen Äquivalente eingeschränkt wird. Although specific embodiments of the invention are illustrated and described herein, it will be apparent to those skilled in the art to which the specific embodiments shown and described can be replaced by a variety of alternative and / or equivalent embodiments without departing from the subject matter of the present invention Invention deviate. This patent application intends to cover all adaptations or variations of the specific exemplary embodiments described. Therefore, it is intended that the invention be limited only by the subject matter of the appended claims and their equivalents.
Bezugszeichen: Reference number:
1 Mikromembranpumpeinrichtung 1 micromembrane pumping device
2 Pumpkammer 2 pumping chamber
3 Einlassventil 4 Auslassventil 3 inlet valve 4 exhaust valve
5 Membraneinrichtung 5 membrane device
6 Aktor 6 actuator
7 Beeinflussungseinrichtung7 influencing device
8 Membrankörper 8 membrane bodies
9 Kleberschicht 9 adhesive layer
10 eingebetteter Abschnitt 10 embedded section
11 T rägerkörper 11 support body
12 Verformungssensor 12 deformation sensor
13 nicht eingebetteten Abschnitt13 non-embedded section
14 Kontakte 14 contacts
15 Messleitung 15 test lead
16 Steuerleitung 16 control line
17 Heizdraht 17 heating wire
18 Kontakte 18 contacts
19 Versorgungsleitung 19 Supply line
20 Temperatursensor 20 temperature sensor
21 Kontakte 21 contacts
22 Messleitung 22 test lead
23 Zustandssensor 23 condition sensor
24 Kontakte 24 contacts
25 Messleitung 25 test lead
26 Fläche 26 area
27 Fläche 27 area
28 Fläche 28 area
29 Durchgangsloch 29 through hole
30 Rand 30 edge
31 Einbuchtungen 31 indentations
FL Fluid FL fluid
MS Messsignale MS measurement signals
ST Steuersignale ST control signals
EE elektrische Energie EE electrical energy
TMS Messsignale TMS measurement signals
ZMS Messsignale DMF measurement signals
RI Richtung RI direction

Claims

Patentansprüche Claims
1. Mikromembranpumpeinrichtung zum Pumpen eines Fluids (FL), aufweisend: eine Pumpkammer (2), welcher ein Einlassventil (3) zum Einlassen des Fluids (FL) in die Pumpkammer (2), ein Auslassventil (4) zum Auslassen des Fluids (FL) aus der Pumpkammer (2) und eine Membraneinrichtung (5) zum Variieren eines Volumens der Pumpkammer (1) zugeordnet ist, wobei die Membranein- richtung (5) einen plattenförmigen Aktor (6) zum Verformen der Membranein- richtung (5) aufweist; und eine Beeinflussungseinrichtung (7) zum Beeinflussen des plattenförmigen Ak- tors (6), um so das Volumen der Pumpkammer (2) zu beeinflussen; wobei die Membraneinrichtung (5) einen die Pumpkammer (2) begrenzenden plattenförmigen Membrankörper (8) aufweist; wobei der plattenförmige Aktor (6) auf einer der Pumpkammer (2) abgewandten Seite des plattenförmigen Membrankörpers (8) angeordnet ist; wobei der plattenförmige Aktor (6)mittels einer elektrisch isolierenden Kleber- schicht (9) an dem plattenförmigen Membrankörper (8) befestigt ist, so dass der plattenförmige Aktor (6) elektrisch isoliert gegenüber dem Membrankörper (8) ist; wobei innerhalb der elektrisch isolierenden Kleberschicht (9) zumindest ein ein- gebetteter Abschnitt (10) eines Trägerkörpers (11) angeordnet ist, an welchem oder in welchem ein Verformungssensor (12) zur Erfassung einer Verformung der Membraneinrichtung (5) angeordnet ist, um so das Volumen der Pumpkam- mer (2) zu erfassen; wobei die Beeinflussungseinrichtung (7), der plattenförmige Aktor (6) und der Verformungssensor (12) einen geschlossenen Regelkreis zur Regelung eines Verhältnisses zwischen einer Volumenänderung der Pumpkammer (2) während eines Arbeitszyklus der Mikromembranpumpeinrichtung (1) und einer Dauer des Arbeitszyklus der Mikromembranpumpeinrichtung (1) bilden. 1. Micromembrane pumping device for pumping a fluid (FL), comprising: a pumping chamber (2), which has an inlet valve (3) for admitting the fluid (FL) into the pumping chamber (2), an outlet valve (4) for discharging the fluid (FL ) from the pump chamber (2) and a membrane device (5) for varying a volume is assigned to the pump chamber (1), the membrane device (5) having a plate-shaped actuator (6) for deforming the membrane device (5); and an influencing device (7) for influencing the plate-shaped actuator (6) so as to influence the volume of the pump chamber (2); wherein the membrane device (5) has a plate-shaped membrane body (8) delimiting the pump chamber (2); wherein the plate-shaped actuator (6) is arranged on a side of the plate-shaped membrane body (8) facing away from the pump chamber (2); wherein the plate-shaped actuator (6) is attached to the plate-shaped membrane body (8) by means of an electrically insulating adhesive layer (9), so that the plate-shaped actuator (6) is electrically isolated from the membrane body (8); wherein at least one embedded section (10) of a carrier body (11) is arranged within the electrically insulating adhesive layer (9), on which or in which a deformation sensor (12) for detecting a deformation of the membrane device (5) is arranged, so as to to detect the volume of the pumping chamber (2); wherein the influencing device (7), the plate-shaped actuator (6) and the deformation sensor (12) form a closed control loop for regulating a ratio between a change in volume of the pump chamber (2) during a working cycle of the micromembrane pump device (1) and a duration of the working cycle of the micromembrane pump device ( 1) form.
2. Mikromembranpumpeinrichtung nach vorstehendem Anspruch, wobei die Kle- berschicht (9) flächig, insbesondere vollflächig, an einer dem Membrankörper (8) zugewandten Seite des plattenförmigen Aktors (6) anliegt und/oder wobei die Kleberschicht (9) flächig, insbesondere vollflächig, an einer dem plattenför- migen Aktor (6) zugewandten Seite des Membrankörpers (8) anliegt. 2. Micromembrane pump device according to the preceding claim, wherein the adhesive layer (9) lies flat, in particular over the entire surface, on a side of the plate-shaped actuator (6) facing the membrane body (8) and / or wherein the adhesive layer (9) flat, in particular over the entire surface, rests against a side of the membrane body (8) facing the plate-shaped actuator (6).
3. Mikromembranpumpeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wo- bei die Kleberschicht (9) einen ausgehärteten Flüssigkleber, eine ausgehärtete Klebepaste und/oder eine Klebefolie umfasst. 3. Micromembrane pump device according to one of the preceding claims, wherein the adhesive layer (9) comprises a hardened liquid adhesive, a hardened adhesive paste and / or an adhesive film.
4. Mikromembranpumpeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wo- bei die Kleberschicht (9) ein temperaturaushärtendes Material, ein anaerob aus- härtendes Material, ein durch UV-Strahlung aushärtendes Material, ein durch einen Aktivator aushärtendes Material, ein durch Luftfeuchtigkeit aushärtendes Material, ein durch Trocknung aushärtendes Material und/oder ein Schmelz- klebstoffmaterial umfasst. 4. Micromembrane pump device according to one of the preceding claims, wherein the adhesive layer (9) is a temperature-hardening material, an anaerobically hardening material, a material hardening by UV radiation, a material hardening by an activator, a material hardening by humidity Comprises material hardening by drying and / or a hot melt adhesive material.
5. Mikromembranpumpeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wo- bei der plattenförmige Aktor (6) ein elektromagnetischer Aktor, ein ein- oder mehrlagiger piezoelektrischer Aktor, ein Formgedächtnisaktor oder ein bimetalli- scher Aktor ist. 5. Micromembrane pump device according to one of the preceding claims, wherein the plate-shaped actuator (6) is an electromagnetic actuator, a single-layer or multi-layer piezoelectric actuator, a shape memory actuator or a bimetallic actuator.
6. Mikromembranpumpeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wo- bei der Trägerkörper (11) ein oder mehrere elektrisch isolierende Materialien umfasst. 6. Micromembrane pump device according to one of the preceding claims, wherein the carrier body (11) comprises one or more electrically insulating materials.
7. Mikromembranpumpeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wo- bei der Trägerkörper (11) Glas, ein oder mehrere Halbleitermaterialien, ein oder mehrere Kompositwerkstoffe, ein oder mehrere polymerische Materialien oder ein oder mehrere keramische Materialien umfasst. 7. Micromembrane pump device according to one of the preceding claims, wherein the carrier body (11) comprises glass, one or more semiconductor materials, one or more composite materials, one or more polymeric materials or one or more ceramic materials.
8. Mikromembranpumpeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wo- bei der Verformungssensor (12) ein Dehnungsmessstreifen, insbesondere ein resistiver, kapazitiver oder piezoresistiver Dehnungsmessstreifen, ist. 8. Micromembrane pump device according to one of the preceding claims, wherein the deformation sensor (12) is a strain gauge, in particular a resistive, capacitive or piezoresistive strain gauge.
9. Mikromembranpumpeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wo- bei der Verformungssensor (12) ein Kraftsensor ist. 9. Micromembrane pump device according to one of the preceding claims, wherein the deformation sensor (12) is a force sensor.
10. Mikromembranpumpeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wo- bei der Membrankörper (8) ein Metall, ein Halbleitermaterial und/oder einen Kunststoff umfasst. 10. Micromembrane pump device according to one of the preceding claims, wherein the membrane body (8) comprises a metal, a semiconductor material and / or a plastic.
11. Mikromembranpumpeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wo- bei zumindest ein Teil einer zur Auswertung von Signalen des Verformungs- sensors (12) an oder in dem Trägerkörper (11) angeordnet ist. 11. Micromembrane pump device according to one of the preceding claims, wherein at least part of a device for evaluating signals from the deformation sensor (12) is arranged on or in the carrier body (11).
12. Mikromembranpumpeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wo- bei die Beeinflussungseinrichtung (7) zur Erkennung von Betriebsstörungen der Mikromembranpumpeinrichtung (1) anhand von Messsignalen (MS) des Verfor- mungssensors (12) ausgebildet ist. 12. Micromembrane pump device according to one of the preceding claims, wherein the influencing device (7) is designed to detect malfunctions in the micromembrane pump device (1) on the basis of measurement signals (MS) from the deformation sensor (12).
13. Mikromembranpumpeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Trägerkörper (11) einen nicht eingebetteten Abschnitt (13) aufweist, welcher aus der Kleberschicht (9) herausgeführt ist, wobei an dem nicht eingebetteten Abschnitt (13) Kontakte (14) zum Abgreifen von Messsignalen (MS) des Verfor- mungssensors (12) angebracht sind, welche mit dem Verformungssensor (12) elektrisch verbunden sind. 13. Micromembrane pump device according to one of claims 1 to 11, wherein the carrier body (11) has a non-embedded portion (13) which is led out of the adhesive layer (9), wherein on the non-embedded portion (13) contacts (14) to Pick-up of measurement signals (MS) of the deformation sensor (12) are attached, which are electrically connected to the deformation sensor (12).
14. Mikromembranpumpeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei an oder in dem eingebetteten Abschnitt (10) ein Heizdraht (17) angeordnet ist. 14. Micromembrane pump device according to one of claims 1 to 12, wherein a heating wire (17) is arranged on or in the embedded section (10).
15. Mikromembranpumpeinrichtung nach vorstehendem Anspruch, wobei der Trä- gerkörper (11) einen nicht eingebetteten Abschnitt (13) aufweist, welcher aus der Kleberschicht (9) herausgeführt ist, wobei an dem nicht eingebetteten Ab- schnitt (13) Kontakte (18) zum Beaufschlagen des Heizdrahtes (17) mit elektri- scher Energie (EE) angebracht sind, welche mit dem Heizdraht (17) elektrisch verbunden sind. 15. Micromembrane pump device according to the preceding claim, wherein the carrier body (11) has a non-embedded section (13) which is led out of the adhesive layer (9), with contacts (18) to the non-embedded section (13) Charging the heating wire (17) with electrical energy (EE) are attached, which are electrically connected to the heating wire (17).
16. Mikromembranpumpeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei an oder in dem eingebetteten Abschnitt (10) ein Temperatursensor (20) angeord- net ist. 16. Micromembrane pump device according to one of claims 1 to 12, a temperature sensor (20) being arranged on or in the embedded section (10).
17. Mikromembranpumpeinrichtung nach vorstehendem Anspruch, wobei der Trä- gerkörper (11) einen nicht eingebetteten Abschnitt (13) aufweist, welcher aus der Kleberschicht (9) herausgeführt ist, wobei an dem nicht eingebetteten Ab- schnitt (13) Kontakte (21) zum Abgreifen von Messsignalen (TMS) des Tempe- ratursensors (20) angebracht sind, welche mit dem Temperatursensor (20) elektrisch verbunden sind. 17. Micromembrane pump device according to the preceding claim, wherein the carrier body (11) has a non-embedded section (13) which is led out of the adhesive layer (9), with contacts (21) on the non-embedded section (13) for Pick-up of measurement signals (TMS) of the temperature sensor (20) are attached, which are electrically connected to the temperature sensor (20).
18. Mikromembranpumpeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei an oder in dem eingebetteten Abschnitt (10) ein Zustandssensor (23), insbeson- dere ein Feuchtesensor oder ein chemischer Sensor, zur Kontrolle eines Zu- standes der Kleberschicht (9) angeordnet ist. 18. Micromembrane pump device according to one of claims 1 to 12, a condition sensor (23), in particular a humidity sensor or a chemical sensor, for checking a condition of the adhesive layer (9) being arranged on or in the embedded section (10) .
19. Mikromembranpumpeinrichtung nach vorstehendem Anspruch, wobei der Trä- gerkörper (11) einen nicht eingebetteten Abschnitt (13) aufweist, welcher aus der Kleberschicht (9) herausgeführt ist, wobei an dem nicht eingebetteten Ab- schnitt (13) Kontakte (24) zum Abgreifen von Messsignalen (ZMS) des Zu- standssensors (23) angebracht sind, welche mit dem Zustandssensor (23) elektrisch verbunden sind. 19. Micromembrane pump device according to the preceding claim, wherein the carrier body (11) has a non-embedded section (13) which is led out of the adhesive layer (9), with contacts (24) to the non-embedded section (13) Pick-up of measurement signals (ZMS) of the status sensor (23) are attached, which are electrically connected to the status sensor (23).
20. Mikromembranpumpeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wo- bei der eingebettete Abschnitt (10) des Trägerkörpers (11), in einer Richtung (RI) von dem plattenförmigen Aktor (6) zu dem plattenförmigen Membrankörper (8) gesehen, eine Fläche (26) aufweist, welche geringer ist als eine dem einge- betteten Abschnitt (10) des Trägerkörpers (11) zugewandten Fläche (27) des plattenförmigen Membrankörpers (8), und welche geringer ist als eine dem ein- gebetteten Abschnitt (10) des Trägerkörpers (11) zugewandten Fläche (28) des plattenförmigen Aktors (6). 20. Micromembrane pump device according to one of the preceding claims, wherein the embedded section (10) of the carrier body (11), viewed in a direction (RI) from the plate-shaped actuator (6) to the plate-shaped membrane body (8), has a surface (26) ), which is smaller than a surface (27) of the plate-shaped membrane body (8) facing the embedded section (10) of the support body (11), and which is smaller than an area (27) of the embedded section (10) of the support body ( 11) facing surface (28) of the plate-shaped actuator (6).
21. Mikromembranpumpeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wo- bei der eingebettete Abschnitt (10) des Trägerkörpers (11) wenigstens ein Durchgangsloch (29) aufweist, welches von einer dem plattenförmigen Aktor (6) zugewandten Seite des eingebetteten Abschnitts (10) des Trägerkörpers (11) bis zu einer dem plattenförmigen Membrankörper (8) zugewandten Seite des eingebetteten Abschnitts (10) des Trägerkörpers (11) reicht. 21. Micromembrane pump device according to one of the preceding claims, wherein the embedded portion (10) of the carrier body (11) has at least one through hole (29) which is from a side of the embedded portion (10) of the carrier body facing the plate-shaped actuator (6) (11) extends as far as a side of the embedded section (10) of the carrier body (11) facing the plate-shaped membrane body (8).
22. Mikromembranpumpeinrichtung nach einem der Ansprüche 20 oder 21, wobei der eingebettete Abschnitt (10) des Trägerkörpers (11), in der Richtung (RI) von dem plattenförmigen Aktor (6) zu dem plattenförmigen Membrankörper (8) ge- sehen, einen Rand (30) aufweist, welcher Einbuchtungen (31) aufweist. 22. Micromembrane pump device according to one of claims 20 or 21, wherein the embedded section (10) of the carrier body (11), seen in the direction (RI) from the plate-shaped actuator (6) to the plate-shaped membrane body (8), has an edge (30) which has indentations (31).
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