WO2009059664A1 - Verfahren zum fördern eines fluids und mikropumpe hierfür - Google Patents
Verfahren zum fördern eines fluids und mikropumpe hierfür Download PDFInfo
- Publication number
- WO2009059664A1 WO2009059664A1 PCT/EP2008/008177 EP2008008177W WO2009059664A1 WO 2009059664 A1 WO2009059664 A1 WO 2009059664A1 EP 2008008177 W EP2008008177 W EP 2008008177W WO 2009059664 A1 WO2009059664 A1 WO 2009059664A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- pumping
- fluid
- chamber
- pumping chambers
- valves
- Prior art date
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims abstract description 47
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims abstract description 85
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 27
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 14
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 7
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 5
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims description 5
- 229920000491 Polyphenylsulfone Polymers 0.000 claims description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 4
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 2
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 claims description 2
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 23
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 5
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 4
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 230000002572 peristaltic effect Effects 0.000 description 2
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- MOVRNJGDXREIBM-UHFFFAOYSA-N aid-1 Chemical compound O=C1NC(=O)C(C)=CN1C1OC(COP(O)(=O)OC2C(OC(C2)N2C3=C(C(NC(N)=N3)=O)N=C2)COP(O)(=O)OC2C(OC(C2)N2C3=C(C(NC(N)=N3)=O)N=C2)COP(O)(=O)OC2C(OC(C2)N2C3=C(C(NC(N)=N3)=O)N=C2)COP(O)(=O)OC2C(OC(C2)N2C(NC(=O)C(C)=C2)=O)COP(O)(=O)OC2C(OC(C2)N2C3=C(C(NC(N)=N3)=O)N=C2)COP(O)(=O)OC2C(OC(C2)N2C3=C(C(NC(N)=N3)=O)N=C2)COP(O)(=O)OC2C(OC(C2)N2C3=C(C(NC(N)=N3)=O)N=C2)COP(O)(=O)OC2C(OC(C2)N2C(NC(=O)C(C)=C2)=O)COP(O)(=O)OC2C(OC(C2)N2C3=C(C(NC(N)=N3)=O)N=C2)COP(O)(=O)OC2C(OC(C2)N2C3=C(C(NC(N)=N3)=O)N=C2)COP(O)(=O)OC2C(OC(C2)N2C3=C(C(NC(N)=N3)=O)N=C2)COP(O)(=O)OC2C(OC(C2)N2C(NC(=O)C(C)=C2)=O)COP(O)(=O)OC2C(OC(C2)N2C3=C(C(NC(N)=N3)=O)N=C2)COP(O)(=O)OC2C(OC(C2)N2C3=C(C(NC(N)=N3)=O)N=C2)COP(O)(=O)OC2C(OC(C2)N2C3=C(C(NC(N)=N3)=O)N=C2)CO)C(O)C1 MOVRNJGDXREIBM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010009 beating Methods 0.000 description 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 1
- 210000001124 body fluid Anatomy 0.000 description 1
- 239000010839 body fluid Substances 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000002537 cosmetic Substances 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000005459 micromachining Methods 0.000 description 1
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
- F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
- F04B43/04—Pumps having electric drive
- F04B43/043—Micropumps
- F04B43/046—Micropumps with piezoelectric drive
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B19/00—Machines or pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B17/00
- F04B19/006—Micropumps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
- F04B43/08—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having tubular flexible members
- F04B43/09—Pumps having electric drive
- F04B43/095—Piezoelectric drive
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T137/00—Fluid handling
- Y10T137/0318—Processes
- Y10T137/0396—Involving pressure control
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T137/00—Fluid handling
- Y10T137/8593—Systems
- Y10T137/85978—With pump
Definitions
- the invention relates to the field of pumped delivery, and more particularly to methods of pumping small and minute quantities of fluid, and more particularly to pumps constructed of pumping chambers, diaphragm actuators and valves.
- BESTATIGUNGSKOPIE Gas bubbles can, for example, occur during the first use of the pump, by bubbles already present in the pumping medium, by the formation of gas bubbles from a gas initially dissolved in the liquid, or by a strong negative pressure.
- pumps based on silicon are known from the prior art, in which essential parts such as pumping diaphragm and / or valves made of silicon are produced by means of etching techniques.
- Such a construction can be found, inter alia, in H.T. G. van Lintel, F. CM. Van de Pol, "A Piezoelectric Micropump Based on Micromachining of Silicon," Sensors and Actuators, 15, 1988, pp. 153-167
- Such pumps generally are sensitive to gas bubbles in the fluid stream and are therefore often lined with hydrophilic coatings, the high Hydrophilicity of the base material silicon is advantageous, however, the possibilities of avoiding problems caused by gas bubbles entrained in the fluid flow are limited, in particular in the case of single-chamber pumps.
- peristaltic pumps which have the ability due to their multi-chamber structure to press gas bubbles, which are located in a first chamber, by emptying them in the next chamber, without any risk of retraction of the gas bubble.
- Such a structure is for example the document WO 95/20105 removable.
- the juxtaposition of several individual pumps creates a pump cascade. By a phase offset, which is for example in three chambers 120 °, a continuous transport of the fluid is achieved in one direction.
- the object of the invention is therefore to provide a device and a method for conveying fluids, which is miniaturizable, energy-saving and bubble-tolerant and also allows effective promotion.
- the invention particularly relates to an apparatus and a method for the bubble-tolerant and effective delivery of a fluid, which, due to its simple and robust construction, especially for use in the
- Microsystem technology such as in the field of life sciences, medical technology, personal hygiene, cosmetics, etc. Also, the above invention is well suited for use in environmental technology, in toys or other particularly harsh environments.
- the invention comprises in particular the following basic components:
- the volume changes of the pumping chambers essentially each run periodically at a substantially identical frequency f;
- Chamber volumes where N corresponds to the number of pumping chambers and each actuator can be assigned to a specific pumping chamber
- a common inlet and a common outlet each of which is independent of the other and Preferably, it is designed so that it can be designed elastic hoses, or according to alternative embodiments as a screw thread, as a Luer connection, as a bore or as a plug connection;
- a common housing into which the components described can be integrated.
- the invention is characterized in particular by the fact that the N pumping chambers are arranged serially one behind the other, and that the forms of the periods of the volume changes of all pumping chambers are substantially identical, and that between the volume change of the chamber volume of two successive pumping chambers an ideal phase offset PHI of approximately 180 ° exists.
- actuators their control takes place, for example, electrically, mechanically, magnetically, and preferably the drive curve of the actuator predetermines the change in volume in the respective pumping chamber.
- An ideal phase offset is from an actual one
- Phase offset PHI * delimit By this it is meant that in certain circumstances, as will be shown, a deliberate deviation from the ideal value can be sought, but that in the basic configuration from each pumping chamber to the next, a phase shift PHI of 180 ° is to be set.
- the first and third would be in phase, and the second and fourth would be just opposite the first and third chambers.
- N 2, so it consists of just two pumping chambers. This is the smallest of the possible chamber numbers;
- the device is capable, provided it has a structure according to the teaching set forth herein and is used in accordance with the method according to the invention to be described, all the requirements as set forth above
- the actual phase offset PHI * should preferably deviate not more than + 7% and more preferably not more than + 3% from the ideal phase offset PHI.
- these numbers may vary; In general, a smaller deviation is always preferable.
- the N. and the N + 2. Actuator are each addressed with the same control curve, so that at least all even or all odd pumping chambers work in exactly the same phase.
- the device according to the invention is intended for use with fluids.
- the fluid may be a liquid, a gas, or a liquid-gas mixture, in which the gas may be dissolved in the liquid and / or in the form of bubbles.
- Such liquids can for example, be blood or other body fluids in which dissolved gas is present, which shows under certain pressure changes in the form of (mostly undesirable) gas bubbles, which in turn can block the pumping device.
- gas bubbles can no longer lead to a blockage of the pumping device, which is of particular importance in the field of medical technology.
- each pumping chamber preferably comprises at least one own inlet valve and / or at least one outlet valve, and particularly preferably two separate inlet valves and two separate outlet valves.
- the valves are arranged and configured such that the directional changes in the fluid flow caused by them are minimized. This minimizes the energy required to transport the fluid and further reduces the likelihood of gas bubbles settling.
- the exact configuration of the fluid components depends on the type of actuators used, pumping chamber shapes, etc.; As a rule, however, it can be said that angle changes in the fluid path should not be abrupt and in particular right angles should be avoided. Change from one fluid level to another Sufficiently slow and shallow, meaning that the bore connecting both fluid planes should have a diameter at least as long as their length.
- this is characterized in that it comprises the change of the respective chamber volumes Piezomembranaktuatoren.
- disk or plate-shaped actuators are particularly preferred.
- Actuators for changing the respective chamber volumes conceivable, such as mechanical, thermal, magnetic, electrostatic or other, a change in the chamber volume inducing actuators, in particular those are particularly preferred, which have a particularly low energy and space requirements.
- all components in contact with the fluid are made of polyphenylsulfone (PPSU).
- PPSU polyphenylsulfone
- This material offers desirable advantages, in particular with regard to the joining and manufacturing methods preferred for joining the invention.
- the invention is in no way limited to this material.
- it may be necessary to specially coat the fluid-related parts in the medical or environmental field, for example by biocompatible or other, especially inert, materials to adapt the device to the specific requirements.
- other materials, like Silicon, metals or glasses are conceivable, it being necessary to ensure in the case of materials which are less extensible that the actuators can still lead to a change in the chamber volume according to the invention.
- all the components to be connected to one another can be connected by means of the "laser transmission welding.”
- This method is particularly suitable for joining plastics and, in addition to short production times, offers the possibility of producing a hermetically sealed connection without adhesives, and of strength Depending on the wavelength of the laser used for welding, care must be taken to connect one absorbing and one transparent component to each other.
- the device comprises geometric configurations such that a faulty assembly of the components is largely excluded.
- This is particularly advantageous if the assembly of the device is done manually, and as a result of possibly similar components of the individual pumping chambers, or due to almost symmetrical configurations of these components there is a risk of confusion. Since the correction of such incorrect assembly costs time and at worst results in defective pumps, such mounting errors are to be avoided in any case.
- This can according to the invention be done by the fact that certain marks or projections are on the housing, which allow the mounting of other components only in a very specific way, so that incorrect installation is practically impossible, since they attract attention immediately or are possible only with damage of the component.
- Such mounting aids are therefore preferably made of one or more raised parts and with these corresponding recesses on other components. Particular preference is given to those embodiments which extend in a direction perpendicular to the individual layers or functional planes through the entire housing, so that only a minimal number of such embodiments is necessary.
- the device is characterized in that the necessary for the production of a single pumping chamber components, in particular the or the valves and the actuator, compared to the components required for the production of another pumping chamber of the same device substantially interchangeable or identical with these is designed or are.
- all actuators, all valves and possibly other components that are repeated in each pumping chamber are in each case configured identically.
- the costs are minimized in the production, since a correspondingly larger number of identical components can normally be produced more cost-effectively than several different variants with correspondingly smaller numbers.
- the device comprises the following components, wherein the enumeration order essentially corresponds to the assembly order:
- a bottom element with a recess, and an inlet leading into the recess and an outlet leading out of the recess, and also between the inlet and the outlet in the same plane fluid structures for guiding the fluid to be conveyed to the valves and for fluidic Konnekttechnik both pumping chambers and for connection to the inlet and the outlet;
- valve film which is inserted into the recess and carries the moving parts of the valves
- a protective layer which can be inserted into the recess above the intermediate layer and which forms, with the intermediate layer, two cavities lying in a plane, which serve as pumping chambers;
- each actuator is arranged in each case congruent with the underlying pumping chamber, and wherein by operation of the actuator, the chamber volume of the associated pumping chamber is variable;
- a cover element the outer contours of which substantially correspond to those of the floor element, and which can be placed on the floor element and which, after being connected to the floor element, terminates the recess in such a way that the components located in its interior are protected from external influences.
- the bottom element, the intermediate layer and the cover element can be connected to one another in a fluid-tight manner.
- the device is not constructed as described above as an integrated variant, but by juxtaposing separate individual pumps. It thus consists of a serial arrangement of N separate, each comprising only a single pumping chamber individual pumps, which are designed to be connected to each other by means of fluidic lines.
- Such lines are preferably made of a material as unyielding material to avoid the loss of energy by (unwanted) widening of the lines in each pumping cycle. Therefore, such lines are particularly preferably as short as possible, for example not more than 10 centimeters, to design.
- the control of the individual pumps is of course again according to the pattern described above, according to which there is a phase offset PHI of 180 ° between each successive pumping chambers.
- the device is designed so that information about the delivery state during operation can be obtained.
- the device comprises the following features:
- At least one of the actuators is designed to be switched off.
- a circuit arrangement may preferably be provided, which not only allows the frequency-controlled operation of the actuator, but also has a control possibility, which allows a temporary or permanent exposure of at least one or more actuators during operation.
- the exposure signal can, for example, "migrate" in the direction of flow from the first actuator, so that only one, but not always, the same actuator is temporarily stopped.
- a circuit arrangement which makes it possible to detect the shape change of the actuator produced by means of fluid pressure at the at least one deactivated actuator during operation of the device with one or more non-deactivated actuators.
- the circuit arrangement allows a read-out of the "passive" operation, ie without drive energy, caused changes in shape of the at least one deactivated actuator.
- a voltage is induced by an externally applied change in shape, for example by a change in pressure in the pumping chamber, which voltage can then be conducted to the outside via suitable electrical leads and measured there.
- the already existing lines which are necessary for the operation of the respective actuator can be used with particular preference.
- the circuit provided for the readability of the shape changes according to the invention is particularly preferably integrated into the circuit for activating and temporarily switching off the actuator or actuators and, if desired, equipped with an interface to a control panel, a computer or a radio transmitter.
- the method is suitable for the bubble-tolerant and efficient delivery of a fluid, wherein it advantageously cooperates with a device which:
- - consists of a number of N ⁇ 2 pumping chambers with N separate chamber volumes, each of which is independently variable from the other, wherein the volume changes of the pumping chambers substantially each periodically run at a substantially same frequency f;
- N comprises actuators for changing the respective chamber volumes
- the N pumping chambers are arranged serially one behind the other.
- the inventive process requires that the shapes of the periods of changes in volume of all the pump chambers are substantially "are identical, and that the pump chambers are controlled in such a way so that there is between the volume change of the chamber volume between two successive pumping chambers an ideal phase offset PHI of about 180 °.
- Pumping chambers consists.
- the phase offset between the first and the second pumping chamber is 180 ° in accordance with the method according to the invention.
- an actual phase offset PHI * does not deviate more than ⁇ 7% and in a particularly preferred embodiment not more than ⁇ 3% from the ideal phase offset PHI.
- the rule is that smaller deviations from the ideal value are always to be preferred.
- the process according to the invention is particularly preferably suitable for conveying fluids which are selected from the group of liquids, gases and liquid-gas mixtures, the process being in the case of a mixture both dissolved in the liquid and as Bubbles present gas fractions is suitable.
- the change in the volume of each pumping chamber takes place in accordance with a rectangular curve.
- electrically driven actuators e.g. Piezoactuators
- the actuator moves accordingly, resulting in the optimal case of an approximately rectangular running cyclic volume change of the respective pumping chamber.
- appropriate correction factors or functions can be used.
- the rising and / or falling edge of the square-wave voltage / curve is rounded in such a way that cavitation effects in the pumping chamber caused by insufficient chamber pressure are avoided.
- a negative pressure can develop in the pumping chamber which leads to spontaneous gas bubble formation, since the boiling point in a fluid depends on its pressure state and also drops sharply at lower pressures, in extreme cases up to room temperature.
- the subsequent collapse of the cavitation gas bubbles during normalization of the pressure results in strong pressure waves, which can lead to significant material damage in the event of permanent occurrence and should therefore be avoided.
- the frequencies f of the volume changes of successive pumping chambers can have a difference ⁇ temporarily or continuously.
- This difference is to be regarded as a deliberate, deliberately set difference in the frequency of the individual chambers. If, for example, the difference is just 1 Hz at an operating frequency of 100 Hz, the differing chamber again reaches the same phase offset after 100 cycles as at the beginning of the induced one
- the difference ⁇ may be different in magnitude and different in length in order to obtain an optimum result.
- the difference ⁇ is preferably less than 1% of the frequency f and particularly preferably less than 0.1% of the frequency f.
- the fault detection can only be temporarily assumed by one or more actuators, or one or more actuators can be permanently converted as fault sensors. Similarly, the reading of one or more separately introduced and unspecified here sensors can temporarily serve to detect malfunctions.
- Fig. 1 exploded view of the device according to the invention
- Fig. 2 optimized curve for control or volume change
- Fig. 4 Curve course at 180 ° offset phases; Duty cycle ⁇ 1: 1
- FIG. 1 shows an exploded view of a particularly preferred embodiment of the device 1 according to the invention.
- This consists of a layer-like structure 1, which in the case illustrated comprises two pumping chambers 2.
- the structure 1 consists in detail of the following components:
- the bottom element comprises ⁇ a recess 7 ', in which all the following components on or be placed.
- the bottom element preferably also includes the inlet 4 and outlet 5 necessary for conveying the fluid, which, as shown here, for example each formed as a tubular connection. Of course, other, adapted to the particular application connector types are conceivable.
- the bottom element comprises parts of the necessary for the valves 3 fluid channels, preferably in
- the bottom element carries as an assembly aid raised parts of the same 1 '' in the form of geometric features, which are arranged such that they cooperate with the recesses of the mounting aid I 1 ''.
- valve film 8 which carries the moving parts of the valves 3 and is inserted into the bottom element.
- the valve film comprises the moving parts of both the intake valves 3 'of each pumping chamber and the moving parts of the respective exhaust valves 3 ".
- the valve film also includes the recesses of the mounting aid 1 '' ', which serve a faultless installation of the valve film.
- a protective layer 10 which is applied to the intermediate layer and thus closes the pumping chamber fluidically upwards. Accordingly, the protective layer must be firmly connected to the intermediate layer so that fluid can not flow out or over either at its circumference or in the area between the pumping chambers.
- laser transmission welding is used.
- Alternative manufacturing methods are gluing, ultrasonic welding, or mechanical clamping of the respective components.
- Each of the actuators is geometrically adapted to the underlying pump chamber 2 and carries for electrical contacting corresponding electrodes 6 '. Connected to these is an electrical connection 6 '', which can be guided out of the housing of the device 1, and which holds a sufficient number of individual cores for connecting each actuator.
- FIG. 2 shows a diagram in which the abscissa represents the time on which the ordinate represents the actuator voltage U (hereinafter referred to as the "control curve") and / or the volume of a pumping chamber (referred to below as the "chamber volume curve").
- the illustrated amount of time corresponds to just one period, ie the time necessary for a single pumping cycle of a pumping chamber.
- the dashed line shows an ideal rectangle curve.
- both the rising flank A and the falling flank B of this curve can be rounded, so that a curve corresponding to the solid line results, which represents the optimized curve.
- this rounding serves to avoid pressure change peaks, which can lead to undesired cavitation bubble formation.
- the exact optimized shapes of the fillets must be determined depending on the precise geometric design of the pump chambers, the fluid channels and the height of the operating pressures. This can be done for example by calculation, simulation and / or the execution of test series. The form shown here is therefore to be understood only as a symbol and does not correspond to the actual, optimal form of the control or chamber volume curve.
- FIG. 3 shows a diagram with the same
- Duty cycle is not the same size, resulting in images in which the wake of the second drive curve does not correspond accordingly as a reflection of the first.
- Phase response PHI again 180 °, but the duty cycle is approximately 1: 3 (the period at which the curve shows a high value is much shorter than the part at which it is close to zero).
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Reciprocating Pumps (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum blasentoleranten und effektiven Fördern eines Fluids. Die Vorrichtung umfasst dabei eine Anzahl von N ≥ 2 Pumpkammern mit N separaten Kammervolumen, von denen jedes unabhängig von dem bzw. den anderen veränderbar ist. Die Volumenänderungen der Pumpkammern verlaufen im Wesentlichen jeweils periodisch mit einer im Wesentlichen gleichen Frequenz (f) verlaufen. Die Vorrichtung umfasst weiter N Aktuatoren zur Veränderung der jeweiligen Kammervolumina, sowie Ventile zur Festlegung der Pumprichtung, und schließlich einen gemeinsamen Einlass und Auslass. Die Pumpkammern der Vorrichtung sind seriell hintereinander angeordnet, und die Formen der Perioden der Volumenänderungen aller Pumpkammern sind im Wesentlichen identisch. Außerdem besteht zwischen der Volumenänderung des Kammervolumens zweier aufeinander folgender Pumpkammern ein idealer Phasenversatz PHI von ungefähr 180°.
Description
Internationale Patentanmeldung 4901
Bartels Mikrotechnik GmbH 25.09.2008
Verfahren zum Fördern eines Fluids und Mikropumpe hierfür
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Pump-Fördertechnik, und insbesondere Verfahren zum Pumpen kleiner und kleinster Mengen eines Fluids, und hier insbesondere Pumpen, welche aus Pumpkammern, Membranaktuatoren und Ventilen aufgebaut sind.
Stand der Technik und Nachteile
Pumpen zum Fördern von Fluiden, also Gasen und Flüssigkeiten sowie Gemischen derselben sind seit langem bekannt und in einer großen Vielfalt erhältlich.
Auch die im Vergleich zu anderen Industriezweigen noch junge Disziplin der Mikrosystemtechnik bedarf entsprechender Fördermittel. Einige der aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannten Pumptechniken wurden in den letzten Jahren mit unterschiedlichem Erfolg auf das Gebiet der Mikrosystemtechnik übertragen. Ein häufig unterschätztes Problem besteht hier in der
Bereitstellung einer blasentoleranten Vorrichtung, da aufgrund der geringen Ausmaße der in Mikropumpen eingesetzten Pumpkammern bereits kleinste Blasen zu Verstopfungen der Kanäle und/oder der Pumpkammern führen.
BESTATIGUNGSKOPIE
Gasblasen können beispielsweise beim ersten Einsatz der Pumpe, durch im Pumpmedium bereits vorhandene Blasen, durch das Entstehen von Gasblasen aus einem zunächst in der Flüssigkeit gelösten Gases, oder durch starken Unterdruck entstehen.
Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise Pumpen auf Siliziumbasis bekannt, bei denen wesentliche Teile wie Pumpmembran und/oder Ventile aus Silizium mittels Ätztechniken hergestellt werden. Eine solche Konstruktion findet sich unter Anderem in H. T. G. van Lintel, F. CM. van de Pol, „A piezoelectric micropump based on micromachining of Silicon", Sensors and Actuators, 15 1988, S. 153-167. Derartige Pumpen reagieren im Allgemeinen empfindlich auf Gasblasen im Fluidstrom und werden daher häufig mit hydrophilen Beschichtungen ausgekleidet, wobei die hohe Hydrophilität des Grundmaterials Silizium von Vorteil ist. Die Möglichkeiten der Vermeidung von Problemen durch im Fluidstrom mittransportierte Gasblasen sind jedoch begrenzt, insbesondere im Falle von Einkammerpumpen.
Als Antrieb werden zumeist piezokeramische sowie thermisch, elektrostatisch oder elektromagnetisch wirkende Aktuatoren eingesetzt.
Weiterhin werden Peristaltikpumpen beschrieben, die aufgrund ihres Mehrkammeraufbaues die Fähigkeit besitzen, Gasblasen, die sich in einer ersten Kammer befinden, durch Entleeren derselben in die nächste Kammer zu pressen, ohne dass eine Gefahr des Zurückwanderns der Gasblase besteht. Ein solcher Aufbau ist beispielsweise
der Druckschrift WO 95/20105 entnehmbar. Durch die Aneinanderreihung mehrerer Einzelpumpen entsteht eine Pumpenkaskade. Durch einen Phasenversatz, der beispielsweise bei drei Kammern 120° beträgt, wird ein kontinuierlicher Transport des Fluids in eine Richtung erreicht.
Wenngleich derartige Peristaltikpumpen auf der einen Seite robust gegen Gasblasen im Fluid reagieren, benötigen sie immer mindestens drei Kammern, da sonst der Phasenversatz 180° betragen würde, so dass die
Förderrichtung nicht mehr definiert wäre. Weiterhin benötigt der Antrieb der drei oder mehr Kammern entsprechend viel Raum und Energie zum Betrieb.
Aufgabe der Erfindung und Lösung
Aufgabe der Erfindung ist daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Fördern von Fluiden bereitzustellen, welches miniaturisierbar, energiesparend und blasentolerant ist und außerdem eine effektive Förderung gestattet.
Dementsprechend wird eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 13 vorgeschlagen. Weitere Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen aufgeführt und der nachfolgenden Beschreibung sowie den begleitenden Zeichnungen zu entnehmen.
Beschreibung
Die Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zum blasentoleranten und effektiven Fördern eines Fluids, die aufgrund ihres einfachen und robusten Aufbaues besonders für den Einsatz in der
Mikrosystemtechnik geeignet sind, wie zum Beispiel im Gebiet der Lebenswissenschaften, der Medizintechnik, der Körperhygiene, der Kosmetik usf. Ebenso ist die vorstehende Erfindung gut für den Einsatz in der Umwelttechnologie, in Spielzeugen oder anderen, besonders rauen Umgebungen geeignet.
Demnach umfasst die Erfindung insbesondere folgende Grundkomponenten :
- eine Anzahl von mindestens zwei Pumpkammern, von denen jede ein eigenes Kammervolumen aufweist, und von denen jedes Kammervolumen unabhängig von allen anderen veränderbar ist. Dabei verlaufen die Volumenänderungen der Pumpkammern im Wesentlichen jeweils periodisch mit einer im Wesentlichen gleichen Frequenz f;
- N Aktuatoren zur Veränderung der jeweiligen
Kammervolumina, wobei N der Anzahl der Pumpkammern entspricht und jeder Aktuator einer bestimmten Pumpkammer zugeordnet werden kann;
eines oder mehrere Ventile zur Festlegung der Pumprichtung;
einen gemeinsamen Einlass und einen gemeinsamen Auslass, von denen jeder unabhängig vom anderen und
bevorzugt so ausgestaltet ist, dass er elastische Schläuche, oder nach alternativen Ausführungsformen auch als Schraubgewinde, als Lueranschluss, als Bohrung oder als Steckanschluss ausgeführt sein kann;
- sowie nach einer bevorzugten Ausführungsform ein gemeinsames Gehäuse, in welches die beschriebenen Komponenten integrierbar sind.
Die Erfindung ist dabei insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die N Pumpkammern seriell hintereinander angeordnet sind, und dass die Formen der Perioden der Volumenänderungen aller Pumpkammern im Wesentlichen identisch sind, und dass zwischen der Volumenänderung des Kammervolumens zweier aufeinander folgender Pumpkammern ein idealer Phasenversatz PHI von ungefähr 180° besteht.
Je nach Art der Aktuatoren erfolgt deren Ansteuerung beispielsweise elektrisch, mechanisch, magnetisch, und bevorzugt gibt dabei die Ansteuerkurve des Aktuators die Volumenänderung in der jeweiligen Pumpkammer vor. Ein idealer Phasenversatz ist von einem tatsächlichen
Phasenversatz PHI* abzugrenzen; damit ist gemeint, dass unter bestimmten Umständen, wie noch gezeigt werden wird, eine bewusste Abweichung vom idealen Wert angestrebt werden kann, dass jedoch in der Grundkonfiguration von jeder Pumpkammer zur nächsten ein Phasenversatz PHI von 180° einzustellen ist. Im Fall von vier Pumpkammern würden demnach die erste und dritte phasengleich, und die zweite und vierte gerade entgegengesetzt zur ersten und dritten Kammer arbeiten.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist diese dadurch gekennzeichnet, dass N = 2 ist, sie also gerade aus zwei Pumpkammern besteht. Diese ist die kleinste der möglichen Kammeranzahlen; wie Versuche gezeigt haben, ist die Vorrichtung in der Lage, sofern sie einen Aufbau entsprechend der hier dargelegten Lehre besitzt und entsprechend dem noch zu beschreibenden erfindungsgemäßen Verfahren angewendet wird, alle Anforderungen zu erfüllen, wie sie aus der oben dargelegten
Problemstellung erwachsen, insbesondere die Anforderung an eine exzellente Blasentoleranz.
Zu einem ausreichend sicheren, d.h. insbesondere auch blasentoleranten und effizienten Betrieb sollte der tatsächliche Phasenversatz PHI* bevorzugt nicht mehr als + 7% und besonders bevorzugt nicht mehr als + 3% vom idealen Phasenversatz PHI abweichen. Je nach Pumpmedium, Dichte, Temperatur, Flussgeschwindigkeit und Aufbau der Pumpvorrichtung können diese Zahlen variieren; generell ist eine geringere Abweichung immer vorzuziehen. Bevorzugt können auch jeweils der N. und der N+2. Aktuator mit jeweils derselben Steuerkurve angesprochen werden, so dass zumindest alle geraden bzw. alle ungeraden Pumpkammern in genau der gleichen Phase arbeiten.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist für den Einsatz mit Fluiden gedacht. Dabei kann das Fluid eine Flüssigkeit, ein Gas, oder ein Flüssigkeits-Gas-Gemisch sein, bei welchem das Gas in der Flüssigkeit gelöst und/oder in Blasenform vorliegen kann. Derartige Flüssigkeiten können
beispielsweise auch Blut oder andere Körperflüssigkeiten sein, in denen gelöstes Gas vorhanden ist, welches sich unter bestimmten Druckveränderungen in Form von (zumeist unerwünschten) Gasblasen zeigt, die ihrerseits die Pumpvorrichtung blockieren können. Durch Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung können derartige Gasblasen nicht mehr zu einer Blockade der Pumpvorrichtung führen, was insbesondere im Bereich der Medizintechnik von hoher Wichtigkeit ist.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst jede Pumpkammer bevorzugt mindestens ein eigenes Einlass- und/oder mindestens ein eigenes Auslassventil, und besonders bevorzugt zwei eigene Einlassventile und zwei eigene Auslassventile. Versuche haben gezeigt, dass bei der
Verwendung von Doppelventilen ein besonders hoher Grad an Zuverlässigkeit beim Betrieb der Vorrichtung erreicht werden kann.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Ventile derart angeordnet und ausgestaltet, dass die durch sie hervorgerufenen Richtungsänderungen des Fluidstroms minimiert sind. Dadurch wird die zum Transport des Fluids benötigte Energie minimiert, und die Wahrscheinlichkeit des Festsetzens von Gasblasen weiter verringert. Die genaue Ausgestaltung der Fluidkomponenten hängt dabei von der Art der Verwendeten Aktuatoren, Pumpkammerformen usw. ab; als Regel kann jedoch gelten, dass Winkeländerungen im Fluidpfad nicht abrupt sein sollen und insbesondere rechte Winkel zu vermeiden sind. Wechsel von einer Fluidebene zu einer anderen sollen
ausreichend langsam und flach verlaufen, was bedeutet, dass die Bohrung, die beide Fluidebenen miteinander verbindet, einen Durchmesser haben soll, der mindestens so groß wie ihre Länge ist.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist diese dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Änderung der jeweiligen Kammervolumina Piezomembranaktuatoren umfasst. Insbesondere Scheiben- oder plattenförmige Aktuatoren sind besonders bevorzugt. Allerdings sind auch andere
Aktuatoren zur Veränderung der jeweiligen Kammervolumina denkbar, wie beispielsweise mechanische, thermische, magnetische, elektrostatische oder andere, eine Veränderung des Kammervolumens herbeiführende Aktuatoren, wobei insbesondere diejenigen besonders bevorzugt sind, die einen besonders geringen Energie- und Platzbedarf aufweisen.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bestehen alle in Kontakt mit dem Fluid stehenden Bauelemente aus Polyphenylsulfon (PPSU) . Dieses Material bietet insbesondere im Hinblick auf das zum Fügen der Erfindung bevorzugte Füge- und Fertigungsverfahren wünschenswerte Vorzüge. Selbstverständlich ist die Erfindung jedoch in keiner Weise auf dieses Material beschränkt. So kann es beispielsweise notwendig sein, im medizinischen oder umwelttechnischen Bereich die mit dem Fluid in Verbindung stehenden Teile speziell zu beschichten, beispielsweise durch biokompatible oder andere, besonders inerte Materialien, um die Vorrichtung an die spezifischen Anforderungen anzupassen. Auch andere Materialien, wie
Silizium, Metalle oder Gläser sind denkbar, wobei im Falle wenig dehnbarer Materialen sichergestellt werden muss, dass die Aktuatoren nach wie vor zu einer erfindungsgemäßen Veränderung des Kammervolumens führen können.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung sind alle miteinander zu verbindenden Bauelemente mittels dem Verfahren des „Laserdurchstrahlschweißens" verbindbar. Dieses Verfahren eignet sich insbesondere zum Verbinden von Kunststoffen und bietet neben kurzen Fertigungszeiten die Möglichkeit, ohne Klebstoffe eine hermetisch dichte Verbindung zu erzeugen, welche der Festigkeit des Ursprungsmaterials nahe kommt. Besonders im Bereich der Medizintechnik wird dieses Verfahren mit Erfolg eingesetzt. Je nach Wellenlänge des zum Schweißen benutzten Lasers ist darauf zu achten, dass jeweils ein absorbierendes und ein transparentes Bauelement miteinander zu verbinden sind.
Nach einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung geometrische Ausgestaltungen derart, dass eine fehlerhafte Montage der Bauelemente weitgehend ausgeschlossen wird. Dies ist insbesondere dann vor Vorteil, wenn die Montage der Vorrichtung manuell erfolgt, und in Folge der möglicherweise ähnlichen Bauelemente der einzelnen Pumpkammern, oder aufgrund von nahezu symmetrischen Ausgestaltungen dieser Bauelemente eine Verwechselungsgefahr besteht. Da die Korrektur derartiger Fehlmontagen Zeit kostet und schlimmstenfalls in defekten Pumpen resultiert, sind solche Montagefehler in jedem Fall zu vermeiden. Dies kann erfindungsgemäß
dadurch geschehen, dass sich am Gehäuse bestimmte Marken oder Vorsprünge befinden, die die Montage weiterer Bauelemente nur auf eine ganz bestimmte Art und Weise zulassen, so dass Fehlmontagen praktisch ausgeschlossen sind, da diese sofort auffallen bzw. nur mit Beschädigung des Bauteils möglich sind. Derartige Montagehilfen bestehen demnach bevorzugt aus einem oder mehreren erhabenen Teilen und mit diesen korrespondierenden Aussparungen an andern Bauelementen. Besonders bevorzugt sind dabei solche Ausgestaltungen, die sich in einer Richtung senkrecht zu den einzelnen Schichten oder Funktionsebenen durch das gesamte Gehäuse ziehen, so dass nur eine minimale Anzahl von derartigen Ausgestaltungen notwendig ist.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die zur Herstellung einer einzelnen Pumpkammer notwendigen Bauelemente, insbesondere das bzw. die Ventile und der Aktuator, gegen die zur Herstellung einer anderen Pumpkammer derselben Vorrichtung benötigten Bauelemente im Wesentlichen austauschbar bzw. mit diesen identisch ausgestaltet ist bzw. sind. Mit anderen Worten sind nach Möglichkeit jeweils alle Aktuatoren, alle Ventile und ggf. andere, sich in jeder Pumpkammer wiederholende Bauelemente jeweils identisch ausgestaltet. Auf diese Weise wird zum einen die Verwechslungsgefahr bei der Montage verringert, zum anderen werden die Kosten bei der Herstellung minimiert, da eine entsprechend größere Anzahl identischer Bauelemente im Normalfall kostengünstiger hergestellt werden kann als mehrere
unterschiedliche Varianten mit entsprechend geringeren Stückzahlen.
Nach einer am meisten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst diese die folgenden Bauelemente, wobei die AufZählungsreihenfolge in Wesentlichen der Montagereihenfolge entspricht:
ein Bodenelement mit einer Ausnehmung, sowie einem in die Ausnehmung hinein führenden Einlass und einem aus der Ausnehmung heraus führenden Auslass, sowie außerdem zwischen dem Ein- und dem Auslass in derselben Ebene befindlichen Fluidstrukturen zur Führung des zu fördernden Fluids zu den Ventilen und zur fluidischen Konnektierung beider Pumpkammern und zur Anbindung an den Einlass und den Auslass;
- eine Ventilfolie, die in die Ausnehmung einlegbar ist und die beweglichen Teile der Ventile trägt;
eine Zwischenschicht, die oberhalb der Ventilfolie in die Ausnehmung einlegbar ist und Öffnungen aufweist, welche die nicht beweglichen Teile der Ventile bilden;
- eine Schutzschicht, die oberhalb der Zwischenschicht in die Ausnehmung einlegbar ist und die mit der Zwischenschicht zwei in einer Ebene liegende Hohlräume bildet, die als Pumpkammern dienen;
zwei Aktuatoren mit Elektroden und elektrischen Anschlüssen, wobei jeder Aktuator jeweils kongruent mit der darunter liegenden Pumpkammer angeordnet ist, und
wobei durch Betrieb des Aktuators das Kammervolumen der ihm zugeordneten Pumpkammer veränderbar ist;
ein Deckelelement, dessen Außenkonturen im Wesentlichen denen des Bodenelements entsprechen, und das auf das Bodenelement auflegbar ist und das nach Verbinden mit dem Bodenelement die Ausnehmung dergestalt abschließt, dass die in ihrem Inneren befindlichen Bauelemente vor äußeren Einflüssen geschützt sind.
Dabei sind das Bodenelement, die Zwischenschicht und das Deckelelement fluiddicht miteinander verbindbar.
Es ist klar, dass diese Aufzählung durch weitere, für die entsprechende Applikation sinnvolle oder notwendige weitere Bauelemente ergänzt werden kann und daher nicht als abschließend aufzufassen ist.
Nach einer anderen Ausführungsform ist die Vorrichtung nicht wie zuvor beschrieben als integrierte Variante, sondern durch Aneinanderreihung separater Einzelpumpen aufgebaut. Sie besteht also aus einer seriellen Anordnung von N separaten, jeweils nur eine einzelne Pumpkammer umfassenden Einzelpumpen, die miteinander mittels fluidischer Leitungen verbindbar ausgestaltet sind. Derartige Leitungen sind bevorzugt aus einem möglichst unnachgiebigen Material herzustellen, um den Energieverlust durch (unerwünschtes) Aufweiten der Leitungen bei jedem Pumpzyklus zu vermeiden. Daher sind derartige Leitungen besonders bevorzugt möglichst kurz, beispielsweise nicht mehr als 10 Zentimeter, auszugestalten.
Die Steuerung der Einzelpumpen erfolgt jedoch selbstverständlich wieder entsprechend dem weiter oben beschriebenen Muster, nach dem zwischen zwei aufeinander folgenden Pumpkammern ein Phasenversatz PHI von jeweils 180° herrscht.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung so ausgebildet, dass Informationen über den Förderzustand im laufenden Betrieb gewonnen werden können. Hierzu umfasst die Vorrichtung die nachfolgenden Merkmale:
Mindestens einer der Aktuatoren ist abschaltbar ausgebildet. Hierzu kann bevorzugt eine Schaltungsanordnung vorgesehen sein, die nicht nur den frequenzgesteuerten Betrieb des Aktuators ermöglicht, sondern auch über eine Ansteuermöglichkeit verfügt, die ein vorübergehendes oder auch dauerhaftes Aussetzen mindestens eines oder auch mehrerer Aktuatoren im laufenden Betrieb erlaubt. Dabei kann das Aussetzsignal beispielsweise vom ersten Aktuator in Durchflussrichtung „wandern", so dass immer nur einer, aber nicht immer derselbe Aktuator vorübergehend stillsteht.
Eine Schaltungsanordnung ist vorgesehen, die es gestattet, die durch mittels Fluiddruck an dem mindestens einen abgeschalteten Aktuator erzeugte Formänderung des Aktuators während des Betriebes der Vorrichtung mit einem oder mehreren nicht abgeschalteten Aktuator (en) zu detektieren. Mit anderen Worten erlaubt die Schaltungsanordnung ein Auslesen der durch den „passiven" Betrieb, also ohne Antriebsenergie erfolgenden,
hervorgerufenen Formänderungen des mindestens einen abgeschalteten Aktuators. Im beispielhaften Falle von Piezoaktuatoren wird durch eine von Außen aufgebrachte Formänderung, z.B. durch Druckänderung in der Pumpkammer, eine Spannung induziert, welche dann über geeignete elektrische Leitungen nach Außen geleitet und dort gemessen werden kann. Als Leitungen können besonders bevorzugt auch die ohnehin bereits vorhandenen Leitungen verwendet werden, die zum Betrieb des jeweiligen Aktuators nötig sind. Besonders bevorzugt ist die für die erfindungsgemäße Auslesbarkeit der Formänderungen vorgesehene Schaltung in die Schaltung zur Ansteuerung und zum temporären Abschalten des bzw. der Aktuatoren integriert und gewünschtenfalls mit einer Schnittstelle zu einem Bedienfeld, einem Computer oder einem Funkübertrager ausgestattet.
Nachfolgend wird insbesondere das erfindungsgemäße Verfahren näher beschrieben, welches besonders bevorzugt zusammen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ausführung kommt.
Demnach eignet sich das Verfahren zum blasentoleranten und effizienten Fördern eines Fluids, wobei es vorteilhaft mit einer Vorrichtung zusammenwirkt, die:
- aus einer Anzahl von N ≥ 2 Pumpkammern mit N separaten Kammervolumen besteht, von denen jedes unabhängig von dem bzw. den anderen veränderbar ist,
wobei die Volumenänderungen der Pumpkammern im Wesentlichen jeweils periodisch mit einer im Wesentlichen gleichen Frequenz f verlaufen;
N Aktuatoren zur Veränderung der jeweiligen Kammervolumina umfasst;
außerdem ein oder mehrere Ventile zur Festlegung der Pumprichtung bereitstellt;
und schließlich einen gemeinsamen Einlass und Auslass umfasst.
Dabei sind die N Pumpkammern seriell hintereinander angeordnet. Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert, dass die Formen der Perioden der Volumenänderungen aller Pumpkammern sind im Wesentlichen "identisch sind, und dass die Pumpkammern derart angesteuert werden, so dass zwischen der Volumenänderung des Kammervolumens zweier aufeinander folgender Pumpkammern ein idealer Phasenversatz PHI von ungefähr 180° besteht.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wirkt das erfindungsgemäße Verfahren mit einer Vorrichtung zusammen, für die N = 2 ist, die also aus zwei
Pumpkammern besteht. Der Phasenversatz zwischen der ersten und der zweiten Pumpkammer ist entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren 180°.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform weicht ein tatsächlicher Phasenversatz PHI* nicht mehr als ± 7% und nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform nicht mehr als ± 3% vom idealen Phasenversatz PHI ab. Generell
gilt die Regel, dass geringere Abweichungen vom idealen Wert immer zu bevorzugen sind.
Besonders bevorzugt eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zum Fördern von Fluiden, die aus der Gruppe der Flüssigkeiten, der Gase, sowie der Flüssigkeits-Gas- Gemische ausgewählt sind, wobei sich das Verfahren im Falle eines Gemisches sowohl für in der Flüssigkeit gelöst vorliegende als auch als Blasen vorliegende Gasanteile eignet.
Bevorzugterweise erfolgt die Änderung des Volumens einer jeden Pumpkammer entsprechend einer Rechteckkurve. Im Falle von elektrisch angetriebenen Aktuatoren, wie z.B. Piezoaktuatoren, bedeutet dies, dass deren Ansteuerung im Idealfall mit zueinander phasenversetzten Rechteckspannungen erfolgt. Durch die Ansteuerung mittels Rechteckspannung bewegt sich der Aktuator entsprechend, was im optimalen Fall einer näherungsweise rechteckig verlaufenden zyklischen Volumenänderung der jeweiligen Pumpkammer resultiert. Für den Fall, dass die Zuordnung zwischen Ansteuerung des Aktuators und Volumenänderung der Pumpkammer nicht proportional erfolgt, können entsprechende Korrekturfaktoren oder -funktionen benutzt werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die ansteigende und/oder die abfallende Flanke der Rechteckspannung/-kurve dergestalt abgerundet, so dass durch zu geringen Kammerdruck hervorgerufene Kavitationseffekte in der Pumpkammer vermieden werden. Versuche haben ergeben, dass
bei zu schnellem Relaxieren des Aktuators ein Unterdruck in der Pumpkammer entstehen kann, der zu spontaner Gasblasenbildung führt, da der Siedepunkt in einem Fluid von dessen Druckzustand abhängt und bei geringeren Drücken ebenfalls stark sinkt, im Extremfall bis hin zu Raumtemperatur. Durch das anschließende Kollabieren der Kavitationsgasblasen bei Normalisierung des Druckes entstehen starke Druckwellen, welche bei dauerhaftem Auftreten zu erheblichen Materialschädigungen führen können und daher zu vermeiden sind.
Nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können die Frequenzen f der Volumenänderungen aufeinander folgender Pumpkammern vorübergehend oder kontinuierlich eine Differenz Δ aufweisen. Diese Differenz ist als ein gewollter, gezielt eingestellter Unterschied in der Frequenz der einzelnen Kammern anzusehen. Beträgt die Differenz beispielsweise bei einer Betriebsfrequenz von 100 Hz gerade 1 Hz, so erreicht die differierende Kammer nach 100 Zyklen wieder den gleichen Phasenversatz wie zu Beginn der induzierten
Frequenzänderung. Wie durch Versuche gezeigt werden konnte, eignet sich dieses vorübergehende Einbringen einer so genannten „Schwebung" besonders gut zum Ausbringen von Gasblasen, die sich anderweitig nicht aus den fluidischen Kanälen der Vorrichtung lösen lassen. Je nach konkreter Ausgestaltung der Vorrichtung sowie den physikalischen Eigenschaften des Fluids kann die Differenz Δ unterschiedlich groß und unterschiedlich lang ausfallen, um ein optimales Ergebnis zu erhalten.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist die Differenz Δ bevorzugt kleiner als 1% der Frequenz f und besonders bevorzugt kleiner als 0,1% der Frequenz f.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können mit diesem auch Informationen über den Förderzustand im laufenden Betrieb gewonnen werden. Dazu muss mindestens einer der folgenden Schritte durchgeführt werden; besonders bevorzugt müssen alle der folgenden Schritte nacheinander ausgeführt werden:
(1) vorübergehendes oder kontinuierliches Abschalten eines oder mehrerer Aktuatoren. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn entweder der Aktuator selber die Möglichkeit bietet, auch als Sensor für Druckänderungen in der jeweiligen Pumpkammer zu dienen, oder wenn ein dazu geeigneter Drucksensor anderweitig vorhanden ist.
(2) Detektieren der durch die mittels Fluiddruck an dem bzw. den Aktuator (en) erzeugten Formänderung (en) . Dies ist besonders bevorzugt mittels Piezoaktuatoren möglich, welche im „passiven" Betrieb, also ohne Aufbringen einer elektrischen Spannung, ihrerseits eine Spannung erzeugen, sobald sie einer Formänderung unterliegen. Unter bestimmten Voraussetzungen sind der Druck, die durch ihn verursachte Formänderung und die dadurch hervorgerufene Spannung auch proportional zueinander, so dass ein Piezoaktuator als ein einfacher Drucksensor umfunktionierbar ist.
(3) Vergleich der detektierten Formänderungen mit Sollwerten, die aus einem ordnungsgemäßen Betrieb stammen. Sind nämlich Werte, beispielsweise Spannungswerte, aus einem Betrieb ohne Störung bekannt, so kann durch einfachen, qualitativen Vergleich auf das Vorliegen einer Störung, oder durch quantitativen Vergleich in erster Näherung auch auf die Größe der Störung rückgeschlossen werden.
Je nach Ausführungsform kann dabei die Störungsdetektion nur zeitweise von einem oder mehreren Aktuatoren übernommen werden, oder es können einer oder mehrere Aktuatoren dauerhaft als Störungssensoren umfunktioniert werden. Ebenso kann das Auslesen eines oder mehrerer separat eingebrachter und hier nicht näher spezifizierter Sensoren temporär zur Erkennung von Störungen dienen.
Vorteilhaft ist jedoch die Ausführungsform, nach der die ohnehin vorhandenen Aktuatoren vorübergehend als Störungssensoren benutzt werden.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei Erkennung einer Störung zur Behebung derselben vorübergehend eine Änderung des Betriebes wie weiter oben beschrieben angestoßen, d.h., es wird eine erfindungsgemäße Schwebung erzeugt, mit welcher die Störung wieder behoben werden kann, sofern sie durch das Auftreten einer anderweitig nicht entfernbaren Gasblase hervorgerufen wurde.
Figurenübersicht
Fig. 1: Explosionsansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung
Fig. 2: optimierter Kurvenverlauf für Ansteuerung bzw. Volumenänderung
Fig. 3: Kurvenverlauf bei um 180° versetzen Phasen; Tastverhältnis = 1:1
Fig. 4: Kurvenverlauf bei um 180° versetzen Phasen; Tastverhältnis ≠ 1:1
Figurenbeschreibung
Figur 1 zeigt eine Explosionsansicht einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Diese besteht aus einem schichtartigen Aufbau 1, der im dargestellten Fall zwei Pumpkammern 2 umfasst .
Entsprechend Figur 1 besteht der Aufbau 1 im Detail aus folgenden Bauelementen:
- ein Boden.element 7, welches besonders bevorzugt aus Kunststoff hergestellt wird. Das Bodenelement umfasst ■ eine Ausnehmung 7', in welche alle folgenden Bauelemente ein- oder aufgelegt werden. Das Bodenelement beinhaltet bevorzugt auch den zum Fördern des Fluids nötigen Einlass 4 und Auslass 5, der, wie hier gezeigt, beispielsweise
jeweils als rohrartiger Anschluss ausgebildet ist. Selbstverständlich sind auch andere, der jeweiligen Applikation angepasste Anschlusstypen denkbar. Ebenso umfasst das Bodenelement Teile der für die Ventile 3 notwendigen Fluidkanäle, die bevorzugt im
Spritzgussverfahren und somit im selben Arbeitsgang wie das Bodenelement selber hergestellt werden.
Außerdem trägt das Bodenelement als Montagehilfe erhabene Teile derselben 1' ' in Form geometrischer Ausprägungen, die derart angeordnet sind, dass sie mit den Aussparungen der Montagehilfe I1'' zusammenwirken. Somit kann der Einbau folgender Bauelemente wie z.B. einer Ventilfolie 8 nur auf eine Art und Weise erfolgen, so dass eine Fehlmontage weitgehend ausgeschlossen ist.
- Eine Ventilfolie 8, welche die beweglichen Teile der Ventile 3 trägt und in das Bodenelement eingelegt wird. In der dargestellten Form umfasst die Ventilfolie die beweglichen Teile sowohl der Einlassventile 3' einer jeden Pumpkammer, als auch die beweglichen Teile der entsprechenden Auslassventile 3' ' . Weiterhin umfasst die Ventilfolie auch die Aussparungen der Montagehilfe 1' ' ' , welche einem fehlerfreien Einbau der Ventilfolie dienen.
- Eine Zwischenschicht 9, die bevorzugt aus einem Kunststoff gefertigt ist. Diese ist so ausgestaltet, dass sie sich in die Ausnehmung 7' des Bodenelementes 7 einfügen lässt. Im Zentrum einer jeden Pumpkammer 2, welche jeweils durch eine Vertiefung in der Zwischenschicht entsteht, befindet sich jeweils eine
Öffnung 9' , durch welche Fluid in die Pumpkammer ein- bzw. wieder aus dieser herausströmen kann.
- Eine Schutzschicht 10, welche auf die Zwischenschicht aufgebracht wird und somit die Pumpkammer fluidisch nach oben hin abschließt. Die Schutzschicht muss demnach fest mit der Zwischenschicht verbunden werden, so dass weder an ihrem Umfang noch im Bereich zwischen den Pumpkammern Fluid aus- bzw. überströmen kann. Hierzu wird, wie bereits erwähnt, vorzugsweise das Laserdurchstrahlschweißen angewendet. Alternative Fertigungsverfahren sind das Kleben, das Ultraschallschweißen, oder das mechanische Klemmen der jeweiligen Bauelemente.
- zwei Aktuatoren 6, welche in der dargestellten Ausführungsform als scheibenförmige Piezoaktuatoren ausgeführt sind. Jeder der Aktuatoren ist geometrisch auf die darunter liegende Pumpkammer 2 angepasst und trägt zur elektrischen Kontaktierung entsprechende Elektroden 6' . Mit diesen verbunden ist ein elektrischer Anschluss 6' ' , welcher aus dem Gehäuse der Vorrichtung 1 heraus geführt werden kann, und der eine ausreichende Anzahl von Einzeladern zur Konnektierung eines jeden Aktuators bereithält.
-• ein Deckelelement 11, welches den Abschluss des im Wesentlichen aus dem Bodenelement 7 bestehenden Gehäuses der Vorrichtung 1 dient. Bevorzugt ist auch das Deckelelement aus Kunststoff hergestellt und mit dem Bodenelement mittels Laserdurchstrahlschweißen verbindbar ausgestaltet.
Figur 2 zeigt ein Diagramm, in welchem auf der Abszisse die Zeit, auf der Ordinate die Aktuatorspannung U (im Folgenden „Ansteuerkurve" genannt) und/oder das Volumen einer Pumpkammer (im Folgenden „Kammervolumenskurve" genannt) aufgetragen ist bzw. sind. Der dargestellte Zeitumfang entspricht gerade einer Periode, also der Zeit, die für einen einzelnen Pumpzyklus einer Pumpkammer notwendig ist.
Die gestrichelte Linie zeigt dabei eine ideale Rechteckkurve. Erfindungsgemäß kann sowohl die ansteigende Flanke A als auch die abfallende Flanke B dieser Kurve abgerundet werden, so dass sich ein Verlauf entsprechend der durchgezogenen Linie ergibt, die den optimierten Kurvenverlauf darstellt. Wie weiter oben beschrieben, dient diese Verrundung der Vermeidung von Druckänderungsspitzen, welche zu unerwünschter Kavitationsblasenbildung führen können. Die exakten optimierten Formen der Verrundungen müssen je nach genauer geometrischer Ausgestaltung der Pumpkammern, der Fluidkanäle und der Höhe der Betriebsdrücke bestimmt werden. Dies kann beispielsweise durch Berechnung, Simulation und/oder die Durchführung von Versuchsreihen erfolgen. Die hier dargestellte Form ist daher nur als Sinnbild zu verstehen und muss nicht der tatsächlichen, optimalen Form der Ansteuer- bzw. Kammervolumenskurve entsprechen.
Figur 3 zeigt ein Diagramm mit gleichen
Achsenbeschriftungen wie zuvor die Figur 2. Ebenso zeigt es die durchgezogene Linie aus Figur 2, welche den optimierten Kurvenverkauf der Ansteuer- bzw.
Kaitunervolumenskurve wiedergibt. Zusätzlich ist als gepunktete Linie eine um PHI=180° phasenversetzte Kurve aufgetragen, welche die Ansteuerkurve desjenigen Aktuators zeigt, der demjenigen folgt, welcher entsprechend der durchgezogenen Linie angesteuert wird. In der hier dargestellten Variante sind die Hub- und Senkphasen eines Aktuators, das so genannte Tastverhältnis, ungefähr gleich lang, weswegen sich die nahezu gespiegelte Form der gepunkteten Linie ergibt (Tastverhältnis 1:1) . In Fällen, in denen das
Tastverhältnis nicht gleich groß ist, ergeben sich Bilder, bei denen sich der Nachlauf der zweiten Ansteuerkurve entsprechend nicht als Spiegelung der ersten ergibt.
Dieser Fall ist in Figur 4 dargestellt. Hier ist der
Phasengang PHI wiederum 180°, das Tastverhältnis liegt jedoch bei ca. 1:3 (der Zeitabschnitt, bei welchem die Kurve einen hohen Wert zeigt, ist deutlich kürzer als der Teil, bei welchem sie nahe Null ist) .
Verfahren zum Fördern eines Fluids und Mikropumpe hierfür
Bezugszeichenliste 1 Vorrichtung zum Fördern eines Fluids
2 Pumpkammer
3 Ventil
3' Einlassventil
3' ' Auslassventil 4 Einlass
5 Auslass
6 Aktuator, Piezomembranaktuator 6' Elektrode
6' ' elektrischer Anschluss 7 Bodenelement
T Ausnehmung
1' ' erhabener TeiJ. der Montagehilfe
~l ' ' ' Aussparungen der Montagehilfe
8 Ventilfolie
9 Zwischenschicht 9' Öffnungen
10 Schutzschicht
11 Deckelelement
A ansteigende Flanke
B abfallende Flanke
Claims
1. Vorrichtung zum blasentoleranten Fördern eines Fluids, umfassend
- eine Anzahl von N ≥ 2 Pumpkammern (2) mit N separaten Kammervolumen, von denen jedes unabhängig von dem bzw. den anderen veränderbar ist, wobei die Volumenänderungen der Pumpkammern (2) im Wesentlichen jeweils periodisch mit einer im Wesentlichen gleichen Frequenz f verlaufen; - N Aktuatoren zur Veränderung der jeweiligen Kammervolumina;
- Ventile (3) zur Festlegung der Pumprichtung;
- einen gemeinsamen Einlass (4) und Auslass (5); dadurch gekennzeichnet, dass die N Pumpkammern (2) seriell hintereinander angeordnet sind, und dass die Formen der Perioden der Volumenänderungen aller Pumpkammern (2) im Wesentlichen identisch sind, und dass zwischen der Volumenänderung des Kammervolumens zweier aufeinander folgender Pumpkammern (2) ein idealer Phasenversatz PHI von ungefähr 180° besteht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass N = 2 ist.
3. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein tatsächlicher Phasenversatz PHI* bevorzugt nicht mehr als, + 7% und besonders bevorzugt nicht mehr als ± 3% vom idealen Phasenversatz PHI abweicht.
4. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid eine Flüssigkeit, ein Gas, oder ein Flüssigkeits-Gas- Gemisch ist, bei welchem das Gas in der Flüssigkeit • gelöst und/oder in Blasenform vorliegen kann.
5. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Pumpkammer (2) bevorzugt mindestens ein eigenes Einlass- und/oder mindestens ein eigenes Auslassventil und besonders bevorzugt zwei eigene Einlassventile (3') und zwei eigene Auslassventile (3' ' ) umfasst, und dass die ■ Ventile derart angeordnet und ausgestaltet sind, dass die durch sie hervorgerufenen Richtungsänderungen des Fluidstroms minimiert sind.
6". Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Änderung der jeweiligen Kammervolumina Piezomembranaktuatoren (6) umfasst .
7. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle in Kontakt mit dem
Fluid stehenden Bauelemente aus Polyphenylsulfon (PPSU) bestehen.
8. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle miteinander zu verbindenden Bauelemente mittels Laserdurchstrahlschweißen verbindbar sind.
9. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauelemente derart ausgestaltet sind, dass eine fehlerhafte Montage weitgehend ausgeschlossen wird.
10. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Herstellung einer einzelnen Pumpkammer (2) notwendigen Bauelemente, insbesondere das bzw. die Ventile (3) und der Aktuator (6), gegen die zur Herstellung einer anderen Pumpkammer (2) derselben Vorrichtung benötigten Bauelemente im Wesentlichen austauschbar bzw. mit diesen identisch ausgestaltet sind.
11. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie folgende Bauelemente umfasst:
- ein Bodenelement (7) mit einer Ausnehmung (7'), sowie einem in die Ausnehmung (7' ) hinein führenden Einlass (4) und einem aus der Ausnehmung
(7' ) heraus führenden Auslass (5) , sowie außerdem zwischen dem Ein- und dem Auslass in derselben Ebene befindlichen Fluidstrukturen zur Führung des zu fördernden Fluids zu den Ventilen (3, 3', 3'') und zur fluidischen Konnektierung beider
Pumpkammern (2) und zur Anbindung an den Einlass (4) und den Auslass (5); - eine Ventilfolie (8), die in die Ausnehmung (7') einlegbar ist und die beweglichen Teile der Ventile (3, 3', 3") trägt;
- eine Zwischenschicht (9), die oberhalb der Ventilfolie (8) in die Ausnehmung (7') einlegbar ist und Öffnungen (9') aufweist, welche die nicht beweglichen Teile der Ventile (3, 3', 3'') bilden;
- eine Schutzschicht (10), die oberhalb der Zwischenschicht (9) in die Ausnehmung (7') einlegbar ist und die mit ιder Zwischenschicht (9) zwei in einer Ebene liegende Hohlräume bildet, die als Pumpkammern (2) dienen;
- zwei Aktuatoren (6) mit Elektroden (6') und elektrischen Anschlüssen (6''), wobei jeder Aktuator (6) jeweils kongruent mit der darunter liegenden Pumpkammer (2) angeordnet ist, und wobei durch Betrieb des Aktuators (6) das Kammervolumen der jeweils unter dem Aktuator (6) liegenden Pumpkammer (2) veränderbar ist; - ein Deckelelement (11), dessen Außenkonturen im Wesentlichen denen des Bodenelements (7) entsprechen, und das auf dem Bodenelement (7) auflegbar ist und das nach Verbinden mit dem Bodenelement (7) die Ausnehmung (7' ) dergestalt abschließt, dass die in ihrem Inneren befindlichen
Bauelemente vor äußeren Einflüssen geschützt sind; und bei der Bodenelement (7), Zwischenschicht (9) und Deckelelement (11) fluiddicht miteinander verbindbar sind.
12. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe durch eine serielle Anordnung von. N separaten, jeweils nur eine Pumpkämmer (2) umfassenden Einzelpumpen gebildet wird, die miteinander mittels fluidischer Leitungen verbindbar ausgestaltet sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei: die Vorrichtung ist derart ausgebildet, dass Informationen über den Förderzustand im laufenden Betrieb -derart gewonnen werden können, wobei die Vorrichtung hierfür die nachfolgenden Merkmale umfasst
— mindestens einer der Aktuatoren (6) ist abschaltbar ausgebildet; - eine Schaltungsanordnung ist vorgesehen, die es gestattet, die durch die mittels Fluiddruck an einem abgeschalteten Aktuator (6) erzeugten Formänderungen des Aktuators (6) beim Betrieb der Vorrichtung mit einem nicht abgeschalteten Aktuator (6) zu detektieren.
14. Verfahren zum blasentoleranten Fördern eines Fluids, mit:
- einer Anzahl von N ≥ 2 Pumpkammern (2) mit N separaten Kammervolumen, von denen jedes unabhängig von dem bzw. den anderen veränderbar ist, wobei die Volumenänderungen der Pumpkammern (2) im Wesentlichen jeweils periodisch mit .einer im Wesentlichen gleichen Frequenz f verlaufen; - N Aktuatoren (6) zur Veränderung der jeweiligen Kammervolumina;
- Ventilen (3) zur Festlegung der Pumprichtung;
- einem gemeinsamen Einlass (4) und Auslass (5); wobei die N Pumpkammern (2) seriell hintereinander angeordnet werden, und die Formen der Perioden der Volumenänderungen aller Pumpkammern (2) im Wesentlichen identisch sind, und die Pumpkammern (2) derart angesteuert werden, dass zwischen der Volumenänderung des Kammervolumens zweier aufeinander folgender Pumpkammern (2) ein idealer Phasenversatz PHI von ungefähr 180° besteht.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass N = 2 ist.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein tatsächlicher Phasenversatz PHI* bevorzugt nicht mehr als ± 7% und besonders bevorzugt nicht mehr als + 3% vom idealen Phasenversatz PHI abweicht.
17. Verfahren zum Fördern von Fluiden gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch Durchführung des Verfahrens eine Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 12 verwendet wird.
18. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung der Aktuatoren (6) im
Wesentlichen mit zueinander phasenversetzten Rechteckspannungen erfolgt.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die ansteigende und/oder die abfallende Flanke der Rechteckspannung/-kurve dergestalt abgerundet ist, so dass durch zu geringen Kammerdruck hervorgerufene Kavitationseffekte in der Pumpkammer (2) vermieden werden.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzen f der Volumenänderungen aufeinander folgender Pumpkammern (2) vorübergehend oder kontinuierlich eine Differenz Δ aufweisen.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz Δ bevorzugt kleiner als 1% der Frequenz f und besonders bevorzugt kleiner als 0,1% der Frequenz f ist.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass Informationen über den Förderzustand im laufenden Betrieb derart gewonnen werden, dass mindestens einer der folgenden Schritte und bevorzugt alle Schritte nacheinander durchgeführt wird bzw. werden:
- vorübergehendes oder kontinuierliches Abschalten eines oder mehrerer Aktuatoren (6);
- Detektieren der durch die mittels Fluiddruck an dem bzw. den Aktuator(en) (6) erzeugten
Formänderungen;
- Vergleich der detektierten Formänderungen mit Sollwerten, die aus einem ordnungsgemäßen Betrieb stammen.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennung einer Störung zur Behebung derselben vorübergehend eine Änderung des Betriebes gemäß Anspruch 20 angestoßen wird.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| AT08847009T ATE543002T1 (de) | 2007-11-05 | 2008-09-25 | Verfahren zum fördern eines fluids und mikropumpe hierfür |
| EP20080847009 EP2222959B1 (de) | 2007-11-05 | 2008-09-25 | Verfahren zum fördern eines fluids und mikropumpe hierfür |
| US12/741,241 US20110005606A1 (en) | 2007-11-05 | 2008-09-25 | Method for supplying a fluid and micropump for said purpose |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102007053047.3 | 2007-11-05 | ||
| DE102007053047 | 2007-11-05 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2009059664A1 true WO2009059664A1 (de) | 2009-05-14 |
Family
ID=40278991
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/EP2008/008177 WO2009059664A1 (de) | 2007-11-05 | 2008-09-25 | Verfahren zum fördern eines fluids und mikropumpe hierfür |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20110005606A1 (de) |
| EP (1) | EP2222959B1 (de) |
| AT (1) | ATE543002T1 (de) |
| WO (1) | WO2009059664A1 (de) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2287468A1 (de) * | 2009-08-21 | 2011-02-23 | Bürkert Werke GmbH | Dosiereinheit |
| WO2011061478A1 (en) | 2009-11-18 | 2011-05-26 | Reckitt Benckiser Llc | Lavatory treatment device and method |
| WO2011061480A1 (en) | 2009-11-18 | 2011-05-26 | Reckitt Benckiser Llc | Surface treatment device and method |
| DE102011115622A1 (de) | 2010-12-20 | 2012-06-21 | Technische Universität Ilmenau | Mikropumpe sowie Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung einer Fluidströmung |
| EP2738386A1 (de) | 2012-11-29 | 2014-06-04 | Robert Bosch Gmbh | Dosierpumpe, Pumpenelement für die Dosierpumpe sowie Verfahren zum Herstellen eines Pumpenelements für eine Dosierpumpe |
| WO2014172740A1 (de) | 2013-04-25 | 2014-10-30 | Greiner Bio-One Gmbh | Verfahren zur befüllung einer mikrofluidischen vorrichtung mittels eines dispensiersystems, und entsprechendes testsystem |
| DE102018124467A1 (de) * | 2018-10-04 | 2020-04-09 | Mst Innovation Gmbh | Hydraulisches Mikroventil |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101142430B1 (ko) * | 2010-01-20 | 2012-05-08 | 포항공과대학교 산학협력단 | 마이크로 펌프 및 이의 작동 방법 |
| US10440402B2 (en) | 2011-01-26 | 2019-10-08 | Afterlive.tv Inc | Method and system for generating highlights from scored data streams |
| CA2773801C (en) | 2011-04-08 | 2019-08-06 | Gotohti.Com Inc. | Dispenser with sound generators |
| CA2737012C (en) | 2011-04-08 | 2018-07-24 | Gotohti.Com Inc. | Personal compliance dispenser |
| CN103256211B (zh) * | 2012-02-20 | 2016-05-25 | 研能科技股份有限公司 | 流体输送装置 |
| CN103256210B (zh) * | 2012-02-20 | 2016-08-17 | 研能科技股份有限公司 | 流体输送装置 |
| US20150133861A1 (en) | 2013-11-11 | 2015-05-14 | Kevin P. McLennan | Thermal management system and method for medical devices |
| US10143795B2 (en) | 2014-08-18 | 2018-12-04 | Icu Medical, Inc. | Intravenous pole integrated power, control, and communication system and method for an infusion pump |
| AU2016267763B2 (en) | 2015-05-26 | 2021-07-08 | Icu Medical, Inc. | Disposable infusion fluid delivery device for programmable large volume drug delivery |
| JP7086936B2 (ja) | 2016-08-16 | 2022-06-20 | フィリップ・モーリス・プロダクツ・ソシエテ・アノニム | エアロゾル発生装置 |
| US20210031185A1 (en) * | 2018-03-13 | 2021-02-04 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Microfluidic devices |
| TWI663507B (zh) * | 2018-04-09 | 2019-06-21 | 中原大學 | 微型散熱系統 |
| EP3814636B1 (de) | 2018-06-26 | 2024-09-04 | MST Innovation GmbH | Verbesserte mikropumpe |
| DE102019004450B4 (de) * | 2019-06-26 | 2024-03-14 | Drägerwerk AG & Co. KGaA | Mikropumpensystem und Verfahren zur Führung eines kompressiblen Fluids |
| USD939079S1 (en) | 2019-08-22 | 2021-12-21 | Icu Medical, Inc. | Infusion pump |
| US11065634B1 (en) * | 2021-03-26 | 2021-07-20 | Elvin Hernandez | Cellphone case that dispenses perfume |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0134614A1 (de) * | 1983-08-15 | 1985-03-20 | Vitafin N.V. | Piezoelektrische Mikropumpe |
| DE19720482A1 (de) * | 1997-05-16 | 1998-11-19 | Inst Mikrotechnik Mainz Gmbh | Mikromembranpumpe |
| US20040001767A1 (en) * | 2002-07-01 | 2004-01-01 | Peters Richard D. | Piezoelectric micropump with diaphragm and valves |
| DE10238585B3 (de) * | 2002-08-22 | 2004-04-22 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Zweiteiliges Fluidmodul |
| WO2006098817A1 (en) * | 2005-03-11 | 2006-09-21 | Ast Management Inc. | Miniaturized fluid delivery and analysis system |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4344743A (en) * | 1979-12-04 | 1982-08-17 | Bessman Samuel P | Piezoelectric driven diaphragm micro-pump |
-
2008
- 2008-09-25 AT AT08847009T patent/ATE543002T1/de active
- 2008-09-25 EP EP20080847009 patent/EP2222959B1/de active Active
- 2008-09-25 US US12/741,241 patent/US20110005606A1/en not_active Abandoned
- 2008-09-25 WO PCT/EP2008/008177 patent/WO2009059664A1/de active Application Filing
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0134614A1 (de) * | 1983-08-15 | 1985-03-20 | Vitafin N.V. | Piezoelektrische Mikropumpe |
| DE19720482A1 (de) * | 1997-05-16 | 1998-11-19 | Inst Mikrotechnik Mainz Gmbh | Mikromembranpumpe |
| US20040001767A1 (en) * | 2002-07-01 | 2004-01-01 | Peters Richard D. | Piezoelectric micropump with diaphragm and valves |
| DE10238585B3 (de) * | 2002-08-22 | 2004-04-22 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Zweiteiliges Fluidmodul |
| WO2006098817A1 (en) * | 2005-03-11 | 2006-09-21 | Ast Management Inc. | Miniaturized fluid delivery and analysis system |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2287468A1 (de) * | 2009-08-21 | 2011-02-23 | Bürkert Werke GmbH | Dosiereinheit |
| WO2011061478A1 (en) | 2009-11-18 | 2011-05-26 | Reckitt Benckiser Llc | Lavatory treatment device and method |
| WO2011061480A1 (en) | 2009-11-18 | 2011-05-26 | Reckitt Benckiser Llc | Surface treatment device and method |
| WO2011061479A1 (en) | 2009-11-18 | 2011-05-26 | Reckitt Benckiser Llc | Ultrasonic surface treatment device and method |
| DE102011115622A1 (de) | 2010-12-20 | 2012-06-21 | Technische Universität Ilmenau | Mikropumpe sowie Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung einer Fluidströmung |
| WO2012084707A1 (de) | 2010-12-20 | 2012-06-28 | Technische Universität Ilmenau | Mikropumpe zur erzeugung einer fluidströmung, pumpensystem und mikrokanalsystem |
| DE112011104467B4 (de) * | 2010-12-20 | 2017-06-01 | Technische Universität Ilmenau | Mikropumpe zur Erzeugung einer Fluidströmung, Pumpensystem und Mikrokanalsystem |
| EP2738386A1 (de) | 2012-11-29 | 2014-06-04 | Robert Bosch Gmbh | Dosierpumpe, Pumpenelement für die Dosierpumpe sowie Verfahren zum Herstellen eines Pumpenelements für eine Dosierpumpe |
| DE102012221832A1 (de) | 2012-11-29 | 2014-06-05 | Robert Bosch Gmbh | Dosierpumpe, Pumpenelement für die Dosierpumpe sowie Verfahren zum Herstellen eines Pumpenelements für eine Dosierpumpe |
| WO2014172740A1 (de) | 2013-04-25 | 2014-10-30 | Greiner Bio-One Gmbh | Verfahren zur befüllung einer mikrofluidischen vorrichtung mittels eines dispensiersystems, und entsprechendes testsystem |
| US9707560B2 (en) | 2013-04-25 | 2017-07-18 | Greiner Bio-One Gmbh | Method for filling a microfluidic device using a dispensing system and corresponding test system |
| DE102018124467A1 (de) * | 2018-10-04 | 2020-04-09 | Mst Innovation Gmbh | Hydraulisches Mikroventil |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP2222959A1 (de) | 2010-09-01 |
| EP2222959B1 (de) | 2012-01-25 |
| US20110005606A1 (en) | 2011-01-13 |
| ATE543002T1 (de) | 2012-02-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2222959B1 (de) | Verfahren zum fördern eines fluids und mikropumpe hierfür | |
| EP0951308B1 (de) | Medikamenten-dosiersystem | |
| EP2205869B1 (de) | Membranpumpe | |
| EP2663771B1 (de) | Kolbenpumpe | |
| DE3926348C2 (de) | ||
| DE60018912T2 (de) | Monolithische hochwirksame mikro-fluidsteuereinheit | |
| WO2008080552A2 (de) | Verfahren und vorrichtung zur durchflussmessung | |
| WO2011091943A1 (de) | Mikrofluidisches bauelement zur handhabung eines fluids und mikrofluidischer chip | |
| EP2788046B1 (de) | Pumpe für medizinische zwecke | |
| EP1944084B1 (de) | Ventilvorrichtung für ein Mikrofluidsystem | |
| EP2751538B1 (de) | Polymerschichtsystem-drucksensorvorrichtung und polymerschichtsystem-drucksensorverfahren | |
| EP3884527B1 (de) | Transportvorrichtung mit aktor und trennschicht | |
| DE2933799A1 (de) | Vorrichtung zur foerderung und dosierung kleinster fluessigkeitsmengen | |
| DE102013108948B4 (de) | Vorrichtung zur Beförderung von Flüssigkeiten mit Hilfe einer Piezo-Antriebsvorrichtung | |
| DE102018129633B3 (de) | Dichtstruktur für eine Transportvorrichtung mit Formgedächtnislegierung | |
| EP1827695A1 (de) | Vorrichtung zur förderung von fluiden, verfahren zur herstellung derselben und pipette mit einer solchen vorrichtung | |
| DE102006003744B3 (de) | Vorrichtung zur Bewegung von Flüssigkeiten und/oder Gasen | |
| DE102018129635B3 (de) | Transportvorrichtung mit Aktor und Sensor | |
| EP1611355B9 (de) | Membranpumpe | |
| EP1941947A1 (de) | Ventilvorrichtung für ein Mikrofluidsystem | |
| DE102010029573A1 (de) | Mikropumpe | |
| DE19847869A1 (de) | Pipettiervorrichtung | |
| DE10313158A1 (de) | Mikropumpe mit einem membranartigen Aktor | |
| DE102013201330A1 (de) | Microfluidische Vorrichtung und externer piezoelektrischer Aktor | |
| WO2022003053A1 (de) | Pumpe mit elektroaktiven polymeren und rückstellelement |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 08847009 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 2008847009 Country of ref document: EP |
|
| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 12741241 Country of ref document: US |