WO2023217875A1 - Verformungseinheit, fluidfördervorrichtung und verfahren - Google Patents

Verformungseinheit, fluidfördervorrichtung und verfahren Download PDF

Info

Publication number
WO2023217875A1
WO2023217875A1 PCT/EP2023/062444 EP2023062444W WO2023217875A1 WO 2023217875 A1 WO2023217875 A1 WO 2023217875A1 EP 2023062444 W EP2023062444 W EP 2023062444W WO 2023217875 A1 WO2023217875 A1 WO 2023217875A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
shape memory
memory element
magnetic shape
magnetic
deformation unit
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/062444
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
René Schnetzler
Markus Laufenberg
Original Assignee
Eto Magnetic Gmbh
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 Eto Magnetic Gmbh filed Critical Eto Magnetic Gmbh
Publication of WO2023217875A1 publication Critical patent/WO2023217875A1/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/06—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like
    • F03G7/061—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like characterised by the actuating element
    • F03G7/0614—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like characterised by the actuating element using shape memory elements
    • F03G7/06147—Magnetic shape memory alloys, e.g. ferro-magnetic alloys
    • 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
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a deformation unit according to the preamble of claim 1, a fluid conveying device according to claim 12 and a method according to the preamble of claim 16.
  • a deformation unit for a fluid conveying device has already been proposed, with at least one magnetic shape memory element, which is at least intended to carry out an operating function of the fluid conveying device through a controllable change in shape, and with a holding device at least for holding the magnetic shape memory element in the fluid conveying device.
  • the object of the invention is, in particular, to provide a generic device with advantageous properties with regard to deformability, in particular with regard to use in micropumps.
  • the object is achieved according to the invention by the features of patent claims 1, 12 and 16, while advantageous refinements and developments of the invention can be found in the subclaims.
  • the invention is based on a deformation unit for a fluid delivery device and/or for a mechanical actuator device, with at least one magnetic shape memory element, which is at least intended to carry out an operating function of the fluid delivery device and/or the mechanical actuator device through a controllable change in shape, and with a holding device at least for holding the magnetic shape memory element in the fluid delivery device and/or the mechanical actuator device.
  • the holding device permanently holds the magnetic shape memory element in an at least partially, at least sectionally and/or at least partially, in particular arcuate, bent state.
  • This allows advantageous deformation properties of the shape memory element to be achieved.
  • This advantageously enables particularly uniform traveling wave movements of the shape memory element, which can be used particularly advantageously for micropump applications.
  • a particularly uniform peristaltic pumping movement can be achieved in micropump applications of the shape memory element.
  • the fluid delivery device is designed as a displacement pump.
  • a “displacement pump” is intended to mean in particular a pump, in particular an electrically operated one, which uses a displacement mechanism to convey at least one medium.
  • the displacement pump in particular has at least one closed delivery volume, which delivers the medium and which is preferably intended to prevent the medium from flowing back against the direction of delivery.
  • the displacement pump is self-priming and is intended to independently build up a negative pressure in order to pump the medium into it, whereby in particular further negative pressure components, such as an additional negative pressure pump, can be dispensed with.
  • “Provided” is intended to mean, in particular, specifically programmed, designed and/or equipped.
  • the displacement pump is designed as a micropump.
  • a displacement pump is to be understood as having an installation space of at most 25 cm 3 , preferably at most 15 cm 3 and particularly preferably at most 5 cm 3 .
  • the micropump is preferably intended to convey particularly small, adjustable delivery volumes.
  • the displacement pump device is in particular intended for conveying a medium which comprises at least one liquid, at least one gas, at least one solid, in particular a powdery solid, and/or a mixture of these.
  • the medium can comprise at least one liquid with a solid dissolved therein, such as an active ingredient, a medication or the like.
  • An actuator device is to be understood in particular as a drive unit which converts a signal, for example an electrical signal or a magnetic signal, into a mechanical movement and/or into a change in physical variables such as pressure or temperature.
  • a “magnetic shape memory element” is intended to mean, in particular, an element which is intended to use at least one shape memory effect to promote the medium.
  • the shape memory effect, which is used by the shape memory element to convey the medium is in particular a magnetic shape memory effect.
  • the positive displacement pump device comprises more than one shape memory element.
  • shape memory units could be fluidly connected to one another in parallel and/or in series.
  • the displacement pump device has only a single, one-piece, preferably monolithic shape memory element.
  • the shape memory element consists at least partially, preferably at least to a large extent, of a shape memory material which comprises at least one structural anisotropy, which results in a shape change, such as by changing the length and/or the thickness of the element, and/or comprises at least one magnetic anisotropy, which results in a reorientation of a magnetic orientation.
  • the structural anisotropy and the magnetic anisotropy are interdependent and/or mutually dependent.
  • the conversion of the anisotropy is at least magnetic field dependent, in particular on an orientation of a magnetic field which flows through the shape memory element.
  • the magnetic shape memory material preferably contains nickel, manganese and gallium, which preferably form the magnetic shape memory alloy.
  • the shape memory element can be changed in shape at least locally in a controlled manner by applying an external magnetic field.
  • the change in shape caused by the external magnetic field reversibly produces a deformation in the form of a hollow or groove or the like on a surface of the shape memory element.
  • the deformation can be moved along the surface of the shape memory element by changing, in particular moving, the magnetic field.
  • the operating function forms a main operating function of the respective device.
  • pumping a fluid corresponds to the operating function of the fluid delivery device.
  • a mechanical movement of a switching element corresponds to an operating function of the actuator device.
  • the holding device is intended to hold the magnetic shape memory element in a tensioned, prestressed and/or elastically deformed state.
  • the holding device is intended to maintain the bent state of the shape memory element, whereby preferably a geometric constraint is created which stabilizes a microstructure/twin structure within the shape memory element.
  • the holding device can be designed in several parts.
  • the shape memory element in particular has at least one jacket. At least the shape memory element is at least partially, preferably at least to a large extent and particularly preferably completely arranged in the jacket and/or surrounded by it.
  • the jacket is intended to seal the shape memory element.
  • the jacket is in particular plastic and preferably elastically deformable.
  • the jacket preferably consists at least partially of a plastic, in particular plastic and preferably elastic.
  • alternative designs without a jacket are also conceivable.
  • the shape memory element is in particular at least partially, preferably at least to a large extent and particularly preferably completely designed as an elongated object.
  • An “elongated object” is intended to mean, in particular, an object that has a dimension perpendicular to the main extension of the object, which is at least a factor of 2, preferably at least a factor of 5 and particularly preferably at least a factor of 10 smaller than its main extension.
  • a “main extension” of an object is to be understood in particular as an extension of an object along a main extension direction of the object, which advantageously runs through a geometric center and/or center of mass of the object.
  • a “main extension direction” of an object should be understood in particular to mean a direction that is oriented parallel to a longest edge of a smallest imaginary cuboid, which just completely encloses the object.
  • the shape memory element has the shape of a rod.
  • the shape memory element has a square cross section.
  • the cross section has in particular four side surfaces which define the sides of the shape memory unit.
  • a conveying direction of the deformation unit is in particular at least essentially parallel to the main extension direction of the Shape memory element.
  • the holding device “permanently” holds the shape memory element in the bent state should be understood in particular to mean that the holding device holds the shape memory element in the operational state of the fluid delivery device and/or the mechanical actuator device, in the switched-off state of the fluid delivery device and/or the mechanical actuator device and holds in the bent state when the fluid delivery device and/or the mechanical actuator device is switched on.
  • the shape memory element is only transferred from a relaxed state to the bent state when the respective device is activated.
  • the shape memory element is under internal tension when bent.
  • the shape memory element is unbent and/or straight in the force-free state (eg when it is removed).
  • the shape memory element can be bent only in sections or only in areas or even completely, in particular along its longitudinal extent. In the case of a longitudinal element that is only bent in sections or areas, several bent and unbent areas can be lined up next to each other.
  • the magnetic shape memory element is deformed in the bent state relative to an original manufacturing state of the magnetic shape memory element.
  • This allows advantageous deformation properties of the magnetic shape memory element to be achieved.
  • an internal structure of the shape memory element that is optimal for generating traveling wave movements, in particular a particularly fine twin structure can be achieved.
  • the magnetic shape memory element is held by the holding device in a state deflected from the original manufacturing state.
  • the shape memory element is unbent and/or straight in the original manufacturing state.
  • the magnetic shape memory element in the bent state is at least partially compressed and at least partially stretched relative to an original manufacturing state. This allows advantageous deformation properties of the magnetic shape memory element to be achieved.
  • an internal structure of the shape memory element that is optimal for generating traveling wave movements, in particular a particularly fine twin structure, can be achieved.
  • the magnetic shape memory element is compressed on one long side in the bent state.
  • the magnetic shape memory element is stretched in the bent state on a further long side opposite the long side.
  • longitudinal surfaces of the magnetic shape memory element each form an arc shape.
  • the longitudinal surfaces of the magnetic shape memory element run parallel to one another.
  • the magnetic shape memory element is bent in such a way that at least essentially wedge-shaped twin structures are created in the magnetic shape memory material of the magnetic shape memory element.
  • This allows advantageous deformation properties of the magnetic shape memory element to be achieved.
  • an internal structure of the shape memory element that is optimal for generating traveling wave movements, in particular a particularly fine twin structure can be achieved.
  • tips of the wedge-shaped twin structures each point in the direction of one of the longitudinal surfaces of the magnetic shape memory element. Tips of the wedge-shaped twin structures can be substantially rounded.
  • the wedge-shaped twin structures can assume acute-angled circular segment shapes or trapezoid shapes, with at least some of the edges of these shapes being able to be substantially rounded.
  • the twin structures are martensitic twin structures of the magnetic shape memory element, especially the magnetic shape memory alloy.
  • the twin structures of the magnetic shape memory element, in particular the magnetic shape memory alloy are at least substantially uniform.
  • the twin structures of the magnetic shape memory element, in particular the magnetic shape memory alloy are at least substantially equally distributed over at least a large part of the magnetic shape memory element, in particular at least over a large part of a curved region of the magnetic shape memory element.
  • the wedge-shaped twin structures are kept stable by the internal tension of the curved magnetic shape memory element.
  • an internal structure, in particular a particularly fine twin structure, of the shape memory element that is optimal for generating traveling wave movements can advantageously be created can be achieved.
  • a particularly uniform pumping behavior of a fluid delivery device can be achieved, in particular by preventing abrupt volume changes in a delivery volume.
  • the risk of cavitations during fluid delivery can be kept low, in particular by preventing abrupt volume changes in the delivery volume.
  • the twin structures of the magnetic shape memory element, in particular the magnetic shape memory alloy remain mobile along the surface parallel to the longitudinal direction of the shape memory element.
  • the twin structures of the magnetic shape memory element in particular the magnetic shape memory alloy, remain mobile along a curved circumference/along the arc of the magnetic shape memory element.
  • the magnetic shape memory element is bent in such a way that, at least in a resting state of the magnetic shape memory element, an expansion of the magnetic shape memory element at every point of the magnetic shape memory element remains substantially below a maximum possible and non-destructively reversible expansion of the magnetic shape memory element.
  • “significantly below” should be understood to mean in particular at least 5% below, preferably at least 10% below, advantageously at least 20% below, preferably at least 30% below and particularly preferably at most 95% below.
  • the magnetic shape memory element is bent in such a way that, at least in a resting state of the magnetic shape memory element, compression of the magnetic shape memory element at every point of the magnetic shape memory element remains substantially above a maximum possible and non-destructively reversible compression of the magnetic shape memory element.
  • “significantly above” should be understood to mean in particular at least 5% above, preferably at least 10% above, advantageously at least 20% above, preferably at least 30% above and particularly preferably at most 95% above.
  • a “resting state” of the magnetic shape memory element is intended to mean, in particular, a state in which the magnetic shape memory element is at least free of a dynamically changing magnetic field, preferably completely free of a magnetic field.
  • the magnetic shape memory element is free of a delivery volume in the rest state.
  • the holding device be magnetic
  • Shape memory element permanently in one, in particular over at least one Most of a longitudinal extent of the magnetic shape memory element maintains an evenly and continuously, arcuately bent state. This can advantageously achieve stabilization of the deformation properties of the magnetic shape memory element.
  • an internal structure that is optimal for generating traveling wave movements can be maintained in a permanently stable manner.
  • the arch shape is generated anew each time the deformation unit is activated and that the magnetic shape memory element is temporarily relaxed in the resting state.
  • the arc shape of the magnetic shape memory element has a bending angle which is below a maximum bending angle, at which a maximum possible and non-destructively reversible expansion of the magnetic shape memory element is generated by the arcuate bend at at least one point of the magnetic shape memory element, high mobility can advantageously be achieved at the same time sufficient delivery volume for a fluid delivery device can be achieved.
  • the bending angle of the magnetic shape memory element is at least 10%, preferably at least 20%, advantageously at least 30%, preferably at least 40% and particularly preferably at least 50% below the maximum bending angle at which the arcuate bend at least one point of the magnetic shape memory element maximum possible and non-destructively reversible expansion of the magnetic shape memory element is generated.
  • the maximum bending angle results from a maximum achievable elongation of the magnetic shape memory element, a thickness of the magnetic shape memory element and a length of the magnetic shape memory element.
  • the bending angle of the magnetic shape memory element is spanned by extending surface planes of opposite longitudinal ends of the magnetic shape memory element at the intersection point of the extended surface planes.
  • the magnetic shape memory element can advantageously show a partial magnetic shape memory effect, ie the twin boundaries remain mobile to a limited extent in contrast to complete expansion or compression and at least allow a traveling wave movement to be formed along the partially stretched outer surface of the magnetic shape memory element.
  • the geometric constraint expansion/compression
  • the arc shape of the magnetic shape memory element has a bending angle which is above a minimum bending angle, at which a twin structure of the magnetic shape memory element is stabilized by the bend in such a way that, in particular at least at typical operating temperatures of the magnetic shape memory element, permanent changes in the twin structures are caused by a regular Fluid delivery operation and/or by regular actuator operation are at least essentially excluded, a high level of reliability of the deformation unit can advantageously be achieved over its entire service life.
  • the arcuate shape of the magnetic shape memory element has a bending angle which is approximately half as large as a maximum bending angle of the magnetic shape memory material, in which the arcuate bend at least one point of the magnetic shape memory element a maximum possible and non-destructively reversible expansion of the magnetic shape memory element is generated.
  • a high mobility of the twin boundaries can be advantageously achieved while at the same time sufficient stability of the twin structures, for example in conveying operation.
  • a maximum bending angle for a 15 mm long and 1 mm wide magnetic shape memory element with a maximum elongation of 6% can be approximately 55° or approximately 60°.
  • the optimal bending angle of the magnetic shape memory element is approximately 30°.
  • the magnetic shape memory element has a surface that is free of stabilization post-processing, in particular unblasted.
  • a simple and/or cost-effective construction can advantageously be achieved.
  • surface processing for twin boundary stabilization which may have a negative impact on the magneto-mechanical behavior of the magnetic shape memory element, can be dispensed with.
  • a magnetic shape memory element that is particularly suitable for fluid conveying tasks can advantageously be obtained.
  • a fluid delivery device in particular a displacement pump, preferably a micropump, is proposed with at least one deformation unit, which also comprises at least one magnetic field generation unit, and wherein the magnetic shape memory element is intended to cause a peristaltic deformation movement and / or to by the magnetic fields generated by the magnetic field generation unit to be excited by a traveling wave movement, whereby delivery volumes are temporarily at least partially limited by the magnetic shape memory element and move between a fluid inlet and a fluid outlet along the magnetic shape memory element.
  • the magnetic field generation unit can have one or more, in particular rotatable and/or include translatable permanent magnets.
  • the magnetic field generation unit can comprise one or more controllable electromagnets for generating the magnetic fields.
  • the magnetic field generating unit is designed as an at least two-pole, in particular at least four-pole, preferably rotatably mounted permanent magnet, a delivery volume can advantageously be increased, in particular without increasing the risk of cavities being generated, as can arise, for example, if the magnetic field moves too quickly .
  • the fluid delivery device has at least two fluid connections that are guided outwards at least essentially parallel.
  • a simple (standard) connection can advantageously be provided by the fluid delivery device.
  • the fluid connections can be aligned in the same direction or in opposite directions.
  • the fluid connections each form an inlet and an outlet for the fluid to be pumped.
  • the two fluid connections form the fluid inlet and the fluid outlet.
  • a method with a deformation unit for a fluid delivery device and/or for a mechanical actuator device, with at least one magnetic shape memory element, which carries out an operating function of the fluid delivery device and/or the mechanical actuator device through a controllable change in shape is proposed, wherein the magnetic shape memory element is permanent at least in some areas is held in a bent condition. This allows advantageous deformation properties of the shape memory element to be achieved.
  • the deformation unit according to the invention, the fluid conveying device according to the invention and the method according to the invention should not be limited to the application and embodiment described above.
  • the deformation unit according to the invention, the fluid delivery device according to the invention and the method according to the invention can have a number of individual elements, components and units that deviate from the number of individual elements, components and units mentioned here in order to fulfill a function of operation described herein.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a fluid conveying device with a deformation unit
  • FIG. 2 shows a schematic side view of a magnetic shape memory element of the deformation unit in a bent state with indicated twin structures
  • FIG. 3a shows a schematic representation of the fluid conveying device with a magnetic field generating unit designed as a two-pole permanent magnet
  • 3b is a schematic representation of the fluid conveying device with a magnetic field generating unit designed as a four-pole permanent magnet
  • 3c shows a schematic representation of the fluid conveying device with a magnetic field generating unit designed as an eight-pole permanent magnet
  • Fig. 5 is a schematic flow diagram for a method with the deformation unit for the fluid delivery device.
  • the fluid delivery device 14 forms, for example, part of a positive displacement pump.
  • the fluid delivery device 14 has a deformation unit 10.
  • the deformation unit 10 includes a magnetic shape memory element 12.
  • the magnetic shape memory element 12 is formed from a shape memory alloy.
  • the magnetic shape memory element 12 is intended to carry out an operating function (pumping fluid) of the fluid delivery device 14 through a controllable change in shape.
  • the fluid delivery device 14 comprises two fluid connections 40 which are guided to the outside.
  • a first fluid connection 40 forms a fluid inlet 36.
  • a second fluid connection 40 forms a fluid outlet 38.
  • the magnetic shape memory element 12 When executing the operating function of the fluid delivery device 14, a fluid is delivered from the first fluid inlet 36 to the fluid outlet 38.
  • the magnetic shape memory element 12 is shown by way of example in a rest state 26.
  • the magnetic shape memory element 12 is shown as an example when executing an operating function (in conveying mode).
  • the fluid delivery device 14 has a magnetic field generation unit 32.
  • the magnetic field generation unit 32 is intended to generate a dynamically changing magnetic field.
  • the magnetic field generation unit 32 comprises a permanent magnet 42.
  • the permanent magnet 42 is rotatably mounted.
  • the permanent magnet 42 can be two-pole (see Fig. 3a). However, the permanent magnet 42 can also be designed as a multi-pole diametric magnet.
  • the permanent magnet 42 can be four-pole (see Fig. 3b).
  • the permanent magnet 42 can have eight poles (see FIG. 3c), etc.
  • the volume that can be conveyed increases with the number of poles, but a reduction in the delivery pressure can occur.
  • Due to the rotatable bearing the magnetic field at the location of the magnetic shape memory element 12 changes repeatedly during operation.
  • the magnetic field(s) of the magnetic field generating unit 32 are intended to stimulate the magnetic shape memory element 12 to perform a peristaltic deformation movement.
  • the magnetic field/fields of the magnetic field generation unit 32 are intended to stimulate the magnetic shape memory element 12 to a peristaltic deformation movement.
  • the magnetic field/fields of the magnetic field generation unit 32 are intended to stimulate the magnetic shape memory element 12 to a traveling wave movement.
  • the magnetic field(s) of the magnetic field generating unit 32 are intended to generate delivery volumes 34 in the magnetic shape memory element 12 (see Figures 3a to 3c).
  • the delivery volumes 34 are designed as depressions/dents in a surface 24 of the magnetic shape memory element 12. Due to the magnetic fields of the magnetic field generating unit 32, the delivery volumes 34 move along the surface 24 of the magnetic shape memory element 12. The delivery volumes 34 move between the fluid inlet 36 and the fluid outlet 38 along the magnetic shape memory element 12.
  • the delivery volumes 34 are designed to be temporary. In the absence of the magnetic field, the delivery volumes 34 disappear. However, configurations with permanently present delivery volumes 34 are also conceivable.
  • the surface 24 of the magnetic shape memory element 12 is free from any stabilization post-processing.
  • the surface 24 of the magnetic shape memory element 12 is unblasted.
  • the delivery volumes 34 are partially limited by the magnetic shape memory element 12.
  • the delivery volumes 34 are limited on at least three sides by the magnetic shape memory element 12.
  • the fluid delivery device 14 has a sealing element 44.
  • the sealing element 44 limits the magnetic shape memory element 12 at least to one side.
  • the sealing element 44 limits the magnetic shape memory element 12 at least to the side to which the delivery volume 34 is open.
  • the sealing element 44 could also completely surround or envelop the magnetic shape memory element 12.
  • the sealing element 44 is designed as a PTFE strip.
  • the sealing element 44 is penetrated by the fluid connections 40.
  • the sealing element 44 is sealed by the fluid connections 40.
  • the fluid connections 40 are routed parallel to the outside.
  • the fluid connections 40 are led outwards in identical directions.
  • the deformation unit 10 includes a holding device 16.
  • the holding device 16 is intended to hold the magnetic shape memory element 12 in the fluid delivery device 14.
  • the holding device 16 is intended to permanently hold the magnetic shape memory element 12 in a bent state 18, in particular in an arcuate manner.
  • the holding device 16 forms two halves 46, 48, which form a curved receiving space 50 for the magnetic shape memory element 12.
  • the magnetic shape memory element 12 which was originally manufactured straight (see FIG. 4)
  • the magnetic shape memory element 12 is deformed in the bent state 18 (see FIG. 2) relative to an original manufacturing state 20 (see FIG. 4) of the magnetic shape memory element 12.
  • the magnetic shape memory element 12 is partially compressed in the bent state 18 relative to the original manufacturing state 20.
  • the Magnetic shape memory element 12 is compressed on a side (surface 52) facing the magnetic field generation unit 32.
  • the magnetic shape memory element 12 is partially stretched in the bent state 18 relative to the original manufacturing state 20.
  • the magnetic shape memory element 12 is stretched on a side (surface 24) pointing away from the magnetic field generation unit 32.
  • the magnetic shape memory element 12 is bent in such a way that at least essentially wedge-shaped twin structures 22 are created in the magnetic shape memory material of the magnetic shape memory element 12 (cf. FIG. 2 or FIGS. 3a to 3c).
  • the tapered ends of the wedges of the at least substantially wedge-shaped twin structures 22 are each directed towards one of the longitudinal surfaces 24, 52.
  • the magnetic shape memory element 12 is bent in such a way that the resulting wedge-shaped twin structures 22 remain at least partially mobile up to the surfaces 24, 52 of the magnetic shape memory element 12.
  • Twin boundaries each end on the longitudinal surfaces 24, 52 of the magnetic shape memory element 12.
  • the magnetic shape memory element 12 is bent in such a way that at least in the resting state 26 (see FIG. 2) of the magnetic shape memory element 12, an expansion of the magnetic shape memory element 12 at every point of the magnetic shape memory element 12 remains substantially below the maximum possible and non-destructively reversible expansion of the magnetic shape memory element 12.
  • the magnetic shape memory element 12 is bent in such a way that at least in the rest state 26 (see FIG. 2) of the magnetic shape memory element 12, a compression of the magnetic shape memory element 12 occurs at every point of the magnetic Shape memory element 12 remains significantly below the maximum possible and non-destructively reversible compression of the magnetic shape memory element 12.
  • the arcuate magnetic shape memory element 12 is shown schematically in a side view.
  • the magnetic shape memory element 12 has an arc shape 28.
  • the arc shape 28 of the magnetic shape memory element 12 has a bending angle 30.
  • the bending angle 30 is below a maximum bending angle at which the arcuate bend generates a maximum possible and non-destructively reversible expansion of the magnetic shape memory element 12.
  • the bending angle 30 is above a minimum bending angle at which the martensitic twin structure 22 of the magnetic shape memory element 12 is stabilized by the bend in such a way that permanent changes to the twin structures 22 due to regular fluid delivery operation are excluded.
  • the arc shape 28 of the magnetic shape memory element 12 has a bending angle 30, which is approximately half as large as the maximum bending angle of the magnetic shape memory material of the magnetic shape memory element 12, in which the arcuate bend at at least one point of the magnetic shape memory element 12 creates a maximum possible and non-destructive reversible expansion of the magnetic shape memory element 12 is generated.
  • the first length 54 indicates the length of the magnetic shape memory element 12 in the maximum compressed state.
  • the second length 56 indicates the length of the magnetic shape memory element 12 in the maximum stretched state. In known shape memory alloys, the second length 56 is up to 6% larger than the first length 54.
  • the first width 58 indicates the width of the magnetic shape memory element 12 in the maximum compressed state.
  • the second width 60 indicates the width of the magnetic shape memory element 12 in the maximum stretched state.
  • the second width 60 is smaller than the first width 58.
  • the bending angle 30 indicated in Figures 1 and 2 corresponds approximately to the optimal half of the maximum possible bending angle.
  • the optimal bending angle 30 can be calculated depending on the geometry and the maximum extensibility of the magnetic shape memory element 12. Using the following formula, the approximate optimal bending angle for a magnetic shape memory element 12 can be calculated depending on the geometry and material:
  • the magnetic shape memory element 12 is installed in the holding device 16 of the fluid delivery device 14 in a bent state.
  • the magnetic shape memory element 12 installed in this way is permanently held in the bent state 18 by the holding device 16.
  • the magnetic shape memory element 12 carries out the operating function of the fluid conveying device 14 through a controllable change in shape.
  • the operating function corresponds to conveying fluids by means of fillable and emptied movable conveying volumes 34, which are influenced by dynamic, spatially variable magnetic fields of the magnetic field generating unit 32 along the surface 24 of the magnetic shape memory element 12 can be pushed.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Reciprocating Pumps (AREA)

Abstract

Verformungseinheit (10) einer Fluidfördervorrichtung (14) und/ oder einer mechanische Aktorvorrichtung, mit zumindest einem magnetischen Formgedächtniselement (12), welches zumindest dazu vorgesehen ist, durch eine kontrollierbare Formänderung eine Betriebsfunktion der Fluidfördervorrichtung (14) und/oder der mechanischen Aktorvorrichtung auszuführen, und mit einer Halteeinrichtung (16) zumindest zu einer Halterung des magnetischen Formgedächtniselements (12) in der Fluidfördervorrichtung (14) und/ oder der mechanischen Aktorvorrichtung. Es wird vorgeschlagen, dass die Halteeinrichtung (16) das magnetische Formgedächtniselement (12) dauerhaft in einem zumindest bereichsweise gebogenen Zustand (18) hält.

Description

Verformungseinheit, Fluidfördervorrichtung und Verfahren
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Verformungseinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , eine Fluidfördervorrichtung nach dem Anspruch 12 und ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 16.
Es ist bereits eine Verformungseinheit für eine Fluidfördervorrichtung, mit zumindest einem magnetischen Formgedächtniselement, welches zumindest dazu vorgesehen ist, durch eine kontrollierbare Formänderung eine Betriebsfunktion der Fluidfördervorrichtung auszuführen, und mit einer Halteeinrichtung zumindest zu einer Halterung des magnetischen Formgedächtniselements in der Fluidfördervorrichtung vorgeschlagen worden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, eine gattungsgemäße Vorrichtung mit vorteilhaften Eigenschaften hinsichtlich einer Verformbarkeit, insbesondere hinsichtlich einer Verwendung in Mikropumpen, bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Patentansprüche 1 , 12 und 16 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einer Verformungseinheit für eine Fluidfördervorrichtung und/oder für eine mechanische Aktorvorrichtung, mit zumindest einem magnetischen Formgedächtniselement, welches zumindest dazu vorgesehen ist, durch eine kontrollierbare Formänderung eine Betriebsfunktion der Fluidfördervorrichtung und/oder der mechanischen Aktorvorrichtung auszuführen, und mit einer Halteeinrichtung zumindest zu einer Halterung des magnetischen Formgedächtniselements in der Fluidfördervorrichtung und/oder der mechanischen Aktorvorrichtung.
Es wird vorgeschlagen, dass die Halteeinrichtung das magnetische Formgedächtniselement dauerhaft in einem zumindest bereichsweise, zumindest abschnittsweise und/oder zumindest teilweise, insbesondere bogenförmig, gebogenen Zustand hält. Dadurch können vorteilhafte Verformungseigenschaften des Formgedächtniselements erreicht werden. Vorteilhaft können dadurch besonders gleichmäßige Wanderwellenbewegungen des Formgedächtniselements ermöglicht werden, welche insbesondere vorteilhaft für Mikropumpen-Anwendungen eingesetzt werden können. Vorteilhaft kann bei Mikropumpen-Anwendungen des Formgedächtniselements eine besonders gleichförmige peristaltische Pumpbewegung erreicht werden.
Insbesondere ist die Fluidfördervorrichtung als Verdrängungspumpe ausgebildet. Unter einer „Verdrängungspumpe“ soll insbesondere eine, insbesondere elektrisch betriebene, Pumpe verstanden werden, welche zur Förderung zumindest eines Mediums einen Verdrängungsmechanismus nutzt. Die Verdrängungspumpe weist insbesondere zumindest ein geschlossenes Fördervolumen auf, welches das Medium fördert und welches vorzugsweise dazu vorgesehen ist, ein ungewolltes Zurückströmen des Mediums entgegen der Förderrichtung zu verhindern. Besonders vorteilhaft ist die Verdrängungspumpe selbstansaugend und dazu vorgesehen, selbstständig einen Unterdrück aufzubauen, um das Medium in diese hinein zu fördern, wobei insbesondere auf weitere Unterdruckkomponenten, wie beispielsweise eine zusätzliche Unterdruckpumpe, verzichtet werden kann. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt. Insbesondere ist die Verdrängungspumpe als eine Mikropumpe ausgebildet. Unter einer „Mikropumpe“ soll insbesondere eine Verdrängungspumpe verstanden werden, welche einen Bauraum von höchstens 25 cm3, vorzugsweise von höchstens 15 cm3 und besonders bevorzugt von höchstens 5 cm3 aufweist. Vorzugsweise ist die Mikropumpe zu einem Fördern von besonders kleinen, einstellbaren Fördervolumen vorgesehen. Die Verdrängungspumpenvorrichtung ist insbesondere zur Förderung eines Mediums vorgesehen, welches wenigstens eine Flüssigkeit, wenigstens ein Gas, wenigstens einen Feststoff, insbesondere einen pulverförmigen Feststoff, und/oder ein Gemisch dieser umfasst. Beispielsweise kann das Medium wenigstens eine Flüssigkeit mit einem darin gelösten Feststoff, wie beispielsweise einem Wirkstoff, einem Medikament oder dergleichen, umfassen. Unter einer Aktorvorrichtung soll insbesondere eine antriebstechnische Baueinheit verstanden werden, welche ein Signal, beispielsweise ein elektrisches Signal oder ein magnetisches Signal in eine mechanische Bewegung und/oder in eine Veränderung physikalischer Größen wie Druck oder Temperatur umsetzt.
Unter einem „magnetischen Formgedächtniselement“ soll insbesondere ein Element verstanden werden, welches dazu vorgesehen ist, zumindest einen Formgedächtnis-Effekt zur Förderung des Mediums zu nutzen. Bei dem Formgedächtnis-Effekt, welcher von dem Formgedächtniselement zur Förderung des Mediums genutzt wird, handelt es sich insbesondere um einen magnetischen Formgedächtnis-Effekt. Zur Förderung eines Mediums ist es denkbar, dass die Verdrängungspumpenvorrichtung mehr als ein Formgedächtniselement umfasst. Beispielsweise könnten derartige Formgedächtniseinheiten fluidtechnisch miteinander parallel und/oder in Reihe verbunden sein. Ganz besonders bevorzugt weist die Verdrängungspumpenvorrichtung nur ein einziges einstückiges, vorzugsweise monolithisches Formgedächtniselement auf. Insbesondere besteht das Formgedächtniselement zumindest teilweise, vorzugsweise zumindest zu einem Großteil aus einem Formgedächtnismaterial, welches zumindest eine strukturelle Anisotropie umfasst, die eine Formwandlung, wie beispielsweise durch eine Veränderung der Länge und/oder der Dicke des Elements, zur Folge hat, und/oder zumindest eine magnetische Anisotropie umfasst, die eine Umorientierung einer magnetischen Orientierung zur Folge hat. Insbesondere sind die strukturelle Anisotropie und die magnetische Anisotropie voneinander abhängig und/oder sich gegenseitig bedingend. Insbesondere für den Fall einer Ausgestaltung des Formgedächtniselements als ein magnetisches Formgedächtniselement ist die Umwandlung der Anisotropie zumindest magnetfeldabhängig, und zwar insbesondere von einer Orientierung eines Magnetfelds, welches das Formgedächtniselement durchströmt. Bevorzugt umfasst das Formgedächtniselement zumindest ein insbesondere magnetisch wirksames und/oder aktives Formgedächtnismaterial und besonders bevorzugt eine magnetische Formgedächtnislegierung (auch bekannt als MSM-Material = Magnetic Shape Memory). Bevorzugt enthält das magnetische Formgedächtnismaterial dabei Nickel, Mangan und Gallium, welche vorzugsweise die magnetische Formgedächtnislegierung ausbilden.
Insbesondere ist das Formgedächtniselement durch ein Anlegen eines externen Magnetfelds zumindest lokal in seiner Form kontrolliert veränderbar. Beispielsweise erzeugt die durch das externe Magnetfeld hervorgerufene Formänderung an einer Oberfläche des Formgedächtniselements reversibel eine Verformung in Form einer Kuhle oder Rille oder dergleichen. Insbesondere ist durch eine Veränderung, insbesondere eine Bewegung, des Magnetfelds die Verformung entlang der Oberfläche des Formgedächtniselements bewegbar. Insbesondere bildet die Betriebsfunktion jeweils eine Hauptbetriebsfunktion der jeweiligen Vorrichtung aus. Insbesondere entspricht ein Pumpen eines Fluids der Betriebsfunktion der Fluidfördervorrichtung. Insbesondere entspricht eine mechanische Bewegung eines Schaltelements einer Betriebsfunktion der Aktorvorrichtung. Insbesondere ist die Halteeinrichtung dazu vorgesehen, das magnetische Formgedächtniselement in einem verspannten, vorgespannten und/oder elastisch verformten Zustand zu haltern. Insbesondere ist die Halteeinrichtung dazu vorgesehen, den gebogenen Zustand des Formgedächtniselements aufrecht zu erhalten, wodurch vorzugsweise eine geometrische Zwangsbedingung erzeugt wird, welche eine Mikrostruktur/Zwillingsstruktur innerhalb des Formgedächtniselements stabilisiert. Die Halteeinrichtung kann dabei mehrteilig ausgebildet sein. Ferner weist das Formgedächtniselement insbesondere zumindest einen Mantel auf. Zumindest das Formgedächtniselement ist zumindest teilweise, vorzugsweise zumindest zu einem Großteil und besonders bevorzugt vollständig in dem Mantel angeordnet und/oder von diesem umgeben. Der Mantel ist dazu vorgesehen, das Formgedächtniselement abzudichten. Der Mantel ist insbesondere plastisch und bevorzugt elastisch verformbar. Vorzugsweise besteht der Mantel zumindest teilweise aus einem, insbesondere plastischen und vorzugsweise elastischen Kunststoff. Alternative Ausgestaltungen ohne Mantel sind jedoch auch denkbar.
Das Formgedächtniselement ist insbesondere zumindest teilweise, vorzugsweise zumindest zu einem Großteil und besonders bevorzugt vollständig als ein längliches Objekt ausgebildet. Unter einem „länglichen Objekt“ soll insbesondere ein Objekt verstanden werden, das eine Abmessung senkrecht zur Haupterstreckung des Objekts aufweist, welche zumindest um einen Faktor 2, vorzugsweise zumindest um einen Faktor 5 und besonders bevorzugt zumindest um einen Faktor 10 kleiner ist als dessen Haupterstreckung. Unter einer „Haupterstreckung“ eines Objekts soll insbesondere eine Erstreckung eines Objekts entlang einer Haupterstreckungsrichtung des Objekts verstanden werden, die vorteilhaft durch einen geometrischen Mittelpunkt und/oder Massenmittelpunkt des Objekts verläuft. Unter einer „Haupterstreckungsrichtung“ eines Objekts soll insbesondere eine Richtung verstanden werden, welche parallel zu einer längsten Kante eines kleinsten gedachten Quaders orientiert ist, welcher das Objekt gerade noch vollständig umschließt. Vorzugsweise weist das Formgedächtniselement eine Form eines Stabs auf. Insbesondere in Förderrichtung betrachtet weist das Formgedächtniselement einen viereckigen Querschnitt auf. Der Querschnitt weist insbesondere vier Seitenflächen auf, welche die Seiten der Formgedächtniseinheit definieren. Eine Förderrichtung der Verformungseinheit ist insbesondere zumindest im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsrichtung des Formgedächtniselements. Darunter, dass die Halteeinrichtung das Formgedächtniselement „dauerhaft“ in dem gebogenen Zustand hält, soll insbesondere verstanden werden, dass die Halteeinrichtung das Formgedächtniselement im betriebsbereiten Zustand der Fluidfördervorrichtung und/oder der mechanischen Aktorvorrichtung, im ausgeschalteten Zustand der Fluidfördervorrichtung und/oder der mechanischen Aktorvorrichtung und im eingeschalteten Zustand der Fluidfördervorrichtung und/oder der mechanischen Aktorvorrichtung in dem gebogenen Zustand hält. Alternativ ist jedoch auch denkbar, dass das Formgedächtniselement jeweils erst bei einer Aktivierung der jeweiligen Vorrichtung von einem entspannten Zustand in den gebogenen Zustand überführt wird. Insbesondere steht das Formgedächtniselement im gebogenen Zustand unter interner Spannung. Insbesondere ist das Formgedächtniselement im kräftefreien Zustand (z.B. wenn es ausgebaut ist) ungebogen und/oder gerade ausgebildet. Das Formgedächtniselement kann, insbesondere entlang seiner Längserstreckung, nur abschnittsweise oder nur bereichsweise oder auch vollständig gebogen sein. Bei einem lediglich abschnittweisen oder bereichsweisen gebogenen Längselement können mehrere gebogene und ungebogene Bereiche aneinandergereiht sein.
In diesem Zusammenhang wird vorgeschlagen, dass das magnetische Formgedächtniselement in dem gebogenen Zustand relativ zu einem ursprünglichen Herstellungszustand des magnetischen Formgedächtniselements verformt ist. Dadurch können vorteilhafte Verformungseigenschaften des magnetischen Formgedächtniselements erreicht werden. Vorteilhaft kann eine für eine Erzeugung von Wanderwellenbewegungen optimale interne Struktur, insbesondere eine besonders feine Zwillingsstruktur, des Formgedächtniselements erreicht werden. Insbesondere ist das magnetische Formgedächtniselement in einem aus dem ursprünglichen Herstellungszustand ausgelenkten Zustand von der Halteeinrichtung gehalten. Insbesondere ist das Formgedächtniselement im ursprünglichen Herstellungszustand ungebogen und/oder gerade ausgebildet. Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das magnetische Formgedächtniselement in dem gebogenen Zustand relativ zu einem ursprünglichen Herstellungszustand zumindest bereichsweise gestaucht und zumindest bereichsweise gedehnt ist. Dadurch können vorteilhafte Verformungseigenschaften des magnetischen Formgedächtniselements erreicht werden. Vorteilhaft kann eine für eine Erzeugung von Wanderwellenbewegungen optimale interne Struktur, insbesondere eine besonders feine Zwillingsstruktur, des Formgedächtniselements erreicht werden. Insbesondere ist das magnetische Formgedächtniselement in dem gebogenen Zustand auf einer Längsseite gestaucht. Insbesondere ist das magnetische Formgedächtniselement in dem gebogenen Zustand auf einer der Längsseite gegenüberliegenden weiteren Längsseite gedehnt. Insbesondere bilden längsseitige Oberflächen des magnetischen Formgedächtniselements jeweils eine Bogenform aus. Insbesondere verlaufen die längsseitigen Oberflächen des magnetischen Formgedächtniselements parallel zueinander.
Ferner wird vorgeschlagen, dass das magnetische Formgedächtniselement derart gebogen ist, dass in dem magnetischen Formgedächtnismaterial des magnetischen Formgedächtniselements zumindest im Wesentlichen keilförmige Zwillingsstrukturen entstehen. Dadurch können vorteilhafte Verformungseigenschaften des magnetischen Formgedächtniselements erreicht werden. Vorteilhaft kann eine für eine Erzeugung von Wanderwellenbewegungen optimale interne Struktur, insbesondere eine besonders feine Zwillingsstruktur, des Formgedächtniselements erreicht werden. Insbesondere zeigen Spitzen der keilförmigen Zwillingsstrukturen jeweils in Richtung einer der längsseitigen Oberflächen des magnetischen Formgedächtniselements. Spitzen der keilförmigen Zwillingsstrukturen können wesentlich abgerundet ausgebildet sein. Die keilförmigen Zwillingsstrukturen können spitzwinklige Kreissegment-Formen oder Trapez-Formen annehmen, wobei zumindest ein Teil der Kanten dieser Formen wesentlich abgerundet sein können. Die Zwillingsstrukturen sind martensitische Zwillingsstrukturen des magnetischen Formgedächtniselements, insbesondere der magnetischen Formgedächtnislegierung. Die Zwillingsstrukturen des magnetischen Formgedächtniselements, insbesondere der magnetischen Formgedächtnislegierung, sind zumindest im Wesentlichen gleichförmig. Die Zwillingsstrukturen des magnetischen Formgedächtniselements, insbesondere der magnetischen Formgedächtnislegierung, sind zumindest im Wesentlichen gleich verteilt über zumindest einen Großteil des magnetischen Formgedächtniselements, insbesondere zumindest über einen Großteil eines gebogenen Bereichs des magnetischen Formgedächtniselements. Insbesondere werden die keilförmigen Zwillingsstrukturen durch die interne Spannung des gebogenen magnetischen Formgedächtniselements stabil gehalten.
Wenn dabei das magnetische Formgedächtniselement derart gebogen ist, dass die dabei entstehenden keilförmigen Zwillingsstrukturen zumindest teilweise mobil bleiben, insbesondere zumindest an zumindest einer Oberfläche des magnetischen Formgedächtniselements, kann vorteilhaft eine für eine Erzeugung von Wanderwellenbewegungen optimale interne Struktur, insbesondere eine besonders feine Zwillingsstruktur, des Formgedächtniselements erreicht werden. Vorteilhaft kann, insbesondere durch ein Verhindern abrupter Volumenveränderungen eines Fördervolumens, ein besonders gleichmäßiges Pumpverhalten einer Fluidfördervorrichtung erreicht werden. Vorteilhaft kann, insbesondere durch ein Verhindern abrupter Volumenveränderungen des Fördervolumens, ein Risiko von Kavitationen bei einer Fluidförderung gering gehalten werden. Insbesondere bleiben die Zwillingsstrukturen des magnetischen Formgedächtniselements, insbesondere der magnetischen Formgedächtnislegierung, entlang der Oberfläche parallel zur Längserstreckungsrichtung des Formgedächtniselements mobil. Insbesondere bleiben die Zwillingsstrukturen des magnetischen Formgedächtniselements, insbesondere der magnetischen Formgedächtnislegierung, entlang eines gebogenen Umfangs / entlang des Bogens des magnetischen Formgedächtniselements mobil. Zusätzlich wird vorgeschlagen, dass das magnetische Formgedächtniselement derart gebogen ist, dass zumindest in einem Ruhezustand des magnetischen Formgedächtniselements eine Dehnung des magnetischen Formgedächtniselements an jeder Stelle des magnetischen Formgedächtniselements wesentlich unterhalb einer maximal möglichen und zerstörungsfrei reversiblen Dehnung des magnetischen Formgedächtniselements bleibt. Dadurch kann vorteilhaft eine ausreichende Mobilität der Zwillingsstrukturen und insbesondere eines von dem magnetischen Formgedächtniselement erzeugten Fördervolumens erreicht werden. Unter „wesentlich unterhalb“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere zumindest 5% unterhalb, vorzugsweise zumindest 10% unterhalb, vorteilhaft zumindest 20% unterhalb, bevorzugt zumindest 30% unterhalb und besonders bevorzugt höchstens 95% unterhalb verstanden werden. Alternativ oder zusätzlich ist das magnetische Formgedächtniselement derart gebogen, dass zumindest in einem Ruhezustand des magnetischen Formgedächtniselements eine Komprimierung des magnetischen Formgedächtniselements an jeder Stelle des magnetischen Formgedächtniselements wesentlich oberhalb einer maximal möglichen und zerstörungsfrei reversiblen Komprimierung des magnetischen Formgedächtniselements bleibt. Unter „wesentlich oberhalb“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere zumindest 5% oberhalb, vorzugsweise zumindest 10% oberhalb, vorteilhaft zumindest 20% oberhalb, bevorzugt zumindest 30% oberhalb und besonders bevorzugt höchstens 95% oberhalb verstanden werden. Unter einem „Ruhezustand“ des magnetischen Formgedächtniselements soll insbesondere ein Zustand verstanden werden, in dem das magnetische Formgedächtniselement zumindest frei von einem dynamisch sich ändernden Magnetfeld, vorzugsweise vollkommen frei von einem Magnetfeld, ist. Vorzugsweise ist das magnetische Formgedächtniselement in dem Ruhezustand frei von einem Fördervolumen.
Außerdem wird vorgeschlagen, dass die Halteeinrichtung das magnetische
Formgedächtniselement dauerhaft in einem, insbesondere über zumindest einen Großteil einer Längserstreckung des magnetischen Formgedächtniselements gleichmäßig und kontinuierlich, bogenförmig gebogenen Zustand hält. Dadurch kann vorteilhaft eine Stabilisierung der Verformungseigenschaften des magnetischen Formgedächtniselements erreicht werden. Vorteilhaft kann eine für eine Erzeugung von Wanderwellenbewegungen optimale interne Struktur dauerhaft stabil aufrechterhalten werden. Alternativ ist jedoch auch denkbar, dass die Bogenform jeweils bei einer Aktivierung der Verformungseinheit neu erzeugt wird und dass das magnetische Formgedächtniselement im Ruhezustand temporär entspannt wird.
Wenn die Bogenform des magnetischen Formgedächtniselements einen Biegewinkel aufweist, welcher unterhalb eines maximalen Biegewinkels liegt, bei welchem durch die bogenförmige Biegung an zumindest einer Stelle des magnetischen Formgedächtniselements eine maximal mögliche und zerstörungsfrei reversible Dehnung des magnetischen Formgedächtniselements erzeugt wird, kann vorteilhaft eine hohe Mobilität bei gleichzeitig ausreichendem Fördervolumen für eine Fluidfördervorrichtung erreicht werden. Insbesondere liegt der Biegewinkel des magnetischen Formgedächtniselements zumindest 10%, vorzugsweise zumindest 20%, vorteilhaft zumindest 30%, bevorzugt zumindest 40% und besonders bevorzugt zumindest 50% unterhalb des maximalen Biegewinkels, bei welchem durch die bogenförmige Biegung an zumindest einer Stelle des magnetischen Formgedächtniselements eine maximal mögliche und zerstörungsfrei reversible Dehnung des magnetischen Formgedächtniselements erzeugt wird. Insbesondere ergibt sich der maximale Biegewinkel aus einer maximal erreichbaren Dehnung des magnetischen Formgedächtniselements, einer Dicke des magnetischen Formgedächtniselements und einer Länge des magnetischen Formgedächtniselements. Insbesondere wird der Biegewinkel des magnetischen Formgedächtniselements durch Verlängerung von Oberflächenebenen gegenüberliegender Längsenden des magnetischen Formgedächtniselements im Kreuzungspunkt der verlängerten Oberflächenebenen aufgespannt. Insbesondere ist der maximale Biegewinkel eines magnetischen Formgedächtniselements neben der äußeren Geometrie des magnetischen Formgedächtniselements durch eine interne Gitterstruktur des magnetischen Formgedächtniselements begrenzt. Wenn das magnetische Formgedächtniselement maximal ohne irreversible Schädigung gebogen ist, dann ist die Zwillingsstruktur des magnetischen Formgedächtniselements an einer Außenkontur des magnetischen Formgedächtniselements für maximale Dehnung orientiert (e = 1 ; z.B. Dehnung = 6%), während die Zwillingsstruktur an der gegenüberliegenden Außenkontur vollständig komprimiert ist (E = 0; z.B. Dehnung = 0%). Wenn nun der Biegewinkel größer als ein minimaler Biegewinkel und zugleich kleiner als ein maximaler Biegewinkel ist, dann kann das magnetische Formgedächtniselement vorteilhaft einen anteiligen magnetischen Formgedächtniseffekt zeigen, d.h. die Zwillingsgrenzen bleiben im Gegensatz zur vollständigen Dehnung oder Stauchung eingeschränkt mobil und erlauben eine Ausbildung einer Wanderwellenbewegung zumindest entlang der teilweise gedehnten Außenoberfläche des magnetischen Formgedächtniselements. Gleichzeitig wird durch die geometrische Zwangsbedingung (Dehnung / Stauchung) vorteilhaft die interne Mikrostruktur / die Zwillingsstruktur stabilisiert.
Wenn außerdem die Bogenform des magnetischen Formgedächtniselements einen Biegewinkel aufweist, welcher oberhalb eines minimalen Biegewinkels liegt, bei welchem eine Zwillingsstruktur des magnetischen Formgedächtniselements durch die Biegung derart stabilisiert ist, dass, insbesondere zumindest bei typischen Betriebstemperaturen des magnetischen Formgedächtniselements, bleibende Änderungen der Zwillingsstrukturen durch einen regulären Fluidförderbetrieb und/oder durch einen regulären Aktorbetrieb zumindest im Wesentlichen ausgeschlossen sind, kann vorteilhaft eine hohe Zuverlässigkeit der Verformungseinheit über seine gesamte Lebensdauer erreicht werden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Bogenform des magnetischen Formgedächtniselements einen Biegewinkel aufweist, welcher etwa halb so groß ist wie ein maximaler Biegewinkel des magnetischen Formgedächtnismaterials, bei welchem durch die bogenförmige Biegung an zumindest einer Stelle des magnetischen Formgedächtniselements eine maximal mögliche und zerstörungsfrei reversible Dehnung des magnetischen Formgedächtniselements erzeugt wird. Dadurch kann vorteilhaft eine hohe Mobilität der Zwillingsgrenzen bei gleichzeitig ausreichender Stabilität der Zwillingsstrukturen, z.B. im Förderbetrieb erreicht werden. Beispielsweise kann ein maximaler Biegewinkel bei einem 15 mm langen und 1 mm breiten magnetischen Formgedächtniselement mit einer maximalen Dehnung von 6% bei etwa 55° oder etwa 60° liegen. In diesem Fall liegt der optimale Biegewinkel des magnetischen Formgedächtniselements bei etwa 30°.
Ferner wird vorgeschlagen, dass das magnetische Formgedächtniselement eine von einer Stabilisierungs-Nachbearbeitung freie, insbesondere ungestrahlte, Oberfläche aufweist. Dadurch kann vorteilhaft eine einfache und/oder kostengünstige Konstruktion erreicht werden. Vorteilhaft kann auf ein das magneto-mechanische Verhalten des magnetischen Formgedächtniselements ggf. negativ beeinflussende Oberflächenbearbeitung zur Zwillingsgrenzenstabilisierung verzichtet werden. Vorteilhaft kann ein für Fluidförderaufgaben besonders geeignetes magnetisches Formgedächtniselement erhalten werden.
Ferner wird eine Fluidfördervorrichtung, insbesondere eine Verdrängungspumpe, vorzugsweise eine Mikropumpe, mit zumindest einer Verformungseinheit vorgeschlagen, welche zudem zumindest eine Magnetfelderzeugungseinheit umfasst, und wobei das magnetische Formgedächtniselement dazu vorgesehen ist, durch die von der Magnetfelderzeugungseinheit erzeugten Magnetfelder zu einer peristaltischen Verformungsbewegung und/oder zu einer Wanderwellenbewegung angeregt zu werden, wodurch temporär zumindest teilweise durch das magnetische Formgedächtniselement begrenzte Fördervolumina entstehen, die sich zwischen einem Fluideinlass und einem Fluidauslass entlang des magnetischen Formgedächtniselements bewegen. Dadurch kann vorteilhaft eine vorteilhafte, genaue und insbesondere besonders kleinbauende Fluidförderung ermöglicht werden. Insbesondere kann die Magnetfelderzeugungseinheit ein oder mehrere, insbesondere rotierbare und/oder translatierbare Permanentmagneten umfassen. Alternativ kann die Magnetfelderzeugungseinheit eine oder mehrere ansteuerbare Elektromagneten zur Erzeugung der Magnetfelder umfassen.
Wenn die Magnetfelderzeugungseinheit als ein zumindest zweipoliger, insbesondere zumindest vierpoliger, vorzugsweise rotierbar gelagerter, Permanentmagnet ausgebildet ist, kann vorteilhaft ein Fördervolumen erhöht werden, insbesondere ohne dabei ein Risiko einer Erzeugung von Kavitäten, wie es z.B. bei einer zu schnellen Magnetfeldbewegung entstehen kann, zu erhöhen.
Zudem wird vorgeschlagen, dass die Fluidfördervorrichtung zumindest zwei zumindest im Wesentlichen parallel nach außen geführte Fluidanschlüsse aufweist. Dadurch kann vorteilhaft ein einfacher (Standard-) Anschluss von der Fluidfördervorrichtung bereitgestellt werden. Die Fluidanschlüsse können dabei gleichgerichtet oder in entgegengesetzte Richtungen ausgerichtet sein. Die Fluidanschlüsse bilden jeweils einen Zulauf und einen Ablauf für das zu fördernde Fluid aus. Die zwei Fluidanschlüsse bilden den Fluideinlass und den Fluidauslass aus.
Ferner wird ein Verfahren mit einer Verformungseinheit für eine Fluidfördervorrichtung und/oder für eine mechanische Aktorvorrichtung, mit zumindest einem magnetischen Formgedächtniselement, welches durch eine kontrollierbare Formänderung eine Betriebsfunktion der Fluidfördervorrichtung und/oder der mechanischen Aktorvorrichtung ausführt, vorgeschlagen, wobei das magnetische Formgedächtniselement zumindest bereichsweise dauerhaft in einem gebogenen Zustand gehalten wird. Dadurch können vorteilhafte Verformungseigenschaften des Formgedächtniselements erreicht werden.
Vorteilhaft können dadurch besonders gleichmäßige Wanderwellenbewegungen des Formgedächtniselements ermöglicht werden, welche insbesondere vorteilhaft für Mikropumpen-Anwendungen eingesetzt werden können. Vorteilhaft kann bei Mikropumpen-Anwendungen des Formgedächtniselements eine besonders gleichförmige peristaltische Pumpbewegung erreicht werden. Die erfindungsgemäße Verformungseinheit, die erfindungsgemäße Fluidfördervorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren sollen hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Verformungseinheit, die erfindungsgemäße Fluidfördervorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.
Zeichnungen
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Fluidfördervorrichtung mit einer Verformungseinheit,
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht eines magnetischen Formgedächtniselements der Verformungseinheit in einem gebogenen Zustand mit angedeuteten Zwillingsstrukturen,
Fig. 3a eine schematische Darstellung der Fluidfördervorrichtung mit einer als zweipoliger Permanentmagnet ausgebildeten Magnetfelderzeugungseinheit,
Fig. 3b eine schematische Darstellung der Fluidfördervorrichtung mit einer als vierpoliger Permanentmagnet ausgebildeten Magnetfelderzeugungseinheit, Fig. 3c eine schematische Darstellung der Fluidfördervorrichtung mit einer als achtpoliger Permanentmagnet ausgebildeten Magnetfelderzeugungseinheit,
Fig. 4 eine schematische Seitenansicht des magnetischen Formgedächtniselements der Verformungseinheit in einem ursprünglichen Herstellungszustand und
Fig. 5 ein schematisches Ablaufdiagramm für ein Verfahren mit der Verformungseinheit für die Fluidfördervorrichtung.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Fluidfördervorrichtung 14. Die Fluidfördervorrichtung 14 bildet beispielhaft einen Teil einer Verdrängungspumpe aus. Die Fluidfördervorrichtung 14 bildet beispielhaft einen Teil einer Mikropumpe aus. Die Fluidfördervorrichtung 14 weist eine Verformungseinheit 10 auf. Die Verformungseinheit 10 umfasst ein magnetisches Formgedächtniselement 12. Das magnetische Formgedächtniselement 12 ist aus einer Formgedächtnislegierung ausgebildet. Das magnetische Formgedächtniselement 12 ist dazu vorgesehen, durch eine kontrollierbare Formänderung eine Betriebsfunktion (Pumpen von Fluid) der Fluidfördervorrichtung 14 auszuführen. Die Fluidfördervorrichtung 14 umfasst zwei nach außen geführte Fluidanschlüsse 40. Ein erster Fluidanschluss 40 bildet einen Fluideinlass 36 aus. Ein zweiter Fluidanschluss 40 bildet einen Fluidauslass 38 aus. Bei der Ausführung der Betriebsfunktion der Fluidfördervorrichtung 14 wird ein Fluid von dem ersten Fluideinlass 36 zu dem Fluidauslass 38 gefördert. In der Fig. 1 und der Fig. 2 ist das magnetische Formgedächtniselement 12 beispielhaft in einem Ruhezustand 26 dargestellt. In den Figuren 3a bis 3c ist das magnetische Formgedächtniselement 12 beispielhaft bei einem Ausführen einer Betriebsfunktion (im Förderbetrieb) dargestellt. Die Fluidfördervorrichtung 14 weist eine Magnetfelderzeugungseinheit 32 auf. Die Magnetfelderzeugungseinheit 32 ist zu einer Erzeugung eines sich dynamisch ändernden Magnetfelds vorgesehen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Magnetfelderzeugungseinheit 32 einen Permanentmagneten 42. Der Permanentmagnet 42 ist rotierbar gelagert. Der Permanentmagnet 42 kann zweipolig sein (vgl. Fig. 3a). Der Permanentmagnet 42 kann jedoch auch als mehrpoliger Diametralmagnet ausgebildet sein. Der Permanentmagnet 42 kann vierpolig sein (vgl. Fig. 3b). Der Permanentmagnet 42 kann achtpolig sein (vgl. Fig. 3c), etc. Mit der Anzahl der Poligkeit steigt ein förderbares Volumen, es kann jedoch zu einer Absenkung eines Förderdrucks kommen. Durch die rotierbare Lagerung verändert sich das Magnetfeld am Ort des magnetischen Formgedächtniselements 12 im Betrieb repetitiv. Das Magnetfeld / die Magnetfelder der Magnetfelderzeugungseinheit 32 sind dazu vorgesehen, das magnetische Formgedächtniselement 12 zu einer peristaltischen Verformungsbewegung anzuregen. Das Magnetfeld / die Magnetfelder der Magnetfelderzeugungseinheit 32 sind dazu vorgesehen, das magnetische Formgedächtniselement 12 zu einer peristaltischen Verformungsbewegung anzuregen Das Magnetfeld / die Magnetfelder der Magnetfelderzeugungseinheit 32 sind dazu vorgesehen, das magnetische Formgedächtniselement 12 zu einer Wanderwellenbewegung anzuregen. Das Magnetfeld / die Magnetfelder der Magnetfelderzeugungseinheit 32 sind dazu vorgesehen, Fördervolumina 34 in dem magnetischen Formgedächtniselement 12 zu erzeugen (vgl. Figuren 3a bis 3c). Die Fördervolumina 34 sind als Vertiefungen /Dellen in einer Oberfläche 24 des magnetischen Formgedächtniselements 12 ausgebildet. Durch die Magnetfelder der Magnetfelderzeugungseinheit 32 bewegen sich die Fördervolumina 34 entlang der Oberfläche 24 des magnetischen Formgedächtniselements 12. Die Fördervolumina 34 bewegen sich zwischen dem Fluideinlass 36 und dem Fluidauslass 38 entlang des magnetischen Formgedächtniselements 12. Die Fördervolumina 34 sind temporär ausgebildet. In Abwesenheit des Magnetfelds verschwinden die Fördervolumina 34. Ausgestaltungen mit permanent vorhandenen Fördervolumina 34 sind jedoch ebenfalls denkbar. Die Oberfläche 24 des magnetischen Formgedächtniselements 12 ist frei eine von einer Stabilisierungs-Nachbearbeitung ausgebildet. Die Oberfläche 24 des magnetischen Formgedächtniselements 12 ist ungestrahlt.
Die Fördervolumina 34 sind teilweise von dem magnetischen Formgedächtniselement 12 begrenzt. Die Fördervolumina 34 sind zu zumindest drei Seiten von dem magnetischen Formgedächtniselement 12 begrenzt. Die Fluidfördervorrichtung 14 weist ein Dichtelement 44 auf. Das Dichtelement 44 begrenzt das magnetische Formgedächtniselement 12 zumindest zu einer Seite hin. Das Dichtelement 44 begrenzt das magnetische Formgedächtniselement 12 zumindest zu der Seite hin, zu der das Fördervolumen 34 offen ist. Das Dichtelement 44 könnte das magnetische Formgedächtniselement 12 auch vollständig umgreifen oder einhüllen. Das Dichtelement 44 ist als ein PTFE Streifen ausgebildet. Das Dichtelement 44 wird von den Fluidanschlüssen 40 durchdrungen. Das Dichtelement 44 ist durch die Fluidanschlüsse 40 abgedichtet. Die Fluidanschlüsse 40 sind parallel nach außen geführt. Die Fluidanschlüsse 40 sind in identische Richtungen nach außen geführt.
Die Verformungseinheit 10 umfasst eine Halteeinrichtung 16. Die Halteeinrichtung 16 ist dazu vorgesehen, das magnetische Formgedächtniselement 12 in der Fluidfördervorrichtung 14 zu haltern. Die Halteeinrichtung 16 ist dazu vorgesehen, das magnetische Formgedächtniselement 12 dauerhaft in einem, insbesondere bogenförmig, gebogenen Zustand 18 zu halten. Im beispielhaft dargestellten Fall bildet die Halteeinrichtung 16 zwei Hälften 46, 48 aus, welche einen gebogenen Aufnahmeraum 50 für das magnetische Formgedächtniselement 12 ausbilden. Durch ein Verbinden der beiden Hälften 46, 48 wird das ursprünglich gerade gefertigte (vgl. Fig. 4) magnetische Formgedächtniselement 12 unter Zwang gebogen. Das magnetische Formgedächtniselement 12 ist in dem gebogenen Zustand 18 (vgl. Fig. 2) relativ zu einem ursprünglichen Herstellungszustand 20 (vgl. Fig. 4) des magnetischen Formgedächtniselements 12 verformt. Das magnetische Formgedächtniselement 12 ist in dem gebogenen Zustand 18 relativ zu dem ursprünglichen Herstellungszustand 20 bereichsweise gestaucht. Das magnetische Formgedächtniselement 12 ist auf einer auf die Magnetfelderzeugungseinheit 32 hinzeigenden Seite (Oberfläche 52) gestaucht. Das magnetische Formgedächtniselement 12 ist in dem gebogenen Zustand 18 relativ zu dem ursprünglichen Herstellungszustand 20 bereichsweise gedehnt. Das magnetische Formgedächtniselement 12 ist auf einer von der Magnetfelderzeugungseinheit 32 wegzeigenden Seite (Oberfläche 24) gedehnt.
Das magnetische Formgedächtniselement 12 ist derart gebogen, dass in dem magnetischen Formgedächtnismaterial des magnetischen Formgedächtniselements 12 zumindest im Wesentlichen keilförmige Zwillingsstrukturen 22 entstehen (vgl. Fig. 2 oder Figuren 3a bis 3c). Die zulaufenden Enden der Keile der zumindest im Wesentlichen keilförmigen Zwillingsstrukturen 22 sind jeweils auf eine der längsseitigen Oberflächen 24, 52 hin gerichtet. Das magnetische Formgedächtniselement 12 ist derart gebogen, dass die dabei entstehenden keilförmigen Zwillingsstrukturen 22 bis an die Oberflächen 24, 52 des magnetischen Formgedächtniselements 12 zumindest teilweise mobil bleiben. An den längsseitigen Oberflächen 24, 52 des magnetischen Formgedächtniselements 12 enden jeweils noch Zwillingsgrenzen. Keine Oberfläche ist vollständig von einem martensitischen Zwilling bedeckt (dies würde eine maximal mögliche (und zerstörungsfrei reversible) Dehnung oder Stauchung bedeuten, (vgl. dazu auch die Zwillingsstrukturen 22 in den Bereichen der Fördervolumina 34 von den Figuren 3a bis 3c). Das magnetische Formgedächtniselement 12 ist derart gebogen, dass zumindest in dem Ruhezustand 26 (vgl. Fig. 2) des magnetischen Formgedächtniselements 12 eine Dehnung des magnetischen Formgedächtniselements 12 an jeder Stelle des magnetischen Formgedächtniselements 12 wesentlich unterhalb der maximal möglichen und zerstörungsfrei reversiblen Dehnung des magnetischen Formgedächtniselements 12 bleibt. Das magnetische Formgedächtniselement 12 ist derart gebogen, dass zumindest in dem Ruhezustand 26 (vgl. Fig. 2) des magnetischen Formgedächtniselements 12 eine Stauchung des magnetischen Formgedächtniselements 12 an jeder Stelle des magnetischen Formgedächtniselements 12 wesentlich unterhalb der maximal möglichen und zerstörungsfrei reversiblen Stauchung des magnetischen Formgedächtniselements 12 bleibt.
In der Fig. 2 ist schematisch das bogenförmig gebogene magnetische Formgedächtniselement 12 in einer Seitenansicht dargestellt. Das magnetische Formgedächtniselement 12 weist eine Bogenform 28 auf. Die Bogenform 28 des magnetischen Formgedächtniselements 12 weist einen Biegewinkel 30 auf. Der Biegewinkel 30 liegt unterhalb eines maximalen Biegewinkels, bei welchem durch die bogenförmige Biegung eine maximal mögliche und zerstörungsfrei reversible Dehnung des magnetischen Formgedächtniselements 12 erzeugt wird. Der Biegewinkel 30 liegt oberhalb eines minimalen Biegewinkels, bei welchem die martensitische Zwillingsstruktur 22 des magnetischen Formgedächtniselements 12 durch die Biegung derart stabilisiert ist, dass bleibende Änderungen der Zwillingsstrukturen 22 durch einen regulären Fluidförderbetrieb ausgeschlossen sind. Die Bogenform 28 des magnetischen Formgedächtniselements 12 weist einen Biegewinkel 30 auf, welcher etwa halb so groß ist wie der maximale Biegewinkel des magnetischen Formgedächtnismaterials des magnetischen Formgedächtniselements 12, bei welchem durch die bogenförmige Biegung an zumindest einer Stelle des magnetischen Formgedächtniselements 12 eine maximal mögliche und zerstörungsfrei reversible Dehnung des magnetischen Formgedächtniselements 12 erzeugt wird.
Die Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung des magnetischen Formgedächtniselements 12 im ursprünglichen Herstellungszustand 20. Das magnetische Formgedächtniselement 12 weist eine erste Länge 54 (z£=o) auf. Die erste Länge 54 gibt die Länge des magnetischen Formgedächtniselements 12 im maximal gestauchten Zustand an. Das magnetische Formgedächtniselement 12 weist eine zweite Länge 56 (z£=i) auf. Die zweite Länge 56 gibt die Länge des magnetischen Formgedächtniselements 12 im maximal gedehnten Zustand an. Die zweite Länge 56 ist bei bekannten Formgedächtnislegierungen bis zu 6% größer als die erste Länge 54. Das magnetische Formgedächtniselement 12 weist eine erste Breite 58 (x£=i) auf. Die erste Breite 58 gibt die Breite des magnetischen Formgedächtniselements 12 im maximal gestauchten Zustand an. Das magnetische Formgedächtniselement 12 weist eine zweite Breite 60 (x£=o) auf. Die zweite Breite 60 gibt die Breite des magnetischen Formgedächtniselements 12 im maximal gedehnten Zustand an. Die zweite Breite 60 ist kleiner als die erste Breite 58. Der in den Figuren 1 und 2 angedeutete Biegewinkel 30 entspricht etwa dem optimalen halben maximal möglichen Biegewinkel. Der optimale Biegewinkel 30 ist in Abhängigkeit von der Geometrie und der maximalen Dehnbarkeit des magnetischen Formgedächtniselements 12 berechenbar. Mittels der folgenden Formel lässt sich der ungefähre optimale Biegewinkel für ein magnetisches Formgedächtniselement 12 geometrie- und materialabhängig berechnen:
□optimal = Qmax
Figure imgf000022_0001
Die Fig. 5 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm für ein Verfahren mit der Verformungseinheit 10 für die Fluidfördervorrichtung 14. In zumindest einem Verfahrensschritt 62 wird das magnetische Formgedächtniselement 12 in die Halteeinrichtung 16 der Fluidfördervorrichtung 14 in einem gebogenen Zustand eingebaut. Das derart eingebaute magnetische Formgedächtniselement 12 wird von der Halteeinrichtung 16 dauerhaft in dem gebogenen Zustand 18 gehalten. In zumindest einem weiteren Verfahrensschritt 64 führt das magnetische Formgedächtniselement 12 durch eine kontrollierbare Formänderung die Betriebsfunktion der Fluidfördervorrichtung 14. Die Betriebsfunktion entspricht dabei einem Fördern von Fluiden mittels befüllbarer und entleerbarer beweglicher Fördervolumina 34, welche von dynamisch räumlich veränderlichen Magnetfeldern der Magnetfelderzeugungseinheit 32 entlang der Oberfläche 24 des magnetischen Formgedächtniselements 12 geschoben werden. Bezugszeichen
10 Verformungseinheit
12 Magnetisches Formgedächtniselement
14 Fluidfördervorrichtung
16 Halteeinrichtung
18 Gebogener Zustand
20 Ursprünglicher Herstellungszustand
22 Zwillingsstruktur
24 Oberfläche
26 Ruhezustand
28 Bogenform
30 Biegewinkel
32 Magnetfelderzeugungseinheit
34 Fördervolumen
36 Fluideinlass
38 Fluidauslass
40 Fluidanschluss
42 Permanentmagnet
44 Dichtelement
46 Hälfte
48 Hälfte
50 Aufnahmeraum
52 Oberfläche
54 Länge
56 Länge
58 Breite
60 Breite
62 Verfahrensschritt
64 Verfahrensschritt

Claims

Ansprüche Verformungseinheit (10) für eine Fluidfördervorrichtung (14) und/oder für eine mechanische Aktorvorrichtung, mit zumindest einem magnetischen Formgedächtniselement (12), welches zumindest dazu vorgesehen ist, durch eine kontrollierbare Formänderung eine Betriebsfunktion der Fluidfördervorrichtung (14) und/oder der mechanischen Aktorvorrichtung auszuführen, und mit einer Halteeinrichtung (16) zumindest zu einer Halterung des magnetischen Formgedächtniselements (12) in der Fluidfördervorrichtung (14) und/oder der mechanischen Aktorvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (16) das magnetische Formgedächtniselement (12) dauerhaft in einem zumindest bereichsweise gebogenen Zustand (18) hält. Verformungseinheit (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Formgedächtniselement (12) in dem gebogenen Zustand (18) relativ zu einem ursprünglichen Herstellungszustand (20) des magnetischen Formgedächtniselements (12) verformt ist. Verformungseinheit (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Formgedächtniselement (12) in dem gebogenen Zustand (18) relativ zu einem ursprünglichen Herstellungszustand (20) zumindest bereichsweise gestaucht und zumindest bereichsweise gedehnt ist. 4. Verformungseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Formgedächtniselement (12) derart gebogen ist, dass in einem magnetischen Formgedächtnismaterial des magnetischen Formgedächtniselements (12) zumindest im Wesentlichen keilförmige Zwillingsstrukturen (22) entstehen.
5. Verformungseinheit (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Formgedächtniselement (12) derart gebogen ist, dass die dabei entstehenden keilförmigen Zwillingsstrukturen (22) zumindest teilweise mobil bleiben, insbesondere zumindest an zumindest einer Oberfläche (24) des magnetischen Formgedächtniselements (12).
6. Verformungseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Formgedächtniselement (12) derart gebogen ist, dass zumindest in einem Ruhezustand (26) des magnetischen Formgedächtniselements (12) eine Dehnung des magnetischen Formgedächtniselements (12) an jeder Stelle des magnetischen Formgedächtniselements (12) wesentlich unterhalb einer maximal möglichen und zerstörungsfrei reversiblen Dehnung des magnetischen Formgedächtniselements (12) bleibt.
7. Verformungseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (16) das magnetische Formgedächtniselement (12) dauerhaft in einem zumindest abschnittsweise bogenförmig gebogenen Zustand (18) hält. Verformungseinheit (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bogenform (28) des magnetischen Formgedächtniselements (12) einen Biegewinkel (30) aufweist, welcher unterhalb eines maximalen Biegewinkels liegt, bei welchem durch die bogenförmige Biegung an zumindest einer Stelle des magnetischen Formgedächtniselements (12) eine maximal mögliche und zerstörungsfrei reversible Dehnung des magnetischen Formgedächtniselements (12) erzeugt wird. Verformungseinheit (10) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bogenform (28) des magnetischen Formgedächtniselements (12) einen Biegewinkel (30) aufweist, welcher oberhalb eines minimalen Biegewinkels liegt, bei welchem eine Zwillingsstruktur (22) des magnetischen Formgedächtniselements (12) durch die Biegung derart stabilisiert ist, dass bleibende Änderungen der Zwillingsstrukturen (22) durch einen regulären Fluidförderbetrieb und/oder durch einen regulären Aktorbetrieb zumindest im Wesentlichen ausgeschlossen sind. Verformungseinheit (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bogenform (28) des magnetischen Formgedächtniselements (12) einen Biegewinkel (30) aufweist, welcher etwa halb so groß ist wie ein maximaler Biegewinkel des magnetischen Formgedächtniselements (12), bei welchem durch die bogenförmige Biegung an zumindest einer Stelle des magnetischen Formgedächtniselements (12) eine maximal mögliche und zerstörungsfrei reversible Dehnung des magnetischen Formgedächtniselements (12) erzeugt wird. Verformungseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Formgedächtniselement (12) eine von einer Stabilisierungs- Nachbearbeitung freie, insbesondere ungestrahlte, Oberfläche (24) aufweist. Fluidfördervorrichtung (14), insbesondere Verdrängungspumpe, vorzugsweise Mikropumpe, mit zumindest einer Verformungseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Fluidfördervorrichtung (14) nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch zumindest eine Magnetfelderzeugungseinheit (32), wobei das magnetische Formgedächtniselement (12) dazu vorgesehen ist, durch die von der Magnetfelderzeugungseinheit (32) erzeugten Magnetfelder zu einer peristaltischen Verformungsbewegung und/oder zu einer Wanderwellenbewegung angeregt zu werden, wodurch temporär zumindest teilweise durch das magnetische Formgedächtniselement (12) begrenzte Fördervolumina (34) entstehen, die sich zwischen einem Fluideinlass (36) und einem Fluidauslass (38) entlang des magnetischen Formgedächtniselements (12) bewegen. Fluidfördervorrichtung (14) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfelderzeugungseinheit (32) als ein zumindest zweipoliger, vorzugsweise rotierbar gelagerter, Permanentmagnet (42) ausgebildet ist. Fluidfördervorrichtung (14) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, gekennzeichnet durch zumindest zwei zumindest im Wesentlichen parallel nach außen geführte Fluidanschlüsse (40). Verfahren mit einer Verformungseinheit (10) für eine Fluidfördervorrichtung (14) und/oder für eine mechanische Aktorvorrichtung, insbesondere mit einer Verformungseinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , mit zumindest einem magnetischen Formgedächtniselement (12), welches durch eine kontrollierbare
Formänderung eine Betriebsfunktion der Fluidfördervorrichtung (14) und/oder der mechanischen Aktorvorrichtung ausführt, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Formgedächtniselement (12) zumindest bereichsweise dauerhaft in einem gebogenen Zustand (18) gehalten wird.
PCT/EP2023/062444 2022-05-13 2023-05-10 Verformungseinheit, fluidfördervorrichtung und verfahren WO2023217875A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022112081.3 2022-05-13
DE102022112081.3A DE102022112081A1 (de) 2022-05-13 2022-05-13 Verformungseinheit, Fluidfördervorrichtung und Verfahren

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023217875A1 true WO2023217875A1 (de) 2023-11-16

Family

ID=86605811

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2023/062444 WO2023217875A1 (de) 2022-05-13 2023-05-10 Verformungseinheit, fluidfördervorrichtung und verfahren

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102022112081A1 (de)
WO (1) WO2023217875A1 (de)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030215342A1 (en) * 2002-03-27 2003-11-20 Kusunoki Higashino Fluid transferring system and micropump suitable therefor
DE102018129634B3 (de) * 2018-11-23 2020-03-05 Hnp Mikrosysteme Gmbh Transportvorrichtung mit Aktor und Trennschicht

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19934827C1 (de) 1999-07-24 2001-05-17 Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt Linearaktuator
DE102018114166A1 (de) 2018-06-13 2019-12-19 Eto Magnetic Gmbh Verdrängungspumpenvorrichtung

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030215342A1 (en) * 2002-03-27 2003-11-20 Kusunoki Higashino Fluid transferring system and micropump suitable therefor
DE102018129634B3 (de) * 2018-11-23 2020-03-05 Hnp Mikrosysteme Gmbh Transportvorrichtung mit Aktor und Trennschicht

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Unkonventionelle Aktoren: Eine Einführung", 1 January 2013, article HARTMUT JANOCHA: "chapter 7", pages: 175 - 190, XP055542253 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE102022112081A1 (de) 2023-11-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2541132B2 (de) Schwingankermotor-Verdichter
DE102008033411B4 (de) Rückschlagventil
EP1977084A1 (de) Verstellbare leitvorrichtung
EP2353626A1 (de) Fördereinrichtung für ein Fluid
DE10246469A1 (de) Pumpvorrichtung
DE102005049282A1 (de) Außenkernbaugruppe für einen Linearmotor
DE2303450A1 (de) Magnetventil
EP3490017A1 (de) Aktoreinrichtung mit festkörperaktor und hydraulikeinheit
WO2023217875A1 (de) Verformungseinheit, fluidfördervorrichtung und verfahren
DE60225000T2 (de) Linearer kompressor
DE3726187A1 (de) Hochdruckfluidpumpe
DE102007006871B4 (de) Kugelsitzventil mit sich trichterförmig erweiterndem Ventilsitzkörper
DE102015210597A1 (de) Hubkolbenmotor und Kraftfahrzeug
DE2006236C3 (de) Flüssigkeitsdämpfung für die Kardanaufhängung eines Kreisels oder Beschleunigungsmessers
EP3388671A1 (de) Impellerpumpe
EP3029324B1 (de) Vakuumeinrichtung
EP3167192B1 (de) Einrichtung zur bereitstellung von unter einem vorgebbaren druck stehenden fluiden
DE102013000765B4 (de) Membranpumpe
DE102018127741B4 (de) Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug
DE102005017410A1 (de) Elektrische Stellvorrichtung zur variablen Betätigung eines Gaswechselventils
WO2017140584A1 (de) Schlauchpumpe
DE102016111319A1 (de) Vorrichtung zur Verstellung von Komponenten einer Verbrennungskraftmaschine
EP2525095B1 (de) Pumpe zur Erzeugung von Druckluft
DE102017121307A1 (de) Verdichter
DE102014225055B4 (de) Linearmotor und Verdichter

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: 23727248

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1