MIKROMEMBRANPUMPEINRICHTUNG

Abstract

 Vorgeschlagen wird eine Mikromembranpumpeinrichtung zum Pumpen eines Fluids. Die Mikromembranpumpeinrichtung weist auf:
eine Pumpkammer, welcher ein Einlassventil zum Einlassen des Fluids in die Pumpkammer, ein Auslassventil zum Auslassen des Fluids aus der Pumpkammer und
eine Membraneinrichtung zum Variieren eines Volumens der Pump-kammer zugeordnet ist, wobei die Membraneinrichtung einen plattenförmigen Aktor zum Verformen der Membraneinrichtung aufweist; und
eine Beeinflussungseinrichtung zum Beeinflussen des plattenförmigen Aktors, um so das Volumen der Pumpkammer zu beeinflussen;
wobei die Membraneinrichtung einen die Pumpkammer begrenzenden platten-förmigen Membrankörper aufweist;
wobei der plattenförmige Aktor auf einer der Pumpkammer abgewandten Seite des plattenförmigen Membrankörpers angeordnet ist;
wobei der plattenförmige Aktor mittels einer elektrisch isolierenden Kleberschicht an dem plattenförmigen Membrankörper befestigt ist, so dass der plattenförmige Aktor elektrisch isoliert gegenüber dem Membrankörper ist;
wobei innerhalb der elektrisch isolierenden Kleberschicht zumindest ein eingebetteter Abschnitt eines Trägerkörpers angeordnet ist, an welchem oder in welchem ein Verformungssensor zur Erfassung einer Verformung der Membraneinrichtung angeordnet ist, um so das Volumen der Pumpkammer zu erfassen;
wobei die Beeinflussungseinrichtung, der plattenförmige Aktor und der Verformungssensor einen geschlossenen Regelkreis zur Regelung eines Volumen-stroms der Mikromembranpumpeinrichtung bilden.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mikromembranpumpeinrichtung zum Pumpen eines Fluids. Mikromembranpumpeinrichtungen sind beispielsweise aus den Dokumenten AU 2015308144 A1 und US 20160153444 A1 bekannt.

[0002] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, derartige bekannte Mikromembranpumpeinrichtungen zu verbessern.

[0003] Die Aufgabe wird durch eine Mikromembranpumpeinrichtung zum Pumpen eines Fluids gelöst, welche folgende Merkmale aufweist:

eine Pumpkammer, welcher ein Einlassventil zum Einlassen des Fluids in die Pumpkammer, ein Auslassventil zum Auslassen des Fluids aus der Pumpkammer und

eine Membraneinrichtung zum Variieren eines Volumens der Pumpkammer zugeordnet ist, wobei die Membraneinrichtung einen plattenförmigen Aktor zum Verformen der Membraneinrichtung aufweist; und

eine Beeinflussungseinrichtung zum Beeinflussen des plattenförmigen Aktors, um so das Volumen der Pumpkammer zu beeinflussen;

wobei die Membraneinrichtung einen die Pumpkammer begrenzenden plattenförmigen Membrankörper aufweist;

wobei der plattenförmige Aktor auf einer der Pumpkammer abgewandten Seite des plattenförmigen Membrankörpers angeordnet ist;

wobei der plattenförmige Aktor mittels einer elektrisch isolierenden Kleberschicht an dem plattenförmigen Membrankörper befestigt ist, so dass der plattenförmige Aktor elektrisch isoliert gegenüber dem Membrankörper ist;

wobei innerhalb der elektrisch isolierenden Kleberschicht zumindest ein eingebetteter Abschnitt eines Trägerkörpers angeordnet ist, an welchem oder in welchem ein Verformungssensor zur Erfassung einer Verformung der Membraneinrichtung angeordnet ist, um so das Volumen der Pumpkammer zu erfassen;

wobei die Beeinflussungseinrichtung, der plattenförmige Aktor und der Verformungssensor einen geschlossenen Regelkreis zur Regelung eines Verhältnisses zwischen einer Volumenänderung der Pumpkammer während eines Arbeitszyklus der Mikromembranpumpeinrichtung und einer Dauer des Arbeitszyklus der Mikromembranpumpeinrichtung bilden.

[0004] Bei dem zu pumpenden Fluid kann es sich um eine Flüssigkeit oder um ein Gas handeln. Die Pumpkammer ist ein geschlossener Hohlraum in den über ein Einlassventil das jeweilige Fluid eingelassen und aus dem über ein Auslassventil das jeweilige Fluid ausgelassen werden kann. Bei dem Einlassventil und bei dem Auslassventil kann es sich jeweils um ein passives Ventil handeln.

[0005] Die Membraneinrichtung ist Teil eines Gehäuses, welches die Pumpkammer umgibt und welche so elastisch verformbar ist, dass sich das Volumen der Pumpkammer verändert, sodass, wenn sich das Volumen vergrößert, das Fluid in die Pumpkammer eingesaugt, und wenn sich das Volumen verringert, das Fluid aus der Pumpkammer herausgedrückt wird. Durch ein periodisches Vergrößern und Verkleinern des Volumens der Pumpkammer kann so ein definierter Volumenstrom des Fluid bewirkt werden.

[0006] Um derartige Volumenänderungen der Pumpkammer zu bewirken, weist die Membraneinrichtung einen plattenförmigen Aktor auf, der zum derartigen Verformen der Membraneinrichtung ausgebildet ist, dass sich das Volumen der Pumpkammer ändert. Bei dem plattenförmigen Aktor handelt es sich bevorzugt um einen elektrisch betriebenen Aktor.

[0007] Unter einer plattenförmigen Ausbildung eines Körpers wird dabei verstanden, dass der Körper in einer Raumrichtung eine wesentlich geringere Ausdehnung aufweist als in die beiden anderen Raumrichtungen. Der Aktor kann dabei in einer Aufsicht rund oder vieleckig ausgebildet sein.

[0008] Weiterhin ist eine Beeinflussungseinrichtung vorgesehen, welche den plattenförmigen Aktor beeinflusst, um so die gewünschte Volumenänderung der Pumpkammer zu beeinflussen. Bei der Beeinflussungseinrichtung kann es sich um eine elektrische Beeinflussungseinrichtung handeln, welche elektrische Signale erzeugt, welche dem Aktor zu dessen Beeinflussung zugeführt werden.

[0009] Die Membraneinrichtung weist dabei einen elastisch verformbaren Membrankörper auf, der die Pumpkammer begrenzt und plattenförmig ausgebildet ist. Der Membrankörper kann beispielsweise an einem Rahmen oder einer Halterung des Gehäuses befestigt sein. Er kann aber auch einstückig mit weiteren Teilen des Gehäuses ausgebildet sein.

[0010] Der plattenförmige Aktor ist dabei auf einer der Pumpkammer abgewandten Seite des plattenförmigen Membrankörpers angeordnet. Er steht also nicht in direktem Kontakt mit dem zu pumpenden Fluid, was insbesondere die die Übertragung elektrischer Signale von der Beeinflussungseinrichtung an den Aktor vereinfacht.

[0011] Dabei ist der plattenförmige Aktor mittels einer elektrisch isolierenden Kleberschicht an dem plattenförmigen Membrankörper befestigt. Die Kleberschicht ist dabei zur Übertragung von Kräften vom Aktor zum Membrankörper ausgebildet, um so eine Verformung des Membrankörpers und somit eine Volumenänderung der Pumpkammer zu ermöglichen. Die elektrisch isolierte Ausführung der Kleberschicht bewirkt, dass der plattenförmige Aktor elektrisch isoliert gegenüber dem Membrankörper ist. Hierdurch ist es selbst dann möglich, einen plattenförmigen Aktor zu verwenden, der an seiner dem Membrankörper zugeneigten Seite masseunabhängig elektrisch versorgt ist, wenn der Membrankörper elektrisch leitend ist.

[0012] Der Aktor kann eine Höhe zwischen 30 µm und 2000 µm, insbesondere zwischen 45 µm und 1500 µm, aufweisen, um die erforderlichen Kräfte sicherzustellen. Er soll eine hohe Steifigkeit, gute Hafteigenschaften, Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse (Feuchte, Lösungsmittel, Temperatur, Strahlung (welche bei medizinischen Geräten häufig zur Sterilisation verwendet wird) aufweisen). Darüber hinaus soll er bruchfest, dauerfest und elektrisch durchschlagfest sein.

[0013] Die elektrisch isolierte Ausführung der Kleberschicht ist aber auch dann vorteilhaft, wenn der Membrankörper elektrisch isolierend ausgebildet ist, da in diesem Fall eine elektrische Feldstärke zwischen dem Aktor und dem zu pumpenden Fluid verringert ist, sodass elektrische Überschläge zwischen dem Aktor und dem Fluid verhindert werden können. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der plattenförmige Aktor mit höheren elektrischen Spannungen, beispielsweise im Bereich von 20 V bis 400 V betrieben wird.

[0014] Die Kleberschicht soll möglichst dünn zu beiden Seiten des eingebetteten Abschnitts des Trägerkörpers ausgebildet sein. Sie soll eine hohe Steifigkeit, gute Hafteigenschaften, Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse (Feuchte, Lösungsmittel, Temperatur, Strahlung (welche bei medizinischen Geräten häufig zur Sterilisation verwendet wird) aufweisen). Darüber hinaus soll sie bruchfest, dauerfest, nichtleitend und elektrisch durchschlagfest sein.

[0015] Innerhalb der elektrisch isolierenden Kleberschicht ist ein eingebetteter Abschnitt eines Trägerkörpers angeordnet, an dessen Oberfläche oder in dessen Inneren ein Verformungssensor angeordnet ist, der durch Erfassung einer Verformung der Membraneinrichtung das Volumen der Pumpkammer im Zeitverlauf erfassen kann.

[0016] Der eingebettete Abschnitt des Trägerkörpers kann dünner als 500 µm sein, um die erforderliche Biegsamkeit sicherzustellen. Er soll eine hohe Steifigkeit, gute Hafteigenschaften, Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse (Feuchte, Lösungsmittel, Temperatur, Strahlung (welche bei medizinischen Geräten häufig zur Sterilisation verwendet wird) aufweisen. Darüber hinaus soll er bruchfest, dauerfest, nichtleitend und elektrisch durchschlagfest sein.

[0017] Die Beeinflussungseinrichtung, der plattenförmige Aktor und der Verformungssensor bilden dabei einen geschlossenen Regelkreis zur Regelung des durch die Mikromembranpumpeinrichtungen bewirkten Verhältnisses zwischen einer Volumenänderung der Pumpkammer (2) während eines Arbeitszyklus der Mikromembranpumpeinrichtung (1) und einer Dauer des Arbeitszyklus des Fluids.

[0018] Als geschlossener Regelkreis (closed-loop control circuit) wird allgemein ein in sich geschlossener Wirkungskreis für die Beeinflussung einer physikalischen Größe in einem technischen Prozess oder anderen Systemen bezeichnet. Wesentlich hierbei ist die direkte oder indirekte Rückführung des aktuellen Wertes der Regelgröße an den Regler, der einer Abweichung vom Sollwert entgegenwirkt (negative Rückkopplung). Es ist Aufgabe des Reglers, die Störgrößen auszuregeln und das Zeitverhalten der Regelgröße bezüglich des statischen und dynamischen Verhaltens gemäß vorgegebener Anforderungen festzulegen.

[0019] Im Rahmen der vorliegenden Erfindung übernimmt die Beeinflussungseinrichtung die Aufgabe eines Reglers. Die Regelgröße ist hierbei das Verhältnis zwischen der Volumenänderung der Pumpkammer während eines Arbeitszyklus der Mikromembranpumpeinrichtung und einer Dauer des Arbeitszyklus. Der Arbeitszyklus umfasst dabei eine Phase, in der das Fluid in über das Einlassventil die Pumpkammer eingelassen wird, und eine weitere Phase, in der das Fluid über das Auslassventil ausgelassen wird. Dieses Verhältnis entspricht im störungsfreien Betrieb dem Volumenstrom des jeweiligen Fluids. Aus der Kenntnis der zeitlichen Dauer der Arbeitszyklen, welche durch die Beeinflussungseinrichtung vorgegeben wird, und aus der Kenntnis der Verformung der Membraneinrichtung, welche mittels des Verformungssensors erfasst wird, wird der Volumenstrom indirekt gemessen.

[0020] Die indirekten Messungen werden dabei eine Beeinflussungseinrichtung übertragen, sodass im Falle eine Abweichung des Volumenstroms von einem Sollwert die Ansteuerung des plattenförmigen Aktors verändert werden kann, sodass sich der gewünschte Volumenstrom einstellt. Insbesondere kann der Volumenstrom dadurch beeinflusst werden, dass die Amplitude der Volumenänderung der Pumpkammer erhöht oder erniedrigt wird. Ebenso kann eine Frequenz der Volumenänderung der Pumpkammer erhöht oder erniedrigt werden.

[0021] Dabei hat sich gezeigt, dass eine derartige indirekte Messung des Volumenstroms wesentlich schneller und genauer sowie auch einfacher und billiger ist, als eine direkte Messung des Volumenstroms mit bekannten Durchflusssensoren, welche beispielsweise ein Flügelrad aufweisen, sodass Störgrößen wesentlich besser ausgeregelt werden können. Ebenso zeigt sich die vorgeschlagene Mikromembranpumpeinrichtung solchen Pumpeinrichtungen überlegen sind, bei denen einzelne Störgrößen, beispielsweise Temperaturen und Drücke, durch Sensoren erfasst werden und bei einem offenen Steuerkreis (open-loop control circuit) der Pumpeinrichtung herangezogen werden.

[0022] Durch den vorgeschlagenen Regelkreis kann der Volumenstrom wesentlich präziser gesteuert werden, als dies mit ungeregelten Steuereinrichtung der Fall ist. Die Verwendung eines Verformungssensors und dessen Anordnung in der Kleberschicht zwischen dem Membrankörper und dem Aktor erlaubt dabei eine hochpräzise Rücckopplung des Ist-Werts des Volumenstroms an die Beeinflussungseinrichtung.

[0023] Dabei können externe Einflüsse, auch Störgrößen genannt, auf den Volumenstrom präzise ausgeregelt werden. Störgrößen, welche durch die erfindungsgemäße Mikromembranpumpeinrichtung ausgeregelt werden können, sind:

• Drücke, zum Beispiel der Druck des Fluids stromaufwärts des Einlassventils, der Druck des Fluids stromabwärts des Auslassventils oder der Druck an der Außenseite der Membraneinrichtung.
• Temperaturen, zum Beispiel des Fluids oder der Umgebung der Mikromembranpumpeinrichtung, welche zu einer Verspannung der Membraneinrichtung oder zu einer veränderten Kennlinie des Aktors führen können. Beispielsweise ist bei einem piezokeramischen Aktor der technisch relevante d31-Koeffizient temperaturabhängig.
• Änderungen der Eigenschaften des Fluids, welche zu einer Änderung der effektiven Volumenänderung der Pumpkammer bei gleichbleibender Ansteuerung des Aktors, insbesondere bei der Förderung von Flüssigkeiten, führen können. Hier führt beispielsweise eine Viskositätsänderung, hervorgerufen durch eine Temperaturänderung oder eine Änderung einer Zusammensetzung des Fluids, zu unterschiedlichen Ein- und Ausströmzeiten und somit zu einem anderen Volumenstrom.
• Toleranzen der mechanischen Komponenten der Mikromembranpumpeinrichtung, beispielsweise des Gehäuses der Pumpkammer, des Einlassventils, des Auslassventils, des Aktors oder des Membrankörpers. Hierdurch können unterschiedliche Volumenströme bei unterschiedlichen Mikromembranpumpeinrichtungen derselben Serie aufgrund von geometrischen Abweichungen (Verbiegung, Dickenschwankungen, Parallelitätsfehler) der mechanischen Komponenten vermieden werden.
• Toleranzen beim Verbinden der mechanischen Komponenten der Mikromembranpumpeinrichtung, beispielsweise beim Ausbilden der Kleberschicht.

[0024] Die erfindungsgemäße Mikromembranpumpeinrichtung kann immer dann mit Vorteil angewandt werden, wenn eine hochpräzise Dosierung eines Fluids, zum Beispiel beim Mischen verschiedener Fluide, erforderlich ist. Insbesondere kann sie im medizinischen Bereich zur Dosierung von Medikamenten oder zur Mischung von Medikamentenbestandteilen verwendet werden.

[0025] Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung liegt die Kleberschicht flächig, insbesondere vollflächig, an einer dem Membrankörper zugewandten Seite des plattenförmigen Aktors an und/oder liegt die Kleberschicht flächig, insbesondere vollflächig, an einer dem plattenförmigen Aktor zugewandten Seite des Membrankörpers anliegt. Auf diese Weise können durch den Aktor erzeugte Kräfte sicher auf die Kleberschicht und von der Kleberschicht auf den Membrankörper übertragen werden. So ergibt sich insbesondere eine hohe Steifigkeit der Anordnung sowie eine Unempfindlichkeit gegenüber hohen Scherkräften, was letztlich der Dosiergenauigkeit dient.

[0026] Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung umfasst die Kleberschicht einen ausgehärteten Flüssigkleber, eine ausgehärtete Klebepaste und/oder eine Klebefolie. Flüssigkleber, Klebepasten und Klebefolien sind bei der Herstellung der Membranpumpeneinrichtung einfach zu handhaben und weisen hinreichend gute Hafteigenschaften auf, um die erforderlichen Kräfte sicher vom Aktor auf den Membrankörper zu übertragen, sodass die Dosiergenauigkeit erhöht wird.

[0027] Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die Kleberschicht ein temperaturaushärtendes Material, ein anaerob aushärtendes Material, ein durch UV-Strahlung aushärtendes Material, ein durch einen Aktivator aushärtendes Material, ein durch Luftfeuchtigkeit aushärtendes Material, ein durch Trocknung aushärtendes Material und/oder ein Schmelzklebstoffmaterial. Derartige Klebermaterialiensind bei der Herstellung der Membranpumpeneinrichtung einfach zu handhaben und weisen hinreichend gute Hafteigenschaften auf, um die erforderlichen Kräfte sicher vom Aktor auf den Membrankörper zu übertragen, sodass die Dosiergenauigkeit erhöht wird.

[0028] Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der plattenförmige Aktor ein elektromagnetischer Aktor, ein ein- oder mehrlagiger piezoelektrischer Aktor, ein Formgedächtnisaktor oder ein bimetallischer Aktor. Einlagige piezoelektrische Aktoren weisen einen elektrischen Anschluss an ihrer Unterseite und einen elektrischen Anschluss an ihrer Oberseite auf. Da im Rahmen der Erfindung die Kleberschicht nichtleitend ist, kann der einlagige piezoelektrische Aktor symmetrisch gegenüber Masse gespeist werden. Bei mehrlagigen sind beide elektrischen Kontakte auf der dem Mannkrankörper zugewandten Seite angeordnet, wobei durch die nichtleitenden Eigenschaften der Kleberschicht ein Kurzschluss verhindert wird. Auch Formgedächtnisaktoren oder bimetallische Aktoren können aufgrund der isolierenden Eigenschaften der Kleberschicht problemlos verwendet werden.

[0029] Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung umfasst der Trägerkörper ein oder mehrere elektrisch isolierende Materialien. Besonders geeignet sind beispielsweise Polyimide.

[0030] Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung umfasst der Trägerkörper Glas, ein oder mehrere Halbleitermaterialien, ein oder mehrere Kompositwerkstoffe, ein oder mehrere polymerische Materialien oder ein oder mehrere keramische Materialien.

[0031] Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Verformungssensor ein Dehnungsmessstreifen, insbesondere ein resistiver, kapazitiver oder piezoresistiver Dehnungsmessstreifen.

[0032] Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist der Verformungssensor ein Kraftsensor.

[0033] Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung umfasst der Membrankörper ein Metall, ein Halbleitermaterial und/oder einen Kunststoff.

[0034] Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist zumindest ein Teil einer Auswerteelektronik zur Auswertung von Signalen des Verformungssensors an oder in dem Trägerkörper angeordnet. Hierdurch kann die Störsicherheit verbessert werden, was letztlich der Dosiergenauigkeit zugutekommt.

[0035] Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Beeinflussungseinrichtung zur Erkennung von Betriebsstörungen der Mikromembranpumpeinrichtung anhand von Messsignalen des Verformungssensors ausgebildet. Während des Betriebs der Mikromembranpumpeinrichtung können immer wieder Betriebsstörungen auftreten. Beispielsweise kann sich das Einlassventil oder das Auslassventil durch Partikel verklemmen, der Aktor ausfallen, bei einem flüssigen Fluid eine Luftblase in die Pumpkammer gelangen, und vieles anderes. Solche Störfälle sind in den Messsignalen des Verformungssensors erkennbar, da sie die Verformung der Membraneinrichtung beeinflussen oder direkt Einfluss auf den Aktor nehmen.

[0036] Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung weist der Trägerkörper einen nicht eingebetteten Abschnitt auf, welcher aus der Kleberschicht herausgeführt ist, wobei an dem nicht eingebetteten Abschnitt Kontakte zum Abgreifen von Messsignalen des Verformungssensors angebracht sind, welche mit dem Verformungssensor elektrisch verbunden sind. Die elektrischen Verbindungen zwischen den Kontakten für den Verformungssensor und dem Verformungssensor können dabei an oder in dem Trägerkörper ausgebildet sein, sodass diese mechanisch geschützt und sowohl gegenüber dem Aktor als auch gegenüber dem Membrankörper elektrisch isoliert sind.

[0037] Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist an oder in dem eingebetteten Abschnitt ein Heizdraht angeordnet. Der Heizdraht erlaubt die Beheizung des zu pumpenden Fluids. Zusätzlich kann der Heizdraht während der Herstellung der Mikromembranpumpeinrichtung zum Beheizen der Kleberschicht verwendet werden, diese auszuhärten, sofern die Kleberschicht ein Material umfasst, welches durch Temperatur ausgehärtet. Der Heizdraht kann dabei durch die Beeinflussungseinrichtung oder durch eine externe Einrichtung mit elektrischer Energie beaufschlagt werden.

[0038] Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung weist der Trägerkörper einen nicht eingebetteten Abschnitt auf, welcher aus der Kleberschicht herausgeführt ist, wobei an dem nicht eingebetteten Abschnitt Kontakte zum Beaufschlagen des Heizdrahtes mit elektrischer Energie angebracht sind, welche mit dem Heizdraht elektrisch verbunden sind. Die elektrischen Verbindungen zwischen den Kontakten für den Heizdraht und dem Heizdraht können dabei an oder in dem Trägerkörper ausgebildet sein, sodass diese mechanisch geschützt und sowohl gegenüber dem Aktor als auch gegenüber dem Membrankörper elektrisch isoliert sind.

[0039] Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist an oder in dem eingebetteten Abschnitt ein Temperatursensor angeordnet. Messsignale des Temperatursensors können beispielsweise der Beeinflussungseinrichtung oder einer externen Einrichtung zugeführt werden, welche den Heizdraht mit elektrischer Energie beaufschlagt. Auf diese Weise kann die Heizwirkung des Heizdrahts während der Herstellung der Mikromembranpumpeinrichtung oder während des Betriebs der Mikromembranpumpeinrichtung geregelt werden.

[0040] Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung weist der Trägerkörper einen nicht eingebetteten Abschnitt auf, welcher aus der Kleberschicht herausgeführt ist, wobei an dem nicht eingebetteten Abschnitt Kontakte zum Abgreifen von Messsignalen des Temperatursensors angebracht sind, welche mit dem Temperatursensor elektrisch verbunden sind. Die elektrischen Verbindungen zwischen den Kontakten für den Temperatursensor und dem Temperatursensor können dabei an oder in dem Trägerkörper ausgebildet sein, sodass diese mechanisch geschützt und sowohl gegenüber dem Aktor als auch gegenüber dem Membrankörper elektrisch isoliert sind.

[0041] Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist an oder in dem eingebetteten Abschnitt ein Zustandssensor, insbesondere ein Feuchtesensor oder ein chemischer Sensor, zur Kontrolle eines Zustandes der Kleberschicht angeordnet. Die Messsignale des Zustandssensors können der Beeinflussungseinrichtung zugeführt sein. Auf diese Weise kann die Beeinflussungseinrichtung eine alterungsbedingte oder eine durch äußere Einflüsse hervorgerufene Verschlechterung des Zustands der Kleberschicht erkennen, bevor es zu einem Versagen der Kleberschicht kommt, weil insbesondere bei medizinischen Anwendungen vorteilhaft sein kann.

[0042] Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Trägerkörper einen nicht eingebetteten Abschnitt auf, welcher aus der Kleberschicht herausgeführt ist, wobei an dem nicht eingebetteten Abschnitt Kontakte zum Abgreifen von Messsignalen des Zustandssensors angebracht sind, welche mit dem Zustandssensor elektrisch verbunden sind. Die elektrischen Verbindungen zwischen den Kontakten für den Zustandssensor und dem Zustandssensor können dabei an oder in dem Trägerkörper ausgebildet sein, sodass diese mechanisch geschützt und sowohl gegenüber dem Aktor als auch gegenüber dem Membrankörper elektrisch isoliert sind.

[0043] Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung weist der eingebettete Abschnitt des Trägerkörpers, in einer Richtung von dem plattenförmigen Aktor zu dem plattenförmigen Membrankörper gesehen, eine Fläche auf, welche geringer ist als eine dem eingebetteten Abschnitt des Trägerkörpers zugewandten Fläche des plattenförmigen Membrankörpers, und welche geringer ist als eine dem eingebetteten Abschnitt des Trägerkörpers zugewandten Fläche des plattenförmigen Aktors. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Kleberschicht in der angegebenen Richtung zumindest teilweise durchgängig vom Aktor bis zum Membrankörper ist. Hierdurch ergibt sich eine besonders gute Kraftübertragung zwischen dem Aktor und dem Membrankörper.

[0044] Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der eingebettete Abschnitt des Trägerkörpers wenigstens ein Durchgangsloch auf, welches von einer dem plattenförmigen Aktor zugewandten Seite des eingebetteten Abschnitts des Trägerkörpers bis zu einer dem plattenförmigen Membrankörper zugewandten Seite des eingebetteten Abschnitts des Trägerkörpers reicht. Hierdurch wird bewirkt, dass die Kleberschicht sich im Bereich des Durchgangslochs in der Richtung vom Aktor zum Membrankörper ohne Unterbrechung vom Aktor zum Membrankörper erstreckt. Dies führt zu einer besonders guten Kraftübertragung zwischen dem Aktor und dem Membrankörper.

[0045] Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung weist der eingebettete Abschnitt des Trägerkörpers, in einer Richtung von dem plattenförmigen Aktor zu dem plattenförmigen Membrankörper gesehen, einen Rand auf, welcher Einbuchtungen aufweist. Im Bereich der Einbuchtungen erstreckt sich die Kleberschicht ohne Unterbrechung vom Aktor bis zum Membrankörper. Da ein großer Teil der vom Aktor erzeugten Kräfte in einem Randbereich des Aktors auf die Kleberschicht übertragen wird, ergibt sich so eine besonders gute Übertragung der Kräfte vom Aktor auf den Membrankörper.

[0046] Im Folgenden werden die vorliegende Erfindung und deren Vorteile anhand von Figuren näher beschrieben.

Figur 1

zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Mikromembranpumpeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Seitenansicht;

Figur 2

zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Mikromembranpumpeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Seitenansicht;

Figur 3

zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer Mikromembranpumpeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Seitenansicht;

Figur 4

zeigt einen beispielhaften Aktor, einen beispielhaften Trägerkörper und einen beispielhaften Membrankörper für eine Mikromembranpumpeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in einer schematischen dreidimensionalen Explosionsdarstellung;

Figur 5

zeigt einen beispielhaften Trägerkörper mit einem beispielhaften Verformungssensor für eine Mikromembranpumpeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Aufsicht;

Figur 6

zeigt eine vereinfachte Teilansicht einer Mikromembranpumpeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Seitenansicht in einem Ruhezustand;

Figur 7

zeigt eine vereinfachte Teilansicht einer Mikromembranpumpeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Seitenansicht beim Einlassen eines Fluids; und

Figur 8

zeigt eine vereinfachte Teilansicht einer Mikromembranpumpeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Seitenansicht beim Auslassen eines Fluids.

[0047] Gleiche oder gleichartige Elemente oder Elemente mit gleicher oder äquivalenter Funktion sind im Folgenden mit gleichen oder gleichartigen Bezugszeichen versehen.

[0048] In der folgenden Beschreibung werden Ausführungsbeispiele mit einer Vielzahl von Merkmalen der vorliegenden Erfindung näher beschrieben, um ein besseres Verständnis der Erfindung zu vermitteln. Es ist jedoch festzuhalten, dass die vorliegende Erfindung auch unter Auslassung einzelner der beschriebenen Merkmale umgesetzt werden kann. Es sei auch darauf hingewiesen, dass die in verschiedenen Ausführungsbeispielen gezeigten Merkmale auch in anderer Weise kombinierbar sind, sofern dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen ist oder zu Widersprüchen führen würde.

[0049] Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Mikromembranpumpeinrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Seitenansicht.

[0050] Die Mikromembranpumpeinrichtung 1 zum Pumpen eines Fluids FL, weist folgende Merkmale auf:

eine Pumpkammer 2, welcher ein Einlassventil 3 zum Einlassen des Fluids FL in die Pumpkammer 2, ein Auslassventil 4 zum Auslassen des Fluids FL aus der Pumpkammer 2 und eine Membraneinrichtung 5 zum Variieren eines Volumens der Pumpkammer 1 zugeordnet ist, wobei die Membraneinrichtung 5 einen plattenförmigen Aktor 6 zum Verformen der Membraneinrichtung 5 aufweist; und

eine Beeinflussungseinrichtung 7 zum Beeinflussen des plattenförmigen Aktors 6, um so das Volumen der Pumpkammer 2 zu beeinflussen;

wobei die Membraneinrichtung 5 einen die Pumpkammer 2 begrenzenden plattenförmigen Membrankörper 8 aufweist;

wobei der plattenförmige Aktor 6 auf einer der Pumpkammer 2 abgewandten Seite des plattenförmigen Membrankörpers 8 angeordnet ist;

wobei der plattenförmige Aktor 6mittels einer elektrisch isolierenden Kleberschicht 9 an dem plattenförmigen Membrankörper 8 befestigt ist, so dass der plattenförmige Aktor 6 elektrisch isoliert gegenüber dem Membrankörper 8 ist;

wobei innerhalb der elektrisch isolierenden Kleberschicht 9 zumindest ein eingebetteter Abschnitt 10 eines Trägerkörpers 11 angeordnet ist, an welchem oder in welchem ein Verformungssensor 12 zur Erfassung einer Verformung der Membraneinrichtung 5 angeordnet ist, um so das Volumen der Pumpkammer 2 zu erfassen;

wobei die Beeinflussungseinrichtung 7, der plattenförmige Aktor 6 und der Verformungssensor 12 einen geschlossenen Regelkreis zur Regelung eines Verhältnisses zwischen einer Volumenänderung der Pumpkammer (2) während eines Arbeitszyklus der Mikromembranpumpeinrichtung (1) und einer Dauer des Arbeitszyklus der Mikromembranpumpeinrichtung 1 bilden.

[0051] Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung liegt die Kleberschicht 9 flächig, insbesondere vollflächig, an einer dem Membrankörper 8 zugewandten Seite des plattenförmigen Aktors 6 an und/oder die Kleberschicht 9 liegt flächig, insbesondere vollflächig, an einer dem plattenförmigen Aktor 6 zugewandten Seite des Membrankörpers 8 an.

[0052] Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Kleberschicht 9 einen ausgehärteten Flüssigkleber, eine ausgehärtete Klebepaste und/oder eine Klebefolie.

[0053] Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Kleberschicht 9 ein temperaturaushärtendes Material, ein anaerob aushärtendes Material, ein durch UV-Strahlung aushärtendes Material, ein durch einen Aktivator aushärtendes Material, ein durch Luftfeuchtigkeit aushärtendes Material, ein durch Trocknung aushärtendes Material und/oder ein Schmelzklebstoffmaterial.

[0054] Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist der plattenförmige Aktor 6 ein elektromagnetischer Aktor, ein ein- oder mehrlagiger piezoelektrischer Aktor, ein Formgedächtnisaktor oder ein bimetallischer Aktor.

[0055] Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst der Trägerkörper 11 ein oder mehrere elektrisch isolierende Materialien.

[0056] Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung umfasst der Trägerkörper 11 Glas, ein oder mehrere Halbleitermaterialien, ein oder mehrere Kompositwerkstoffe, ein oder mehrere polymerische Materialien oder ein oder mehrere keramische Materialien.

[0057] Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Verformungssensor 12 ein Dehnungsmessstreifen, insbesondere ein resistiver, kapazitiver oder piezoresistiver Dehnungsmessstreifen.

[0058] Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist der Verformungssensor 12 ein Kraftsensor.

[0059] Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung umfasst der Membrankörper 8 ein Metall, ein Halbleitermaterial und/oder einen Kunststoff.

[0060] Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist zumindest ein Teil einer Auswerteelektronik zur Auswertung von Signalen des Verformungssensors 12 an oder in dem Trägerkörper 11 angeordnet.

[0061] Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist die Beeinflussungseinrichtung 7 zur Erkennung von Betriebsstörungen der Mikromembranpumpeinrichtung 1 anhand von Messsignalen MS des Verformungssensors 12 ausgebildet.

[0062] Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung weist der Trägerkörper 11 einen nicht eingebetteten Abschnitt 13 auf, welcher aus der Kleberschicht 9 herausgeführt ist, wobei an dem nicht eingebetteten Abschnitt 13 Kontakte 14 zum Abgreifen von Messsignalen MS des Verformungssensors angebracht sind, welche mit dem Verformungssensor elektrisch verbunden sind.

[0063] Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist der Verformungssensor 12 elektrisch mit Kontakten 14 verbunden, welche am nicht eingebetteten Abschnitt 13 des Trägerkörpers 11 angeordnet sind. Die Kontakte 14 wiederum sind über eine Messleitung 15 elektrisch mit der Beeinflussungseinrichtung 7 verbunden, sodass Messsignale MS des Verformungssensors 12 zur Beeinflussungseinrichtung 7 übertragen werden können. Basierend auf den Messsignalen MS erzeugt die Beeinflussungseinrichtung 7 Steuersignale ST, welche über eine Steuerleitung 16 zum Aktor 6 übertragen werden und diesen steuern. Die Steuersignale ST können dabei auch der Energieversorgung des Aktor 6 dienen.

[0064] Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Mikromembranpumpeinrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Seitenansicht. Das Ausführungsbeispiel der Figur 2 basiert auf dem Ausführungsbeispiel der Figur 1, sodass im Folgenden lediglich die Unterschiede beschrieben und erläutert werden.

[0065] Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist an oder in dem eingebetteten Abschnitt 10 ein Heizdraht 17 angeordnet ist.

[0066] Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Trägerkörper 11 einen nicht eingebetteten Abschnitt 13 auf, welcher aus der Kleberschicht 9 herausgeführt ist, wobei an dem nicht eingebetteten Abschnitt 13 Kontakte 18 zum Beaufschlagen des Heizdrahtes 17 mit elektrischer Energie EE angebracht sind, welche mit dem Heizdraht 17 elektrisch verbunden sind.

[0067] Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist an oder in dem eingebetteten Abschnitt 10 ein Temperatursensor 20 angeordnet.

[0068] Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung weist der Trägerkörper 11 einen nicht eingebetteten Abschnitt 13 auf, welcher aus der Kleberschicht 9 herausgeführt ist, wobei an dem nicht eingebetteten Abschnitt 13 Kontakte 21 zum Abgreifen von Messsignalen TMS des Temperatursensors 20 angebracht sind, welche mit dem Temperatursensor 20 elektrisch verbunden sind.

[0069] Im Ausführungsbeispiel der Figur 2 ist der Heizdraht 17 elektrisch mit Kontakten 18 verbunden, die an dem nicht eingebetteten Abschnitt 13 des Trägerkörpers 11 ausgebildet sind. Die Kontakte 18 sind über eine Versorgungsleitungen 19 mit der Beeinflussungseinrichtung 7 verbunden, sodass die Beeinflussungseinrichtung 7 den Heizdraht 17 mit elektrischer Energie EE versorgen kann. Hierdurch kann durch die Beeinflussungseinrichtung 7 gesteuert das Fluid FL beheizt werden. Ebenso kann, während der Herstellung der Mikromembranpumpeinrichtung 1, die Kleberschicht 9 beheizt werden, um diese auszuhärten. Die elektrische Energie EE könnte jedoch auch durch eine von der Beeinflussungseinrichtung 7 unabhängige Einrichtung bereitgestellt werden.

[0070] Weiterhin ist der Temperatursensor 20 mit Kontakten 21 verbunden, die an dem nicht eingebetteten Abschnitt 13 des Trägerkörpers 11 ausgebildet sind. Die Kontakte 21 sind mit der Beeinflussungseinrichtung 7 über eine Messleitung 22 verbunden, sodass Messsignale TMS des Temperatursensors 20 zur Beeinflussungseinrichtung 7 übertragbar sind. Die Messsignale TMS können von der Beeinflussungseinrichtung 7 zur Regelung der Heizleistung des Heizdraht 17 herangezogen werden.

[0071] Figur 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer Mikromembranpumpeinrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Seitenansicht. Das Ausführungsbeispiel der Figur 3 basiert auf dem Ausführungsbeispiel der Figur 1, sodass im Folgenden lediglich die Unterschiede beschrieben und erläutert werden.

[0072] Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist an oder in dem eingebetteten Abschnitt 10 ein Zustandssensor 23, insbesondere ein Feuchtesensor oder ein chemischer Sensor, zur Kontrolle eines Zustandes der Kleberschicht 9 angeordnet.

[0073] Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung weist der Trägerkörper 11 einen nicht eingebetteten Abschnitt 13 auf, welcher aus der Kleberschicht 9 herausgeführt ist, wobei an dem nicht eingebetteten Abschnitt 13 Kontakte 24 zum Abgreifen von Messsignalen ZMS des Zustandssensors 23 angebracht sind, welche mit dem Zustandssensor 23 elektrisch verbunden sind.

[0074] Im Ausführungsbeispiel der Figur 3 ist ein Zustandssensor 23 mit Kontakten 24 elektrisch verbunden, die an dem nicht eingebetteten Abschnitt 13 des Trägerkörpers 11 ausgebildet sind und die über eine Messleitung 25 mit der Beeinflussungseinrichtung 7 elektrisch verbunden sind, sodass Messsignale ZMS des Zustandssensors 23 zur Beeinflussungseinrichtung 7 übertragen werden können. Die Messsignale ZMS können durch die Beeinflussungseinrichtung 7 zur Früherkennung einer Fehlfunktion der Mikromembranpumpeinrichtung 1 aufgrund einer Schädigung der Kleberschicht 9 herangezogen werden.

[0075] Figur 4 zeigt einen beispielhaften Aktor 6, einen beispielhaften Trägerkörper 11 und einen beispielhaften Membrankörper 8 für eine Mikromembranpumpeinrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung in einer schematischen dreidimensionalen Explosionsdarstellung.

[0076] Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildungserfindung weist der eingebettete Abschnitt 10 des Trägerkörpers 11, in einer Richtung RI von dem plattenförmigen Aktor 6 zu dem plattenförmigen Membrankörper 8 gesehen, eine Fläche 26 auf, welche geringer ist als eine dem eingebetteten Abschnitt 10 des Trägerkörpers 11 zugewandten Fläche 27 des plattenförmigen Membrankörpers 8, und welche geringer ist als eine dem eingebetteten Abschnitt 10 des Trägerkörpers 11 zugewandten Fläche 28 des plattenförmigen Aktors 6.

[0077] Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung weist der eingebettete Abschnitt 10 des Trägerkörpers 11 wenigstens ein Durchgangsloch 29 auf, welches von einer dem plattenförmigen Aktor 6 zugewandten Seite des eingebetteten Abschnitts 10 des Trägerkörpers 11 bis zu einer dem plattenförmigen Membrankörper 8 zugewandten Seite des eingebetteten Abschnitts 10 des Trägerkörpers 11 reicht.

[0078] Figur 5 zeigt einen beispielhaften Trägerkörper mit einem beispielhaften Verformungssensor 12 für eine Mikromembranpumpeinrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Aufsicht.

[0079] Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der eingebettete Abschnitt 10 des Trägerkörpers 11, in der Richtung RI von dem plattenförmigen Aktor 6 zu dem plattenförmigen Membrankörper 8 gesehen, einen Rand 30 auf, welcher Einbuchtungen 31 aufweist.

[0080] Figur 6 zeigt eine vereinfachte Teilansicht einer Mikromembranpumpeinrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Seitenansicht in einem Ruhezustand. Dabei ist der Aktor 6 in seiner Ruhelage gezeigt, sodass sich auch der Membrankörper 8 in seiner Ruhelage befindet.

[0081] Figur 7 zeigt eine vereinfachte Teilansicht einer Mikromembranpumpeinrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Seitenansicht beim Einlassen eines Fluids FL. Dabei ist der Aktor 6 so angesteuert, dass er sich so bewegt, dass er zusammen mit dem Membrankörper 8 das Volumen der Pumpkammer 2 gegenüber demjenigen Volumen erhöht, welches die Pumpkammer 2 einnimmt, wenn der Aktor 6 sich in seiner Ruhelage befindet.

[0082] Figur 8 zeigt eine vereinfachte Teilansicht einer Mikromembranpumpeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Seitenansicht beim Auslassen eines Fluids. Hierbei ist der Aktor 6 so angesteuert, dass er sich so bewegt, dass er zusammen mit dem Membrankörper 8 das Volumen der Pumpkammer 2 gegenüber demjenigen Volumen verkleinert, welches die Pumpkammer 2 einnimmt, wenn der Aktor 6 sich in seiner Ruhelage befindet.

[0083] Der Volumenstrom des Fluids FL kann dabei erzeugt werden, indem der Aktor 6 periodisch zwischen der in der Figur 7 gezeigten Position und der in der Figur 8 gezeigten Position hin und her bewegt wird. Denkbar ist aber auch, dass der Volumenstrom des Fluids FL erzeugt wird, in dem der Aktor 6 zwischen der in der Figur 6 gezeigten Position und der in der Figur 7 gezeigten Position hin und her bewegt wird. Ebenso ist es denkbar, dass der Volumenstrom des Fluids FL erzeugt wird, in dem der Aktor 6 zwischen der in der Figur 6 gezeigten Position und der in der Figur 8 gezeigten Position hin und her bewegt wird.

[0084] Obwohl hierin spezifische Ausführungsbeispiele der Erfindung illustriert und beschrieben sind, ist es für Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung ersichtlich, dass die dargestellten und beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiele durch eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Ausführungsformen ersetzt werden können, ohne vom Gegenstand der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese Patentanmeldung beabsichtigt, sämtliche Adaptionen oder Variationen der beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiele abzudecken. Daher ist vorgesehen, dass die Erfindung ausschließlich durch den Gegenstand der beigefügten Ansprüche und dessen Äquivalente eingeschränkt wird.

[0085] Beispiele sind im Folgenden beschrieben:

1. Mikromembranpumpeinrichtung zum Pumpen eines Fluids (FL), aufweisend:

eine Pumpkammer (2), welcher ein Einlassventil (3) zum Einlassen des Fluids (FL) in die Pumpkammer (2), ein Auslassventil (4) zum Auslassen des Fluids (FL) aus der Pumpkammer (2) und eine Membraneinrichtung (5) zum Variieren eines Volumens der Pumpkammer (1) zugeordnet ist, wobei die Membraneinrichtung (5) einen plattenförmigen Aktor (6) zum Verformen der Membraneinrichtung (5) aufweist; und

eine Beeinflussungseinrichtung (7) zum Beeinflussen des plattenförmigen Aktors (6), um so das Volumen der Pumpkammer (2) zu beeinflussen;

wobei die Membraneinrichtung (5) einen die Pumpkammer (2) begrenzenden plattenförmigen Membrankörper (8) aufweist;

wobei der plattenförmige Aktor (6) auf einer der Pumpkammer (2) abgewandten Seite des plattenförmigen Membrankörpers (8) angeordnet ist;

wobei der plattenförmige Aktor (6)mittels einer elektrisch isolierenden Kleberschicht (9) an dem plattenförmigen Membrankörper (8) befestigt ist, so dass der plattenförmige Aktor (6) elektrisch isoliert gegenüber dem Membrankörper (8) ist;

wobei innerhalb der elektrisch isolierenden Kleberschicht (9) zumindest ein eingebetteter Abschnitt (10) eines Trägerkörpers (11) angeordnet ist, an welchem oder in welchem ein Verformungssensor (12) zur Erfassung einer Verformung der Membraneinrichtung (5) angeordnet ist, um so das Volumen der Pumpkammer (2) zu erfassen;

wobei die Beeinflussungseinrichtung (7), der plattenförmige Aktor (6) und der Verformungssensor (12) einen geschlossenen Regelkreis zur Regelung eines Verhältnisses zwischen einer Volumenänderung der Pumpkammer (2) während eines Arbeitszyklus der Mikromembranpumpeinrichtung (1) und einer Dauer des Arbeitszyklus der Mikromembranpumpeinrichtung (1) bilden.

2. Mikromembranpumpeinrichtung nach vorstehendem Beispiel, wobei die Kleberschicht (9) flächig, insbesondere vollflächig, an einer dem Membrankörper (8) zugewandten Seite des plattenförmigen Aktors (6) anliegt und/oder wobei die Kleberschicht (9) flächig, insbesondere vollflächig, an einer dem plattenförmigen Aktor (6) zugewandten Seite des Membrankörpers (8) anliegt.

3. Mikromembranpumpeinrichtung nach einem der vorstehenden Beispiele, wobei die Kleberschicht (9) einen ausgehärteten Flüssigkleber, eine ausgehärtete Klebepaste und/oder eine Klebefolie umfasst.

4. Mikromembranpumpeinrichtung nach einem der vorstehenden Beispiele, wobei die Kleberschicht (9) ein temperaturaushärtendes Material, ein anaerob aushärtendes Material, ein durch UV-Strahlung aushärtendes Material, ein durch einen Aktivator aushärtendes Material, ein durch Luftfeuchtigkeit aushärtendes Material, ein durch Trocknung aushärtendes Material und/oder ein Schmelzklebstoffmaterial umfasst.

5. Mikromembranpumpeinrichtung nach einem der vorstehenden Beispiele, wobei der plattenförmige Aktor (6) ein elektromagnetischer Aktor, ein ein- oder mehrlagiger piezoelektrischer Aktor, ein Formgedächtnisaktor oder ein bimetallischer Aktor ist.

6. Mikromembranpumpeinrichtung nach einem der vorstehenden Beispiele, wobei der Trägerkörper (11) ein oder mehrere elektrisch isolierende Materialien umfasst.

7. Mikromembranpumpeinrichtung nach einem der vorstehenden Beispiele, wobei der Trägerkörper (11) Glas, ein oder mehrere Halbleitermaterialien, ein oder mehrere Kompositwerkstoffe, ein oder mehrere polymerische Materialien oder ein oder mehrere keramische Materialien umfasst.

8. Mikromembranpumpeinrichtung nach einem der vorstehenden Beispiele, wobei der Verformungssensor (12) ein Dehnungsmessstreifen, insbesondere ein resistiver, kapazitiver oder piezoresistiver Dehnungsmessstreifen, ist.

9. Mikromembranpumpeinrichtung nach einem der vorstehenden Beispiele, wobei der Verformungssensor (12) ein Kraftsensor ist.

10. Mikromembranpumpeinrichtung nach einem der vorstehenden Beispiele, wobei der Membrankörper (8) ein Metall, ein Halbleitermaterial und/oder einen Kunststoff umfasst.

11. Mikromembranpumpeinrichtung nach einem der vorstehenden Beispiele, wobei zumindest ein Teil einer zur Auswertung von Signalen des Verformungssensors (12) an oder in dem Trägerkörper (11) angeordnet ist.

12. Mikromembranpumpeinrichtung nach einem der vorstehenden Beispiele, wobei die Beeinflussungseinrichtung (7) zur Erkennung von Betriebsstörungen der Mikromembranpumpeinrichtung (1) anhand von Messsignalen (MS) des Verformungssensors (12) ausgebildet ist.

13. Mikromembranpumpeinrichtung nach einem der Beispiele 1 bis 11, wobei der Trägerkörper (11) einen nicht eingebetteten Abschnitt (13) aufweist, welcher aus der Kleberschicht (9) herausgeführt ist, wobei an dem nicht eingebetteten Abschnitt (13) Kontakte (14) zum Abgreifen von Messsignalen (MS) des Verformungssensors (12) angebracht sind, welche mit dem Verformungssensor (12) elektrisch verbunden sind.

14. Mikromembranpumpeinrichtung nach einem der Beispiele 1 bis 12, wobei an oder in dem eingebetteten Abschnitt (10) ein Heizdraht (17) angeordnet ist.

15. Mikromembranpumpeinrichtung nach vorstehendem Beispiel, wobei der Trägerkörper (11) einen nicht eingebetteten Abschnitt (13) aufweist, welcher aus der Kleberschicht (9) herausgeführt ist, wobei an dem nicht eingebetteten Abschnitt (13) Kontakte (18) zum Beaufschlagen des Heizdrahtes (17) mit elektrischer Energie (EE) angebracht sind, welche mit dem Heizdraht (17) elektrisch verbunden sind.

16. Mikromembranpumpeinrichtung nach einem der Beispiele 1 bis 12, wobei an oder in dem eingebetteten Abschnitt (10) ein Temperatursensor (20) angeordnet ist.

17. Mikromembranpumpeinrichtung nach vorstehendem Beispiel, wobei der Trägerkörper (11) einen nicht eingebetteten Abschnitt (13) aufweist, welcher aus der Kleberschicht (9) herausgeführt ist, wobei an dem nicht eingebetteten Abschnitt (13) Kontakte (21) zum Abgreifen von Messsignalen (TMS) des Temperatursensors (20) angebracht sind, welche mit dem Temperatursensor (20) elektrisch verbunden sind.

18. Mikromembranpumpeinrichtung nach einem der Beispiele 1 bis 12, wobei an oder in dem eingebetteten Abschnitt (10) ein Zustandssensor (23), insbesondere ein Feuchtesensor oder ein chemischer Sensor, zur Kontrolle eines Zustandes der Kleberschicht (9) angeordnet ist.

19. Mikromembranpumpeinrichtung nach vorstehendem Beispiel, wobei der Trägerkörper (11) einen nicht eingebetteten Abschnitt (13) aufweist, welcher aus der Kleberschicht (9) herausgeführt ist, wobei an dem nicht eingebetteten Abschnitt (13) Kontakte (24) zum Abgreifen von Messsignalen (ZMS) des Zustandssensors (23) angebracht sind, welche mit dem Zustandssensor (23) elektrisch verbunden sind.

20. Mikromembranpumpeinrichtung nach einem der vorstehenden Beispiele, wobei der eingebettete Abschnitt (10) des Trägerkörpers (11), in einer Richtung (RI) von dem plattenförmigen Aktor (6) zu dem plattenförmigen Membrankörper (8) gesehen, eine Fläche (26) aufweist, welche geringer ist als eine dem eingebetteten Abschnitt (10) des Trägerkörpers (11) zugewandten Fläche (27) des plattenförmigen Membrankörpers (8), und welche geringer ist als eine dem eingebetteten Abschnitt (10) des Trägerkörpers (11) zugewandten Fläche (28) des plattenförmigen Aktors (6).

21. Mikromembranpumpeinrichtung nach einem der vorstehenden Beispiele, wobei der eingebettete Abschnitt (10) des Trägerkörpers (11) wenigstens ein Durchgangsloch (29) aufweist, welches von einer dem plattenförmigen Aktor (6) zugewandten Seite des eingebetteten Abschnitts (10) des Trägerkörpers (11) bis zu einer dem plattenförmigen Membrankörper (8) zugewandten Seite des eingebetteten Abschnitts (10) des Trägerkörpers (11) reicht.

22. Mikromembranpumpeinrichtung nach einem der Beispiele 20 oder 21, wobei der eingebettete Abschnitt (10) des Trägerkörpers (11), in der Richtung (RI) von dem plattenförmigen Aktor (6) zu dem plattenförmigen Membrankörper (8) gesehen, einen Rand (30) aufweist, welcher Einbuchtungen (31) aufweist.

Bezugszeichen:

[0086] 

1

Mikromembranpumpeinrichtung

2

Pumpkammer

3

Einlassventil

4

Auslassventil

5

Membraneinrichtung

6

Aktor

7

Beeinflussungseinrichtung

8

Membrankörper

9

Kleberschicht

10

eingebetteter Abschnitt

11

Trägerkörper

12

Verformungssensor

13

nicht eingebetteten Abschnitt

14

Kontakte

15

Messleitung

16

Steuerleitung

17

Heizdraht

18

Kontakte

19

Versorgungsleitung

20

Temperatursensor

21

Kontakte

22

Messleitung

23

Zustandssensor

24

Kontakte

25

Messleitung

26

Fläche

27

Fläche

28

Fläche

29

Durchgangsloch

30

Rand

31

Einbuchtungen

FL

Fluid

MS

Messsignale

ST

Steuersignale

EE

elektrische Energie

TMS

Messsignale

ZMS

Messsignale

RI

Richtung

Ansprüche

1. Mikromembranpumpeinrichtung zum Pumpen eines Fluids (FL), aufweisend:

eine Pumpkammer (2), welcher ein Einlassventil (3) zum Einlassen des Fluids (FL) in die Pumpkammer (2), ein Auslassventil (4) zum Auslassen des Fluids (FL) aus der Pumpkammer (2) und eine Membraneinrichtung (5) zum Variieren eines Volumens der Pumpkammer (1) zugeordnet ist, wobei die Membraneinrichtung (5) einen plattenförmigen Aktor (6) zum Verformen der Membraneinrichtung (5) aufweist; und

eine Beeinflussungseinrichtung (7) zum Beeinflussen des plattenförmigen Aktors (6), um so das Volumen der Pumpkammer (2) zu beeinflussen;

wobei die Membraneinrichtung (5) einen die Pumpkammer (2) begrenzenden plattenförmigen Membrankörper (8) aufweist;

wobei der plattenförmige Aktor (6) auf einer der Pumpkammer (2) abgewandten Seite des plattenförmigen Membrankörpers (8) angeordnet ist;

wobei der plattenförmige Aktor (6)mittels einer elektrisch isolierenden Kleberschicht (9) an dem plattenförmigen Membrankörper (8) befestigt ist, so dass der plattenförmige Aktor (6) elektrisch isoliert gegenüber dem Membrankörper (8) ist;

wobei innerhalb der elektrisch isolierenden Kleberschicht (9) zumindest ein eingebetteter Abschnitt (10) eines Trägerkörpers (11) angeordnet ist, an welchem oder in welchem ein Verformungssensor (12) zur Erfassung einer Verformung der Membraneinrichtung (5) angeordnet ist, um so das Volumen der Pumpkammer (2) zu erfassen;

wobei die Beeinflussungseinrichtung (7), der plattenförmige Aktor (6) und der Verformungssensor (12) einen geschlossenen Regelkreis zur Regelung eines Verhältnisses zwischen einer Volumenänderung der Pumpkammer (2) während eines Arbeitszyklus der Mikromembranpumpeinrichtung (1) und einer Dauer des Arbeitszyklus der Mikromembranpumpeinrichtung (1) bilden.

2. Mikromembranpumpeinrichtung nach vorstehendem Anspruch, wobei die Kleberschicht (9) flächig, insbesondere vollflächig, an einer dem Membrankörper (8) zugewandten Seite des plattenförmigen Aktors (6) anliegt und/oder wobei die Kleberschicht (9) flächig, insbesondere vollflächig, an einer dem plattenförmigen Aktor (6) zugewandten Seite des Membrankörpers (8) anliegt.

3. Mikromembranpumpeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kleberschicht (9) ein temperaturaushärtendes Material, ein anaerob aushärtendes Material, ein durch UV-Strahlung aushärtendes Material, ein durch einen Aktivator aushärtendes Material, ein durch Luftfeuchtigkeit aushärtendes Material, ein durch Trocknung aushärtendes Material und/oder ein Schmelzklebstoffmaterial umfasst.

4. Mikromembranpumpeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der plattenförmige Aktor (6) ein elektromagnetischer Aktor, ein ein- oder mehrlagiger piezoelektrischer Aktor, ein Formgedächtnisaktor oder ein bimetallischer Aktor ist.

5. Mikromembranpumpeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Trägerkörper (11) Glas, ein oder mehrere Halbleitermaterialien, ein oder mehrere Kompositwerkstoffe, ein oder mehrere polymerische Materialien oder ein oder mehrere keramische Materialien umfasst.

6. Mikromembranpumpeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Verformungssensor (12) ein Dehnungsmessstreifen, insbesondere ein resistiver, kapazitiver oder piezoresistiver Dehnungsmessstreifen, ist.

7. Mikromembranpumpeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Membrankörper (8) ein Metall, ein Halbleitermaterial und/oder einen Kunststoff umfasst.

8. Mikromembranpumpeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Teil einer zur Auswertung von Signalen des Verformungssensors (12) an oder in dem Trägerkörper (11) angeordnet ist.

9. Mikromembranpumpeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Beeinflussungseinrichtung (7) zur Erkennung von Betriebsstörungen der Mikromembranpumpeinrichtung (1) anhand von Messsignalen (MS) des Verformungssensors (12) ausgebildet ist.

10. Mikromembranpumpeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Trägerkörper (11) einen nicht eingebetteten Abschnitt (13) aufweist, welcher aus der Kleberschicht (9) herausgeführt ist, wobei an dem nicht eingebetteten Abschnitt (13) Kontakte (14) zum Abgreifen von Messsignalen (MS) des Verformungssensors (12) angebracht sind, welche mit dem Verformungssensor (12) elektrisch verbunden sind.

11. Mikromembranpumpeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei an oder in dem eingebetteten Abschnitt (10) ein Heizdraht (17) angeordnet ist, wobei der Trägerkörper (11) einen nicht eingebetteten Abschnitt (13) aufweist, welcher aus der Kleberschicht (9) herausgeführt ist, wobei an dem nicht eingebetteten Abschnitt (13) Kontakte (18) zum Beaufschlagen des Heizdrahtes (17) mit elektrischer Energie (EE) angebracht sind, welche mit dem Heizdraht (17) elektrisch verbunden sind.

12. Mikromembranpumpeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei an oder in dem eingebetteten Abschnitt (10) ein Temperatursensor (20) angeordnet ist, wobei der Trägerkörper (11) einen nicht eingebetteten Abschnitt (13) aufweist, welcher aus der Kleberschicht (9) herausgeführt ist, wobei an dem nicht eingebetteten Abschnitt (13) Kontakte (21) zum Abgreifen von Messsignalen (TMS) des Temperatursensors (20) angebracht sind, welche mit dem Temperatursensor (20) elektrisch verbunden.

13. Mikromembranpumpeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei an oder in dem eingebetteten Abschnitt (10) ein Zustandssensor (23), insbesondere ein Feuchtesensor oder ein chemischer Sensor, zur Kontrolle eines Zustandes der Kleberschicht (9) angeordnet ist, wobei der Trägerkörper (11) einen nicht eingebetteten Abschnitt (13) aufweist, welcher aus der Kleberschicht (9) herausgeführt ist, wobei an dem nicht eingebetteten Abschnitt (13) Kontakte (24) zum Abgreifen von Messsignalen (ZMS) des Zustandssensors (23) angebracht sind, welche mit dem Zustandssensor (23) elektrisch verbunden sind.

14. Mikromembranpumpeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der eingebettete Abschnitt (10) des Trägerkörpers (11), in einer Richtung (RI) von dem plattenförmigen Aktor (6) zu dem plattenförmigen Membrankörper (8) gesehen, eine Fläche (26) aufweist, welche geringer ist als eine dem eingebetteten Abschnitt (10) des Trägerkörpers (11) zugewandten Fläche (27) des plattenförmigen Membrankörpers (8), und welche geringer ist als eine dem eingebetteten Abschnitt (10) des Trägerkörpers (11) zugewandten Fläche (28) des plattenförmigen Aktors (6).

15. Mikromembranpumpeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der eingebettete Abschnitt (10) des Trägerkörpers (11) wenigstens ein Durchgangsloch (29) aufweist, welches von einer dem plattenförmigen Aktor (6) zugewandten Seite des eingebetteten Abschnitts (10) des Trägerkörpers (11) bis zu einer dem plattenförmigen Membrankörper (8) zugewandten Seite des eingebetteten Abschnitts (10) des Trägerkörpers (11) reicht, wobei der eingebettete Abschnitt (10) des Trägerkörpers (11), in der Richtung (RI) von dem plattenförmigen Aktor (6) zu dem plattenförmigen Membrankörper (8) gesehen, einen Rand (30) aufweist, welcher Einbuchtungen (31) aufweist.

Zeichnung