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EP1458977B2

Peristaltic micropump

Abstract

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EP1458977B2, drawing sheet 1
Sheet 1 of 32

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Expired 22 August 2023, 3.1 years ago.

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17 claims: 9 independent, 8 dependent

  1. 1
    Peristaltische Mikropumpe mit folgenden Merkmalen:einem ersten Membranbereich (12) mit einem ersten Piezoaktor (22;460) zum Betätigen des ersten Membranbereichs;einem zweiten Membranbereich (14) mit einem zweiten Piezoaktor (24;462) zum Betätigen des zweiten Membranbereichs;einem dritten Membranbereich (16) mit einem dritten Piezoaktor (26;464) zum Betätigen des dritten Membranbereichs;und einem Pumpenkörper (30;302;340;440), der zusammen mit dem ersten Membranbereich (12) ein erstes Ventil (62) bildet, dessen Durchlaßöffnung (32) im unbetätigten Zustand des ersten Membranbereichs offen ist und dessen Durchlaßöffnung durch Betätigen des ersten Membranbereichs verschließbar ist, der zusammen mit dem zweiten Membranbereich (14) eine Pumpkammer (42;304;330;342;452) bildet, deren Volumen durch Betätigen des zweiten Membranbereichs verringerbar ist, und der zusammen mit dem dritten Membranbereich (16) ein zweites Ventil (64) bildet, dessen Durchlaßöffnung (34) im unbetätigten Zustand des dritten Membranbereichs offen ist und dessen Durchlaßöffnung durch Betätigen des dritten Membranbereichs verschließbar ist, wobei das erste und das zweite Ventil (62, 64) mit der Pumpkammer fluidmäßig verbunden sind, wobei zwischen einem Hubvolumen ΔV, einem Totvolumen V 0 , einem Förderdruck P F und dem Atmosphärendruck P 0 folgende Beziehung gilt: ΔV / V 0 > P F / P 0 , wobei das Hubvolumen ΔV das bei einer Betätigung des zweiten Membranbereichs (14) verdrängte Volumen ist, wobei das Totvolumen V 0 ein Volumen ist, das zwischen der geöffneten Durchlaßöffnung (32;34) eines der Ventile (62, 64) und der geschlossenen Durchlaßöffnung (32, 34) des anderen der Ventile (62, 64) im betätigten Zustand des zweiten Membranbereichs (14) vorliegt, und wobei der Förderdruck p F der in der Pumpkammer (42;304;330;342;452) notwendige Druck ist, um eine Flüssigkeits/Gas-Grenzfläche an einer Flußengstelle in der peristaltischen Mikropumpe vorbei zu bewegen.
  2. 2
    Peristaltische Mikropumpe gemäß Anspruch 1, bei der zwischen dem ersten Membranbereich (12) und dem Pumpenkörper (302;340;440) eine erste Ventilkammer (308;360;442) gebildet ist und bei der zwischen dem dritten Membranbereich (16) und dem Pumpenkörper (302;340;440) eine zweite Ventilkammer (310;362;444) gebildet ist, wobei die Ventilkammern mit der Pumpkammer (42;304;330;342;452) fluidmäßig verbunden sind.
  3. 3
    Peristaltische Mikropumpe gemäß Anspruch 2, bei der das Volumen der Pumpkammer (304) größer ist als das Volumen der ersten oder der zweiten Ventilkammer (308, 310).
  4. 4
    Peristaltische Mikropumpe gemäß Anspruch 3, bei der ein Abstand zwischen Membranoberfläche und Pumpenkörperoberfläche im Bereich der Pumpkammer (304) größer ist als im Bereich der Ventilkammer (308, 310).
  5. 5
    Peristaltische Mikropumpe nach Anspruch 3 oder 4, bei der der zweite Membranbereich (14) und die Pumpkammer flächenmäßig größer sind als der erste oder dritte Membranbereich (12, 16) und die zugeordneten Ventilkammern.
  6. 6
    Peristaltische Mikropumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei der die Membranbereiche (12, 14, 16) in einem Membranelement (10;300;380;456) gebildet sind, wobei die Ventilkammer (308, 310;360, 362;442, 444), die Pumpkammer (42;304;330;342;452) und Fluidkanäle (306;344) zwischen den Ventilkammern und der Pumpkammer durch Strukturierungen in dem Pumpenkörper und/oder in dem Membranelement gebildet sind.
  7. 7
    Peristaltische Mikropumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Pumpkammer (330;342) eine Strukturierung in dem Pumpenkörper (340) aufweist, wobei die Kontur der Strukturierung an die gebogene Kontur des zweiten Membranabschnitts (14) im betätigten Zustand angepaßt ist.
  8. 8
    Peristaltische Mikropumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei der die Pumpkammer (342) und die Ventilkammern (360, 362) Strukturierungen in dem Pumpenkörper (340) aufweisen, wobei die Konturen der Strukturierungen an die jeweilige gebogene Kontur des entsprechenden Membranabschnitts (12, 14, 16) im betätigten Zustand angepaßt sind.
  9. 9
    Peristaltische Mikropumpe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der der erste und der dritte Membranbereich (12, 16) und die Piezoaktoren (22, 26;460, 464) derselben derart ausgelegt sind, daß sie im betätigten Zustand mit einer vorbestimmten Kraft auf ein Gegenelement (390;390a), um das jeweilige Ventil zu schließen, drücken.
  10. 10
    Peristaltische Mikropumpe nach Anspruch 8, die laterale Fluidzuleitungen (344a, 344d) zu den Ventilkammern (360, 362) aufweist, die in dem Pumpenkörper (340) gebildet sind, die durch Betätigen des entsprechenden Membranabschnitts verschlossen werden.
  11. 11
    Peristaltische Mikropumpe nach Anspruch 10, bei der im Bereich einer Ventilkammer (360, 362) ein Steg (390;390a) vorgesehen ist, gegen den der entsprechende betätigte Membranabschnitt anliegt, um die entsprechende laterale Fluidleitung zu verschließen.
  12. 12
    Peristaltische Mikropumpe gemäß Anspruch 10, bei der die Ventilkammern dem jeweiligen Membranabschnitt gegenüberliegend ein plastisch verformbares Material aufweisen, gegen das im betätigten Zustand der jeweilige Membranabschnitt anliegt.
  13. 13
    Peristaltische Mikropumpe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, die ferner zumindest einen weiteren Membranbereich mit einem weiteren Piezoaktor zum Betätigen des weiteren Membranbereichs aufweist, wobei der weitere Membranbereich zusammen mit dem Pumpenkörper ein weiteres Ventil bildet, dessen Durchlaßöffnung im unbetätigten Zustand des weiteren Membranbereichs offen ist und dessen Durchlaßöffnung durch Betätigen des weiteren Membranbereichs verschließbar ist, wobei das weitere Ventil mit der Pumpkammer fluidmäßig verbunden ist.
  14. 14
    Peristaltische Mikropumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der die Piezoaktoren Piezomembranwandler, die durch jeweilige auf einen Membranbereich aufgebrachte Piezoelemente gebildet sind, sind.
  15. 15
    Peristaltische Mikropumpe nach Anspruch 14, bei dem die Piezoelemente auf den jeweiligen Membranbereich geklebt oder in Dickschichttechnik auf dem jeweiligen Membranbereich gebildet sind.
  16. 16
    Peristaltische Mikropumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der die Piezoaktoren durch jeweilige Piezostapel gebildet sind.
  17. 17
    Fluidsystem mit einer Mehrzahl von peristaltischen Mikropumpen nach einem der Ansprüche 1 bis 16 und einer Mehrzahl von Reservoiren, die mit den peristaltischen Mikropumpen fluidmäßig verbunden sind.
Independent claims17