DE19724240C2

DE19724240C2 - Feed pump, especially micro feed pump

Info

Publication number: DE19724240C2
Application number: DE19724240A
Authority: DE
Inventors: Norbert Schwesinger; Sascha Bechtel; Cornelius Schilling
Original assignee: ACCORIS GmbH
Current assignee: BECHTEL, SASCHA, 63110 RODGAU, DE ACCORIS GMBH, 98
Priority date: 1997-06-09
Filing date: 1997-06-09
Publication date: 2003-06-05
Anticipated expiration: 2017-06-10
Also published as: EP0884475B1; DE19724240A1; EP0884475A2; EP0884475A3; DE59809902D1

Abstract

Beschrieben wird eine Mikroförderpumpe für hochviskose Medien, die zumindest zwei in Förderrichtung hintereinander angeordnete Kammern mit variablem Volumen aufweist, die über Volumeneinstelleinrichtungen eingestellt werden. Der, bezogen auf die Förderrichtung, ersten Kammer wird das zu fördernde Medium über einen Medieneinlaß zugeführt und die, bezogen auf die Förderrichtung, letzte Kammer steht mit einem Medienauslaß in Verbindung. Zwei benachbarte, zumindest teilweise durch ein elastisch verformbares Material gebildete Kammern sind über Überströmkanäle verbindbar, über die das zu fördernde Medium in die, bezogen auf die Förderrichtung, jeweils nächste Kammer gelangt, wenn das Volumen von zumindest einer von zwei benachbarten Kammern verändert wird, wobei die Volumeneinstelleinrichtungen durch Über- und/oder Unterdruckerzeugungseinrichtungen gebildet sind. Dabei kann sich das elastisch verformbare Material zur Erzielung einer Volumenvergrößerung der Kammern in Ausnehmungen ausdehnen, die auf der den Kammern abgewandten Seite des elastisch verformbaren Materials angeordnet sind. Der Über- und/oder Unterdruck wird den Ausnehmungen zugeführt und das Volumen der Kammern ist im wesentlichen auf Null verringert, wenn sich das elastisch verformbare Material in seiner Ruhestellung befindet.A micro feed pump for highly viscous media is described, which has at least two variable volume chambers arranged one behind the other in the feed direction, which are set via volume setting devices. The first chamber, based on the conveying direction, is supplied with the medium to be conveyed via a media inlet and the last chamber, based on the conveying direction, is connected to a media outlet. Two adjacent chambers, at least partially formed by an elastically deformable material, can be connected via overflow channels through which the medium to be conveyed enters the next chamber in relation to the conveying direction when the volume of at least one of two adjacent chambers is changed, whereby the volume setting devices are formed by positive and / or negative pressure generating devices. Here, the elastically deformable material can expand in order to achieve an increase in volume of the chambers in recesses which are arranged on the side of the elastically deformable material facing away from the chambers. The overpressure and / or underpressure is supplied to the recesses and the volume of the chambers is essentially reduced to zero when the elastically deformable material is in its rest position.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine insbesondere als Mikro förderpumpe ausgebildete Förderpumpe für hochviskose Medien der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.The invention relates to a micro in particular feed pump trained feed pump for highly viscous media the genus specified in the preamble of claim 1.

Eine derartige Pumpe ist aus der US-PS-5 593 290 bekannt. Hier bei haben die Kammern im Ruhezustand ihr maximales Volumen und das von einer Membran gebildete verformbare Material liegt über einen den Verstelleinrichtungen zugeführten Unterdruck den Kammerwänden an und schließt die Anschlüsse. Der Einlaß steht mit dem Auslaß über die Überströmkanäle ständig in Ver bindung. Durch Verformung der Membran durch Anlegen eines Überdrucks kann das Volumen der jeweiligen Kammer auf Null gebracht und die Verbindung zwischen den Kammern abgesperrt werden. Bei Einleitung des Pumpvorganges aus der Ruhestellung der Membran muß zunächst das Volumen der Kammern auf Null ge bracht werden, indem die Membran einem Überdruck ausgesetzt wird und sich der Innenform der Kammer anpaßt. Erst dann kann nach Anlegen eines Unterdrucks der Pumpvorgang durch Vergröße rung des Kammervolumens eingeleitet werden.Such a pump is known from US Pat. No. 5,593,290. here the chambers have their maximum volume at rest and the deformable material formed by a membrane lies via a negative pressure supplied to the adjusting devices the chamber walls and closes the connections. The inlet is constantly in Ver with the outlet via the overflow channels binding. By deforming the membrane by applying a Overpressure can reduce the volume of the respective chamber to zero brought and the connection between the chambers closed become. When initiating the pumping process from the rest position the membrane must first ge the volume of the chambers to zero be brought up by exposing the membrane to overpressure and adapts to the inner shape of the chamber. Only then can after applying a vacuum, the pumping process by enlarging Chamber volume can be initiated.

Bei einer Mikropumpe gemäß der EP-0 134 614 A1 sind die Verbin dungen zwischen zwei benachbarten Kammern jeweils über eine kreisförmige Membran abgedeckt, die piezoelektrisch angehoben werden kann und dadurch ein Ansaugen bewirkt, während die Druckbeaufschlagung erfolgt, wenn die Membran in ihren Ruhe zustand zurückkehrt, in dem die Verbindungsleitungen wieder abgesperrt sind. Eine betriebsmäßige Änderung des für den Pumpvorgang notwendigen Volumens ist nicht möglich, so daß die Fördermenge nur durch Änderung der Schaltfrequenz einge stellt werden kann.In a micropump according to EP-0 134 614 A1, the connections are between two neighboring chambers each via one circular membrane covered, the piezoelectrically raised can be and thereby causes suction, while the Pressurization occurs when the membrane is at rest condition returns, in which the connecting lines again are cordoned off. An operational change for the Pumping the necessary volume is not possible, so that the delivery rate only by changing the switching frequency can be put.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Mikroförderpumpe zu schaffen, die aus der Ruhestellung heraus unverzögert anspricht, eine feinfühlige und genaue Einstellung der Fördermenge gewährleistet und bei einfachem Aufbau dauer haft betriebssicher arbeitet.The invention has for its object a generic To create a micro feed pump that comes out of the rest position responds without delay, a sensitive and precise setting the delivery rate guaranteed and with a simple construction duration works reliably.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale.The task is solved by the im Claim 1 specified features.

In Ruhestellung ist bei der erfindungsgemäßen Pumpe das Kammer volumen im wesentlichen auf Null eingestellt und die Verbindun gen zum Einlaß und zum Auslaß sowie die Verbindungen zwischen den einzelnen Kammern sind abgesperrt.The chamber is at rest in the pump according to the invention volume is essentially set to zero and the connection conditions for inlet and outlet and the connections between the individual chambers are cordoned off.

Durch den an die Ausnehmungen angelegten Unterdruck kann das Volumen der Kammer auf einen vorbestimmten Wert eingestellt werden, und in Ruhestellung sind die Übergänge zwischen den Kammern und nach dem Einlaß und Auslaß abgesperrt, so daß zwischen Einschalten und Ausschalten eine genau bemessene Menge eingestellt werden kann.Due to the negative pressure applied to the recesses, this can Volume of the chamber set to a predetermined value and the transitions between the Chambers and shut off after inlet and outlet so that between switching on and switching off a precisely dimensioned Quantity can be adjusted.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Diese sind auf die konstruktiven Eigenheiten der Pumpe gerichtet, die durch die Schichtenanordnung gekenn zeichnet ist, wofür Siliziumplättchen Anwendung finden, in denen die Kammern und Ausnehmungen durch entsprechend bemes sene Ausschnitte gebildet sind. Dieser Aufbau aus Silizium schichten kann auf einfache Weise durch Maßnahmen bearbeitet werden, wie sie aus der Halbleitertechnik bekannt sind. Durch Benutzung von Siliziumplättchen vorbestimmter Dicke und durch entsprechende Bemessung der Ausschnitte für Kammern und Aus nehmungen können Mikropumpen mit kleinsten genau einstellbaren Fördermengen hergestellt werden.Further refinements of the invention result from the Dependent claims. These are due to the design peculiarities the pump directed by the layer arrangement is what silicon wafers are used for in which the chambers and recesses by appropriately dimensioned Sene cutouts are formed. This silicon structure Layering can be easily processed through measures as they are known from semiconductor technology. By Use of silicon wafers of predetermined thickness and through Appropriate dimensioning of the cutouts for chambers and out Micropumps can be adjusted with the smallest precision Production volumes are produced.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Exemplary embodiments of the invention are described below the drawing.

In den Zeichnungen zeigen:The drawings show:

Fig. 1 eine stark vereinfachte schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Förderpumpe; Figure 1 is a highly simplified schematic representation of the feed pump according to the invention.

Fig. 2 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Förder pumpe in Form einer Mikroförderpumpe. Fig. 2 shows an embodiment of the pump according to the invention in the form of a micro-feed pump.

In Fig. 1 ist ein stark vereinfachtes Beispiel für den Aufbau einer Förderpumpe gemäß der Erfindung dargestellt. Die darge stellte Förderpumpe weist drei Kammern 3, 4, 5 auf, die bezüg lich der Förderrichtung R im wesentlichen hintereinander ange ordnet sind. Das Volumen der Kammern 3, 4, 5 kann über Volumen einstelleinrichtungen 15, 16, 17 verändert bzw. eingestellt werden, was durch die gestrichelten Linien in Fig. 1 schema tisch angedeutet ist.In Fig. 1 a highly simplified example of the structure of a delivery pump is shown according to the invention. The Darge presented feed pump has three chambers 3 , 4 , 5 , which are arranged in accordance with the direction of delivery R substantially one behind the other. The volume of the chambers 3 , 4 , 5 can be changed or set via volume adjustment devices 15 , 16 , 17 , which is indicated schematically by the dashed lines in FIG. 1.

Die bezogen auf die Förderrichtung R erste Kammer 3 weist einen Medieneinlaß 1 auf, über den das zu fördernde Medium der ersten Kammer 3 zugeführt wird. Zwei benachbarte Kammern sind jeweils über ebenfalls nur schematisch dargestellte Überströmkanäle 6, 7 verbindbar.The first chamber 3 with respect to the conveying direction R has a media inlet 1 , via which the medium to be conveyed is fed to the first chamber 3 . Two adjacent chambers can each be connected via overflow channels 6 , 7, also shown only schematically.

Das zu fördernde Medium wird von der ersten Kammer 3 bis zur letzten Kammer 5 über die Überströmkanäle 6, 7 weitergeleitet, wobei es die Kammer 5 über einen Medienauslaß 2 verläßt. Die Weiterleitung des zu fördernden Mediums von einer Kammer zur nächsten wird dadurch erreicht, daß das Volumen von zumindest einer von zwei benachbarten Kammern 3, 4, 5 mit Hilfe der Volumen einstellvorrichtungen 15, 16, 17 verändert wird.The medium to be conveyed is passed on from the first chamber 3 to the last chamber 5 via the overflow channels 6 , 7 , leaving the chamber 5 via a media outlet 2 . The forwarding of the medium to be conveyed from one chamber to the next is achieved by changing the volume of at least one of two adjacent chambers 3 , 4 , 5 with the aid of the volume adjusting devices 15 , 16 , 17 .

Die Veränderung der Kammervolumen kann dabei in den Kammern einen Über- oder Unterdruck erzeugen, mit dessen Hilfe das zu fördernde Medium aus der Kammer ausgestoßen bzw. in die ent sprechende Kammer eingesaugt werden kann.The change in chamber volume can occur in the chambers generate a positive or negative pressure, with the help of which to promoting medium ejected from the chamber or into the ent speaking chamber can be sucked.

Je nachdem, ob eine möglichst gleichmäßige oder eine impuls artige Förderung des Mediums erwünscht ist, können die Volumen änderungen der Kammern 3, 4, 5 in den unterschiedlichsten Reihen folgen und Kombinationen erfolgen, wobei vorzugsweise eine nicht dargestellte Regel- und/oder Steuerungsvorrichtung den Betrieb der Volumeneinstellvorrichtung koordiniert.Depending on whether as uniform as possible or an impulse-like conveying of the medium is desired, the volume changes of the chambers 3 , 4 , 5 can follow in different rows and combinations, preferably a control and / or control device, not shown, the operation coordinates the volume adjustment device.

Weiterhin ist die Förderrichtung R beim Betrieb der Förderpumpe vorzugsweise beliebig umkehrbar, wobei diese Umkehr der Förder richtung R und der damit verbundene Wechsel der Funktionen des Medieneinlasses 1 und des Medienauslasses 2 dadurch erzielt wird, daß die Reihenfolge verändert wird, mit der die Volumen der Kammern 3, 4, 5 durch die Volumeneinstelleinrichtungen 15, 16, 17 verändert werden.Furthermore, the conveying direction R is preferably reversible during operation of the feed pump, this reversal of the conveying direction R and the associated change in the functions of the media inlet 1 and the media outlet 2 is achieved by changing the order in which the volume of the chambers 3 , 4 , 5 can be changed by the volume adjustment devices 15 , 16 , 17 .

Für den einfachsten Fall, in dem nur zwei Kammern 3, 4 vorge sehen sind, könnten die Volumenveränderungen beispielsweise derart erfolgen, daß zu Anfang beide Kammervolumen beispiels weise auf 0 verringert sind, wonach das Volumen der Kammer 3 so lange vergrößert wird, bis sich die gewünschte Menge des zu fördernden Mediums in der Kammer 3 befindet, wonach bei gleichzeitiger Vergrößerung des Volumens der Kammer 4 das Volumen der Kammer 3 wieder verringert wird, so daß das Medium über den Überströmkanal 6 in die Kammer 4 gelangt, aus der es durch eine erneute Verringerung des Volumens der Kammer 4 wieder ausgestoßen wird.For the simplest case, in which only two chambers 3 , 4 are easily seen, the volume changes could take place, for example, in such a way that both chamber volumes are initially reduced to 0, for example, after which the volume of the chamber 3 is increased until the desired amount of the medium to be conveyed is located in the chamber 3 , after which the volume of the chamber 3 is reduced again while increasing the volume of the chamber 4 , so that the medium passes through the overflow channel 6 into the chamber 4 , from which it is replaced by a new one Reducing the volume of the chamber 4 is expelled again.

Wie bereits erwähnt, und insbesondere für den Fall, daß mehrere Kammern hintereinander angeordnet sind, kann das Ausstoßen des Mediums aus einer Kammer dadurch unterstützt werden, daß das Volumen der benachbarten Kammer vergrößert wird, um eine Ansaugwirkung zu erzielen. As already mentioned, and especially in the event that several Ejections can be arranged one behind the other the medium from a chamber are supported in that the volume of the adjacent chamber is increased by one To achieve suction.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der Förderpumpe weist die Förderpumpe einen schichtförmigen Aufbau auf. Wie dies aus der auseinandergezogenen Darstellung in Fig. 2 zu erkennen ist, besteht die Förderpumpe bezüglich der Darstellung von oben nach unten aus einem Siliziumplättchen 21, das einen Medieneinlaß 1 und einen Medienauslaß 2 aufweist, einem Sili ziumplättchen 14, das zur Bildung der Überströmkanäle 6, 7 zwei Durchbrüche 19, 20 sowie bezüglich des Medienein- und -auslasses zwei weitere kleinere Durchbrüche aufweist, einem elastisch verformbaren Material 13 in Form einer Polymerfolie, einem Siliziumplättchen 18, das Durchbrüche 10, 11, 12 aufweist, in die sich die Polymerfolie 13 erstrecken kann, um zwischen dem Siliziumplättchen 14 und der Polymerfolie 13 die Kammern 3, 4, 5 zu bilden, und einem Element 22, das die Volumeneinstellvorrich tungen 15, 16, 17 aufweist.In the embodiment of the feed pump shown in FIG. 2, the feed pump has a layered structure. As can be seen from the exploded view in Fig. 2, the feed pump with respect to the representation from top to bottom of a silicon plate 21 having a media inlet 1 and a media outlet 2 , a silicon plate 14 , which forms the overflow channels 6th , 7 has two openings 19 , 20 and two further smaller openings with respect to the media inlet and outlet, an elastically deformable material 13 in the form of a polymer film, a silicon plate 18 which has openings 10 , 11 , 12 into which the polymer film 13 can extend to form the chambers 3 , 4 , 5 between the silicon wafer 14 and the polymer film 13 , and an element 22 which has the volume adjustment devices 15 , 16 , 17 .

Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Volumeneinstell vorrichtungen in Form von Über- und/oder Unterdruckerzeugungs einrichtungen 15, 16, 17 ausgebildet, die in den Ausnehmungen 10, 11, 12 einen Unterdruck erzeugen können, wodurch sich die entsprechenden Abschnitte der Polymerfolie 13 in diese Aus nehmungen 10, 11, 12 erstrecken und somit zwischen dem Silizium plättchen 14 und der Polymerfolie 13 die Kammern 3, 4, 5 bilden.In the illustrated embodiment, the volume adjustment devices are in the form of overpressure and / or underpressure generating devices 15 , 16 , 17 , which can generate underpressure in the recesses 10 , 11 , 12, as a result of which the corresponding sections of the polymer film 13 extend into them Takes 10 , 11 , 12 extend and thus form the chambers 3 , 4 , 5 between the silicon plate 14 and the polymer film 13 .

Die Überströmkanäle 6, 7 werden durch durch das Siliziumplätt chen 21 begrenzte und in dem Siliziumplättchen 14 angeordnete Durchbrüche 19, 20 gebildet, die derart angeordnet sind, daß jeder von ihnen zwei benachbarte Durchbrüche 10, 11, 12 und damit zwei benachbarte Kammern 3, 4, 5 überlappt.The overflow channels 6 , 7 are formed by the silicon plate 21 limited and arranged in the silicon plate 14 openings 19 , 20 which are arranged such that each of them two adjacent openings 10 , 11 , 12 and thus two adjacent chambers 3 , 4th , 5 overlaps.

Obwohl dies nicht dargestellt ist, kann das zu fördernde Medium über Strömungsdioden und/oder Strömungsdrosseln zu- bzw. abge führt werden, um ein unerwünschtes Zurückströmen des Mediums zu verhindern, wobei insbesondere Strömungsdioden vorzugsweise nur für den Fall eingesetzt werden, daß die beliebige Umkehrbarkeit der Förderrichtung R nicht erwünscht bzw. erforderlich ist.Although this is not shown, the medium to be funded can added or removed via flow diodes and / or flow restrictors lead to an undesirable backflow of the medium prevent, in particular flow diodes preferably only be used in the event that any reversibility the conveying direction R is not desired or required.

Claims

1. Delivery pump, in particular micro delivery pump for highly viscous media, for the delivery of media in one direction of delivery (R), with the following features:

- It is a media inlet ( 1 ) and a media outlet ( 2 ) provided see
- The feed pump has at least two chambers ( 3 , 4 , 5 ) with variable volumes arranged one behind the other in the delivery direction (R), which are set via volume adjustment devices ( 15 , 16 , 17 ),
- The first chamber ( 3 ) in relation to the conveying direction (R) is fed the medium to be conveyed via the media inlet ( 1 ) and the last chamber ( 5 ) in relation to the conveying direction (R) is connected to the media outlet ( 2 ),
- Two adjacent chambers ( 3 , 4 , 5 ) can be connected via overflow channels ( 6 , 7 ), via which the medium to be pumped into the respective chamber in relation to the conveying direction (R) arrives when the volume of at least one of two neighboring chambers ( 3 , 4 , 5 ) is changed,
- The volume adjustment devices ( 15 , 16 , 17 ) are formed by overpressure and / or underpressure generation devices,
- The chambers ( 3 , 4 , 5 ) are at least partially formed by an elastically deformable material ( 13 ), and
- The volume adjustment devices ( 15 , 16 , 17 ) cause a deformation of the material ( 13 ),

characterized by
that the elastic deformable material ( 13 ) to achieve a volume increase of the chambers ( 3 , 4 , 5 ) in recesses ( 10 , 11 , 12 ) can expand on the side facing away from the chambers ( 3 , 4 , 5 ) the elastic deformable material ( 13 ) are arranged,
that the positive and / or negative pressure is supplied to the recesses ( 10 , 11 , 12 ), and
that the volume of the chambers ( 3 , 4 , 5 ) is substantially reduced to zero when the elastically deformable material ( 13 ) is in its rest position.

2. Feed pump according to claim 1, characterized in that it has a layered structure having.

3. Feed pump according to claim 1 or 2, characterized in that the recesses ( 10 , 11 , 12 ) in a first plate or plate-shaped element ( 18 ) are formed.

4. Feed pump according to claim 3, characterized in that to form the overflow channels ( 6 , 7 ) further recesses ( 19 , 20 ) are provided in a second plate-like or plate-shaped element ( 14 ) that the elastically deformable element ( 13 ) plates - Or plate-shaped or film-like and is arranged between the first element ( 18 ) and the second element ( 14 ), and that the further recesses ( 19 , 20 ) are arranged such that a further recess ( 19 , 20 ) each two adjacent chambers ( 3 , 4 , 5 ) overlap, the overflow channels ( 6 , 7 ) being formed on the side of the elastically deformable element ( 13 ) facing the chambers ( 3 , 4 , 5 ).

5. Feed pump according to claim 3 or 4, characterized in that the recesses in the element ( 18 ) in the form of openings ( 10 , 11 , 12 ) are formed, and that on the elastically deformable material ( 13 ) abge facing side of the Elements ( 18 ) an element ( 22 ) is provided which has the volume adjustment devices ( 15 , 16 , 17 ).

6. Feed pump according to claim 4 or 5, characterized in that the further recesses in the second element ( 14 ) are formed in the form of openings ( 19 , 20 ) that on the side of the second element facing away from the elastically deformable material ( 13 ) ( 14 ) a third plate or plate-shaped element ( 21 ) is arranged, which delimits the openings ( 19 , 20 ), and that both the media inlet ( 1 ) and the media outlet ( 2 ) through the element ( 21 ) and the Extend element ( 14 ).

7. Feed pump according to one of the preceding claims, characterized in that it is a micro-feed pump which is at least partially formed from silicon, wherein the elastically deformable material ( 13 ) is formed by a polymer film.

8. Feed pump according to one of claims 3 to 7, characterized in that the elements ( 14 , 18 , 21 ) are silicon platelets.

9. Feed pump according to one of the preceding claims, characterized in that the media inlet ( 1 ) and / or the media outlet ( 2 ) is connected to the chambers via flow diodes and / or flow restrictors.

10. Feed pump according to one of the preceding claims, characterized in that the media inlet ( 1 ) and the media outlet ( 2 ) have the same flow resistance.

11. Feed pump according to claim 10, characterized in that the media inlet ( 1 ) and the media outlet ( 2 ) have the same cross section.

12. Feed pump according to one of the preceding claims, characterized in that the conveying direction (R) during operation the feed pump is reversible as desired.

13. Feed pump according to claim 12, characterized in that the reversal of the conveying direction (R) is achieved by changing the order in which the volume adjustment devices ( 15 , 16 , 17 ) change the volume of the chambers ( 3 , 4 , 5 ) cause.

14. Feed pump according to one of the preceding claims, characterized in that a regulating and / or control device is provided which regulates the volume adjustment devices ( 15 , 16 , 17 ) and thus the volume changes of the chambers ( 3 , 4 , 5 ) or controls.