DE10164474A1

DE10164474A1 - Fluid micropump volume varied by one-piece membrane and plunger

Info

Publication number: DE10164474A1
Application number: DE10164474A
Authority: DE
Inventors: Matthias Frodl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: FRODL, MATHIAS, 28359 BREMEN, DE
Priority date: 2001-12-20
Filing date: 2001-12-20
Publication date: 2003-07-17
Anticipated expiration: 2021-12-21
Also published as: DE10164474B4

Abstract

A micropump has an actuator (17), membranes (12o, u) and base plates (11o, u). The pump chamber (13u) volume is varied by movement of the plungers (9o, u) which are fabricated as a one-piece wafer component with the membrane.

Description

Die Erfindung betrifft eine Mikropumpe mit einer durch eine starre Grundplatte und eine elastische Membran gebildeten Pumpenkammer, wobei die Membran zur Erzeugung einer Pumpbewegung mit einem Aktor in Verbindung steht. The invention relates to a micropump with one by one rigid base plate and an elastic membrane formed Pump chamber, the membrane for generating a Pump movement is connected to an actuator.

Eine solche Mikropumpe ist z. B. auf der Internetseite http:/ / www.imm-mainz.de/english/company/departme/fsb/mpfab.html dargestellt, welche am 22.10.2001 der Öffentlichkeit zugänglich war. Entsprechend der Figur zum Funktionsprinzip der offenbarten Mikropumpe besitzt diese eine mit Bohrungen versehene Grundplatte, die mit einer Membran gemeinsam eine Pumpenkammer bildet. Die Membran kann durch einen piezoelektrischen Aktor, der als Biegewandler ausgeführt ist, von der Grundplatte abgehoben werden, wodurch sich das Volumen der Pumpenkammer vergrößert und ein Fluid durch einen Einlass angesogen wird. Dieses Fluid kann durch Rückstellung des piezoelektrischen Aktors und Verkleinerung des Volumens der Pumpenkammer aus einem Auslass ausgetrieben werden. Such a micropump is e.g. B. on the website http: / / www.imm-mainz.de/english/company/departme/fsb/mpfab.html shown, which is open to the public on October 22, 2001 was. According to the figure on the principle of operation of the disclosed micropump has a drilled hole Base plate that together with a membrane Pump chamber forms. The membrane can be replaced by a piezoelectric Actuator, which is designed as a bending transducer, by the Base plate are lifted off, which increases the volume of the Pump chamber enlarged and a fluid drawn in through an inlet becomes. This fluid can be reset by the piezoelectric actuator and reducing the volume of the Pump chamber can be driven out of an outlet.

Eine wesentliche, von der Konstruktion der Pumpe abhängige Kenngröße für die Einsatzmöglichkeiten ist die Förderhöhe. Die Förderhöhe einer Pumpe wird bestimmt durch den höchstzulässigen Gegendruck, den eine zu fördernde Flüssigkeit aufgrund eines geodätischen Höhenunterschiedes entsprechend der Förderhöhe ausüben darf, ohne dass die Fördermenge der Pumpe Null wird. Bei der Förderung von Gasen wird der höchstzulässige Gegendruck des Gases direkt als Kenngröße verwendet. An essential one, depending on the design of the pump The characteristic for the possible uses is the delivery head. The delivery head of a pump is determined by the maximum permissible back pressure that a liquid to be pumped due to a geodetic height difference corresponding to the Delivery head may exert without the delivery rate of the pump Becomes zero. When extracting gases, the maximum permissible back pressure of the gas used directly as a parameter.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Mikropumpe anzugeben, bei der der höchstzulässige Gegendruck des zu fördernden Fluids vergleichsweise hoch ist. The object of the invention is to provide a micropump at the maximum permissible back pressure of the fluid to be pumped is comparatively high.

Erfindungsgemäß wird vorgesehen, dass bei einer Mikropumpe der eingangs angegebenen Art zwischen dem Aktor und der Membran ein Verbindungsglied vorgesehen ist. Dieses Verbindungsglied kann so ausgeführt werden, dass es zumindest einen Teil der Membran während der Entleerung der Pumpenkammer mit der Grundplatte in Kontakt bringt, so dass eine vollständige Entleerung möglich ist. Das Verbindungsglied weist gegenüber einer direkten Verbindung von Membran und Aktor gemäß dem Stand der Technik den Vorteil auf, dass es als ein starres, nicht verformbares Bauteil ausgeführt werden kann. Hierdurch kann die Membran in dem Bereich, in dem sie mit dem Verbindungsglied in Verbindung steht, zuverlässig auf die Grundplatte gedrückt werden, ohne dass in diesen Bereich ein Totvolumen der Pumpenkammer verbleiben könnte. Die Vermeidung eines Totvolumens bewirkt vorteilhaft eine Erhöhung des zulässigen Gegendruckes im zu fördernden Fluid, da das Volumen der Pumpenkammer bei jedem Zyklus zuverlässig gegen Null gefahren werden kann. Im Falle der Förderung von Gasen lässt sich hierdurch der durch die anschließende Vergrößerung des Pumpenkammervolumens erzeugbare Unterdruck vergrößern, wobei der Unterdruck die für die Überwindung des Gegendrucks des Gases bestimmende Größe ist. According to the invention it is provided that in a micropump of the type specified at the beginning between the actuator and the Membrane a link is provided. This Link can be designed so that there is at least one Part of the membrane during the emptying of the pump chamber the baseplate in contact so that a complete Emptying is possible. The link faces a direct connection of membrane and actuator according to Prior art has the advantage that it is a rigid, non-deformable component can be executed. hereby can the membrane in the area where it with the Link is connected reliably to the Base plate can be pressed without entering this area Dead volume of the pump chamber could remain. Avoidance of a dead volume advantageously causes an increase in the permissible back pressure in the fluid to be pumped, since the volume the pump chamber reliably to zero with every cycle can be driven. In the case of gas extraction this is due to the subsequent enlargement of the Increase vacuum chamber volume that can be generated, whereby the vacuum which is used to overcome the back pressure of the Gases determining size is.

Im Falle der Förderung der Flüssigkeiten ist gewährleistet, dass mitgeförderte Gasblasen bei Verringerung des Kammervolumens auf Null vollständig aus der Pumpenkammer entfernt werden. Hierdurch wird verhindert, dass sich in der Pumpenkammer ein Gaseinschluss bildet, welcher aufgrund seiner kompressiblen Eigenschaften wie eine Feder wirken und so den zulässigen Gegendruck der zu fördernden Flüssigkeit verringern würde, wodurch die Förderhöhe der Pumpe vermindert würde. In case of pumping liquids, it is guaranteed that gas bubbles conveyed when reducing the Chamber volume to zero completely removed from the pump chamber become. This prevents that in the Pump chamber forms a gas inclusion, which due to its compressible properties act like a spring and so the Reduce the permissible back pressure of the liquid to be pumped would, which would reduce the head of the pump.

Die Erhöhung des zulässigen Gegendrucks ist weiterhin für die Auslegung sogenannter selbstansaugender Mikropumpen von Bedeutung. Selbstansaugend ist eine Mikropumpe dann, wenn diese eine zu fördernde Flüssigkeit aus einem Reservoir auch dann heraus saugen kann, wenn die Pumpenkammer noch nicht mit der Flüssigkeit befüllt ist. Dies bedeutet, dass zunächst die Gassäule in der Zuleitung zur Pumpe gefördert werden muss, wobei der Gegendruck durch die Schwerkraft der Flüssigkeit erzeugt wird. Je höher der zulässige Gegendruck bei der Gasförderung also ist, desto größer darf bei dem Vorgang des Selbstansaugens auch der zu überwindende Höhenunterschied für die Flüssigkeit ausgebildet sein. The increase in the permissible back pressure is still for the Design of so-called self-priming micropumps from Importance. A micropump is self-priming when it is a liquid to be pumped from a reservoir even then can suck out if the pump chamber is not yet with the Liquid is filled. This means that first the Gas column in the supply line to the pump must be pumped, taking the back pressure due to the gravity of the liquid is produced. The higher the permissible back pressure at the So gas production is the greater in the process of Self-priming also the height difference to be overcome for the liquid should be formed.

Damit führt der höhere zulässige Gegendruck vorteilhaft für den Anwender der Mikropumpe zu einem größeren Einsatzbereich. Andererseits kann der Pumpenhersteller sein Angebotsspektrum an Pumpentypen verkleinern, wodurch die Wirtschaftlichkeit (geringere Lagerhaltung, größere Stückzahlen pro Pumpentyp) verbessert wird. The higher permissible back pressure is therefore advantageous for the user of the micropump to a larger area of application. On the other hand, the pump manufacturer can change its range of products to reduce the size of the pump, which makes it more economical (lower stock levels, larger quantities per pump type) is improved.

Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist das Verbindungsglied mit dem Aktor und/oder mit der Membran fest verbunden. Hierdurch wird vorteilhaft die Endmontage der Mikropumpe vereinfacht, da durch die feste Verbindung zwischen Verbindungsglied und einem oder beiden der in der Mikropumpe benachbarten Teile die Anzahl der zusammenzusetzenden Baugruppen verringert wird. Weiterhin kann durch die feste Verbindung die Funktionszuverlässigkeit der Pumpe verbessert werden, da ein Abheben des Aktors und/oder der Membran von der Verbindungsstelle am Verbindungsglied unterbunden wird. According to a favorable embodiment of the invention Link with the actuator and / or with the membrane firmly connected. As a result, the final assembly of the Micropump simplified because of the fixed connection between Link and one or both of those in the micropump neighboring parts the number of parts to be assembled Assemblies is reduced. Furthermore, through the fixed Connection improves the operational reliability of the pump because there is a lifting of the actuator and / or the membrane from the connection point on the connecting link is prevented.

Eine andere günstige Ausgestaltung sieht vor, dass das Verbindungsglied und die Membran aus einem Stück hergestellt sind. Hierdurch ist eine feste Verbindung zwischen den beiden Bauelementen gewährleistet, wodurch die oben angeführten Vorteile erzielt werden. Außerdem ist durch die Integration beider Bauelemente in ein Bauteil ein Produktivitätsgewinn bei der Fertigung gewährleistet, da die Teile in einem Prozess- Schritt hergestellt werden können. Another favorable embodiment provides that the Link and membrane made in one piece are. This creates a firm connection between the two Components guaranteed, whereby the above Advantages are achieved. It is also through integration productivity of both components in one component manufacturing, because the parts are in one process Step can be made.

Es ist vorteilhaft, das Verbindungsglied und die Membran aus einem Wafer herzustellen. Der Wafer kann aus Silizium bestehen, wobei die Grundplatte der Mikropumpe, welche beispielsweise durch Bonden mit dem aus dem Wafer hergestellten Bauteil verbunden werden kann, aus einem hinsichtlich der Wärmeausdehnung verträglichen Material gefertigt sein muss. Hierzu eignen sich alkalihaltige Bohrsilikatgläser, die beispielsweise unter dem Handelsnamen "Pyrex" erhältlich sind. It is advantageous to make the connecting link and the membrane to manufacture a wafer. The wafer can be made of silicon exist, the base plate of the micropump, which for example by bonding with the one made from the wafer Component can be connected from a point of view Thermal expansion compatible material must be made. For this are suitable alkali-containing drilling silicate glasses that for example, are available under the trade name "Pyrex".

Zur Herstellung der Membran wird in den Wafer eine Aussparung eingebracht, deren Tiefe nur unwesentlich geringer als die Dicke des Wafers ist. Hierdurch entsteht eine dünne Struktur, welche die notwendigen elastischen Eigenschaften für die Funktion der Membran aufweist. Die Herstellung der Aussparung kann z. B. durch Mikrofräsen, aber auch durch Ätzen erfolgen, womit vorteilhaft auf bewährte Technologien zurückgegriffen werden kann, wodurch ein Bauteil hoher Zuverlässigkeit entsteht. Hierbei lassen sich kleine Fertigungstoleranzen erreichen, wodurch ein hoher Grad der Miniaturisierung der Mikropumpe realisiert werden kann. A recess is made in the wafer to produce the membrane introduced, the depth of which is only slightly less than that Thickness of the wafer is. This creates a thin structure which have the necessary elastic properties for the Has function of the membrane. The making of the recess can e.g. B. by micromilling, but also by etching, which makes good use of proven technologies can be, making a component highly reliable arises. This allows small manufacturing tolerances achieve a high degree of miniaturization of the Micropump can be realized.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Membran derart angeordnet, dass sie im Zustand der Kontaktierung mit der Grundplatte einer Biegebeanspruchung ausgesetzt ist. Dies bedeutet, dass die Membran ausgehend von einer Ruhelage elastisch verformt werden muss, wenn sie durch das Verbindungsglied gegen die Grundplatte gedrückt wird. Diese elastische Verformung führt zu einer Erhöhung der Stabilität der Membran, wodurch diese dem zu fördernden Fluid einen höheren Widerstand entgegensetzt. Hierdurch kann vorteilhaft verhindert werden, dass Reste des zu fördernden Fluids aufgrund eines Nachgebens der Membran in der Pumpenkammer verbleiben, nachdem das Verbindungsglied die Membran zum Ausstoßen des Fluides auf die Grundplatte gedrückt hat. Da, wie oben bereits erläutert, in der Pumpenkammer verbleibende Fluidreste mitverantwortlich für eine Verringerung des zulässigen Gegendrucks des zu fördernden Fluides sind, führt die vorliegende Biegespannung in der Membran vorteilhaft zu einer Verbesserung der Pumpenfunktionalität. According to an advantageous embodiment of the invention Membrane arranged so that they are in the state of Contact with the base plate exposed to bending stress is. This means that the membrane starts from one Rest position must be elastically deformed when through the Link is pressed against the base plate. This elastic deformation leads to an increase in stability the membrane, whereby this unites the fluid to be pumped opposed higher resistance. This can be advantageous prevent residues of the fluid to be pumped due to the membrane giving way in the pump chamber remain after the connector connects the membrane to the Ejecting the fluid has pressed on the base plate. There, how already explained above, remaining in the pump chamber Fluid residues are jointly responsible for a reduction in the permissible back pressure of the fluid to be pumped, leads the bending stress present in the membrane advantageously to a Improve pump functionality.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die der Pumpenkammer zugewandte Seite der Grundplatte eine Kontur entsprechend einer Biegelinie der biegebeanspruchten Membran auf. Dies hat den Vorteil, dass die Membran in ihrer Ruhelage plan ausgebildet sein kann, wodurch eine einfache und kostengünstige sowie hochpräzise Fertigung möglich ist. Wird die Membran ausgehend von dieser Ruhelage durch das Verbindungsglied gegen die Grundplatte gedrückt, so stellt sich aufgrund der wirkenden Biegebeanspruchung ein charakteristischer Verformungszustand ein, der durch die erwähnte Biegelinie beschrieben werden kann. Wenn die Grundplatte entsprechend dieser Biegelinie profiliert wird, so kann über den gesamten Membranbereich im wesentlichen ein Anliegen der Membran an der Grundplatte erreicht werden, wodurch vorteilhaft aus den bereits erläuterten Gründen ein hoher zulässiger Gegendruck des zu fördernden Fluids erreicht wird. Weiterhin führt die Verformung der Membran entsprechend der Biegelinie zu dem erläuterten Versteifungseffekt aufgrund der vorliegenden inneren Spannungen und zusätzlich zu einem Versteifungseffekt aufgrund einer durch die gekrümmte Fläche der Membran erzeugten Formstabilität. According to a further embodiment of the invention, the a contour of the side of the base plate facing the pump chamber corresponding to a bending line of the membrane subjected to bending stress on. This has the advantage that the membrane is in its rest position plan can be formed, making a simple and inexpensive and high-precision manufacturing is possible. Will the Membrane from this rest position through the Link pressed against the base plate, so it turns out a characteristic of the acting bending stress Deformation state caused by the mentioned bending line can be described. If the base plate accordingly this bending line is profiled, so it can be used over the entire Membrane area essentially a concern of the membrane the base plate can be reached, which is advantageous from the reasons already explained, a high permissible back pressure of the fluid to be pumped is reached. Furthermore, the Deformation of the membrane according to the bending line to the explained stiffening effect due to the present internal tensions and in addition to a stiffening effect due to the curved surface of the membrane generated dimensional stability.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung münden ein Einlass und/oder ein Auslass in die Pumpenkammer in einem Bereich der Grundplatte der innerhalb der Projektionsfläche des Verbindungsgliedes auf der Grundfläche liegt. Im Bereich des Verbindungsgliedes ist vorteilhaft ein vollständiges Anliegen der Membran oder des Verbindungsgliedes (je nach Konstruktion) immer gewährleistet, da dieses durch den Aktor unterstützt wird. In den Bereichen, in denen die Membran nicht durch das Verbindungsglied gestützt wird, ist durch eine geeignete Konstruktion, z. B. die Ausbildung der Grundplatte entsprechend der Biegelinie der Membran, zwar ein Anliegen der Membran am Grundkörper auch erreichbar, jedoch kann ein Verbleiben geringer Mengen des zu fördernden Fluids aufgrund von Fertigungstoleranzen nicht ganz ausgeschlossen werden. According to a further embodiment of the invention, the ends Inlet and / or outlet in the pump chamber in one Area of the base plate within the projection area of the Link lies on the base. In the area of Link is advantageously a complete concern the membrane or the connecting link (depending on Construction), as this is always ensured by the actuator is supported. In areas where the membrane is not is supported by the link is by a suitable construction, e.g. B. the formation of the base plate according to the bending line of the membrane, a concern the membrane on the body can also be reached, but one can Remain small amounts of the fluid to be pumped due to manufacturing tolerances cannot be completely excluded.

Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist der Aktor ein Biegewandler. Dieser Biegewandler wandelt eine Betätigungsenergie in eine Biegung um, wobei die Biegung die Stellbewegung des Verbindungsgliedes und so eine Veränderung des Pumpenkammervolumens bewirkt. According to a favorable embodiment of the invention, the Actuator a bending transducer. This bending transducer converts one Actuation energy into a bend, the bend being the Adjustment movement of the link and such a change of the pump chamber volume.

Als Biegewandler kommen beispielsweise Bimetalle oder piezoelektrische Aktoren infrage. Bei Bimetallaktoren führt eine Erwärmung desselben zur Erzeugung der Biegung. Bei einem piezoelektrischen Aktor wird an diesen eine Spannung angelegt, welche über Elektroden auf die Oberfläche eines Piezokristalls einwirkt. Hierdurch wird eine Durchbiegung des Piezokristalls erreicht. Bimetals or come as bending transducers, for example piezoelectric actuators in question. With bimetal actuators one leads Heating it to produce the bend. At a piezoelectric actuator, a voltage is applied to it, which has electrodes on the surface of a Piezo crystal acts. This will deflect the Piezo crystal reached.

Der Einsatz von Biegewandlern hat den Vorteil, dass diese einer Miniaturisierung der Mikropumpe aufgrund ihrer kompakten Abmessungen entgegenkommen. Es können im Verhältnis zu den erzeugten Schaltwegen hohe Schaltkräfte erzeugt werden, wodurch sich hohe Pumpleistungen erreichen lassen. The use of bending transducers has the advantage that this miniaturization of the micropump due to its compact size To accommodate dimensions. It can be in relation to the generated switching paths high switching forces are generated, whereby high pumping capacities can be achieved.

Gemäß einer günstigen Ausgestaltung einer Erfindung liegt der Aktor zwischen jeweils einer Grundplatte mit Membran und weist auf beiden Seiten jeweils ein Verbindungsglied auf. Diese Ausgestaltung nutzt den Effekt, dass ein als Biegewandler ausgeführter Aktor sich in beide Richtungen durchbiegen kann. Dabei kann durch einen einzigen Aktor vorteilhaft die gleichzeitige Betätigung von zwei Pumpenkammern erreicht werden, wobei ein Aktor eingespart werden kann. According to a favorable embodiment of an invention, the Actuator between a base plate with a membrane and has a connecting link on both sides. This configuration uses the effect that a Bending transducer designed actuator in both directions can bend. This can be done by a single actuator advantageous the simultaneous actuation of two pump chambers can be achieved, whereby an actuator can be saved.

Die Verwendung zweier Pumpenkammern, welche aufgrund der gegenläufigen Durchbiegung des Biegewandlers mit einer Phasenverschiebung von 180° betätigt werden, führt weiterhin vorteilhaft zu einem quasi stationären Volumenfluss des geförderten Fluids, da die Saugphase der jeweils einen Pumpenkammer durch die gleichzeitige Ausstoßphase der jeweils anderen Pumpenkammer ausgeglichen wird. Die vollständige Entleerung der Kammern aufgrund der oben beschriebenen Pumpenkonstruktion ist dabei einem quasi stationären Volumenfluss zuträglich, da während der gesamten Ausstoßphase bis zum Anliegen der Membran an der Grundplatte Fluid gefördert wird und so das Intervall, in dem die Pumpe kein Fluid fördert, auf ein Minimum reduziert wird. The use of two pump chambers, which due to the opposite bending of the bending transducer with a 180 ° phase shift continues to lead advantageous to a quasi-stationary volume flow of the promoted fluids, since the suction phase of the one Pump chamber through the simultaneous ejection phase of the other Pump chamber is balanced. The complete emptying of the chambers based on those described above Pump construction is a quasi-stationary volume flow beneficial because during the entire ejection phase to the point of concern the membrane on the base plate fluid is promoted and so the interval at which the pump does not deliver any fluid Minimum is reduced.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der Zeichnung zu entnehmen. Hierbei zeigen Further details of the invention are the drawing remove. Show here

Fig. 1a, b ein Ausführungsbeispiel einer Pumpe mit Verbindungsglied am Ende der Ansaugphase sowie am Ende der Ausstoßphase jeweils schematisch im Mittelschnitt und Fig. 1a, b an embodiment of a pump with a connector at the end of the suction phase and at the end of the discharge phase each schematically in the middle section and

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer Mikropumpe mit beidseitig eines Biegewandlers angeordneten Pumpenkammern schematisch im Mittelschnitt. Fig. 2 shows an embodiment of a micropump with pump chambers arranged on both sides of a bending transducer schematically in the middle section.

Eine Mikropumpe gemäß Fig. 1a, b weist eine Grundplatte 11 auf, welche zusammen mit einer Membran 12, die mit der Grundplatte an ihren Rändern verklebt ist, eine Pumpenkammer 13 bildet. Diese Pumpenkammer wird durch eine glockenartige Kontur der Membran 12 gebildet, wobei diese Kontur der Formgebung der Membran in ihrer Ruhelage, also im spannungsfreien Zustand entspricht. A micropump according to Fig. 1a, b includes a base plate 11 which, together with a membrane 12 which is glued to the base plate at its edges, a pump chamber 13. This pump chamber is formed by a bell-like contour of the membrane 12 , this contour corresponding to the shape of the membrane in its rest position, ie in the tension-free state.

Die Grundplatte 11 weist einen Einlass 14 und einen Auslass 15 auf, welche eine Zuführung bzw. Ableitung des zu fördernden Fluids gewährleisten. Einlass und Auslass können mit nicht dargestellten Ventilen versehen werden, wodurch ein Rückfluss des Fluides entgegen der gewünschten Pumprichtung vermieden werden kann. Alternativ können Einlass sowie Auslass durch gestrichelt dargestellte Diffusoren 16 gebildet werden, welche in Pumprichtung einen geringeren Strömungswiderstand aufweisen, als entgegen der Pumprichtung. Hierdurch wird bei Veränderung des Volumens der Pumpenkammer 13 im Wesentlichen ein Fluss des Fluides in die gewünschte Pumprichtung erzeugt. The base plate 11 has an inlet 14 and an outlet 15 , which ensure the supply or discharge of the fluid to be conveyed. Inlet and outlet can be provided with valves, not shown, whereby a backflow of the fluid against the desired pump direction can be avoided. Alternatively, the inlet and outlet can be formed by diffusers 16 shown in broken lines, which have a lower flow resistance in the pumping direction than in the opposite direction to the pumping direction. As a result, when the volume of the pump chamber 13 changes, a flow of the fluid in the desired pumping direction is essentially generated.

Ein Betätigungsmechanismus für die Pumpe besteht aus einem Aktor 17, einem Distanzring 18 und einem Verbindungsglied 19. Der Distanzring 18 ist mittels Kleben auf der einen Seite mit der Membran 12 und auf der anderen Seite mit dem Aktor 17 verbunden, wodurch ein Hohlraum 20 entsteht, in den die glockenförmige Kontur der Membran 12 hineinreicht. An einer Innenfläche 21 des Distanzringes ist das im Hohlraum 20 befindliche Verbindungsglied 19 geführt und wirkt gleich einem Stempel auf die Membran 12. Über einen Ansatz 22 steht das Verbindungsglied 19 mit dem Aktor 17 in Verbindung. An actuation mechanism for the pump consists of an actuator 17 , a spacer ring 18 and a connecting member 19 . The spacer ring 18 is connected by adhesive on one side to the membrane 12 and on the other side to the actuator 17 , thereby creating a cavity 20 into which the bell-shaped contour of the membrane 12 extends. The connecting member 19 located in the cavity 20 is guided on an inner surface 21 of the spacer ring and acts like a stamp on the membrane 12 . The connector 19 is connected to the actuator 17 via an extension 22 .

Der Hohlraum 20 ist so bemessen, dass das Verbindungsglied zwischen der Membran 12 und dem Aktor 17 eingeklemmt wird. Eine feste Verbindung zwischen diesen drei Bauteilen ist daher nicht notwendig, da die Führung des Verbindungsgliedes 19 durch den Distanzring 18 ausreicht. The cavity 20 is dimensioned such that the connecting member between the membrane 12 and the actuator 17 is clamped. A firm connection between these three components is therefore not necessary, since the guide of the connecting member 19 through the spacer ring 18 is sufficient.

Der Aktor 17 ist als Biegewandler ausgeführt, dessen Aufbau nicht näher dargestellt ist. Durch eine Betätigungsenergie, angedeutet durch einen Blitz in Fig. 1b, wird der Aktor 17 zu einer Verbiegung angeregt, wodurch das Verbindungsglied 19 in Richtung der Membran 12 bewegt wird. Dies führt zu einer Austreibung des in der Pumpenkammer 13 gemäß Fig. 1a befindlichen Fluides, wobei am Ende der Austreibungsphase das Volumen der Pumpenkammer Null wird. The actuator 17 is designed as a bending transducer, the structure of which is not shown in detail. An actuation energy, indicated by a flash in FIG. 1 b, causes the actuator 17 to bend, as a result of which the connecting member 19 is moved in the direction of the membrane 12 . This leads to an expulsion of the fluid located in the pump chamber 13 according to FIG. 1a, the volume of the pump chamber becoming zero at the end of the expulsion phase.

Eine doppelt wirkende Mikropumpe gemäß Fig. 2 weist als Aktor 15 einen piezoelektrischen Biegewandler auf. Dieser besteht aus einem Piezokristall 23, der mittels angedeuteter Elektroden 24 an eine nicht dargestellte Spannungsquelle angeschlossen werden kann, wodurch eine Durchbiegung des Aktors 17 erzeugt werden kann. Diese Durchbiegung ist durch eine gestrichelte Linie angedeutet. A double-acting micropump according to FIG. 2 has a piezoelectric bending transducer as actuator 15 . This consists of a piezo crystal 23 , which can be connected by means of indicated electrodes 24 to a voltage source, not shown, whereby a deflection of the actuator 17 can be generated. This deflection is indicated by a dashed line.

Beidseitig des Aktors sind zwei Bauteile über Außenringe 25o, u durch Bonden befestigt, wobei in diese Bauteile die Membranen 12o, u und die Bildungsglieder 19o, u integriert sind. Die Bauteile sind aus Wafern durch Ätzen von kreisringförmigen Aussparungen 26o, u hergestellt. An einem Boden 27o, u der Aussparungen sind die Membranen 12o, u ausgebildet. Die an der Innenseite der kreisförmigen Aussparungen verbleibenden Teile der Wafer bilden die Verbindungsglieder 19o, u . Two components are attached on both sides of the actuator via outer rings 25 o, u by bonding, the membranes 12 o, u and the formation members 19 o, u being integrated into these components. The components are made of wafers by etching annular recesses 26 o, u. The membranes 12 o, u are formed on a bottom 27 o, u of the recesses. The parts of the wafers remaining on the inside of the circular recesses form the connecting links 19 o, u.

Weiterhin sind die Außenringe 25o, u mit den Grundplatten 11o, u durch Bonden verbunden. Diese Grundplatten weisen Einlässe 14o, u und Auslässe 15o, u auf, welche in einem Bereich der Grundplatte vorgesehen sind, auf die die Verbindungsglieder 19o, u direkt einwirken. Furthermore, the outer rings 25 o, u are connected to the base plates 11 o, u by bonding. These base plates have inlets 14 o, u and outlets 15 o, u, which are provided in an area of the base plate on which the connecting members 19 o, u act directly.

Eine Kontur 28 der Grundplatten 11o, u ist entsprechend einer Biegelinie ausgebildet, welche sich durch die Verformung der Membranen 12o, u ergibt. Dieser Verformungszustand ist für die Membran 12o dargestellt und wird durch das Verbindungsglied 19o erzeugt, welches durch den unverformten Aktor 17 gegen die Grundplatte 11o gedrückt wird. Dabei wird das Volumen der zugehörigen Pumpenkammer Null. A contour 28 of the base plates 11 o, u is designed in accordance with a bending line which results from the deformation of the membranes 12 o, u. This state of deformation is shown for the membrane 12 o and is generated by the connecting member 19 o, which is pressed against the base plate 11 o by the undeformed actuator 17 . The volume of the associated pump chamber becomes zero.

Die Membran 12u ist entsprechend dem Aktor 17 in der Ruhelage dargestellt. Hierbei ergibt sich eine ebene Ausbildung der Membran 12u, in der diese spannungsfrei vorliegt. In diesem Zustand der Membran 12u ist die Pumpenkammer 13u mit dem maximal möglichen Volumen ausgebildet. Durch eine Auslenkung des Verbindungsgliedes 19u in Richtung der Grundplatte 11u bildet sich in der Membran eine Biegelinie aus, welche der Kontur 28 in der Grundplatte 11u entspricht, wodurch das dargestellte Volumen der Pumpenkammer 13u auf Null verringert wird. Gleichzeitig bildet sich zwischen der Membran 12o und der Grundplatte 11o eine nicht dargestellte Pumpkammer aus. The membrane 12 u is shown corresponding to the actuator 17 in the rest position. This results in a flat design of the membrane 12 u, in which it is tension-free. In this state of the membrane 12 u, the pump chamber 13 u is designed with the maximum possible volume. By deflecting the connecting member 19 u in the direction of the base plate 11 u, a bending line is formed in the membrane, which corresponds to the contour 28 in the base plate 11 u, whereby the volume of the pump chamber 13 u shown is reduced to zero. At the same time, a pump chamber (not shown) is formed between the membrane 12 o and the base plate 11 o.

Claims

1. Micropump with a pump chamber ( 13 u) formed by a rigid base plate ( 11 o, u) and an elastic membrane ( 12 o, u), the membrane ( 12 o, u) for generating a pump movement with an actuator ( 17 ) is connected, characterized in that a connecting member ( 19 o, u) is provided between the actuator ( 17 ) and the membrane ( 12 o, u).

2. Micropump according to claim 1, characterized in that the connecting member ( 19 o, u) with the actuator ( 17 ) and / or with the membrane ( 12 o, u) is fixedly connected.

3. Micropump according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting member ( 19 o, u) and the membrane ( 12 o, u) are made in one piece.

4. Micropump according to claim 3, characterized in that the connecting member ( 19 o, u) and the membrane ( 12 o, u) are made from a wafer.

5. Micropump according to one of the preceding claims, characterized in that the membrane ( 12 o, u) is arranged such that it is exposed to a bending stress when in contact with the base plate ( 11 o, u).

6. Micropump according to claim 5, characterized in that the side of the base plate ( 11 o, u) facing the pump chamber has a contour corresponding to a bending line of the membrane ( 12 o, u) subjected to bending stress.

7. Micropump according to one of the preceding claims, characterized in that an inlet ( 14 o, u) and / or an outlet ( 15 o, u) in the pump chamber ( 13 o, u) in a region of the base plate ( 11 o, u) open, which lies within the projection surface of the connecting member on the base.

8. Micropump according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator ( 17 ) is a bending transducer.

9. Micropump according to claim 8, characterized in that the actuator ( 17 ) lies between a respective base plate ( 11 o, u) with a membrane ( 12 o, u) and has a connecting member ( 19 o, u) on both sides.