WO1989007199A1 - Pump - Google Patents

Pump Download PDF

Info

Publication number
WO1989007199A1
WO1989007199A1 PCT/CH1989/000016 CH8900016W WO8907199A1 WO 1989007199 A1 WO1989007199 A1 WO 1989007199A1 CH 8900016 W CH8900016 W CH 8900016W WO 8907199 A1 WO8907199 A1 WO 8907199A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
transducer
conveying
passage
pump
conveying surface
Prior art date
Application number
PCT/CH1989/000016
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Rudolf A. Hatschek
Frédéric Neftel
Original Assignee
Debiopharm Sa
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Debiopharm Sa filed Critical Debiopharm Sa
Publication of WO1989007199A1 publication Critical patent/WO1989007199A1/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/02Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B43/04Pumps having electric drive
    • F04B43/043Micropumps
    • F04B43/046Micropumps with piezoelectric drive
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/12Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having peristaltic action
    • F04B43/14Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having peristaltic action having plate-like flexible members

Definitions

  • the invention relates to a pump according to the preamble of claim 1, namely a pump with two connections, a passage connecting them during operation and transducer means, the passage in cross section on one side through a conveying surface which is bendable at least in places by the transducer means it is limited that a fluid can be conveyed through the passage by bending the conveying surface.
  • the pump is intended in particular for the continuous or intermittent pumping and metering of relatively small amounts of an at least partially liquid fluid, i.e. a liquid or suspension.
  • a liquid or suspension For example, for certain medical treatments, it is advantageous to continuously or quasi-continuously deliver a medicament in the form of a liquid or suspension to tissue parts or possibly directly into the bloodstream of a human or animal for an extended period of time, such as for a few days or weeks
  • the desired feed rate can be, for example, between 0.1 and 10 mm 3 / min.
  • Cell pumps are now known, for example, which have a housing with two connections for supplying and discharging the fluid to be pumped and an eccentrically rotatably mounted rotor which is provided with radially displaceable or bendable vanes.
  • the housing together with the rotor, delimits a passage for the fluid to be conveyed.
  • the vanes form elevations projecting beyond the bottom of the cells toward a contact surface formed by the housing and, with respect to the direction of movement of the rotor, serve as front and rear end boundaries of fluid-conveying cells moving along the passage.
  • such known cell pumps are not suitable for conveying and metering fluid quantities of approximately or less than 10 mm 3 / min and would also be difficult to make sterile and keep sterile.
  • a pump known from DE-A-36 18 107 has a dimensionally stable, generally flat plate with a surface provided with channels. Each channel has three circular extensions, which are connected in pairs by connecting sections. The first and third extensions are each divided into two halves by a crossbar, while the middle extension is completely free.
  • a funding body is at rest with one flat conveying surface on the plate surface provided with the channels and covers the channels so that they each form a conveying passage.
  • the conveying member has a nickel layer on its side facing the plate and a piezoelectric ceramic layer on its side facing away from the plate. This is provided on its side facing away from the nickel layer in the region of each circular widening of the channels with a central electrode and an electrode surrounding it in a ring.
  • the regions of the delivery element which are provided with electrodes and each form a transducer section can be domed in a dome shape.
  • the first and third expansion of a channel, together with the associated converter section, then serves as a valve.
  • the middle extension forms a pump room, the volume of which can be changed between a minimum and a maximum value.
  • the delivery passage of the pump known from DE-A-36 18 107 thus has a relatively large volume and dead spaces even in the idle state, which is particularly troublesome when relatively small amounts of a fluid are to be pumped, which like many medications are very expensive is. Furthermore, the space requirement of the pump is increased by the connecting sections of a channel that are present between the adjacent extensions.
  • a very significant disadvantage of the known pump is that the cross-sectional changes of each channel along this and in particular the transverse webs in the first and last extension of a channel cause turbulence and greatly increase the flow resistance and thus the given dimensions of the pump and the given dimensions of the Transducer sections affect achievable delivery rates. It also increases the manufacture of a relatively complicated shape channels have the manufacturing cost of the pump.
  • the piezoelectric layer is approximately 0.2 mm and the nickel layer approximately 0.1 mm thick (cf. column 8, lines 41 to 46).
  • the bulging of a transducer section is - starting from its flat rest shape - brought about by the fact that the piezoelectric ceramic layer changes its dimensions relative to the nickel layer connected to it.
  • the invention is based on the object of creating a drawback of the known pump-eliminating pump, which in particular should also enable very small, for example in the size of 10 mm 3 / min or 1 mm 3 / min or below, delivery rates and to allow a sufficiently precise dosage.
  • the delivery passage of the pump should have as little dead space as possible and enable a fluid to be conveyed through it as turbulently and as uniformly as possible, so that the flow resistance becomes as low as possible.
  • the pump should enable predetermined pump properties - such as the amount of fluid that can be delivered per unit of time and / or the amount that can be generated
  • the parts of the pump that come into contact with the conveyed fluid should preferably be easily sterilizable and sterile.
  • the pump should advantageously be producible from as few components as possible and at low cost, so that it is economical even when used once.
  • a pump which according to the invention is characterized by the characterizing part of claim 1 and thus characterized in that the passage on its side opposite the conveying surface in cross section through at least anywhere between the mouths of the two connections into the passage in the idle state Conveying area parallel area is limited.
  • Advantageous embodiments of the pump emerge from the dependent claims.
  • the conveying surface and the surface opposite this passage are advantageously formed at least between the mouths of the two connections into the passage by a one-piece, continuous component and each have the shape of a continuous control surface, preferably when the pump is idle.
  • a control surface is understood to mean a surface that can be created by moving a straight line in space.
  • the control surface can, for example, be flat or cylindrical or conical.
  • FIG. 1 shows a schematic and not to scale section through a pump with a rotor, the one
  • Conveying element having a conveying surface which is perpendicular to the axis of rotation in the idle state and which forms wave crests projecting parallel to the axis during operation, the wave crests in this figure and also in the following figures showing wave profiles being drawn with a greatly exaggerated height
  • FIG. 3 shows a developed section through part of the pump along the line III-III of FIG. 2,
  • FIG. 4 shows an exploded oblique view of the parts of the pump body serving to limit the delivery passage of the pump and a section of the oscillating body
  • 5 shows a developed section corresponding to FIG. 3 through parts of a pump with a larger ratio between the distance between the connections and the wavelength
  • FIG. 6 shows a simplified section through parts of a variant of a pump, the pumping element of which is configured the same or similar to that of the pump shown in FIGS. 1 to 4, but the seal delimiting the pumping passage is designed differently,
  • FIG. 7 shows a section through the pump shown in FIG. 6 along the line VII-VII of FIG. 6,
  • FIG. 8 shows a schematic section through a pump, the rotor of which has a conveying element with a conveying surface which is parallel to the axis of rotation in the idle state and which forms radially protruding wave crests during operation,
  • FIG. 9 shows a section through the pump according to FIG. 8 along line IX-IX of FIG. 8,
  • FIGS. 8 and 9 show an oblique view of the sealing body and the contact body of the pump according to FIGS. 8 and 9,
  • FIG. 11 shows a section through parts of a pump, the conveying member of which is designed to be the same or similar to the pump shown in FIGS. 8 to 10, but the conveying passage is limited differently,
  • FIG. 13 shows a schematic representation of a pump with a conveying surface which is conical in the idle state, the pump body being shown in section and the rotor in view and with the conveying member separated from the pump body
  • FIG. 14 shows a section through a plate-shaped one Conveyor element, the conveying surface of which forms wave crests projecting in the direction parallel to the axis of rotation
  • FIG. 15 shows a section through a conveyor element with a rib projecting in the axial direction and forming the conveyor surface
  • FIG. 16 shows a section through an annular conveyor element, the conveyor surface of which has two sections forming an angle in cross section, the angle apex projecting parallel to the axis of rotation,
  • FIG. 17 shows a section through an annular conveyor element, the outer surface of which is parallel to the axis of rotation and serves as the conveyor surface
  • FIG. 19 shows a section through an annular conveying element, the inner surface of which is parallel to the axis of rotation and serves as the conveying surface
  • FIG. 20 shows a section through an annular conveying member with an inner surface which serves as a conveying surface and is conical in the idle state
  • FIG. 21 shows a schematic section through a pump with a conveying passage extending approximately around the entire circumference of the rotor, the conveying surface forming a shaft with two wave crests,
  • FIG. 22 shows a schematic section through a Pump, which is similar to the pump in FIG. 21, but with the delivery surface forming a shaft with three wave crests,
  • FIG. 23 shows a section through a pump for simultaneous, separate pumping of two fluids
  • FIG. 24 shows a schematic section, not to scale, through a pump with an elongated contact member and an elongated conveying member having piezoelectric transducer means, the conveying surface of which facing the contact member forms a progressive shaft during operation,
  • FIG. 25 shows a section through the pump according to FIG. 24 along the line XXV - XXV of this figure
  • FIG. 26 shows an oblique view of a section of the piezoelectric element of the pump shown in FIGS. 24 and 25 to illustrate shear, on a larger scale
  • FIGS. 24 and 25 shows a plan view of the longitudinal side of two sections of the piezoelectric element of the pump shown in FIGS. 24 and 25 on a larger scale
  • FIG. 28 shows a diagram to illustrate the change over time in the shape of the conveying surface due to shear of the piezoelectric element
  • FIG. 29 shows an electrical block diagram of the pump shown in FIGS. 24 and 25,
  • Figure 30 is a diagram showing the time the course of the voltages supplied to the electrodes of the piezoelectric transducer means of the pump according to FIGS. 24 and 25,
  • FIG. 31 shows a section of a piezoelectric element for generating changes in length
  • FIG. 32 shows a region of a conveyor element with a piezoelectric element which, according to FIG. 31, has sections which can be changed in length and is connected to a non-piezoelectric flexible body to form a flexible transducer,
  • FIG. 33 is a diagram showing the change in the shape of the conveying surface over time due to changes in the length of sections of the piezoelectric element
  • FIG. 34 shows a schematic section through an area of a conveyor element which is in the idle state and whose transducer means have two piezoelectric elements
  • FIG. 35 is a view of two superimposed sections of the piezoelectric elements of the transducer means shown in FIG. 34 when their lengths are changed,
  • FIG. 36 shows a view of an area of the conveyor element according to FIG. 34, but in a bent state
  • FIG. 37 is a plan view of the conveying surface of an elongated conveying element, the converter means of which have thermoelectric elements,
  • FIG. 38 shows a plan view of one end of the in FIG. 37 shows the conveying body
  • FIG. 39 shows an oblique view of a region of the conveyor element shown in FIGS. 37 and 38, only a single thermoelectric element being shown,
  • FIG. 40 is a plan view of a ring-shaped conveying element with a conveying surface which, when at rest, lies in a plane perpendicular to the ring axis and forms an abruptly advancing shaft during operation,
  • FIG. 41 shows a plan view of an annular conveying member with a circularly cylindrical conveying surface in the idle state, forming a progressive shaft during operation
  • FIG. 42 shows a schematic longitudinal section through a pump with two elongate conveying elements, the mutually facing conveying surfaces of which form advancing waves during operation
  • FIG. 43 shows a cross section through the pump shown in FIG. 42
  • FIG. 44 shows an oblique view of the two delivery elements of the pump according to FIGS. 42 and 43,
  • FIG. 46 shows a schematic cross section through the pump shown in FIG. 45
  • FIG. 47 shows a plan view of the side of the delivery elements of the pump according to FIGS. 45 and 46 at the top in FIG. 45, on a smaller scale
  • FIGS. 45 to 47 shows a plan view, not to scale, of the longitudinal sides of the two delivery elements of the pump according to FIGS. 45 to 47 with a representation of the polarizations of the piezoelectric elements
  • FIG. 49 shows a diagram of the time profile of the electrical excitation voltages supplied to the electrodes of the piezoelectric transducer means of the pump according to FIGS. 45 to 48,
  • the pump 50 shows a schematic and in particular not to scale section through a pump along its longitudinal center line, the pump having a fixed contact element and a transducer with four transducer sections that can be arched by different expansions of piezoelectric elements, but are drawn in the plane retirement state,
  • FIG. 51 shows a top view of the pump shown in FIG. 50, the top electrode and the top piezoelectric element of the transducer having been omitted,
  • FIGS. 52 shows a schematic cross section, at right angles to the longitudinal direction of the piezoelectric transducer, through the latter, namely through its transducer section, which is located closest to the left end in FIGS.
  • FIG. 53 shows a cross section corresponding to FIG. 52 of the piezoelectric transducer, but with a curved transducer section
  • FIGS. 54 to 58 of FIG. 50 correspond to, but more schematized and simplified, longitudinal sections to illustrate the conveyance of fluid by bulges of the different converter sections that follow one another in time
  • FIG. 59 shows a diagram to illustrate the electrical signals supplied to the electrodes of the converter
  • FIGS. 50 to 53 shows a highly schematic representation of another possibility for conveying fluid by bulging the transducer shown in FIGS. 50 to 53,
  • FIG. 61 shows a representation corresponding to FIG. 60 of yet another variant for conveying fluid by bulging the transducer according to FIGS. 50 to 53,
  • FIG. 62 shows a schematic longitudinal section through a pump which has two conveying elements connected to one another, each with a piezoelectric transducer drawn in the retired state,
  • FIG. 63 shows an even more schematic and simplified longitudinal section through the pump shown in FIG. 62, the pairs of transducer sections that are most distant from one another being curved,
  • FIG. 64 shows a schematic longitudinal section through part of a piezoelectric transducer with transducer sections that are in the retired state and can be curved by shear
  • FIG. 65 shows a top view of the upper side of the converter part shown in FIG. 64
  • FIG. 66 shows a longitudinal section through the transducer part shown in FIG. 64, but with a transducer section drawn in the curved state
  • FIG. 67 is a plan view of a piezoelectric element with electrodes, the mutually facing edge sections of which are curved concavely,
  • FIG. 68 shows a schematic longitudinal section through a pump with a piezoelectric film extending over the entire conveying passage and attached to it, each associated with an archable transducer section, piezoelectric bimorph transducer devices,
  • FIG. 69 shows a plan view of the side of the piezoelectric film of the pump according to FIG. 68 facing away from the delivery passage and provided with electrodes, the piezoelectric elements of the bimorph transducer devices having been omitted,
  • FIG. 70 shows a longitudinal section through a pump, the delivery surface of which is formed by an elastically stretchable film
  • FIG. 71 shows a longitudinal section through part of a pump, the transducer of which has two piezoelectric elements which have a region which can be stretched for bulging and a region which can be contracted during bulging for each bulging transducer section,
  • FIG. 72 is a plan view of the side of the piezoelectric element of the pump which is closer to the conveying passage and is provided with electrodes and is provided with electrodes, as shown in FIG. 71 and FIG. 73 shows a highly schematic view of a pump with more than two fluid connections, the bulging transducer sections located in the crack shown in the inner region of the pump each being surrounded by three transducer sections adjoining them and distributed around them.
  • the pump shown in FIGS. 1 and 2 has a pump body 1 with a stator 2 and a rotor 3 rotatable about an axis of rotation 5.
  • the stator 2 has a dimensionally stable ring 11 which, on its end face located in FIG. 1 and facing the main part of the rotor 3, has a flat, radial surface 11a perpendicular to the axis of rotation 5.
  • a depression 11b In a sector of the end face having the surface 11a there is a depression 11b, namely a groove, which runs along a part of an arc forming a circle coaxial with the axis of rotation 5 and has, for example, a rectangular cross-sectional shape.
  • the radially measured width of the recess 11b is at least 50% and, for example, at least 70% of the radial width of the ring 11.
  • a one-piece, shell and / or trough-shaped sealing body 13 is used, which faces away from the base of the recess 11b Side in turn has a recess 13a, namely an arcuate groove.
  • the depression 13a has, for example, a base area adjoined by side faces which are inclined away from one another in cross section, so that the depression in the cross section is at least substantially trapezoidal and widens towards its mouth.
  • a dimensionally stable contact member 15 is inserted, which corresponds to the cross-sectional shape of the connector
  • Recess 13a is at least substantially trapezoidal in cross-section, protrudes a little in the direction parallel to the axis of rotation 5 from the recess 11b of the ring 11 and there has a flat contact surface 15a, which is radial to the axis of rotation 5 and rectangular.
  • the edge sections of the sealing body which surround the contact surface 15a in a continuous manner and thus in a ring-like manner and at least when the rotor 3 is separated from the stator 2 at all edges of the contact surface 15a serve as four seals 13b, 13c, 13d, 13e.
  • the stator 2 is provided with two fluid connections 17, 19 which have a passage, one of which opens into the contact area 15a near the seal 13d and the other near the seal 13e.
  • the two connections are connected to the contact element 15 in a fluid-tight manner and can be formed, for example, by connecting pieces molded onto this or by connecting pieces or hoses consisting of separate parts.
  • the sealing body 13, the contact member 15 and the connections 17, 19 are preferably held in the ring 11 in such a way that they do not fall out of the recess 11b even when the rotor is separated from the stator, and for this purpose can be sealed and non-detachably connected to the ring, for example by adhesive connections 11 or be connected to each other.
  • a contact layer 21 is applied, the side of which facing away from the ring 11 forms a flat contact surface 21a perpendicular to the axis of rotation 5.
  • the bearing means used to support the rotor 3 have a bearing 25 with an outer bearing ring fastened in the opening of the ring 11, for example rolling elements consisting of balls, and an inner bearing ring rotatable with respect to the stator.
  • the rotor 3 has one in the inner bearing ring of the bearing 25 axially displaceably held shaft 31, which is provided at its end in FIG. 1 above the bearing 25 with a thread 31a and is rigidly connected at its other end to a dimensionally stable, disk-shaped carrier 33.
  • a conveyor element designated as a whole by 41, is attached via an annular, deformable support and / or support body 35, which is used for vibration decoupling and damping.
  • transducer means with a schematically illustrated, piezoelectric transducer 43 for converting electrical excitation voltages supplied to it into forces and / or deformations and / or movements, and an elastically deformable, oscillatable vibrating body 45.
  • the latter On its end face facing the stator 2, the latter has a conveying surface 45a that is flat in the idle state, radial and perpendicular to the axis of rotation 5.
  • a nut 51 is screwed onto the thread 31a and a spring 55, namely a plate spring, against the inner one via a washer 53
  • An electronic device 61 and a battery 63 are also attached to the carrier 33, for example on its end face facing away from the conveying member 41.
  • the electronic device 61 is, for example, electrically connected to the piezoelectric transducer 43 via the electrically conductive carrier 33 and / or at least one electrical conductor 65 penetrating a hole thereof, and likewise via the carrier 33 and / or at least one electrical conductor 67 to the battery 63 connected.
  • the pump can also have a housing (not shown) which is fixedly connected to the stator 2 and / or partially formed by it and delimits the rotor 3 from the surroundings. If the pump is intended for supplying a medicament consisting of a liquid or suspension into a body tissue of a living human or animal, the fluid connection 17 serving as the fluid inlet can be provided with a reservoir containing the medicament and held on the stator 2 and not shown the fluid connection 19 serving as the fluid outlet can be connected to the relevant body tissue via a cannula.
  • the stator 2 and / or the possibly existing housing of the pump can be releasably attached to the outside of the body of the person or animal in question or possibly even inserted into the inside of this body.
  • the ring 11 and the carrier 33 and, of course, the shaft 31 should consist of a dimensionally stable material, for example a metallic material or a dimensionally stable plastic.
  • Contact member 15 and the contact layer 21 should also be reasonably stable, rigid and hard. So that the contact points at which the conveying surface 45a and the contact surface 15a touch each other during the operation of the pump, which will be described in more detail below, are at least somewhat fluid-tight, it is advantageous if the contact surface 15a is nevertheless in their areas in the immediate vicinity of the contact points is little elastically deformable. The areas of the contact surface 15a that are distant from the contact points should, however, in any case not be deformed noticeably by the contacts. The contact member 15 and the contact layer should therefore have a relatively large modulus of elasticity.
  • the contact surfaces 15a and 25a should be as flat and smooth as possible, but preferably for the in the manner described in more detail, for example, vibrating bodies 45 rolling on them, as the case may be, produce medium to high friction and cause as little noise as possible during operation.
  • the sealing body 13 forming the seals 13b, 13c, 13d, 13e should be deformable as well as possible in comparison with the contact member 15 and the contact layer 21 and preferably also have a large volume change, ie compressibility, and / or be arranged such that through the conveying surface 45a Compression caused by the seals can be compensated by expansions directed approximately transversely to the compression directions.
  • the sealing body 13 should consist of a material whose modulus of elasticity or, more precisely, linear expansion modulus of elasticity or Young's modulus of elasticity is substantially smaller than that of the materials of the contact body 15 and the contact layer 21 and of course also of the ring 11. Furthermore, the sealing body is also intended 13 forming material have a greater Poisson constant than the materials forming the contact element 15, the contact layer 21 and the ring 11. Furthermore, the seals 13b, 13c, 13d, 13e should only generate the lowest possible frictional forces when the conveying surface 45a of the conveying member 41 touches them.
  • the coefficient of friction resulting when the seals contact the conveying surface should advantageously be smaller than the coefficient of friction which occurs when the contact surfaces 15a contact , 21a with the conveying surface 45a.
  • the surfaces of the seals 13b, 13c, 13d, 13e contacting the conveying surface 45a have a size which is substantially smaller than the total size of the two contact surfaces 15a and 21a and for example at most 30% or more is better than 20% of the total size of the contact areas.
  • both the sealing body 13 and the contact member 15 should of course be fluid-tight or at least liquid-tight.
  • the sealing body 13, the contact member 15 and the contact layer 21 should be as abrasion-resistant as possible and non-toxic.
  • the sealing body 13 consists of a rubber-elastic material, namely, for example, a closed-cell porous silicone foam rubber.
  • the contact member 15 and the contact layer 21 consist, for example, of a material which has at least one plastic, namely namely made of aromatic polyamide fibers, which are connected with a binder consisting of a synthetic resin, such as aromatic polyamide.
  • the transducer 43 of the transducer means has at least one layered, piezoelectric element and, for example, two such.
  • the or each piezoelectric element is formed, for example, from an annular disk made of ceramic material, such as lead zirconate titanate, and is provided with electrodes.
  • a possible design of a transducer for generating vibrations and / or waves of the desired type described in more detail is known, for example, from EP-A-0 169 297, to which reference is hereby expressly made.
  • the transducer disclosed in this publication has two circular, piezoelectric disk-shaped elements and electrodes arranged one above the other.
  • the oscillating body 45 should have good oscillation and waveguiding properties for elastic waves with frequencies in the sound and in particular ultrasound range and should also be abrasion-resistant and non-toxic.
  • the vibrating body 45 is preferably made of a metallic material such as Aluminum or stainless steel. Otherwise, the dimension of the vibrating body measured parallel to the axis of rotation is, for example, larger than the dimension of the transducer 43 measured in the corresponding direction and can be at least 5 times and even approximately or at least 10 times the said transducer dimension. If the transducer 43 and the vibrating body 45 according to FIG. 1 have the same inside and outside diameters in pairs, the same minimum values then also apply to the ratio between the volume of the vibrating body and the volume of the transducer.
  • the electronic device 61 has circuit means for generating a periodically repeating sequence of electrical signals, so that it performs the function of a signal generator and / or oscillator.
  • a possible design of the electronic device is also known from EP-A-0 169 297 already cited.
  • the spring 55 acts on the conveying member 41 with a force directed against the ring 11, the size of which can be adjusted to a favorable value with the nut 51 serving as an adjusting member. Furthermore, the rubber-elastic sealing body 13 engages on the side facing away from the contact surface 15a of the contact member 15 and presses the contact member 15 against the conveying member 41.
  • the conveying surface 45a of the oscillating body 45 in the rest state is the same as the contact surfaces 15a and 21a facing it , it rests in the idle state along a whole circle enclosing the axis of rotation 5 on the contact surfaces 15a and 21a and the seals 13b, 13c, 13d, 13e with a certain pressure force, so that the contact surfaces 15a, 21a also lie in a common plane .
  • the electronic device 61 leads the Transducer 43 produces a sequence of excitation signals formed by pulses or sine half-waves of electrical excitation voltages in such a way that the converter carries out oscillating movements and thereby excites an elastic wave which moves inside the oscillating body 45 in the direction of rotation indicated by the arrow 71 in FIGS. 2, 3 and 4 spreads around axis 5.
  • An elastic wave generally consists of two superimposed waves, namely a longitudinal wave causing shifts in the direction of propagation and one
  • each elastic wave should preferably have a frequency in the ultrasound range and therefore a frequency above about 20 kHz and for example also above about 30 kHz.
  • a surface wave then occurs on the conveying surface 45a of the vibrating body 45 of the conveying member 41, as is also known under the name Rayleigh wave.
  • the conveying surface 45a is deformed by this surface wave in such a way that, in a section along a cylindrical surface coaxial with the axis of rotation 5, it forms a continuously curved wavy line with troughs 73 and from these in the axial direction, ie parallel to the axis of rotation 5, wave crests 75 projecting towards the ring 11 .
  • the wave troughs 73 and wave crests 75 extend across the entire width of the conveying surface 45a transversely to the direction of propagation of the surface wave, ie in the direction radial to the axis of rotation 5. The latter is thus cut in a section that is perpendicular to the plane that it spans at rest and transverse to the direction of propagation of the surface.
  • the deformable seals 13b, 13c, 13d, 13e thus serve as the conveying passage 77 at its arcuate edges and at its ends, that is to say at the confluence of the fluid connections 17, 19, sealing means which enable sealing movements of the conveying surface sections present there.
  • the conveying passage 77 which results during operation is therefore largely limited by the surfaces 15a and 45a forming its broad sides in cross section, while the seals 13b, 13c, 13d, 13e only the very small gaps between the contact surface 15a and the
  • the conveying member forms in the conveying passage 77 fluid-absorbing cells 79, the bottom of which is formed by a wave trough 73 and the ends of which are delimited and separated from one another by the ridges formed by the wave crests, so that the wave crests 75 are the end limits of the cells 79 serve.
  • a region of the conveying surface 45a located at the apex of a wave crest 75 moves when Operation along a closed path 81 which forms an ellipse or possibly a circle in the development shown in FIG. 3. It should be noted that in Figures 1, 3 and 4 the wave height is drawn in a disproportionately large size and the web 81 in an even more exaggerated size. Since the apex regions of the wave crests 75 touch the contact surface 15a of the contact member 15 or the contact surface 21a of the contact layer 21, when they move, they generate a circle surrounding the axis of rotation 5 as a result of the friction between the contact surfaces 15a, 21a and the conveying surface 45a tangential rolling and / or thrust.
  • the wave crest areas therefore roll to a certain extent on the contact surfaces 15a, 21a, as a result of which the oscillating body 45 and thus the entire conveying element 41 and the entire rotor 3 are moved in the direction of the arrow 71 and rotated about the axis of rotation 5.
  • the piezoelectric transducer While in the motors known from EP-A-0 169 297 already cited, the piezoelectric transducer is fixed with respect to the motor axis of rotation during operation, it belongs to the rotor in the pump described with reference to FIGS. 1 to 4.
  • the direction of rotation of the rotor 3 is thus the same as the direction of propagation of the elastic shaft, but the speed of rotation of the rotor is very much lower than the phase speed of the elastic shaft and the phase speeds of its components.
  • the conveying member 41 can be caused to oscillate by an elastic shaft running around the axis of rotation 5 with one of its possible resonance frequencies.
  • Resonance frequencies are determined by the vibratable parts of the conveying element 41, ie by the transducer 43 and above all by the vibrating body 45 which normally has a substantially greater mass than the transducer.
  • the longitudinal and Transversal wave that propagate inside the vibrating body different phase velocities. Since the phase velocity is equal to the product of frequency and wavelength, the two waves have different wavelengths at the same frequency.
  • the surface wave generated on the conveying surface 45a has at least approximately the same wavelength as the transverse wave.
  • a resonance arises in the types of waves or oscillations of interest if the length of the circular wave path is equal to the wavelength or an integral multiple thereof, the length of the wave path depending on the path radius under consideration. Since above all the surface wave is decisive for the pump behavior, a resonance frequency is understood below to mean a frequency at which the surface wave running along the circular center line of the conveying surface is in resonance and its amplitude has a relative maximum.
  • the frequency of the excited wave should preferably correspond at least approximately and advantageously exactly equal to a possible resonance frequency, for example the fourth order resonance frequency, so that a wave with four wave peaks 75 distributed uniformly around the axis of rotation 5 is formed on the conveying surface 45a.
  • the electronic device 61 generates a sequence of signals whose repetition frequency corresponds exactly to a resonance frequency
  • the electronic device is advantageously provided with a manually adjustable actuator for setting the frequency and / or with control circuit means for automatically adjusting the exact resonance frequency value.
  • the manually adjustable actuator can be used to set a frequency range containing the resonance frequency of the desired order, so that the automatic control circuit means then adjust the frequency of the excited wave to the resonance frequency of the order in question during operation.
  • the surface wave present on the conveying surface 45a and the wave-shaped deformation of the conveying surface 45a caused thereby can proceed in the direction of the arrow 71 with respect to the conveying member in the same way as the elastic wave present in the inside thereof.
  • the wave crests 75 of the conveying surface 45a then move in the direction indicated by the arrow 71 around the axis of rotation 5, the speed of the wave crests relative to the stator 2 being equal to the sum of the propagation speed of the surface wave measured with respect to the rotor 3 plus the speed of the
  • Rotor 3 is.
  • the seals 13b, 13c, 13d, 13e nestle against the conveying surface 45a in a fluid-tight manner both in the wave crests 75 and in the wave troughs.
  • the fluid flowing through the connection 17 into a cell 79 is converted by the wave crest delimiting it at the rear end with respect to the direction of rotation and conveyance and / or possibly also by the static friction on the rest of the region of the conveying surface 45a delimiting the cell 79 in question Port 19 promoted so that the pump sucks in fluid at the port 17 serving as the inlet and pumps out fluid at the port 19 serving as the outlet.
  • the pump can easily be dimensioned and operated in such a way that even when pumping a fluid with very small, for example at most or less than
  • the pump can therefore be used to produce a pharmaceutical active substance with a very low feed rate can be introduced into a body tissue without having to dilute the active substance greatly, as was often necessary in the case of previously known cell pumps having a rotor.
  • lambda denotes the wavelength, measured along the curved center line of the conveying passage, from the apex of a wave crest 75 to the apex of the next wave crest 75 of the wave deforming the conveyor surface 45a.
  • This wavelength should be smaller than the distance c measured in the same way between the mutually assigned edge points of the mouths at which the connections 17 and 19 open into the conveying passage 77, and accordingly of course also smaller than the distance measured in the same way d of the mutually facing edges of the surface with which the seals 13d and 13e bear against the conveying surface.
  • the distances c and d should therefore be greater than the stated wavelength and, for example, as shown in FIG.
  • the conditions mentioned should be those for the wavelength and the distances c and d , apply around the axis of rotation 5 measured central angle, then the angularly most distant locations of the two mutually facing sealing edges are to be considered.
  • the conveying element 41 is at any time during pumping in a state in which at least one wave crest 75 forming the end boundary of a fluid-containing cell 79 lies between the mutually facing edges of the mouths of the two connections in the conveying passage at least approximately and preferably lies completely tight on the contact surface.
  • the pressure of any liquids present in the body tissues of humans and animals is generally approximately equal to the atmospheric pressure prevailing in the environment or at most only slightly greater than this.
  • a wave crest 73 contacting the contact surface 15a should therefore normally be sufficient to at least approximately completely and completely avoid a backflow of fluid against the intended conveying direction through the conveying passage and for practical purposes.
  • the pump can also be modified in such a way that when pumping in any possible state of the delivery element and thus in any possible position thereof, wave crests 75 which form at least two end boundaries of cells between the mouths of the two connections 17, 19 and the mutually facing edges of the seals 13d, 13e, as shown in FIG. 5, where the distances c and d are more than 2 times and less than 3 times the wavelength.
  • Such a relationship between the distances c and d and the wavelength can be achieved with constant inner and outer radii of the contact and the conveying surfaces by increasing the central angular distances between the two connection mouths and the seals defining the two ends of the conveying passage and / or the wavelength is shortened.
  • the latter can be achieved by increasing the frequency of the generated wave at least to the value of the resonance frequency of the next higher order.
  • the contact surface 15a is continuously flat and the conveying surface 45a is undulating during operation, the wave heights of the conveying surface during operation actually being much smaller than shown in FIGS. 1, 3 to 5 and in particular very much smaller than the wavelength are.
  • the contact surface 15a and the conveying surface 45a have no discontinuities.
  • the conveying passage also has no dead spaces between the mouths of the two connections 17, 19. The pump therefore conveys the fluid as a thin layer practically continuously and evenly through the delivery passage.
  • the deformable support and / or support body 35 dampens the transmission of vibrations of the conveying member 41 to the carrier 33 and thus serves to decouple the conveying member from the carrier 33 in terms of vibrations and to compensate for and compensate for changes in the dimensions of the conveying element which are parallel and / or at right angles to the flat resting shape of the conveying surface 45a as a result of the wave generation.
  • the conveying surface 45a is flat and lies in the conveying passage from the mouth of the connection 17 to the mouth of the connection 19 along the conveying direction, namely over the entire contact surface 15a.
  • the conveying passage 77 is at least approximately and preferably completely sealed, namely to some extent made it disappear.
  • the pump can therefore also be operated intermittently without any problems. This makes it possible to pump a medication into the tissue of a body with periodic shocks and to introduce a prescribed amount of the medication into the tissue approximately every minute at most for 10 to 30 seconds and for example for 15 to 20 seconds, so that the fluid quantity pumped on average per unit of time corresponds to a predetermined funding rate, which is already in the
  • the electronic device can be provided with a switch for switching the pump on and off and / or with a switch which makes it possible, by means of the converter 43, to select one of the - as described - in FIG.
  • the rotor also rotates in the opposite direction, so that the conveying member 41 then conveys fluid from the connection 19 to the connection 17.
  • the possibility of changing the delivery direction of the pump can be used, for example, to pump fluid from a reservoir into the above-mentioned reservoir, which may be present and forms a unit with the pump.
  • a motor which operates according to the principle known from the cited EP-A-0 169 297 and has a piezoelectric transducer for generating ultrasound waves makes it possible to generate a torque which is considerably greater in relation to the volume of the motor than in the case of an electric induction motor.
  • this also applies to the invention described above according to trained pump. While in prior pumps with a rotating conveying element a separate motor is required to rotate the same, in the pump according to the invention the pump body simultaneously still functions to a certain extent the function of the stator of a motor and the conveying element the function of the motor rotor. In the case of the pump according to the invention described above, it also forms, to a certain extent, a motor and therefore its own drive means. The pump and its drive means can therefore be made relatively small for a given delivery rate.
  • the electronic device 61 must be the piezoelectric Converter 43 for pumping a drug with a
  • Feed rate also only supply relatively small electrical excitation voltages, the value of which is at most 30 V, expediently at most 10 V, preferably at most 5 V and for example only about 3 V. Accordingly, the battery used to power the pump only has to supply a small supply voltage and little current and can therefore be relatively small.
  • the delivery rate of the pump depends, among other things, on the amplitude A of the surface wave, which in turn depends on the size of the electrical voltage supplied to the piezoelectric transducer. It is therefore possible, for example, to provide the electronic device with an actuator with which the electrical voltage supplied to the converter and thus the delivery rate can be set.
  • the speed w at which a point located at a crest of the crest on the center line of the conveying surface moves along a path 81 is at least approximately proportional to the amplitude A and proportional to the axially measured dimension h of the vibrating body.
  • the conveying surface moves around the axis of rotation 5 at the speed w.
  • the speed w becomes very much. namely at least about 1000 times less than the phase velocity of the wave.
  • the pump of which some parts are shown schematically in FIGS. 6 and 7, has a pump body 101 with a stator 102 and a rotor 103 which is rotatably mounted about an axis of rotation 105 with bearing means, not shown.
  • the stator has a dimensionally stable ring which corresponds functionally to the ring 11 of the pump described above, but at the same time serves as a contact element 111 and is delimited on one end face essentially by a contact surface purple at right angles to the axis of rotation 105.
  • a contact surface lilac there is a groove 111b running along a closed curve, into which a sealing body 113 is inserted, which consists of a self-contained, ie. H.
  • stator is also provided with two fluid connections 117, 119, which open into the area of the contact surface 111a enclosed by the sealing body 113.
  • the rotor 103 has an annular conveying element 141 which is held by a carrier (not shown) and which can be designed analogously to the conveying element 41 and has transducer means with a piezoelectric transducer 143 and an oscillating body 145 with a conveying surface 145a.
  • the ring-shaped contact member 111 is, for example a plastic, approximately the same composite plastic consisting of fibers and a binder as the contact member 15 and the contact layer 21 of the pump described above, so that the contact surface purple and the region of the contact member 111 forming this have similar properties as the contact surfaces 15a and 21a and the contact member 15 and the contact layer 21.
  • the contact member 111 could also be made of some other dimensionally stable material. If this material is not the one required for the contact surface
  • the ring serving as the contact element can also be provided on its end face facing the conveying element with a coating suitable for forming the contact surface.
  • the conveying surface 145a is deformed in a wave shape by the shaft generated in the conveying member in such a way that wave crests protruding in the axial direction are formed analogously to the conveying surface 45a.
  • Sealing body 113 enclosed area of the intermediate space between the facing end faces of the contact member 111 and the annular vibrating body 145 then serves as a conveying passage 177, through which fluid can be conveyed analogously as through the conveying passage 77.
  • the pump shown in FIGS. 8 and 9 has a pump body 201 with a stator 202 and a rotor 203 which is held by the stator 202 so that it can rotate about an axis of rotation 205.
  • the pump body has a ring 211 which surrounds the axis of rotation and which each extends over a circular sector, dimensionally stable ring sectors, namely formed from two ring parts designated 207 and a ring part designated 209.
  • the ring parts are at their mutually facing ends by connecting elements 223 connected in pairs such that they can be moved to a limited extent in the radial direction with respect to the axis of rotation 205.
  • the required radial mobility is very small compared to the inner and outer radii of the ring parts, so that the widths of the gaps between the ring part ends can be very small compared to the circumference of the ring.
  • the two ring parts 207 have on their inner side facing the axis of rotation 205 a surface 207a which forms part of a cylindrical surface coaxial with the axis of rotation.
  • the third ring part 209 which extends for example over a somewhat larger central angle than the other two ring parts 207, is provided on its inside facing the axis of rotation with a recess 209b, namely a groove running in an arc around the axis of rotation.
  • the four edge sections of the sealing body 213 enclosing the recess 213a each form a seal 213b, 213c, 213d, 213e analogously to the sealing body 13, these seals being connected in pairs at their ends.
  • a contact member 215 is seated in the recess 213a.
  • the stator is also provided with two fluid connections 217, 219 opening into the contact surface 215a.
  • the surfaces 207a of the two recessed ring parts 207 facing the axis of rotation are provided with a contact layer 221, the sides of which facing the axis of rotation serve as contact surfaces 221a, each of which is part of a Circular cylinder surface forms.
  • the main component of the rotor 203 is a conveyor element 241 with transducer means, namely a piezoelectric transducer 243, and an oscillating body 245.
  • the latter consists of a one-piece disk with a circular outline in the idle state and is delimited along its circumference by a conveying surface 245a which is circular-cylindrical in the idle state and which, in the manner explained above, for the conveyance of fluid and also in cooperation with the contact surfaces 215a, 221a facing it for the radial mounting of the conveying member 241 and thus the entire rotor 203 is used.
  • pin-shaped bearings 225 are provided as additional bearing means, for example, on both end faces of the conveying element 241, for example at the central regions of the end faces of the oscillating bodies, which are each connected to ring parts of the ring 211 by means of a bracket or the like.
  • the peg-shaped bearings can, if necessary, also be provided with means for damping and decoupling vibrations or could be replaced by a bearing with rolling elements, such as balls.
  • An electronic device 261 and a battery 263 are attached to the conveyor member 241 via supports 235 for vibration damping and decoupling, the electronic device and battery being connected to electrodes of the piezoelectric transducer 243 and to one another by electrical conductors (not shown).
  • the sealing body 213, the contact member 215, the contact layer 221 and the oscillating body 245 consist, for example, of materials which have the same properties as the corresponding parts of the pump described with reference to FIGS. 1 to 4.
  • the spring shown in FIGS 9 and 9 a pump shows a rubber-elastic band 255 which surrounds the ring parts 207 and which acts on the ring parts 207 with a force directed radially towards the axis of rotation 205 and thereby resiliently presses the contact surfaces 215a, 221a against the conveying surface 245a.
  • the piezoelectric transducer 243 has at least one piezoelectric element, for example in the form of an annular disk, which can be made of the same material as that of the transducer 43.
  • the transducer 243 and the electronic device 261 are designed to excite an elastic wave, namely an ultrasonic wave, which propagates in the conveying element 241 and in particular in its oscillating body 245 in the direction of arrow 271 around the axis of rotation 205.
  • the shaft should be designed in such a way that the conveying surface 245a, which is circular-cylindrical in the idle state, is deformed by a surface wave in such a way that troughs 273 and wave crests 275 projecting outward in a radial direction perpendicular to the axis of rotation 275 are formed, as is the case in the greatly exaggerated size in the figure 9 is shown.
  • a configuration of a piezoelectric transducer that enables the generation of such ultrasonic waves is known, for example, from FR-A-2 522 216, to which express reference is hereby made.
  • the wave generation should advantageously take place analogously to that of the pumps shown in FIGS. 1 to 4 in such a way that the conveying member is made to vibrate with a resonance frequency, for example the fourth-order resonance frequency, and accordingly four wave peaks 275 are distributed over the circumference of the conveying surface 245a.
  • the contact surface 215a then delimits, together with the seals 213b, 213c, which protrude at least temporarily and / or in places toward the axis of rotation, 213d, 213e and the conveying surface 245a a conveying passage 277 with cells 279, the end boundaries of which are formed by the wave crests 275.
  • the apex regions of the wave crests 275 move on elliptical orbits, one of which is shown in FIG. 9 and is designated 281 and lie in the planes perpendicular to the axis of rotation.
  • the surface wave causes a rotation of the rotor 203 in the direction of the arrow 271 analogously to the pump shown in FIGS. 1 to 4.
  • fluid can also be conveyed from the connection 217 to the connection 219 analogously to the pump according to FIGS. 1 to 4 .
  • the pump of which only a few parts are shown in FIGS. 11 and 12, has a pump body 301 with a stator 302 and a rotor 303, which is rotatable about an axis 305.
  • the stator 302 has a ring 311, which has three ring sectors connected to one another, namely two ring parts 307 and a contact element 309, and is of similar design to the ring 211, but differs from the stator 202 in that the ring sector serving as the contact element 309 is used instead of the shell-shaped and / or trough-shaped sealing body 213, an annular sealing body 313 is used, which serves to limit the conveying passage.
  • the contact surface 309a located in the region of the conveying passage is accordingly formed by a surface of the contact member 309, but could of course also be formed by a coating applied thereon if necessary.
  • the rotor 303 has a conveying member 341, which can be designed, for example, the same or similar to the conveying member 241 and has an oscillating body 345 with a circularly cylindrical conveying surface 345a in the idle state.
  • the delivery surface 345a becomes analogous to that Conveying surface 245a deformed.
  • the pump according to FIGS. 11 and 12 accordingly works similarly to the pump with the parts shown in FIGS. 8 to 10.
  • the pump shown in FIG. 13 has a pump body 401 with a stator 402 and a rotor 403 rotatable about an axis of rotation 405.
  • the stator has a ring 411, which on its inside has a surface which widens conically towards the conveying member of the rotor and which has a sector serving as contact surface 411a and a sector with a recess 411b.
  • a shell-shaped and / or trough-shaped sealing body 413 is seated therein, in which a contact element 415 is embedded with a contact surface 415a forming part of a conical surface.
  • the edge sections of the sealing body form the
  • the rotor 403 is mounted in a similar way to the rotor 3 and, like the latter, is subjected to a force by a spring, which the conveying element
  • the conveying member 441 presses against the ring 411 of the stator.
  • the conveying member 441 has a piezoelectric transducer 443 and a vibrating body 445, the outer or outer surface of which forms a conical conveying surface 445a in the idle state.
  • the transducer 443 excites an elastic ultrasound wave that propagates in the conveying element in a direction around the axis of rotation 405, so that a surface wave is produced on the conveying surface 445a, of which two wave crests 475 are narrow by one group each adjacent strokes are indicated.
  • the wave excitation can take place in such a way that the wave crests protrude at right angles to the conical conveying surface 445a over the wave troughs and that the wave crest crests move, for example, on tracks, which run along a conical surface crossing the conical conveying surface at right angles.
  • its conveying member 541 or at least its oscillating body 545 forms a circular, compact, ie. H. plate with no central hole.
  • the wave excitation takes place in such a way that wave peaks are formed on the conveying surface 545a, which is perpendicular to the axis of rotation 505 in the idle state, and project in the axial direction from the wave troughs.
  • FIG. 15 shows a rotor 603 which can be rotated about the axis of rotation 605 and whose conveying element 641 has an oscillating body 645.
  • This has a flat plate perpendicular to the axis of rotation and an annular rib projecting axially therefrom, the end of which faces away from the plate forms the conveying surface 645a perpendicular to the axis of rotation 605 in the idle state. Protruding wave crests are formed on this during operation in the axial direction.
  • the ring-shaped conveying element 741 that can be seen in FIG. 16 and rotates about an axis of rotation 705 has one Vibrating body 745, one end of which forms the conveying surface 745a.
  • the latter consists of two oppositely conical partial surfaces, which together form an angle in cross section, the legs or tips of which protrude in the axial direction from the remaining part of the conveying member.
  • the wave crests protrude in the axial direction away from the wave troughs.
  • the ring-shaped conveying element 841 shown in FIG. 17 has an oscillating body 845, the conveying surface 845 of which is formed by the outer circumferential cylindrical surface in the idle state.
  • the wave excitation takes place in such a way that the wave crests project outward from the wave troughs radially to the axis of rotation 805.
  • FIG. 18 shows an annular conveyor element 941 rotatable about an axis of rotation 905 with an oscillating body 945, the outer surface of which serves as the conveyor surface 945a.
  • This consists of two oppositely conical partial surfaces, which together form an angle with the apex protruding outwards.
  • the transducer means of the conveying element 941 excites an ultrasonic wave, which deforms the conveying surface 945a in such a way that wave crests projecting radially outwards.
  • the ring-shaped conveying element 1041 shown in FIG. 19 and rotatable about an axis of rotation 1005 has an oscillating body 1045.
  • the conveying surface 1045a is formed by the inner cylindrical surface of the oscillating body 1045, which is cylindrical in the idle state, and is deformed in an undulating manner during operation in such a way that radial and wave crests protruding at right angles to the axis of rotation 1005 arise.
  • the annular conveyor element 1141 which is designed according to FIG. 20 and can be rotated about an axis of rotation 1105, has an oscillating body 1145.
  • This has a conical inner surface, which serves as the conveying surface 1145 and is conical in the idle state, which is deformed in a wave shape during operation in such a way that it is perpendicular to its surface lines inside, ie protruding wave crests are formed towards the axis of rotation 1105.
  • the apex regions of the wave crests accordingly move analogously to the conical conveying surface 445a on tracks which lie in a cone surface at right angles to the conical conveying surface 1145 which is conical in the idle state.
  • the stators (not shown in FIGS. 14 to 20) are of course designed in such a way that they have contact surfaces analogous to the previously described pumps according to the invention and, together with the conveying members, limit conveying passages through which a fluid can be conveyed.
  • the pumps are drawn with a circular cylindrical contact surface, although pumps with radial delivery passages extending over such a large central angle give certain advantages and, in particular, with structurally simpler means enable the contact and conveying surfaces to be pressed resiliently against one another.
  • the pump shown in FIG. 21 has a pump body 1201 with a stator 1202 and a rotor 1203.
  • the stator has a ring 1211 which is drawn in one piece, but possibly in several parts in the same way as the ring 211.
  • a one-piece sealing body 1213 arranged on the inside of the ring 1211 has two ring-shaped seals, each completely enclosing the axis of rotation and separated by an intermediate space in the axial direction lateral seal 1213b sections and a web connecting them at a circumferential point to the axis of rotation parallel, which forms a seal 1213d.
  • a contact element 1215 is arranged in the edge of the inside of the ring 1211 enclosed by the seals and forms a circular cylindrical contact surface 1215a on its side facing the axis of rotation.
  • Two fluid connections 1217 and 1219 open on opposite sides of the seal 1213d in the vicinity thereof in the contact surface 1215a.
  • the rotor 1203 has a conveying member 1241 with a vibrating body 1245, which forms a circularly cylindrical conveying surface 1245a in the idle state. During operation, this is deformed in a wave shape such that two opposing wave troughs 1273 and in between two wave crests 1275 and a conveying passage 1277 are formed. The latter extends from one side of the seal 1213d to the other side thereof and thus approximately along an entire circular line, namely over a central angle of at least 300 °.
  • the pump according to FIG. 22 is largely similar designed like the pump shown in FIG. 21, but differs from it in that the piezoelectric transducer means of its delivery member 1341 generate a shaft during operation, which deforms the delivery surface 1345a of the oscillating body 1345 in such a way that three troughs 1373 distributed over the circumference and, of course, three wave crests were created in 1375.
  • waves can be excited which form even more wave peaks distributed over the circumference. Furthermore, it might even be possible to generate a wave with the basic resonance frequency of the vibrating body, so that only a single wave crest is created on the conveying surface.
  • the rotating conveying element in such a pump reaches a rotational position in which the wave crest is located at the seal corresponding to the seal 1213d, a state arises in a short period of time in which the conveying passage is open over its entire length. Wave excitation with the basic resonance frequency is therefore not very favorable and would only be usable for purposes in which either there is no back pressure at the fluid outlet or a certain fluid backflow is acceptable.
  • FIG. 23 shows a pump with a pump body 1401, the stator 1402 of which, together with the delivery member 1441 of the rotor 1403, delimits two delivery passages 1477, each of which extends over a central angle of less than 180 °.
  • the stator is accordingly provided with two fluid connections 1417, 1419 for each conveying passage.
  • the converter means of the conveying element 1441 can excite a shaft when operating such a pump, which forms, for example, six wave crests 1475 on the conveying surface 1445a of the oscillating body 1445.
  • Such a pump with two fluidly separate delivery passages allows two liquid medications to be pumped separately into the same or different body tissues of a patient, which can be advantageous in certain cases.
  • the pump shown in FIG. 23 has a circularly cylindrical delivery surface in the idle state, but could of course also have a radial or conical delivery surface in the idle state.
  • the pumps having a rotor can be modified in other ways. If, for example, in the pump according to FIGS. 1 to 4 and in the pump according to FIGS. 8 to 10, the contact of the conveying surface 45a or 245a with the contact surface 15a or 215a located in the conveying passage is sufficient to rotate the rotor during operation,
  • the contact layers 21 or 221 can be omitted, so that the conveying surfaces there have no contact with the stators and therefore only touch the stators in the conveying passage 15a, 215a and the seals. This can reduce the damping of the excited waves.
  • the Pumps according to the invention are excited in the conveying elements during operation along a circular line or possibly another closed, flat path, continuously expanding elastic waves.
  • the frequencies of the waves are matched to the shapes, geometrical dimensions and material properties of the conveyor elements in such a way that they preferably have exactly the values of possible resonance frequencies or at most deviate relatively little from such resonance frequencies. This makes it possible to achieve a wave amplitude sufficient to achieve the desired delivery rate with pumps having relatively small dimensions and with relatively small electrical voltages supplied to the piezoelectric transducers.
  • Embodiments of pumps are now to be described, in which an effective deformation of the conveying surfaces is possible without continuously exciting waves which propagate along closed paths and produce resonances.
  • the conveying passages therefore do not necessarily have to run along closed paths, but can optionally run along straight lines and / or curves.
  • the conveying members need not be rotatable with respect to a stator, but can - apart from the deformation movements serving to produce more or less wave-like deformations of the conveying surfaces - be stationary with respect to the rest of the pump body.
  • Figures 24 and 25 show an embodiment of such a pump with a rotorless pump body 2001.
  • This has a flat plate 2009 and a hood 2011 rigidly connected to it, which together with the dimensionally stable wall of a chamber closed on all sides at least generally form a rectangular outline.
  • a rubber-elastic sealing body 2013 is arranged in the interior of the chamber, which is provided with a recess 2013a and forms a trough or shell with an approximately cuboidal outline.
  • a dimensionally stable contact element 2015 is held in the recess 2013a, which has the shape of an elongated straight plate or strip and forms a flat, elongated contact surface 2015a.
  • the edge sections of the sealing body 2013 form seals analogously to the previously described pumps, of which the two seals 2013b, 2013c run along the longitudinal edges of the contact surface 2015, namely, parallel to the direction of delivery of the pump, while the two seals 2013d, 2013e along the two shorter ones Edges of the contact surface and transverse to the conveying direction.
  • Two fluid connections 2017, 2019 penetrate from the surroundings through the hood 2011 and form passages opening into the contact surface 2015a.
  • an elongated, strip-shaped conveying element 2041 with transducer means namely a piezoelectric transducer 2043.
  • This has a layered, piezoelectric element 2044 and a bending body 2045 with a conveying surface 2045a facing the contact surface 2015a.
  • This is flat in the idle state and can be bent in a wave-shaped manner in operation in a section running in the longitudinal direction of the conveying member, as is shown in FIG. 24 with a greatly exaggerated wave height.
  • the wave troughs 2073 and wave peaks 2075 that arise when the conveying surface 2045a bends extend across the entire width of the conveying surface transversely to the conveying element 2041, as can be seen in FIG.
  • the conveyor surface 2045a is thus in a cross-section to the conveyor member Cut not curved or at most significantly less curved than in a longitudinal section.
  • the wave-shaped deformation of the conveyor member 2041 and the transducer 2043 which at least essentially forms it also causes changes in length of the conveyor member and its sections. If the conveying surface is bent in a wave shape starting from its flat resting shape, the conveying element is shortened a little.
  • the conveying element 2041 is held in the chamber delimited by the plate 2009 and the hood 2011 in such a way that it is undulating when pumped
  • the conveying surface necessary deformations and thereby also change its length a little, but apart from that it is at rest with respect to the rest of the pump body and, in particular in contrast to the conveying members of the previously described pumps having a rotor, as a whole with respect to the contact surface 2045a moved parallel to the conveying direction.
  • the conveying member can rest on shoulders formed by an extension 2011a of the interior of the hood 2011 and on its side facing away from the conveying surface 2045a via a layered, somewhat deformable support and / or support body 2035 made of felt, for example of the 2009 record.
  • the material of the contact element 2015 should have a much greater modulus of elasticity than that of the sealing body 2013.
  • the sealing element 2013 and the contact element 2015 can also have properties that are largely similar to those of the corresponding components of the pumps having a rotor described above. However, while it may be favorable for the latter that the contact surfaces result in a certain minimum friction when the conveying surfaces are touched, this is not necessary for the contact surface 2015a.
  • the contact surface 2015a can therefore be as smooth and completely as possible be designed with low friction.
  • the sealing body 2013 thus consists, for example, of a silicone foam rubber, while the contact element 2015 can consist, for example, of a fiberless, dimensionally stable plastic.
  • sealing body 2013 and / or the possibly somewhat resilient support and / or support body 2035 should press the contact member 2015 and the conveying member 2041 resiliently against one another, so that the overlapping regions of the contact surface 2015a and the conveying surface 2045a in the idle state everywhere and during operation at the apexes of the wave crests 2075 of the conveying surface bear against one another with a certain compressive force.
  • the one-piece strip-shaped, piezoelectric element 2044 consists of ceramic, piezoelectric material, namely lead zirconate titanate, as is available on the market, for example, under the name PZT 5.
  • the bending body 2045 is formed by a coherent, one-piece strip of metallic material, such as stainless steel or aluminum.
  • the piezoelectric element 2044 and the bending body 2045 have at least approximately or exactly the same outline dimensions in the viewing direction perpendicular to the undeformed conveying surface and are connected to one another everywhere in their mutually facing, overlapping surfaces, one of which, for example, forming the connection to the ceramic element of the transducer Metal layer is evaporated, with which the bending body is welded or soldered. Otherwise, the bending body on its side forming the conveying surface 2045a can be vapor-coated with a layer of gold analogously to the pumps with a rotatable conveying member.
  • the metallic, electrically conductive bending body 2045 not only forms the conveying surface 2045a, but also an electrode for generating electrical fields in the piezoelectric element 2044.
  • the piezoelectric element 2044 of the transducer 2043 and the bending body which also serves as the counter-electrode, measured in the direction perpendicular to the conveying surface 2045a, have, for example, the same or similar thicknesses, which may be approximately 0.5 mm in size.
  • the electrodes 2047 preferably much thinner than the piezoelectric element and each consist of a metal layer vapor-deposited thereon.
  • the electrode formed by the bending body 2045 and the electrodes 2047 are connected to an electronic device 2061 by electrical conductors, not shown in FIGS.
  • FIG. 24 and 25 which in turn is connected to a battery 2063.
  • the electronic device and the battery are shown schematically in FIG. 24 on the outside of the chamber formed by the plate 2009 and the hood 2015, but can of course still be enclosed by a housing part (not shown), which also has a reservoir (also not shown) for a pumping drug may contain.
  • the piezoelectric element 2044 of the transducer 2043 consists of a continuous strip. However, one can conceptually divide the transducer into eight transducer sections 2043a, each of which is assigned to an electrode 2047. The section 2044a of the piezoelectric element 2044 belonging to the relevant transducer section 2043a is then at least largely covered by that of the relevant electrode.
  • FIG. 26 shows the section 2044a of the piezoelectric element 2044 belonging to an individual transducer section 2043a, which section is considered to be different from the rest of the element 2044 cut or cut out of this and its interfaces perpendicular to the longitudinal direction of the element are designated 2044b.
  • the piezoelectric, ceramic material is polarized in the manufacture of the transducer with an electric field or, more precisely, pre-polarized in such a way that the polarization denoted by P in FIG. 26 or, more precisely, pre-polarization, in parallel with the undeformed transducer which is at rest to the conveying direction, ie in the longitudinal direction of the converter. Accordingly, the z-axis or third axis of the lead-zirconate-titanate domains belonging to the hexagonal crystal system is parallel to the conveying direction after pre-polarization has taken place.
  • the x-axis or first axis can then be directed, for example, at right angles to the conveying surface, the x and y axes being equivalent in the hexagonal crystal system with regard to the piezoelectric behavior.
  • an electrical field E is created, the field lines of which run at right angles to the direction of the polarization P and thus also at right angles to the conveying direction.
  • section 2044a has the shape drawn with full lines in FIG.
  • the field E acting on the section 2044a from the outside causes a deformation, namely a shear, so that the section 2044a assumes the shape shown in broken lines in FIG.
  • the boundary surfaces 2043b which are perpendicular to the z-axis in the fieldless state, are thus pivoted by the electric field E acting from the outside by axes perpendicular to the direction of polarization and the field direction, which are therefore parallel to the contact and conveying surface, but are perpendicular to the general conveying direction. Further the two surfaces of the section 2044a of the piezoelectric element 2044 which are parallel to the conveying surface 2045a in the idle state are displaced relative to one another in the longitudinal direction of the transducer during the shearing process.
  • polarizations and electric fields directed to the right or upwards or, more precisely, polarization vectors and field vectors are assigned a positive sign, and polarizations or fields directed in the opposite direction are assigned a negative sign.
  • the two sections 2044a of the piezoelectric element 2044 shown in FIGS. 27 the one on the left is positive and the one on the right is negative polarized. If, in a thought experiment, a positive field is initially only allowed to act on the left element section, shearing of the type shown in FIG. 26 takes place in this element section.
  • the conveying element can be deformed in such a way that its conveying surface 2045a - as already mentioned - is bent in longitudinal section to form a wave which is more or less sinusoidal and in which
  • the longitudinal direction of the conveying element progresses step by step or step by step, as will now be explained with reference to FIG. 28.
  • the polarization directions present in the sections 2044a of the piezoelectric element 2044 belonging to the eight transducer sections 2043a are represented by horizontal arrows.
  • two positively and two negatively polarized element sections 2044a alternate from left to right along the transducer.
  • FIG. 28 the remaining four partial diagrams of FIG.
  • the conveying surface 2045a is bent by the shear caused by the electric fields in the piezoelectric element 2044 in such a way that it forms two wave crests 2075, the apex of which - counting from the left - between the second and third or between the sixth and seventh converter section.
  • the wavelength lambda of the wave created by bending the conveying surface thus extends over four transducer sections and is accordingly equal to half the length of the transducer or conveying member. If the fields are changed during the transition from the time interval t 1 to the time interval t 2 , the conveying surface changes its shape abruptly.
  • the wave jumps to the right by the length of a transducer section and thus by a quarter of the wavelength. Such a jump in the wave also occurs with every subsequent change in the fields.
  • the electronic device 2061 assigns
  • Generation of periodically changing generator means serving for electrical excitation voltages for example two signal generators 2065 and 2067, the common ground connection of which is electrically conductively connected to the flexible body 2045, which also serves as an electrode.
  • the signal off Gang of the signal generator 2065 is electrically conductively connected to the excitation electrode 2047 of the first, third, fifth and seventh converter section 2043a and the signal output of the signal generator 2067 to the excitation electrodes 2047 of the remaining converter sections 2043a.
  • the two signal generators are designed and connected to one another and / or a common clock generator such that each of them generates a sequence of electrical excitation voltage signals during operation.
  • each of the two signal generators generates an alternating voltage with a sequence of alternating positive and negative masses, excitation signals which follow one another without interruption, namely rectangular pulses, which are all of equal length and are repeated periodically.
  • the two signal sequences are shifted in time by a quarter of the period and thus by half a pulse duration.
  • the duration of each time interval t 1 , t 2 , t 3 , t 4 is then a quarter of the period of the signal sequences.
  • the fields required for generating a wave which progressively jumps can thus be generated very easily by alternately supplying one of two signal sequences to the electrodes 2047 following one another along the transducer .
  • the piezoelectric element could also be polarized equally in all transducer sections. In this case, however, the same signal sequence could only be fed to the electrode of every fourth transducer section, so that four different signal sequences would have to be generated accordingly.
  • the wave crests 2075 formed by the conveying surface lie against the contact surface 2015a, while the wave troughs 2073 are separated from the latter by a free space.
  • a conveying passage 2077 with progressing cells 2079, the end boundaries of which are formed by the wave crests 2075, thus arises between the contact surface 2015a and the conveying surface 2045a during operation, analogously to the pumps described above, which have a rotatable conveying member.
  • the seals 2013b, 2013c, 2013d, 2013e serve in the same way as the seals of the pumps described above as elastically deformable closing means, which, at the two longitudinal edges and at the two ends of the conveying passage 2077, are used for pumping between the contact surface 2015a and the troughs of the conveying surface 2045a seal any cavities or openings from the environment.
  • a fluid can be conveyed through the conveying passage in a manner similar to that of the pumps with a rotating conveying element which rotates during operation.
  • steps or jumps of the wave can be generated which are less than a quarter of the wavelength, namely, for example, a sixth or eighth of this.
  • steps or jumps of the wave can be generated which are less than a quarter of the wavelength, namely, for example, a sixth or eighth of this.
  • the excitation voltage signals could also be formed from differently shaped pulses such as trapezoidal or triangular-shaped pulses, or by the half-waves of a constantly changing alternating excitation voltage, as will be explained with reference to an exemplary embodiment.
  • the size of the shear resulting in a section 2044a of the piezoelectric element 2044 as a result of an external electric field is given by the piezoelectric coefficient d 1 5 or the piezoelectric coefficients d 2 4 of the same size for the piezoelectric materials belonging to the hexagonal crystal system .
  • These coefficients have the value 5 ⁇ 10 -10 m / V for the specified lead zirconate titanate.
  • the wavelength is fixed at 25 mm and the thickness of the transducer measured at right angles to the conveying surface is 0.5 mm, it can be arithmetically shown that the amplitude of the wave resulting from bending of the conveying surface is neglected by the bending resistance of the bending body 0.028 mm / V becomes.
  • the frequency of the wave can be, for example, in the range from 0.1 to 100 Hz, with the frequency, analogously to a continuously progressing wave, meaning the reciprocal of the period of time with which the wave formed by the conveying surface changes by one step in several steps Wavelength shifts.
  • the electronic device can, for example, be provided with a manually adjustable setting element for setting the frequency in order to set the desired delivery rates, but the delivery rate can of course also be brought to a desired value by means of an adjusting element for setting the magnitude of the electrical voltages supplied to the electrodes.
  • the metallic, electrically conductive bending body 2045 forms the counterelectrode which is resiliently connected to ground for all excitation electrodes 2047 which are separated by gaps and extends over the length range of the transducer which it occupies and namely over its entire length.
  • the bending body therefore shields the conveying passage against the electrical fields generated in the transducer, which are only small in any case, which can be advantageous if liquid sensitive to electrical fields pumped.
  • the bending body for example made of stainless steel or aluminum, can also be coated with a layer of gold on its side forming the conveying surface if necessary.
  • the section 2144a of the piezoelectric element 2144 shown in FIG. 31 differs from the element section shown in FIG. 26 in that its polarization P or, more precisely, pre-polarization is parallel to the z-crystal axis and, in the undeformed idle state, is perpendicular to the intended conveying surface. If an electrical field E parallel to the polarization P acts on the element section 2144a from the outside, this changes its dimensions measured at right angles to the field direction and in particular its length measured parallel to the conveying direction, the conveying direction here being parallel to the x-crystal sacrifice. The change in length or elongation is then determined by the piezoelectric coefficient d 3 1 . If the electric field E and the polarization according to Figure 31 are both the same
  • the strip-shaped, piezoelectric element 2144 together with a likewise strip-shaped, non-piezoelectric bending body 2145 and electrodes 2147, can form a transducer 2143 and a bendable conveying element 2141.
  • the bending body 2145 is delimited on its side facing away from the transducer by the conveying surface 2145a and, analogously to the bending body 2045, serves as contiguous over the entire length of the Transducer extending counter-electrode.
  • the excitation electrodes 2147 on the side of the transducer 2143 facing away from the flexible body 2145 correspond to the electrodes 2047.
  • an element section 2143a is lengthened by the action of an electrical field, it causes the associated transducer section to bend in cooperation with the flexible body 2145 which maintains its length 2143a.
  • Such converters are often referred to as monomorph converters.
  • the first and second element sections 2144a can be positive, the third and fourth element sections negative, the fifth and sixth element sections positive again and the seventh and eighth element sections polarized again. If, in successive time intervals t 1 , t 2 , t 3 , t 4, electric fields act on the element sections, the directions of which are indicated by the vertical arrows of the four upper partial diagrams of FIG. 33 and namely are the same as in the corresponding partial diagrams of FIG. 28 the shapes of the conveying surface 2145a drawn in the partial diagrams of FIG. 33, wave crests 2175 being formed.
  • the shape of the conveying surfaces shown in FIG. 33 essentially differs from those in FIG. 28 essentially only in that they are shifted by a quarter wavelength in relation to one another in the time intervals corresponding in pairs in the two figures.
  • the bends of the conveying surface 2145a can accordingly be formed by similar ones
  • the strip-shaped conveying element 2241 shown in FIG. 34 has a transducer 2243 and a flexible body 2245 with a conveying surface 2245a.
  • the transducer 2241 has two piezoelectric, strip-shaped elements 2251 and 2253.
  • the strip 2251, which is farther from the flexible body 2245, is provided on its side facing away from the flexible body 2245 with a counter-electrode 2247 which extends continuously over its entire length and is formed by a thin, vapor-deposited metal layer. Furthermore, the two are piezoelectric
  • Elements 2251, 2253 are provided on their mutually facing sides with the excitation electrodes 2147 corresponding excitation electrodes 2255 and 2257, which likewise consist of thin, vapor-deposited metal layers, and are mechanically connected to one another via these.
  • the flexible body 2245, which also serves as the counter electrode, and the counter electrode 2247 are connected to the ground connection of an electronic device corresponding to the electronic device 2061.
  • the pair of excitation electrodes 2255, 2257 are electrically conductive to one another in pairs and are also connected to signal generators corresponding to signal generators 2065, 2067.
  • the sections 2251a and 2253a of the piezolectrical elements 2251 and 2253 which are assigned to one excitation electrode 2255 and 2257 and are located one above the other, have, in the undeformed state according to FIG. 35, polarizations P which are perpendicular to the conveying surface and if they are aligned to the two exciters, for example Electrodes 2255, 2257, which are located between two sections 2251a, 2253a arranged one above the other and an electrical voltage negative to ground are applied, act on the two sections of the piezoelectric elements according to FIG. As a result, one of the two element sections is lengthened and the other shortened so that the relevant area of the conveyor element bends, as illustrated in Figure 36.
  • the same dimensions of the piezoelectric elements and the same field strengths result in a greater bend than in the transducer shown in FIGS. 31 and 32. So that the bending body 2245 opposes this stronger bending as little resistance as possible, it is preferably substantially thinner than the piezoelectric elements and possibly the same as the electrodes 2247, 2255, 2257 only formed from a vapor-deposited metal layer. 2243 type transducers are often referred to as bimorph transducers or bilaminar transducers.
  • the conveyor member 2341 shown in FIGS. 37, 38, 39 has a converter with a first, thermal converter element 2343 and a second, thermal converter element 2345.
  • the second transducer element 2345 forms the conveying surface 2345a which is flat in the idle state.
  • the two layered and strip-shaped thermal transducer elements are connected to each other with their facing surfaces and consist of materials with different thermal expansion coefficients, namely metallic materials, such as iron-nickel alloys, as are available on the market for the formation of thermobimetal strips are.
  • metallic materials such as iron-nickel alloys
  • thermoelectric elements 2343, 2345 thus together form a composite body, namely a thermobimate radial strips.
  • thermoelectric elements 2351 which are each formed by a semiconductor Peltier element.
  • the four thermoelectric elements 2351 are distributed over the length of the thermal bimaterial strip and arranged alternately on different sides thereof.
  • each thermoelectric element 2351 are each conductively connected to a section of the first thermal transducer element 2343 by a heat conductor 2353, which consists, for example, of an angled and bent lug made of copper, the heat conductors at the connection points being connected by a heat-conducting but are electrically insulating, for example made of beryllium oxide ceramic 2355 electrically isolated from the thermal transducer element 2243.
  • a heat conductor 2353 which consists, for example, of an angled and bent lug made of copper, the heat conductors at the connection points being connected by a heat-conducting but are electrically insulating, for example made of beryllium oxide ceramic 2355 electrically isolated from the thermal transducer element 2243.
  • a heat conductor 2353 which consists, for example, of an angled and bent lug made of copper, the heat conductors at the connection points being connected by a heat-conducting but are electrically insulating, for example made of beryllium oxide ceramic 2355 electrical
  • each thermoelectric element 2351 are connected by electrical conductors to an electronic device 2361, wherein one of the two connections of each thermoelectric element can be connected to the ground connection of the electronic device.
  • the other connections can then be connected to signal generators corresponding to signal generators 2065, 2067.
  • the conveying member 2341 can be assembled with other parts of a pump body, not shown, in such a way that, like the conveying member 2041, it limits a conveying passage together with a contact member.
  • thermoelectric element 2351 When an electrical voltage is applied across the two electrical connections of a thermoelectric element 2351, the thermoelectric element operates to a certain extent as a heat pump and cools one section of the thermobimaterial strip connected to it via the one heat conductor, while it heats the section connected to it via the other heat conductor.
  • the sign of the applied electrical voltage can be used to determine which section is cooled and which section is heated. By cooling and heating in places, it can be achieved that the thermobi material strip bends in a wave shape due to the different thermal expansion coefficients of the two layers forming it, the conveying surface 2345a, which is flat in the idle state, naturally also becoming wave-shaped.
  • the shaft formed by the conveying surface can proceed in a step-by-step manner, for example in the case of the conveying element 2141, in which the movement is generated by changes in length from the piezoelectric transducer sections.
  • the desired bends can be generated with analog electrical signal sequences, as is the case with the conveying elements 2041 and 2141.
  • the conveying means 2341 in the conveying element 2341 are used to convert electrical excitation voltage signals into bends from the thermoelectric elements 2351 and one Conveyor belonging transducer formed, which consists of the thermal transducer elements 2343, 2345.
  • the conveyor element 2441 shown in FIG. 40 consisting of an annular strip, has an annular bending body 2445 with a conveyor surface 2445a that is flat in the idle state and perpendicular to the ring axis and radial.
  • a piezoelectric transducer with, for example, sixteen electrodes 2447 distributed over its circumference is located under the flexible body.
  • the transducer enables the conveying surface 2445a to be continuously operated during operation by shearing or length changes of transducer sections. to deform such that it forms a shaft enclosing the central axis of the conveyor element with four axially projecting wave crests.
  • the shaft can advance in a step-like manner as in the case of the conveying bodies 2041, 2141, 2241.
  • the conveying member 2541 shown in FIG. 41 also consists of an annular strip and has a piezoelectric transducer 2543 and a bending body 2545 with a conveying surface 2545a, which in the idle state forms a cylindrical surface which is coaxial with the axis of the annular conveying member and thus in a cylinder surface placed through the ring axis Cut is flat.
  • the transducer is provided with sixteen electrodes 2547 distributed over its circumference, so that the operating surface can be bent during operation by means of the transducer in such a way that it forms a shaft with four wave peaks distributed over the circumference, projecting radially and at right angles to the axis of the annular conveying member, the wave progressing suddenly.
  • Conveying elements with annular conveying surfaces designed analogously to the conveying surfaces 2445a, 2545a can of course also be formed with transducer means which, analogously to the transducer means used to bend the conveying element 2341, have thermoelectric elements and a thermobi material strip.
  • a contact element could also be provided on the lower side of the delivery element with a contact surface and seals facing the delivery element.
  • the funding agency would be on the lower side of the converter 2043 also to be equipped with a flexible body which would then have to be insulated from the electrodes 2047. This would result in two funding rounds.
  • the seals or any other, at least partially elastically deformable, closing means used to close the ends of the conveying passages and / or the fluid connections could then optionally be designed such that the two conveying passages are connected in parallel in terms of fluid or else allow separate delivery of fluids.
  • the pump shown in FIGS. 42 and 43 has a pump body 3001 with two elongated, strip-shaped delivery elements 3041, shown separately in FIG. 44, the sides of which face each other as
  • Conveying surfaces 3041a serve.
  • Each of the two conveying members 3041 is essentially formed by a piezoelectric transducer 3043. This has eight transducer sections 3043a distributed uniformly over its length, the limits of which are shown in FIGS. 42 and 44 by dashed lines.
  • the two conveying members 3041 are each fastened to a rubber-elastic support body 3035, for example made of silicone foam rubber, on their sides or surfaces facing away from one another.
  • the two support bodies 3035 are connected to one another along the longitudinal edges of the two conveying members 3041 by rubber-elastic, strip or plate-shaped seals 3093.
  • the two end faces of the cuboid pump body are formed by dimensionally stable, for example metallic or plastic, end plates 3095, which are tightly connected to the two support bodies 3035 and to the two plate-shaped seals 3093.
  • the two supporting bodies 3091 made of foam rubber press the two conveying members 3041 resiliently against one another, so that they, with their entire conveying, in the flat resting state surfaces 3041a and, when operating with mutually facing wave crests formed by them, bear against one another.
  • the transducer sections 3043a extend to the longitudinal edges of the piezoelectric elements and have a rectangular or square outline in a plan view of the conveying surface.
  • the piezoelectric transducers 3043 are designed in such a way that they and their transducer sections during operation described in more detail by the electrical excitation voltages at least essentially only along a plane running in the longitudinal direction of the conveying members 3041 and at right angles to the conveying surfaces 3041a and therefore parallel to the sectional plane of FIG be deformed.
  • the conveying members are therefore not deformed, or at least not strongly deformed, at right angles to this plane and have the same shape over their entire width in section planes parallel to the section plane of FIG. 42.
  • the conveying passage 3077 formed during operation by piezoelectric deformation of the transducers and conveying members has eight pumping spaces 3079 distributed over its length, each of which is located between a pair of opposing transducer sections 3043a.
  • the conveyor passage 3077 is sealed on both long sides by the plate-shaped seals 3093.
  • the conveying passage through the end plates 3095 and their connection to the supporting bodies 3035 and the seals 3093 is completed at both ends.
  • the end means closing the delivery passage at its longitudinal edges and ends against the environment are formed by the seals 3093 or end plates 3095 in cooperation with the supporting bodies 3035.
  • the support body 3035 and seals 3093 are incidentally deformable in this way and connected to one another and to the conveying members 3041 in such a way that they hamper their undulating deformations as little as possible and also enable the length changes of the conveying members resulting from these deformations.
  • a fluid connection 3017 or 3019 or 1073 is present at each of the two ends of the conveying passage 3077, which, for example, penetrates the end plate 3095 in question and is connected to the pump chamber 3079 there at least when the latter is connected to the relevant one End plate 3095 is open.
  • the fluid connections could instead be connected to said pumping spaces through holes in one of the supporting bodies and conveying members.
  • the two piezoelectric transducers 3043 can be deformed by shearing analogously to the transducer 2043 and accordingly each have a piezoelectric, layer-shaped element. These two elements are provided on their mutually facing sides with counter-electrodes which extend coherently over the entire surface and on their other sides with an excitation electrode for each transducer section.
  • the two piezoelectric elements are polarized in each region assigned to a transducer section in the longitudinal direction of the conveying passage 3077, and advantageously in such a way that two transducer sections with the same polarization are located next to one another along the conveying passage and then a pair of transducer sections with opposite each other Directed polarization follows.
  • the sections of the two piezoelectric elements belonging to opposing transducer sections are polarized identically in pairs, for example.
  • An electronic device not shown, has a ground connection connected to the two counter electrodes and two excitation connections. If you turn the converter off cuts along the conveyor passage, for example, counting continuously from left to right, the exciter electrodes of the first, third, fifth and seventh transducer sections of the two piezoelectric elements are connected to one exciter connection and the remaining exciter electrodes to the other exciter connection of the electronic device.
  • the electronic device can supply two excitation voltages to the excitation electrodes connected to its two excitation connections during operation, which have alternating positive and negative values over time and, for example, a rectangular shape.
  • Each excitation voltage thus forms a sequence of alternating positive and negative excitation signals, namely rectangular pulses or, more precisely, rectangular half-pulses, which follow one another without any time gaps.
  • the two excitation voltages are shifted from each other by a phase angle of 90 °.
  • each of the two conveying surfaces 3041a forms bulges which alternately protrude along the conveying passage 3077 to different sides of the plane spanned by the respective conveying surface in the idle state.
  • the two conveying surfaces then each form a wavy line in longitudinal section and lie against one another at the apexes of the mutually facing wave crests, as is shown in FIGS. 42 to 44 with a greatly exaggerated wave crest height.
  • the waves formed by the two conveying surfaces are mirror-symmetrical to one another.
  • Each conveyor element 3041 has four transducer sections per wavelength ⁇ of the waves formed by the conveyor surfaces 3041a. At any point in time when one of the two excitation voltages changes sign, that is, after a quarter of the period of the excitation voltages, the waves formed by the conveying surfaces shift by a quarter of the wavelength along the conveying passage, for example from left to right.
  • cavities or cells progressing from left to right are formed, of which at least one or both ends in each cycle is delimited by a pair of adjacent Wellenberg apexes and contains four contiguous pumping spaces 3079.
  • the individual pumping spaces 3079 thus change their volume step by step, with this having a non-zero value in each cycle taking place during operation.
  • a fluid can therefore be conveyed peristaltically from the fluid connection 3017 through the delivery passage to the fluid connection 3019.
  • the sections of the two piezoelectric elements belonging to the different transducer sections do not necessarily have to have the specified polarization directions and could, for example, all be polarized in the same direction.
  • the design of the electronic device and its connection to the excitation electrodes would then have to be adapted accordingly.
  • the transducers 3043 could be designed as monomorph or bimorph transducers instead of being deformable by shearing.
  • the pump shown in FIGS. 45 and 46 has a cuboid pump body 3101 with two strip-shaped delivery members 3141. Every funding body consists at least essentially of a transducer 4143. Each of the two transducers 4143, which together form the transducer means of the pump, has a strip-shaped inner piezoelectric element 3151 that extends coherently over its entire length and width.
  • the piezoelectric elements 3151 of the two transducers are each provided on their mutually facing sides with a counter-electrode 3145 which extends coherently over their entire length and width.
  • the mutually facing sides of these counter electrodes each form a conveying surface 3145a.
  • two strip-shaped, narrower, outer piezoelectric elements 3153 are arranged, which are likewise connected over the entire length of the conveying member 3141 and
  • the widths of the elements 3153 are a little smaller than half the width of the element 3151.
  • the two elements 3153 belonging to the same transducer are arranged next to one another in such a way that their outer longitudinal edges are flush with one longitudinal edge of the element 3151. There is then a narrow space between the mutually facing longitudinal edges of the two elements 3153.
  • the piezoelectric element 3151 of each transducer 3143 is on its side facing away from the counter electrode 3145 evenly over its side
  • Each piezoelectric element 3153 is provided on its side facing element 3151 with eight exciter electrodes 3157 distributed over its length and separated from one another by gaps, each of which rests on an exciter electrode 3155 and is mechanically and electrically connected to it.
  • Each element 3153 is also on its side facing away from element 3151 with a cohesive extending over its entire length
  • the two conveying members 3141 are held by a one-piece rubber-elastic supporting body 3135, which completely encloses them both in cross section and in longitudinal section.
  • the support body consists of a silicone rubber that has a few closed pores in order to allow small changes in volume when deformed.
  • the support body is provided at both ends of the conveying members 3141, which rest against one another in the idle state, with a fluid connection 3117 or 3119, which has a blind hole opening into the transversely to the conveying members and parallel to their conveying surfaces from a longitudinal side of the supporting body 3135, which at least approximately over the whole
  • the support body 3135 can be formed in the manufacture of the pump by encapsulating the two conveying members 3141 with a silicone rubber compound. When projected onto the plane running between their conveying surfaces, the two conveying members generally have a rectangular outline. However, each of the two conveying members is provided with a bevel shown in FIG. 47 at one of the corners.
  • the support body 3135 can still be attached to a non-illustrated, dimensionally stable support and / or enclosed by a dimensionally stable housing.
  • Figures 45, 46 are - similar to various previous figures - not drawn to scale, but with greatly exaggerated thicknesses of the piezoelectric elements and electrodes and also with exaggerated heights of the waves formed by the conveying surfaces during operation.
  • the piezoelectric elements 3151, 3153 are in reality, for example, 32 mm long, 9 mm or 4 mm wide and - measured at right angles to the conveying surfaces - 0.15 mm to 0.3 mm thick.
  • the thicknesses of the electrodes can, for example, be on the order of 0.001 mm.
  • the pump also includes an electronic device 3161, shown in FIG. 47, with, for example, generator means having a microprocessor for generating electrical excitation voltages.
  • the counter-electrodes 3145, 3147 connected along the entire length of the transducers are electrically connected to the ground connection by connecting lines and the excitation electrodes 3155, 3157 are connected to two excitation connections or signal outputs of the electronic device 3161 by connecting lines.
  • the sections of the electrical connecting lines adjoining the various electrodes are led out of the support body 3035 through regions thereof.
  • the two counter-electrodes 3145 are connected at that corner to a connecting line in which the other transducer has the aforementioned bevel.
  • the counter electrodes 3147 can be connected to connecting lines at any edge points. Connection lines are connected to the excitation electrodes 3155, 3157, each of which leads out of the support body between a pair of piezoelectric elements 3153 located next to one another.
  • the electrodes 3155, 3157 define eight converter sections 3143a distributed over the length of the converter.
  • the piezoelectric elements 3151, 3153 of the transducers 3143 designed as a bimorph transducer are polarized analogously to the piezoelectric elements 2251, 2253 of the transducer 2243.
  • the directions of polarization of the portions of the piezoelectric elements 3151, 3153 belonging to the various transducer portions 4143a are schematically represented by arrows in Figure 48. Otherwise, the electrodes are connected to the electronic device in a manner analogous to that of the converters 2043, 2143, 2243.
  • the generator means of the electronic device 3161 generate two periodic alternating excitation voltages.
  • the instantaneous voltage values U of these excitation voltages as a function of time t are shown in FIG. 49 by the two lines 3191 and 3193.
  • the excitation voltages generated by the electronic device 3161 have identical positive and negative, half-wave signals and are out of phase with one another like the excitation voltages represented by lines 2091 and 2093 in FIG. 30, but differ from them in that their temporal changes everywhere are steady.
  • Lines 3191 and 3193 can have straight sections at zero crossings, slopes inclined with respect to the time axis, and curved sections at the positive and negative maximum values.
  • the times t are also shown in FIG. 49. 1 , t 2 , t 3 , t 4 , which correspond to the corresponding times in FIGS. 28, 30 and 33.
  • the portions of the piezoelectric elements 3151, 3153 belonging to the same transducer portion 3143a change their lengths in opposite directions.
  • the two conveying members 3141 can be bent in a wave-like manner, as was explained for the conveying member 2241.
  • the two conveying surfaces 3145a then form waves in a section running along the conveying direction, analogously to the conveying surfaces 3041a of the conveying members 3041, which are mirror-symmetrical to one another with respect to the plane running between the two conveying surfaces.
  • the waves formed by the conveying surfaces 3145a can be stepped or jumped by a quarter each Wavelength are shifted, as has been explained with reference to Figures 28 and 33 for the conveyor surfaces 2045a and 2145a. If the excitation voltages according to lines 3191, 3193 change continuously over time and the signals formed by half waves of the excitation voltages have inclined flanks, the shapes of the conveying surfaces are also continuously changed in a precisely defined manner. It can thereby be achieved that the volume of a cell, which is located between two adjacent contact points of the two conveying surfaces 3145a in FIG. 45, remains exactly constant even during the displacement of the wave crests by a quarter of the wavelength.
  • the rubber-elastic support body 3135 presses the two conveying elements resiliently against one another both when the conveying surfaces are at rest and when they are deformed in a wave shape. Furthermore, the support body can also deform in the longitudinal direction of the conveying passage 3177, ie shorten and lengthen, and thus adapt to the changes in the lengths of the conveying surfaces measured parallel to the plane running between the two conveying surfaces when deforming them.
  • the heights of the shafts formed by the two conveying surfaces during operation can vary from 0.004 mm to 0.04, depending on the length of the piezoelectric elements and a width of the piezoelectric elements and a thickness of 0.2 mm, depending on the magnitude of the electrical voltages supplied mm and, for example, at voltages with an amplitude of 30 V each about 0.01 mm.
  • the pump shown in FIG. 50 has a pump body designated as a whole by 5001. This is formed from a dimensionally stable, flat, platelet-shaped, elongated carrier serving as contact element 5003 with a rectangular outline and a contour arranged on one side of contact element 5003, which has the same contour as this and thus completely covers, plate-shaped or foil-shaped conveying element 5004, which in FIG the undeformed state of rest shown in FIG. 50 is also flat.
  • the conveying element 5004 is provided with transducer means and namely consists at least essentially of a piezoelectric transducer 5005.
  • This has two layer-shaped, for example equally thick, elastically deformable elements 5007, 5009 made of dielectric, piezoelectric material.
  • Each of the two piezoelectric elements 5007, 5009 is formed, for example, exclusively by a compact, coherent layer made of piezoelectric ceramic, such as lead zirconate titanate, or by a "composite" material which comprises a plastic mass or matrix and particles embedded therein made of piezoelectric ceramic.
  • the transducer is also provided with various electrodes, which include a plurality of exciter electrodes 5011, 5013, 5015, 5017, which are arranged between the two piezoelectric elements 5007 and 5009 and are distributed over the length of the transducer, second, third or fourth excitation electrode.
  • the four excitation electrodes have centers lying on the longitudinal symmetry line or plane of the transducer and generally have a circular outline with the diameter d.
  • the distance a between the centers of adjacent excitation electrodes is at most or approximately equal to the circle diameter d and preferably a little, for example about 5 to 20%, smaller than this.
  • the enveloping circles of the adjacent excitation electrodes should touch at least approximately and, for example, overlap a little.
  • the generally circular outline or edges of the excitation electrodes 5011, 5013, 5015, 5017 are flattened a little on their sides facing each other in pairs, ie provided with sections formed from straight circular chords, so that narrow spaces between the adjacent exciters -Electrodes present and the latter are electrically isolated from one another.
  • At least one of the excitation electrodes and, for example, each of these, may have a recess, which is small compared to its surface and consists of a slot-shaped incision, in which a first space separated from the excitation electrode by a narrow space and thus electrically insulated from it or second or third or fourth detector electrode 5021 or 5023 or 5025 or 5027.
  • a counter-electrode 5031 which extends coherently over its entire length.
  • the two piezoelectric elements and the different electrodes are firmly connected to each other with their surfaces facing each other in pairs. Since the transducer 5005 has two piezoelectric, expandable elements 5007, 5009 in addition to the different electrodes, it forms - like the transducers 2243, 3143 described above - a bimorph transducer or bilaminar transducer.
  • the edge of the conveyor element 5004 and piezoelectric transducer 5005 or, more precisely, its edge zone located in the projection shown in FIG. 51 and outside of the four excitation electrodes and enclosing this edge zone is solid and fluid-tight along the entire rectangular outline of the conveyor element connected to the edge or the edge zone of the contact element 5003, for example welded and / or glued.
  • the figure 50 - like other figures - is not drawn to scale. It should be noted here that the elements 5007, 5009 are drawn with exaggerated thicknesses in FIG. 50 compared to the length and width of the transducer 5005 and to the outline dimensions of the excitation electrodes 5011, 5013, 5015, 5017. This applies to an even greater extent to the electrodes consisting, for example, of vapor-deposited metal layers.
  • the thicknesses of the two piezoelectric elements 5007 and 5009 are, for example, in reality approximately 10 to 100 times and the thicknesses of the various electrodes are approximately 100 to 1000 times smaller than the diameter d of the excitation electrodes, for example 5 to 15 mm, or, more precisely , the enveloping circles of the excitation electrodes.
  • Each of the four excitation electrodes 5011, 5013, 5015, 5017 defines a portion of the piezoelectric transducer.
  • These four sections are referred to below as first or second or third and fourth piezoelectric transducer sections 5041 or 5043 or 5045 or 5047.
  • the edges or boundaries of the four transducer sections coincide at least substantially with the generally circular edges or contours of the four excitation electrodes, it being assumed that the transducer section edges or boundaries of the mutually adjacent transducer sections lie between the respective ones Touch transducer sections and are therefore formed there by the circular chords, at the end points of which the enveloping circles of the excitation electrodes intersect.
  • the boundaries of the converter sections are indicated by dashed lines.
  • each of the four transducer sections 5041, 5043, 5045, 5047 can be selected individually or together with at least one against an elastic restoring force by means of external electrical fields acting on its piezoelectric elements 5007 and 5009 adjacent transducer section are domed away from the contact member 5003.
  • a cavity results, the volume of which lies between a value that is at least practically zero and a finite value determined by the maximum curvature of the transducer section is changeable.
  • first pump chamber 5051 The contact element and the cavities that can be generated in the first, second, third, and fourth transducer sections are referred to below as first pump chamber 5051, second pump chamber 5053, third pump chamber 5055, and fourth pump chamber 5057.
  • the pump is provided with two fluid connections 5071 and 5073, which penetrate the contact element 5003 and into the area of the contact and / or counter surface 5037 covered by the first converter section 5041 and the fourth converter section 5047 and thus into the first and fourth pump chamber 5051 and 5057 respectively.
  • An electronic device also belongs to the pump 5081, which is connected by electrical conductors to the four excitation electrodes 5011, 5013, 5015, 5017, the four detector electrodes 5021, 5023, 5025, 5027 and the two counter electrodes 5031, 5033. The latter two are connected to one another and connected to the ground connection of the electronic device.
  • the four excitation electrodes are each connected to an excitation connection or signal output and the four detector electrodes are each connected to a detector connection of the electronic device.
  • the electronic device 5081 is connected to a supply voltage source 5083, which is formed, for example, by at least one battery and which supplies or each electrical voltage required for the operation of the electronic device and the entire pump.
  • the electronic device 5081 and the or each battery of the supply voltage source 5083 are preferably fastened to the carrier forming the contact element 5003.
  • the central surface of the piezoelectric transducer 5005 is understood below to mean that surface which runs parallel to the conveying surface 5037 through the center of the piezoelectric transducer. The same applies to the central surface of the archable transducer sections.
  • the middle surfaces of the piezoelectric elements 5007 and 5009 are accordingly understood to mean the surfaces parallel to the conveying surface 5037 through the center of the piezoelectric elements 5007 and 5009.
  • the first converter section 5041 can be seen particularly clearly in FIGS. 52 and 53.
  • an axis 5061 is drawn, which runs at right angles to the contact and / or counter surface 5035 formed by the contact element through the center of the first excitation electrode 5011 and thus the central axis of the first Converter section 5041 forms.
  • two edge points of the first transducer section 5041 which are located on opposite sides of the axis 5061 and are symmetrical with respect thereto, or more precisely, surface lines of the lateral surface forming the transducer section boundaries are indicated by dashed lines.
  • FIG. 52 and 53 two edge points of the first transducer section 5041 which are located on opposite sides of the axis 5061 and are symmetrical with respect thereto, or more precisely, surface lines of the lateral surface forming the transducer section boundaries are indicated by dashed lines.
  • b and c denote the distances from the two edge points from one another measured along the central surface of the elements 5009 and 5007, respectively.
  • the distances b and c in the undeformed transducer are equal to the diameter d of the transducer section 5041 or, since this is not completely circular, equal to the diameter of the enveloping circle of the transducer section.
  • the two elements 5007 and 5009 consisting of piezoelectric, ceramic material, for example lead zirconate titanate, are polarized during the manufacture of the transducer with an electric field, at least in the region of the transducers, or, more precisely, pre-polarized such that the pre-polarization or in short, polarization P is perpendicular to the conveying surface 5031.
  • the polarization P is shown in FIGS. 52 and 53 for the first converter section 5041 by arrows or vectors.
  • the polarization P arises from the fact that during pre-polarization the z-axis or third axis of the lead-zirconate-titanate domains belonging to the hexagonal crystal system is directed at right angles to the conveying surface 5037.
  • the x-axis or first axis of the domains can then be directed, for example, parallel to the longitudinal direction of the transducer, the x- and y-axes in the hexagonal crystal system being equivalent in terms of the piezoelectric behavior.
  • the sections of the same converter section 5041 The two elements 5007 and 5009 have opposite polarizations, the polarization P of the lower element 5007, for example, directed downwards and negative and the polarization P of the upper element 5009 directed upwards and positive.
  • the element 5007 is polarized identically in all the sections belonging to the different converter sections 5041, 5043, 5045, 5047. The same applies to element 5009.
  • the electric fields E cause strains of the two piezoelectric elements 5007 and 5009 in all directions perpendicular to the polarization P and to the electric fields E themselves and therefore in all directions that are flat to the one spanned by the transducer in the undeformed idle state Surface, ie the conveyor surface 5037 are parallel. Since the electric fields E have the same direction as the polarization P, the strains caused by them are positive. In other words, the dimensions of the layer sections under the influence of the fields are enlarged in all directions parallel to the conveying surface. Otherwise, the fields cause a contraction of the layers parallel to the field direction, but in this case is irrelevant.
  • the magnitudes of the strains resulting in the two piezoelectric elements 5007 and 5009 as a result of the field are proportional to the piezoelectric coefficient d 3 1 of the material forming the layer in question and also to the electric field strength acting on the layer in question.
  • the said piezoelectric coefficients are greater for the material forming the upper element, ie element 5009 further away from the contact element 5003, than for the material forming the other element 5007. If the two elements 5007 and 5009 have the same thickness, the absolute values of the field strengths of the electric fields generated by the same electrical excitation voltage in the two elements 5007 and 5009 become the same.
  • the element 5009 is then stretched or elongated more than the element 5007.
  • the transducer section 5041 bulges in a dome-shaped manner under an elastic deformation such that the section of the conveying surface 5037 belonging to it protrudes from the contact element 5003 (not shown in FIGS. 52 and 53) stands out above.
  • the height of the curvature of the conveying surface section belonging to the transducer is drawn in FIG. 53 as well as in FIGS.
  • the distances of the two diametrically opposed edge points of the transducer section 5041 measured along the central surfaces of the elements 5009 and 5007 have the values denoted by b 'and c' in FIG. 53 in the curved transducer section 41.
  • the one at the middle surface of the transducer 5005 and the first transducer section 5041 perpendicular to the axis 5061 measured diameter or, more precisely, the envelope diameter of the transducer section 5041 has the value d 'in the curved transducer section.
  • the transducer section 5041 has been cut out of the transducer and would be bulged, for example, by external forces acting on it in such a way that its central surface maintains its length and forms the so-called neutral fiber, this would be the central surface of the transducer section measured diameter when bulging relatively sharply shortened. Accordingly, d ' would be considerably smaller than d.
  • both the upper and the lower piezoelectric element are stretched, ie lengthened, parallel to the conveying surface in order to bulge the transducer section, as described. It can thereby be achieved that when bulging, the two elements 5007 and 5009 and thus also the central surface of the entire transducer section are extended so much that the diameter of the transducer section changes less than if only the dimensions of one of the two elements 5007 were used for bulging. 5009 changed or the dimensions of the two elements would even be changed in opposite directions.
  • the piezoelectric Coefficients and the values of the electric fields E are suitably determined and coordinated with one another, it can even be achieved that the diameter of the transducer section in the arches resulting during operation, at least approximately, even if the transducer section is thought to be cut out of the transducer again and preferably remains exactly constant and, accordingly, d 'is at least approximately or exactly equal to d.
  • the expansion of a layer-shaped element 5007, 5009 which results as a result of an external electrical field is dependent not only on the piezoelectric coefficients of the materials forming the elements, but also on the electrical field strengths.
  • provision could be made for fields with different field strengths to act on the two elements. Since the electric field strength is reciprocal to the distance between the electrodes producing the field, the two layer-like elements could be made of different thicknesses for this purpose.
  • the first case to be considered is that at a certain point in time only a single transducer section of the piezoelectric transducer 5005 is bulged by supplying an electrical voltage to the excitation electrode of the transducer section in question, or that at least no other transducer section immediately adjacent to this transducer section is bulged.
  • the excitation electrodes 5011, 5013, 5015 and 5017 are not completely circular, the individually arched transducer section, for example the first transducer section 5041, has a tendency, due to the balancing of the mechanical stresses therein, at least approximately and practically to its axis 5061 to form a completely rotationally symmetrical shell or dome, which is at least approximately spherical cap-shaped.
  • the edge zone of the piezoelectric transducer 5005 welded or glued to the contact element 5003 naturally retains its position when the first transducer section 5041 is arched.
  • the same also applies, at least in the ideal case, to those areas of the deformable conveying surface 5037 of the transducer 5005 which are not firmly connected to the contact element and which do not belong to the curved transducer section 5041.
  • An exception to this, however, is that segment of the enveloping circle of the first excitation electrode 5011 that overlaps the second converter section 5043 and thus, to a certain extent, belongs to both converter sections.
  • Transducer 5005 continues to be connected to contact element 5003 and closes off the pump space delimited by the latter and the bulged transducer section at least essentially in a liquid-tight manner against the other pumping spaces.
  • the surface areas of the contact element 5003, for example made of metal or a plastic, and the metallic counterelectrode 5031 lying freely on one another do not provide sufficient sealing, there would also be the possibility of designing the contact element 5003 and the conveying element 5004 in such a way that the two surfaces 5035, 5037 are in contact with one another with a certain elastic compressive force when the converter sections are at rest. Furthermore, the side or surface of the dimensionally stable contact element 5003 forming the contact and / or counter surface 5035 or that
  • the side of the counter-electrode 5031 forming the conveying surface 5037 can also be provided with a somewhat flexible and slightly elastically deformable coating, for example consisting of a soft plastic.
  • a somewhat flexible and slightly elastically deformable coating for example consisting of a soft plastic.
  • the excitation electrodes of the converter sections that cannot be bulged under a certain operating state could possibly have a negative electrical one Voltage are supplied. The relevant converter sections would then have the tendency to bulge towards the contact element 5003 and would thereby be pressed against it.
  • the fluid connection 5071 is intended to serve as the inlet of the pump and can be connected, for example, to a fluid reservoir which can be fastened to the contact element 5003 and which contains a liquid medicament or a medicament consisting of a suspension.
  • the fluid connection 5073 forms the outlet of the pump and can, for example, be connected to a cannula which is inserted into a body tissue of a living human or animal to which the medicament is to be supplied continuously or intermittently.
  • FIGS. 54 to 58 schematically show a chronological sequence of deformations used for the gradual, peristaltic delivery of the fluid to be pumped. It is assumed that before the start of the pumping process, all excitation electrodes 5011, 5013, 5015, 5017 are de-energized and the converter has the shape shown in FIG. 50. At the start of pumping, the first and fourth excitation electrodes 5011 and 5017 are exposed for a time interval with the duration t. a positive electrical voltage is supplied, as a result of which the first and fourth transducer sections 5041 and 5047 are elastically deformed and arched upward away from the contact element, so that they assume the shape shown in FIG. 54.
  • the first and fourth pumping spaces 5051 and 5057 change their volumes from practically zero to their maximum value, as a result of which fluid is sucked from the reservoir through the fluid connection 5071 into the first pumping space 5051, as shown in the figure 54 is indicated by an arrow.
  • the voltage supply to the fourth excitation electrode 5017 is terminated and an electrical voltage is supplied to the second excitation electrode 5013, the electrical voltage applied to the first excitation electrode being retained.
  • the fourth transducer section 5047 therefore deforms again into its flat rest position as a result of the elastic restoring forces effective in it, while at the same time the second transducer section 5013 is bulged.
  • the first transducer section 5041 and the second transducer section 5043 now form a spatially curved elevation, shown schematically in FIG. 55, with the shape of an elongated dome, the edge of which lies against the contact member 5003 along its entire circumference.
  • the bulge formed by the two transducer sections 5041, 5043 has an oval-like outline shape, the oval in the connection area of the two transducer sections 5041, 5043 possibly having a flattening or even a small constriction.
  • the converter 5051 takes approximately the form shown in FIG. 55
  • the second pump chamber 5053 is also "opened” and then forms a coherent cavity together with the already existing first pump chamber 5051.
  • the piezoelectric element assumes the shape shown in FIG. 55, starting from its shape shown in FIG. 54, fluid flows from the first into the second pump chamber, with additional fluid flowing in through the fluid connection 5071 at the same time.
  • the electrical voltages supplied to the excitation electrodes are changed such that the second converter section 5043 and the third converter section 5045 are bulged and the other two converter sections on the contact element 5003 apply, as illustrated in Figure 56.
  • the fluid previously sucked in through the connection 5071 is in the second and third pumping chambers 5053 and 5055.
  • the first and fourth pumping chambers 5051 and 5057 have the volume zero in this state of the converter. Accordingly, the first converter section 5041 closes off the fluid connection 5071 opening into the first pumping chamber 5051 and the fourth converter section 5047 closes off the fluid connection 5073 opening out into the fourth pumping room 5057.
  • the transducer assumes approximately the form shown in FIG. 57 during a time interval with the duration t 4 , in which the first and second transducer sections 5041 and 5043 abut the contact element 5003 and the third and fourth transducer sections are bulged.
  • the sucked-in fluid is now in the two pumping spaces 5055 and 5057, of which the fourth pumping space 5057 is connected to the fluid connection 5073 serving as a fluid outlet.
  • the converter 5005 thus comes into the form shown in FIG. 58, which is identical to the form of the converter shown in FIG. 54.
  • the volume of the third pumping space is reduced to zero, so that part of the fluid previously present in the cavity formed by the two connected pumping spaces 5055 and 5057 passes through the fluid connection 5073 is pressed out. Fresh fluid is also simultaneously sucked in through the fluid connection 5071.
  • the piezoelectric element again assumes the shape shown in FIG. 55. With this change in shape, the volume of the fourth pumping space also disappears, so that the rest of the previously sucked-in fluid is pressed out through the fluid connection 5073.
  • the shape changes of the piezoelectric transducer can now be continued cyclically, with a full cycle of four clocks, i.e. from four different
  • Combinations of converter sections which are in the idle state and are curved away from the carrier There are two converter sections in the idle state and two in the bulged state in each cycle. In addition, in each cycle it has two immediately adjacent converter sections that are in the idle state and / or two immediately adjacent converter sections that are bulged. If one connects the two ends of the pump body with one another in thought, so that a closed path is created, the sequence of movements can be understood as the progression of two adjacent bulges along this path.
  • the electronic device 5081 performs a first excitation voltage U 1 or a second excitation voltage U 2 or a third excitation voltage U 3 or 3 when the pump of the first, second, third and fourth excitation electrode is operating a fourth excitation voltage U 4 .
  • the diagram drawn in FIG. 59 shows a possible course of the four excitation voltages U 1 , U 2 , U 3 , and U 4 as a function of time t.
  • Each of the four excitation voltages consists of a sequence of excitation signals, namely square-wave pulses, and alternately has the value zero and a positive one Maximum value that is the same for all four excitation voltages.
  • the period of the four pulse sequences is equal to the sum of the four time intervals t 1 , t 2 , t 3 , and t 4 , which all have the same duration.
  • the duration of each excitation signal is accordingly equal to the sum of the duration of two of the four time intervals t 1 , t 2 , t 3 , t 4 and thus equal to half the period.
  • the excitation signals or pulses of the excitation voltages supplied to the excitation electrodes 5011, 5013, 5015, 5017, which are adjacent to one another in pairs, are shifted relative to one another in pairs by a phase angle of 90 °.
  • the excitation voltage U 3 is accordingly shifted by a phase angle of 180 ° relative to the excitation voltage U 1 and thus symmetrical or inverse to the mean voltage value.
  • the excitation voltage U 4 is 180 ° out of phase with the excitation voltage U 2 .
  • the electronic device 5081 can have generator means for generating the four excitation voltages U 1 , U 2 , U 3 and U 4 , for example an excitation signal generator, namely a pulse generator for generating the excitation signal sequence forming the first excitation voltage U 1 and a 90 ° phase shifter deriving and / or generating an excitation voltage U 2 phase-shifted by 90 ° from the first excitation voltage U 1 .
  • the electronic device 5081 can furthermore have two voltage inverters or 180 ° phase shifters, in order to invert from the excitation voltages U 1 , U 2 by converting the maximum value of the voltage U 1 to zero and vice versa, or by a 180 ° phase shift To generate excitation voltages U 3 and U 4 .
  • the electronic device 5081 can also be equipped with differently designed circuit means for generating the four excitation voltages and can have, for example, a clock signal generator generating a clock signal sequence and its frequency is four times greater than the frequency of the four excitation voltages. The latter could then be generated by frequency division of the clock signal sequence.
  • the electronic device for generating the excitation voltages can have a microprocessor, which of course is also provided and / or connected with a clock signal generator and can also perform control and / or regulating functions in addition to the generation of the excitation voltages.
  • the four excitation voltages consisting of square-wave pulses can also be replaced by pulse trains with trapezoidal or triangular pulses or by continuously changing voltages.
  • the latter can then, for example, have a time profile similar to that of the excitation voltages represented by lines 9191 and 9193 in FIG. 49, but continuously have the same sign, that is to say instead of positive and negative half-waves, they have half-wave-shaped signal sections which alternate in the voltage / time diagram lie above and below a straight medium-voltage line that runs parallel to the time axis at half the peak value of the excitation voltage.
  • the upper and lower half-wave-shaped signal sections if one mentally shifts them by a phase angle of 180 ° relative to one another, are mirror-symmetrical to one another with respect to the medium-voltage line mentioned.
  • the individual signal sections are also mirror-symmetrical to a line of symmetry running at right angles to the time axis through their apex.
  • the piezoelectric elements 5007 and 5009 generate between them two counter electrodes 5031, 5033 and the four detector electrodes 5021, 5023, 5025, 5027 electrical potential differences.
  • electrical detector signals ie voltage pulses, therefore pass from the detector electrodes to the electronic device 5081.
  • monitoring and / or control circuit means which have, for example, at least one voltage comparator, which operate analog or digital and in the latter case can be formed, for example, by the microprocessor already mentioned, if any.
  • the monitoring and / or regulating circuit means can furthermore have an optical and / or acoustic fault display device and be designed to check whether detector signals with the intended minimum voltage values arrive during operation of the pump, and otherwise by a flashing light and / or a buzzer sound or the like To signal malfunction.
  • the monitoring and / or control circuit means can also have an analog and / or digital working controller, possibly formed at least in part by the microprocessor, if any, around the generator means serving to generate the excitation voltages, for example the excitation signal or clock signal generator or to regulate at least one controllable amplifier serving to amplify the excitation voltages and thus to regulate the maximum values, ie signal levels, of the excitation voltages in such a way that the detector signals and thus the bulge heights of the transducer sections have variables provided.
  • the conveyor element 5004 which is at least essentially formed by the transducer 5005, is firmly connected to the contact element at its edge zones.
  • the dimensional stability and elasticity of the transducer, and in particular of its two piezoelectric elements, endeavor to keep the conveying member in its resting position and to press the deformable conveying surface resiliently against the contact surface when the archable transducer sections bulge.
  • the transducer can also be pre-tensioned in such a way that the conveying surface is pressed against the contact surface by a certain spring and / or pressure force when the pump is not in operation. 5017 are de-energized, the entire conveying surface 5037 of the piezoelectric transducer 5005 is therefore parallel to the contact and / or counter surface 5035 of the contact element 5003 and bears against it.
  • the pump then shuts off the fluid connection between the two fluid connections 5071 and 5073 at least approximately completely tightly and in practice sufficiently tightly. It can also be seen from FIGS. 54 to 58 that the two fluid connections 5071 and 5073 in each state or cycle shown in these figures are fluidly separated from one another by two transducer sections lying on the contact element 5003. In this regard, however, it should also be noted that a liquid to be pumped, contained in a specific pumping chamber, resists a reduction in the volume of the pumping chamber concerned that occurs at the end of one of the time intervals t 1 , t 2 , t 3 , t 4 . When changing between the states shown in FIGS.
  • transitional states may therefore occur for a short time, in which three transducer sections are lifted off the contact element to a greater or lesser extent. Apart from the fact that this is done when the perio The duration, at most, during a small fraction of this, there is always at least one transducer section on the contact element even during such transition states that may occur.
  • the pump thus separates the two fluid connections from one another in every state that occurs during pumping, so that a fluid backflow opposite to the intended delivery direction can never take place.
  • the pump is used to deliver a medicament into the body of a human patient or animal, it can be advantageous, as already mentioned in the introduction, to supply the medicament virtually continuously in periodic bursts, the medicament, for example, in one-minute intervals during Pumps or intervals lasting 10 to 30 seconds can be pumped into the body.
  • the electronic device can therefore be designed, for example, in such a way that it maintains the excitation voltages that are currently present at the excitation electrodes at the end of a surge, so that the piezoelectric element maintains its shape during the pump interruption.
  • the electronic device deenergizes all four excitation electrodes in the pump interruptions between successive pump pulses.
  • the electronic device may also be designed to excite the four transducer sections in such a way that all four pumping spaces 5051, 5053, 5055 and 5057 are emptied immediately before the end of each pump surge or pump interval.
  • the electronic device 5081 can of course also be provided with at least one manually operable switching and / or actuating element in order to switch the pump on and off switch off and / or to set the frequency and / or magnitude of the excitation voltages and thereby the delivery rate and / or to set the time intervals and durations of the pump pulses during intermittent operation.
  • the pump thus enables a fluid to be conveyed continuously or intermittently, peristaltically and practically uniformly, through a cell progressively progressing along the conveying passage in the intended conveying direction, without the pump needing any non-return or other valves for this purpose.
  • the pump produces a relatively high degree of efficiency when converting electrical energy into mechanical energy that can be used for pumping. Since the piezoelectric transducer 5005 is firmly and tightly connected to the contact element 5003 along its edge which remains undeformed during operation and completely surrounds all deformable transducer sections, no parts which are movable with respect to one another need to be sealed from the surrounding space, which is also very advantageous.
  • the simple construction of the pump means that it can be manufactured very cost-effectively - at least in series production. Since when pumping a fluid only the two mutually facing surfaces 5035, 5037 of the contact element 5003 or delivery element 5005 as well as the two fluid connections 5071, 5073 come into contact with the fluid, the pump can also be made effortlessly sterile if necessary and during operation keep sterile. Furthermore, the configuration of the contact element 5003 and the piezoelectric transducer 5005, which is symmetrical with respect to the conveying direction, makes it possible to reverse the conveying direction only by changing the temporal course of the transducer deformations. If necessary, the electronic device can therefore be designed to be an optional one To enable changing the conveying direction by manually actuating a switching element.
  • the electronic device could be modified such that the four transducer sections 5041, 5043, 5045, 5047 are deformed over time according to the highly schematic, diagrammatic illustration in FIG. 60.
  • the contact element and the curved transducer sections are only represented by dashes, the partial figures or partial diagrams arranged from top to bottom illustrating successive states in time and subsequently being counted continuously from top to bottom.
  • the first, ie uppermost, and the second partial figure of FIG. 60 show states or deformations of the transducer 5005 which are identical to the states or deformations shown in FIGS. 54 and 55, respectively.
  • the third partial figure of FIG. 60 only the third transducer section 5043 is then bulged.
  • the piezoelectric transducer has the same shape as in FIG. 56. In the fifth part of FIG. 60, only the third transducer section 5045 is bulged.
  • the deformations of the piezoelectric transducer shown in the sixth and seventh partial figures of FIG. 60 are again identical to those in FIGS. 57 and 58.
  • arrows in the top and bottom partial figures show the inflow and outflow of Fluid indicated by the two fluid connections.
  • the transducer sections are deformed in repetitive cycles, each of which has six cycles. Otherwise, the pumping is carried out in a peristaltic manner similar to the operation of the pump illustrated by FIGS. 54 to 58.
  • the fluid in the states shown in the fourth and sixth part-figure, in which two adjacent transducer sections are bulged, does not completely fill the two contiguous pumping spaces delimited by these and the carrier.
  • FIG. 61 shows, in a diagrammatic representation analogous to FIG. 60, yet another possibility of conveying fluid from the fluid connection 5071 to the fluid connection 5073 by deforming the four converter sections 5041, 5043, 5045, 5047.
  • the uppermost, first part of FIG. 61 shows a state in which the piezoelectric has the same shape as in FIG. 54.
  • the piezoelectric transducer In the second and third part of FIG. 61, counting from top to bottom, only the second is shown Transducer section 5043 or only the third transducer section 5045 bulges.
  • the piezoelectric transducer In the bottom part of FIG. 61, the piezoelectric transducer then has the same shape as in the top part of the figure, so that the state shown in the bottom part of the figure also corresponds to the state in FIG. 58. If the piezoelectric transducer is deformed in the course of time according to FIG. 61, each of the repeating cycles has three cycles.
  • the elongated pump shown schematically in FIG. 62 has a pump body 5101, which is formed from two at least substantially symmetrical delivery members 5103, each with a piezoelectric transducer 5105. Each of these has two, layer-shaped, one-piece elements 5107 and 5109 made of piezoelectric material. A first, second, third and fourth excitation electrode 5111 or 5113 or 5115 or 5117 are arranged between these two elements 5107 and 5109. Like the excitation electrode 5011, 5013, 5015 and 5017, these are distributed over the length of the piezoelectric transducer and can have the same outline shapes like this as well as incisions in which detector electrodes are arranged.
  • the two piezoelectric elements are each provided with a counter electrode 5131 on their mutually facing sides.
  • a counter electrode 5133 is provided on the sides of the two elements 5109 facing away from each other.
  • the counter electrodes 5131, 5133 each extend contiguously at least over the area occupied by the excitation electrodes in a projection from above.
  • the two conveying bodies 5103 are along their in said
  • the surfaces of the conveying members 5103 located within the welded and / or glued edge zone, facing each other, each of which is formed by one of the counter-electrodes 5131, which is flat in the idle state shown in FIG. 62 and is adjacent but deformable, are referred to as conveying surfaces 5137 .
  • the four excitation electrodes 5111, 5113, 5115, 5117 define four transducer sections 5141, 5143, 5145, 5147 in each of the two piezoelectric transducers 5105.
  • the piezoelectric elements 5105, 5107 are, like the elements 5005, 5007, stretchable by applying electrical voltages to the excitation electrodes, so that each transducer section 5141, 5143, 5145 and 5147, based on its rest shape shown in FIG piezoelectric transducers 5105 is archable away through the plane.
  • FIG. 63 in which the two conveying members and their piezoelectric transducers are shown in a highly simplified manner, shows a state in which the two first transducer sections 5141 and the two fourth transducer sections 5147 are curved away from one another.
  • Symbol-designated transducer sections together thus delimit in pairs a first, second, third, fourth pump chamber 5151 or 5153 or 5155 or 5157, the volume of which can be changed between a maximum value which arises when the transducer section pair is curved and zero.
  • the four pumping spaces 5151, 5153, 5155, 5157 together form the delivery passage 5149 of the pump.
  • the pump has a fluid connection 5171 opening into the first pump chamber 5151 and a fluid connection 5173 opening into the fourth pump chamber 5157.
  • the two fluid connections can be inclined at one end of one of the two delivery elements 5103 through its edge zones be introduced into the pumping rooms mentioned.
  • the 62 and 63 also has an electronic device, not shown, which is designed similarly to the electronic device 5081 and can likewise be connected to a supply voltage source equipped with at least one battery.
  • the excitation electrodes 5111, 5113, 5115 and 5117, which have the same reference numerals, and counterelectrodes 5131, 5133 are connected in pairs in an electrically conductive manner to one another and to the electronic device.
  • the eight detector electrodes (not shown) are expediently each separately connected to the electronic device so that it can monitor the function of each individual converter section.
  • the pump shown in FIGS. 62 and 63 thus differs from the pump described with reference to FIGS. 50 to 59 primarily in that it has a second deformable delivery element 5103 instead of the contact element 5003 which remains undeformed during pumping.
  • the pump shown in FIGS. 62 and 63 can similarly peristaltically pump a fluid through its delivery passage 5159, as is the case for those according to FIGS FIGS. 50 and 51 designed pump has been described with reference to FIGS. 54 to 58, but in the case of the pump according to FIGS. 62 and 63 both converter sections designated by the same reference numerals are simultaneously deformed mirror-symmetrically to one another. Apart from the differences resulting from the symmetrical arrangement of two piezoelectric transducers, the pump shown in FIGS.
  • FIGS. 62 and 63 therefore has essentially the same properties as those discussed for the pump described with reference to FIGS. 50 to 59. Furthermore, it is of course also possible for the pump shown in FIGS. 62, 63 to operate it analogously to the operating sequences illustrated in FIGS. 60 and 61.
  • the piezoelectric transducer 5005 is designed in such a way that its two elements 5007 and 5009 are extended in all directions measured parallel to the conveying surfaces 5037 when the transducer sections bulge.
  • the piezoelectric transducers 5105 can also be designed in this way.
  • the two piezoelectric layers of the elements of transducers 5005 and 5105 could also be formed, in particular pre-polarized, and the directions of the electrical fields acting on the piezoelectric elements for deforming the transducers determined in such a way that the two elements measured their parallel to the conveying surfaces Change dimensions in the opposite direction in the event of deformation.
  • the or each piezoelectric transducer could design the or each piezoelectric transducer as a monomorph transducer and accordingly provide it with only one layer-like element which can be lengthened or shortened by electric fields in the directions running along the conveying surface, which element then does not change its dimensions in cooperation with one the layered bending body could produce bulges.
  • the dome-shaped curvatures of the transducer sections can also be generated by shearing when using a piezoelectric transducer with only a single, piezoelectric, layer-shaped element.
  • the or each piezoelectric transducer has two piezoelectric elements which are connected in the region of the entire conveying passage and whose dimensions, measured along the conveying surface, change in the opposite direction during deformation, or only a single piezoelectric element, the diameter of the transducer sections or in more general terms, the distance from transducer section edge points located on opposite sides of the transducer section axis is not kept constant when the transducer sections are deformed. So that the changes in the distance between the edge of the transducer section nevertheless do not generate excessive mechanical stresses, the or each piezoelectric element in these variants can be formed, for example, from the "composite" material already described, which is softer than a material consisting exclusively of ceramic.
  • the piezoelectric transducer 5205 shown in FIGS. 64, 65 and 66 has only a single piezoelectric, layer-shaped element 5207.
  • the drawn section of the element 5207 is on its upper side in FIG. 64 with a first, second and third excitation electrode 5211 or 5213, wherein the entire transducer 5205 can, for example, also have a fourth exciter electrode which is no longer visible.
  • the excitation electrodes define a first, second and third transducer section 5241 and 5243 and 5245, respectively.
  • the piezoelectric element 5207 is pre-polarized in its manufacture in such a way that in the region of each transducer section 5241, 5243, 5245 it has a pre-polarization or, in short, polarization P which is at least generally radially directed to its axis.
  • the statement "in general" takes into account the fact that the piezoelectric domains that can be aligned during polarization have finite dimensions, ie are not infinitely small, and therefore are not exactly radially directed in every point, and that, moreover, at the joints of adjacent transducer sections imperfectly polarized areas may be present.
  • the polarization vectors can be directed outward from the transducer section axes.
  • the z axis or third axis of the domains of the piezoelectric lead zirconate titanate belonging to the hexagonal crystal system is then parallel to the polarization vectors.
  • piezoelectric transducer 5205 either analogously to the piezoelectric transducer 5005 to a dimensionally stable contact element or analogously to the piezoelectric transducer 5105 to another piezoelectric transducer, which can then also be deformed by shear.
  • a pump body formed in one of these ways a fluid can be pumped peristaltically in the same way as with the pump bodies 5001, 5101.
  • FIG. 67 shows a one-piece, strip-shaped, piezoelectric element 5307 with four excitation electrodes 5311, 5313, 5315, 5317.
  • the latter like the excitation electrodes 5011, 5013, 5015, 5017, generally have a circular outline and at least one circular arc-shaped edge section.
  • the electrodes 5311, 5313, 5315, 5317 have, at their circumferential locations where they are adjacent to one another along the conveying passage to be formed, concavely curved edge sections instead of edge sections consisting of circular eyes.
  • Each of the four excitation electrodes is connected to a connecting conductor track section that runs to one longitudinal edge of element 5307.
  • the first and fourth excitation electrodes also have a circular opening or recess in which detector electrodes 5321 and 5327 are arranged.
  • the piezoelectric element 5307 can, for example, be analog with the electrodes arranged thereon such as element 5007, elements 5107 or element 5207 polarized and assembled with other components to form a pump body.
  • transducers whose exciter electrodes are the same as those of the transducers 5005, 5205 according to FIGS. 51 and 65, in the case of their circumferential parts which are adjacent to one another in pairs by edge sections formed by straight lines which are parallel to one another and parallel to the longitudinal direction of the conveying passage, it may depend on The other design of the transducers means that when a transducer section bulges, the adjacent transducer section is also partially lifted off the opposing contact or conveying surface without supplying excitation voltage.
  • the concavely curved edge sections of the excitation electrodes 5311, 5313, 5315, 5317 can, on the one hand, reduce undesirable co-deformations of a converter section immediately adjacent to an arched converter section and, on the other hand, achieve a good connection of the assigned pumping spaces while simultaneously intentionally bulging two adjacent converter sections.
  • the pump shown in FIG. 68 has a pump body 5401 with a dimensionally stable, one-piece, plate-shaped contact element 5403 forming a flat contact surface 5435a and a delivery element 5404 which is at least essentially formed by a converter 5405.
  • This has four individually dome-shaped curvature transducer sections 5441, 5443, 5445, 5447 and a flexible, piezoelectric film 5406 which extends cohesively over the entire conveyor passage to be formed.
  • the transducer 5405 is further provided with a separate bimorph transducer device for each of the four transducer sections, two of which are each one Disc-shaped, piezoelectric elements 5407 and 5409 has.
  • An excitation electrode 5411 is arranged between each of the two piezoelectric elements belonging to the same bimorph transducer device.
  • the counter electrodes 5451 have similar shapes to the excitation electrodes 5311, 5317 and the counter electrodes 5453 have similar shapes to the excitation electrodes 5313, 5315.
  • the first and fourth transducer sections 5441 and 5447 each have an arcuate auxiliary electrode 5455 is present, which runs along the convex, circular-arc-shaped edge section of the counter-electrode 5451 present in the relevant converter section.
  • the second and third transducer sections 5443 and 5445 each have two arc-shaped auxiliary electrodes 5457 which run along the two convex, circular-arc-shaped edge sections of the counter-electrodes 5453.
  • Auxiliary electrodes 5459 are arranged in the recesses formed by the concave, arcuate edge sections of the counter electrodes 5451, 5453.
  • a counter electrode 5433 is arranged on the side of each piezoelectric element 5409 facing away from the contact element 5403.
  • the surfaces of the various components of the converter 5405 which are in contact with one another are firmly and electrically connected to one another.
  • the between the piezoelek tric film 5406 and the piezoelectric elements 5407 and the electrodes present between a pair of piezoelectric elements 5407 and 5409 can each consist of a single metal foil or two metal layers each, which face the mutually facing surfaces of the piezoelectric film 5406 and elements 5407 and the mutually facing surfaces of the piezoelectric elements 5407 and 5409 are applied, for example vapor-deposited and connected to one another.
  • the transducer is firmly connected to the contact element 5403 along its edges surrounding the conveying passage during operation.
  • the contact element 5403 is provided with two fluid connections 5471, 5473, which open into the contact surface 5435 at the ends of the conveying passage formed during operation that face away from one another. Furthermore, there is a rubber-elastic pressing body 5475, which is firmly connected to the contact element 5403, does not enclose the boundaries of the transducer 5405 and resiliently presses the transducer against the contact surface 5435. It should also be pointed out that, like many of the previous figures, FIG. 68 is not to scale and that in particular the electrodes are drawn with greatly exaggerated thicknesses.
  • the flexible piezoelectric film 5406 consists of polyvinylidene difluoride (PVDF) and was made piezoelectric and polarized during production by stretching under the simultaneous action of an electric field.
  • the film 5406 can then be stretched at least in a direction parallel to the contact surface, for example transversely to the longitudinal and conveying direction of the conveying member, by an electric field acting on it during operation of the pump.
  • the film can also be stretched and polarized during its manufacture in such a way that it operates both transversely and parallel to the conveying direction when the pump is operated under the action of an electric field and is therefore stretchable radially to the center of the respective transducer section.
  • the counter electrodes 5431, 5433, 5451, 5453 are connected to the ground connection of an electronic device, not shown, which is designed, for example, to supply excitation voltages positive to ground against the excitation electrodes.
  • the polarizations of the piezoelectric elements 5407 and 5409 and the polarity of the excitation voltages are matched to one another in such a way that the excitation voltage supplied to an excitation electrode causes a contraction of the element 5407 and an expansion of the element 5409 and thus a dome-shaped bulge of the relevant transducer section.
  • the auxiliary electrodes 5455 and 5459 or 5457 and 5459 belonging to it are simultaneously supplied with an auxiliary voltage, which has the effect that the more or less annular region of the piezoelectric foil 5406 covered by the auxiliary electrodes is covered in at least one extends in the direction parallel to the conveying surface 5437 and, for example, radially to the center of the converter section in question.
  • Elongation can be at least partially compensated for when the transducer section bulges in a projection onto the flat contact surface 5435, the reduction in the envelope diameter of the transducer section in question.
  • the sections of the flexible film 5406 that are located at the boundaries between adjacent transducer sections also form, to a certain extent, joints. These joints, together with the pressing body 5475 which resiliently presses the transducer against the contact element, ensure that when at least one transducer section bulges, the or each of the adjacent, non-bulging transducer sections at least largely maintains its resting shape and is actually not bulging, but lies as completely as possible against the contact surface.
  • the pump shown in simplified form in FIG. 70 has a pump body 5501 with a contact element 5503 consisting of a dimensionally stable, elongated plate and a conveying element 5504.
  • This has a transducer 5505 with a flexible and elastically stretchable film 5506, which is made of polypropylene, and four on this attached, each defining a transducer section, piezoelectric bimorph transducer device 5511, each of which has two piezoelectric elements and electrodes.
  • the mutually facing surfaces of the contact element 5503 and the film 5506 form the flat contact surface 5535 and the conveying surface 5537, which can be domed out in the form of a dome in each transducer section.
  • Two fluid connections 5571 and 5573 open into the contact surface at the ends of the conveying passage which arise during operation.
  • the film 5506 is tightly and firmly connected to the contact element 5503 along its edges surrounding the conveying passage.
  • Pressure means have a hood 5575 fastened to the contact element 5503 and a bellows 5579.
  • the cavity present between the converter 5505 and the inner surface of the hood 5577 contains a hydraulic fluid which is made of silicone oil and which is pressurized by the bellows 5579 and resiliently presses the converter against the contact element.
  • the 5511 bimorph transducer devices can be individually domed.
  • the stretchable and flexible film 5506 can reduce the enveloping diameter of the bulging Compensate converter sections by stretching them in certain areas.
  • the sections of the flexible, elastically stretchable film 5506 which are located in the boundary regions at and between the mutually adjacent bimorph transducer devices form, to a certain extent, elastic joints in a manner analogous to the corresponding sections of the piezoelectric film 5406.
  • the pressing means formed by the hood 5577, the bellows 5579 and the hydraulic fluid ensure that the conveying surface sections belonging to non-bulging transducer sections rest on the contact surface.
  • the pump shown in part in FIGS. 71 and 72 has a pump body 5601 with a dimensionally stable contact element 5603 and a delivery element 5604.
  • This in turn consists at least essentially of a transducer 5605 with two layer-shaped, piezoelectric elements 5607 and 5-609. Between these two elements there is a central excitation electrode 5611 for each transducer section and an external excitation electrode 5613 surrounding it in a ring.
  • An electronic device not shown, has excitation connections connected to the excitation electrodes and a ground connection connected to the counter electrodes.
  • the electronic device feeds excitation voltage signals to the relevant excitation electrodes. These are matched to the polarizations of the piezoelectric elements 5607, 5609 in such a way that the element 5607 contracts in its central area covered by the excitation electrode 5611 and in its peripheral area covered by the outer excitation electrode 5613 and that it expands the element 5609 in the central The area stretches and contracts in the peripheral area.
  • Projection onto the flat contact surface remains at least reasonably constant.
  • FIG. 73 shows a highly schematic representation of a reusable pump which has a pump body 6801 with an invisible, plate-shaped, one-piece contact element and a delivery element arranged thereon. This consists at least essentially of a likewise plate-shaped transducer 6805 with a number of transducer sections 6841 that can be arched up in the manner of a dome
  • the converter 6805 can, for example, have a similar layer structure to the converter 5005 and is firmly and tightly connected to the contact element along its edges surrounding all bulging converter sections, for example welded and / or glued.
  • the transducer sections located in the drawn projection onto the plane spanned by the pump body in the idle state in the inner region of the pump body are each surrounded by three other transducer sections adjoining them, evenly distributed around their center.
  • the pumping spaces adjacent to one another together form a reusable conveying passage or conveying passages.
  • Each section of a conveying passage extending over three or more adjacent pump spaces forms at least one angle. At least part of the pumping spaces located at the edge of the pump body is connected to fluid connections, one example being a fluid connection 6871 for the edge section located on the left and right in FIG. 73 and four fluid connections 6873 each for the upper and lower edge section.
  • the conveying surface In the idle state, the conveying surface is the same as the contact surface and lies against it.
  • fluid can be pumped by arching and flattening the transducer sections along different conveying passage sections or conveying passages.
  • the pumping spaces each surrounded by three other pumping spaces, serve as branching points and thus, together with the pumping spaces and pump sections adjacent to them, form, as it were, reusable valves or flow switches.
  • the desired delivery paths and directions can be determined during operation of the pump by selecting the converter section deformed over time for a pumping process.
  • the two fluid connections 6871 can serve, for example, as inlets and the fluid connections 6873 as outlets.
  • the pump can be used, for example, for a blood test in which blood is drawn from a patient at certain time intervals in order to examine the change over time of a substance present in the blood, such as a previously supplied medication.
  • the fluid connection 6871 located on the left side of FIG. 73 is connected to a hollow needle that is inserted into a vein of the patient and is used for taking blood.
  • the other fluid port 6871 which serves as an inlet, is connected to a reservoir which contains a blood-preventing or at least inhibiting liquid, such as heparin.
  • Sample containers serving to receive blood samples are connected to the fluid connections 6873 when performing a Before each blood sample is taken, a certain amount of heparin is pumped into the cavity of the needle.
  • the blood drawn together with the heparin contained in the needle is pumped into one of the sample containers, and each time a blood sample is taken into a different sample container. If necessary, a certain amount of heparin can be pumped into the sample container at the end of a blood sample.
  • the course of the various pumping processes can be controlled, for example, by process computers. Otherwise, the
  • the number of the fluid connections 6873 serving as outlets can be set larger or smaller than the number shown in FIG. 73 in accordance with the number of samples provided for an analysis.
  • the reusable pump can also be modified in such a way that the centers of the converter sections and the associated pumping spaces lie in a projection onto the flat contact surface on the intersection points of two groups of straight lines crossing at right angles and thus together form a rectangular or square matrix.
  • the transducer sections and pump spaces located in the above-mentioned projection in the inner region of the pump body are then each surrounded by four transducer sections and pump spaces directly adjacent to them and distributed around them.
  • a reusable pump can also be used for a large number of other purposes, in which liquids supplied through different inlets are to be pumped to the same outlet, or a liquid coming from an inlet is to be pumped to different outlets. Furthermore, such a reusable pump enables several liquids to be separated from each other pump or mix, possibly react chemically with each other when mixing and break it down again into partial flows.
  • the pumping rooms could be equipped with sensors of any kind.
  • the pumps can be modified in other ways.
  • many features of the various exemplary embodiments described can be combined with one another in manifold ways.
  • all pumps having individually bendable converter sections described with reference to FIGS. 24 to 73 can operate with excitation voltages, which form sequences of excitation signals, which either consist of angular pulses or have a continuously changing course everywhere.
  • the excitation voltages can, for example, also form triangular or trapezoidal pulses or signals which are generally triangular or trapezoidal, but which instead of corners have continuous, rounded transitions.
  • all of the pumps described with reference to FIGS. 24 to 73 can be operated with excitation voltages that have a sinusoidal course over time.
  • the excitation voltages are - depending on the type of pump and its converter means - to be formed by AC voltages or by DC voltages that change over time.
  • the polarization directions of the sections of the piezoelectric elements and / or the polarities of the excitation voltages are specified, the polarization directions of the piezoelectric elements or the polarities of the voltages can of course be reversed.

Abstract

A pump comprises a pump body (5001) which forms a delivery passage (5049) during operation, into each end of which a fluid connection (5071, 5073) opens. The delivery passage (5049) is delimited, on at least one side, by a delivery surface (5037) which can be bent, in particular curved for example in certain places to form domes, by a transducer (5005). An electronic device connected to the electrodes of the transducer (5005) deforms the latter during operation by supplying electrical excitation signals in such a way that the fluid being pumped is conveyed peristaltically through the delivery passage (5049). When the pump is at rest, the delivery surface (5037) and the surface (5035) which faces and delimits delivery passage (5049) are adjacent and parallel. The delivery passage (5049) contains no non-return or other type of valves or dead spaces, and permits uniform delivery of fluid and cost-effective manufacture of the pump.

Description

Pumpe pump
Beschreibungdescription
Technisches Gebiet der ErfindungTechnical field of the invention
Die Erfindung betrifft eine Pumpe gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1, nämlich eine Pumpe mit zwei Anschlüssen, einem diese beim Betrieb verbindenden Durchgang und Wandler-Mitteln, wobei der Durchgang im Querschnitt auf einer Seite durch eine durch die Wandler-Mittel mindestens stellenweise derart biegbare Förderfläche begrenzt ist, dass ein Fluid durch Biegen der Förderfläche durch den Durchgang förderbar ist.The invention relates to a pump according to the preamble of claim 1, namely a pump with two connections, a passage connecting them during operation and transducer means, the passage in cross section on one side through a conveying surface which is bendable at least in places by the transducer means it is limited that a fluid can be conveyed through the passage by bending the conveying surface.
Die Pumpe soll insbesondere das kontinuierliche oder intermittierende Pumpen und Dosieren verhältnismässig kleiner Mengen eines mindestens zum Teil flüssigen Fluids, d.h. einer Flüssigkeit oder Suspension, ermöglichen. Zum Beispiel ist es für gewisse medizinische Behandlungen vorteilhaft, ein in Form einer Flüssigkeit oder Suspension vorliegendes Medikament während längerer Zeit, etwa während einiger Tage oder Wochen, kontinuierlich oder quasi kontinuierlich in Gewebeteile oder möglicherweise direkt in die Blutbahn eines menschlichen oder tierischenThe pump is intended in particular for the continuous or intermittent pumping and metering of relatively small amounts of an at least partially liquid fluid, i.e. a liquid or suspension. For example, for certain medical treatments, it is advantageous to continuously or quasi-continuously deliver a medicament in the form of a liquid or suspension to tissue parts or possibly directly into the bloodstream of a human or animal for an extended period of time, such as for a few days or weeks
Körpers hinein zu pumpen, wobei die gewünschte Zufuhrrate beispielsweise zwischen 0,1 und 10 mm3/min betragen kann.Pump body into it, the desired feed rate can be, for example, between 0.1 and 10 mm 3 / min.
Bei der quasi kontinuierlichen, stossweisen Zufuhr kann es beispielsweise vorteilhaft sein, jede Minute einen etwa 10 bis 30 Sekunden dauernden Flüssigkeitsstoss zuzuführen. Stand der TechnikWith the quasi-continuous, intermittent supply, it can be advantageous, for example, to supply an approximately 10 to 30 second burst of liquid every minute. State of the art
Es sind nun beispielsweise Zellenpumpen bekannt, die ein Gehäuse mit zwei Anschlüssen zum Zu- bzw. Ableiten des zu pumpenden Fluids und einen exzentrisch, drehbar im Gehäuse gelagerten Rotor aufweisen, der mit radial verschiebbar geführten oder biegbaren Flügeln versehen ist. Das Gehäuse begrenzt zusammen mit dem Rotor einen Durchgang für das zu fördernde Fluid. Die Flügel bilden über den Grund der Zellen zu einer vom Gehäuse gebildeten Kontaktfläche hin vorstehende Erhöhungen und dienen in bezug auf die Bewegungsrichtung des Rotors als vordere und hintere Endbegrenzungen von sich entlang dem Durchgang bewegenden, Fluid fördernden Zellen. Solche bekannte Zellenpumpen sind jedoch nicht zum Fördern und Dosieren von Fluidmengen von ungefähr oder weniger als 10 mm3/min geeignet und wären auch schwer steril machbar und steril haltbar. Ferner sind solche Pumpen sowie die zu ihrem Antrieb nötigen Motoren und die zumindest zur Erzielung kleiner Pumpraten auch noch erforderlichen Untersetzungsgetriebe verhältnismässig gross sowie schwer und benötigen beim Betrieb auch relativ viel Energie, so dass ein mit einer solchen Pumpe verbunde- ner Patient in seiner Bewegungsfreiheit stark beeinträchtigt und praktisch während der ganzen Dauer der Zufuhr des Medikaments zum Hüten des Bettes gezwungen wäre.Cell pumps are now known, for example, which have a housing with two connections for supplying and discharging the fluid to be pumped and an eccentrically rotatably mounted rotor which is provided with radially displaceable or bendable vanes. The housing, together with the rotor, delimits a passage for the fluid to be conveyed. The vanes form elevations projecting beyond the bottom of the cells toward a contact surface formed by the housing and, with respect to the direction of movement of the rotor, serve as front and rear end boundaries of fluid-conveying cells moving along the passage. However, such known cell pumps are not suitable for conveying and metering fluid quantities of approximately or less than 10 mm 3 / min and would also be difficult to make sterile and keep sterile. Furthermore, such pumps, as well as the motors required to drive them and the reduction gears, which are also required at least in order to achieve low pumping rates, are relatively large and heavy and also require a relatively large amount of energy during operation, so that a patient connected to such a pump has great freedom of movement impaired and would be forced to guard the bed practically throughout the duration of the drug delivery.
Eine aus der DE-A-36 18 107 bekannte Pumpe weist eine formfeste, im allgemeinen ebene Platte mit einer mit Kanälen versehenen Oberfläche auf. Jeder Kanal hat drei kreisförmige Erweiterungen, die paarweise durch Verbindungsabschnitte verbunden sind. Die erste sowie die dritte Erweiterung ist je durch einen Quersteg in zwei Hälften unterteilt, während die mittlere Erweiterung vollständig frei ist. Ein Förderorgan liegt mit einer im Ruhezustand ebenen Förderfläche an der mit den Kanälen versehenen Plattenoberfläche an und deckt die Kanäle ab, so dass diese je einen Förder-Durchgang bilden. Das Förderorgan weist auf seiner der Platte zugewandten Seite eine Nickelschicht und auf seiner der Platte abgewandten Seite eine piezoelektrische Keramikschicht auf. Diese ist auf ihrer der Nickelschicht abgewandten Seite im Bereich jeder kreisförmigen Erweiterung der Kanäle mit einer zentralen Elektrode und einer diese ringförmig umschliessenden Elektrode versehen. Beim Betrieb der Pumpe können die mit Elektroden versehenen, je einen Wandlerabschnitt bildenden Bereiche des Förderorgans kuppeiförmig aufgewölbt werden. Die erste und dritte Erweiterung eines Kanals dient dann zusammen mit dem zugeordneten Wandlerabschnitt je als Ventil. Die mittlere Erweiterung bildet einen Pumpraum, dessen Volumen zwischen einem Minimal- und einem Maximal- wert veränderbar ist.A pump known from DE-A-36 18 107 has a dimensionally stable, generally flat plate with a surface provided with channels. Each channel has three circular extensions, which are connected in pairs by connecting sections. The first and third extensions are each divided into two halves by a crossbar, while the middle extension is completely free. A funding body is at rest with one flat conveying surface on the plate surface provided with the channels and covers the channels so that they each form a conveying passage. The conveying member has a nickel layer on its side facing the plate and a piezoelectric ceramic layer on its side facing away from the plate. This is provided on its side facing away from the nickel layer in the region of each circular widening of the channels with a central electrode and an electrode surrounding it in a ring. When the pump is in operation, the regions of the delivery element which are provided with electrodes and each form a transducer section can be domed in a dome shape. The first and third expansion of a channel, together with the associated converter section, then serves as a valve. The middle extension forms a pump room, the volume of which can be changed between a minimum and a maximum value.
Der Förder-Durchgang der aus der DE-A-36 18 107 bekannten Pumpe besitzt also auch im Ruhezustand ein verhältnismässig grosses Volumen und Toträume, was insbesondere dann störend ist, wenn verhältnismässig kleine Mengen eines Fluids zu pumpen sind, das wie viele Medikamente sehr teuer ist. Ferner wird der Platzbedarf der Pumpe durch die zwischen den benachbarten Erweiterungen vorhandenen Verbindungsabschnitten eines Kanals erhöht. Ein sehr wesentlicher Nachteil der bekannten Pumpe besteht noch darin, dass die Querschnittsänderungen jedes Kanals entlang von diesem und insbesondere die Querstege in der ersten und letzten Erweiterung eines Kanals Turbulenzen verursachen sowie den Strömungswiderstand stark erhöhen und dadurch die bei vorgegebenen Abmessungen der Pumpe sowie vorgegebener Ausdehnungen der Wandlerabschnitte erzielbare Förderleistung beeinträchtigen. Zudem erhöht die Herstellung der eine verhältnismässig komplizierte Form aufweisende Kanäle die Herstellungskosten der Pumpe. Des weitern wird das Fluid beim Betrieb der Pumpe nicht gleichmässig, sondern pulsierend gefördert, wobei das Schliessen der Ventile Rückströmungen verursacht und die bereits erwähnte Bildung von Turbulenzen noch verstärkt. Beim in den Figuren 1 bis 10 der EP-A-36 18 107 gezeichneten Ausführungsbeispiel der Pumpe ist die piezoelektrische Schicht etwa 0,2 mm und die Nickelschicht etwa 0,1 mm dick (vgl. Spalte 8, Zeilen 41 bis 46). Die Aufwölbung eines Wandlerabschnitts wird - ausgehend von seiner ebenen Ruheform dadurch bewirkt, dass die piezoelektrische Keramikschicht ihre Abmessungen relativ zur mit ihr verbundenen Nickelschicht ändert. Wenn man nun in einem Gedankenexperiment annimmt, der zu einem Wandlerabschnitt gehörende, im Ruhezustand ebene, kreisförmige Abschnitt der Nickelschicht sei von der restlichen Nickelschicht getrennt und dehne sich beim Aufwölben nicht, wird sein Durchmesser im Grundriss, d.h. in einer Projektion auf die vom Wandlerabschnitt im Ruhezustand aufgespannte Ebene kleiner. Da der besagte, kreisförmige Abschnitt derThe delivery passage of the pump known from DE-A-36 18 107 thus has a relatively large volume and dead spaces even in the idle state, which is particularly troublesome when relatively small amounts of a fluid are to be pumped, which like many medications are very expensive is. Furthermore, the space requirement of the pump is increased by the connecting sections of a channel that are present between the adjacent extensions. A very significant disadvantage of the known pump is that the cross-sectional changes of each channel along this and in particular the transverse webs in the first and last extension of a channel cause turbulence and greatly increase the flow resistance and thus the given dimensions of the pump and the given dimensions of the Transducer sections affect achievable delivery rates. It also increases the manufacture of a relatively complicated shape channels have the manufacturing cost of the pump. Furthermore, when the pump is operating, the fluid is delivered in a pulsating manner, the closing of the valves causing backflows and increasing the already mentioned formation of turbulence. In the exemplary embodiment of the pump shown in FIGS. 1 to 10 of EP-A-36 18 107, the piezoelectric layer is approximately 0.2 mm and the nickel layer approximately 0.1 mm thick (cf. column 8, lines 41 to 46). The bulging of a transducer section is - starting from its flat rest shape - brought about by the fact that the piezoelectric ceramic layer changes its dimensions relative to the nickel layer connected to it. If one now assumes in a thought experiment that the circular section of the nickel layer belonging to a converter section, which is flat in the idle state, is separated from the rest of the nickel layer and does not expand when it bulges out, its diameter is shown in the plan, that is, in a projection onto that of the converter section in Hibernation spanned level smaller. Since said circular section of the
Nickelschicht in Wirklichkeit jedoch mit dem restlichen Teil der Nickelschicht zusammenhängt, ist eine Aufwölbung der Nickelschicht nur möglich, wenn sich diese dehnt. Da Nickel eine verhältnismässig grosse Festigkeit und einen grossen Elastizitätsmodul hat, setzt die Nickelschicht einer Dehnung jedoch einen grossen Widerstand entgegen, welcher die Aufwölbung behindert. Die bei vorgegebenen Wandlerabschnittabmessungen und mit vorgegebenen, elektrischen, den Elektroden zugeführten Spannungen erzielbare Aufwölbungen der Förderfläche und die von dieser auf das zu fördernde Fluid übertragbaren Druckkräfte sind daher verhältnismässig klein, was wiederum die pro Zeiteinheit förderbare Fluidmenge sowie den erzeugbaren Fluiddruck der Pumpe verkleinert. Darstellung der ErfindungHowever, in reality the nickel layer is connected to the remaining part of the nickel layer, bulging of the nickel layer is only possible if it stretches. However, since nickel has a relatively high strength and a large modulus of elasticity, the nickel layer opposes expansion to a large resistance, which hinders the bulging. The bulges of the conveying surface that can be achieved with predetermined transducer section dimensions and with predetermined electrical voltages supplied to the electrodes and the pressure forces that can be transmitted from the latter to the fluid to be conveyed are therefore relatively small, which in turn reduces the amount of fluid that can be conveyed per unit of time and the fluid pressure that can be generated by the pump. Presentation of the invention
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Nachteile der bekannten Pumpen behebende Pumpe zu schaffen, die insbesondere ermöglichen soll, auch sehr kleine, beispielsweise in der Grosse von 10 mm 3/min oder 1 mm3/min oder darunter liegende Förderraten zu ermöglichen und dabei eine ausreichend genaue Dosierung zu erlauben. Des weitern soll der Förder-Durchgang der Pumpe möglichst wenig Toträume aufweisen und ermöglichen, ein Fluid möglichst turbulenzlos sowie gleichmässig durch ihn hindurch zu fördern, so dass der Strömungswiderstand möglichst gering wird. Des weitern soll die Pumpe ermöglichen, vorgegebene Pumpeigenschaften - wie die pro Zeiteinheit förderbare Fluidmenge und/oder den erzeugbarenThe invention is based on the object of creating a drawback of the known pump-eliminating pump, which in particular should also enable very small, for example in the size of 10 mm 3 / min or 1 mm 3 / min or below, delivery rates and to allow a sufficiently precise dosage. Furthermore, the delivery passage of the pump should have as little dead space as possible and enable a fluid to be conveyed through it as turbulently and as uniformly as possible, so that the flow resistance becomes as low as possible. Furthermore, the pump should enable predetermined pump properties - such as the amount of fluid that can be delivered per unit of time and / or the amount that can be generated
Fluiddruck - mit möglichst kleinen Abmessungen der Pumpe zu erzielen und beim Betrieb auch nur wenig Energie benötigen, so dass ein Mensch oder ein Tier die Pumpe mit sich tragen kann, ohne dadurch in seiner Bewegungsfreiheit nennenswert beeinträchtigt zu werden. Zudem sollen die mit dem geförderten Fluid in Berührung kommenden Teile der Pumpe vorzugsweise problemlos sterilisierbar und steril haltbar sein. Das weiteren soll die Pumpe vorteilhafterweise aus möglichst wenig Bauteilen und kostengünstig herstellbar sein, so dass sie auch bei einmaligem Gebrauch wirtschaftlich ist.Fluid pressure - to be achieved with the smallest possible dimensions of the pump and also require little energy during operation, so that a person or animal can carry the pump with them without significantly impairing their freedom of movement. In addition, the parts of the pump that come into contact with the conveyed fluid should preferably be easily sterilizable and sterile. Furthermore, the pump should advantageously be producible from as few components as possible and at low cost, so that it is economical even when used once.
Diese Aufgabe wird durch eine Pumpe gelöst, die erfindungsgemäss durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 und also dadurch gekennzeichnet ist, dass der Durchgang auf seiner der Förderfläche im Querschnitt gegenüberstehenden Seite durch eine mindestens zwischen den Einmündungen der beiden Anschlüsse in den Durchgang im Ruhezustand überall zur Förderfläche parallele Fläche begrenzt ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Pumpe gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor. Die Förderfläche und die den Durchgang gegenüber von dieser begrenzende Fläche sind vorteilhafterweise mindestens zwischen den Einmündungen der beiden Anschlüsse in den Durchgang je durch einen einstückigen, zusammenhängenden Bauteil gebildet und haben im Ruhezustand der Pumpe je die Form vorzugsweise einer stetigen Regelfläche. Zur Klarstellung sei bemerkt, dass in der Mathematik unter einer Regelfläche eine Fläche verstanden wird, die durch Bewegen einer Geraden im Raum erzeugbar ist. Die Regelfläche kann zum Beispiel eben oder zylindrisch oder konisch sein.This object is achieved by a pump, which according to the invention is characterized by the characterizing part of claim 1 and thus characterized in that the passage on its side opposite the conveying surface in cross section through at least anywhere between the mouths of the two connections into the passage in the idle state Conveying area parallel area is limited. Advantageous embodiments of the pump emerge from the dependent claims. The conveying surface and the surface opposite this passage are advantageously formed at least between the mouths of the two connections into the passage by a one-piece, continuous component and each have the shape of a continuous control surface, preferably when the pump is idle. For clarification, it should be noted that in mathematics, a control surface is understood to mean a surface that can be created by moving a straight line in space. The control surface can, for example, be flat or cylindrical or conical.
Kurze Beschreibung der ZeichnungBrief description of the drawing
Der Erfindungsgegenstand soll nun anhand in derThe subject of the invention should now be based on the
Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert werden. In der Zeichnung zeigtDrawing illustrated embodiments are explained. In the drawing shows
die Figur 1 einen schematisierten und nicht massstäblichen Schnitt durch eine Pumpe mit einem Rotor, der ein1 shows a schematic and not to scale section through a pump with a rotor, the one
Förderorgan mit einer im Ruhezustand zur Drehachse rechtwinkligen Förderfläche aufweist, die beim Betrieb zur Achse parallel vorstehende Wellenberge bildet, wobei die Wellenberge in dieser Figur und auch in den folgenden, Wellenprofile zeigenden Figuren mit sehr stark übertriebener Höhe gezeichnet sind,Conveying element having a conveying surface which is perpendicular to the axis of rotation in the idle state and which forms wave crests projecting parallel to the axis during operation, the wave crests in this figure and also in the following figures showing wave profiles being drawn with a greatly exaggerated height,
die Figur 2 einen Schnitt durch die Pumpe entlang der Linie II - II der Figur 1,2 shows a section through the pump along the line II - II of FIG. 1,
die Figur 3 einen abgewickelten Schnitt durch einen Teil der Pumpe entlang der Linie III - III der Figur 2,FIG. 3 shows a developed section through part of the pump along the line III-III of FIG. 2,
die Figur 4 eine Explosions-Schrägansicht der zur Begrenzung des Förder-Durchgangs der Pumpe dienenden Teile des Pumpenkörpers und eines Abschnitts des Schwingkörpers, die Figur 5 einen der Figur 3 entsprechenden, abgewickelten Schnitt durch Teile einer Pumpe mit einem grösseren Verhältnis zwischen dem Abstand der Anschlüsse und der Wellenlänge,FIG. 4 shows an exploded oblique view of the parts of the pump body serving to limit the delivery passage of the pump and a section of the oscillating body, 5 shows a developed section corresponding to FIG. 3 through parts of a pump with a larger ratio between the distance between the connections and the wavelength,
die Figur 6 einen vereinfachten Schnitt durch Teile einer Variante einer Pumpe, deren Förderorgan gleich oder ähnlich wie bei der in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Pumpe gestaltet ist, wobei aber die den Förder-Durchgang begrenzende Dichtung anders ausgebildet ist,6 shows a simplified section through parts of a variant of a pump, the pumping element of which is configured the same or similar to that of the pump shown in FIGS. 1 to 4, but the seal delimiting the pumping passage is designed differently,
die Figur 7 einen Schnitt durch die in der Figur 6 ersichtliche Pumpe entlang der Linie VII - VII der Figur 6,FIG. 7 shows a section through the pump shown in FIG. 6 along the line VII-VII of FIG. 6,
die Figur 8 einen schematisierten Schnitt durch eine Pumpe, deren Rotor ein Förderorgan mit einer im Ruhezustand zur Drehachse parallelen Förderflache hat, die beim Betrieb radial vorstehende Wellenberge bildet,8 shows a schematic section through a pump, the rotor of which has a conveying element with a conveying surface which is parallel to the axis of rotation in the idle state and which forms radially protruding wave crests during operation,
die Figur 9 einen Schnitt durch die Pumpe gemäss der Figur 8 entlang der Linie IX - IX der Figur 8,9 shows a section through the pump according to FIG. 8 along line IX-IX of FIG. 8,
die Figur 10 eine Schrägansicht des Dichtungs- sowie des Kontaktkörpers der Pumpe gemäss den Figuren 8 und 9,10 shows an oblique view of the sealing body and the contact body of the pump according to FIGS. 8 and 9,
die Figur 11 einen Schnitt durch Teile einer Pumpe, deren Förderorgan gleich oder ähnlich wie bei der in den Figuren 8 bis 10 dargestellten Pumpe ausgebildet ist, wobei aber der Förder-Durchgang anders begrenzt ist,FIG. 11 shows a section through parts of a pump, the conveying member of which is designed to be the same or similar to the pump shown in FIGS. 8 to 10, but the conveying passage is limited differently,
die Figur 13 eine schematisierte Darstellung einer Pumpe mit einem einer im Ruhezustand konischen Förderfläche, wobei der Pumpenkörper im Schnitt und der Rotor in Ansicht sowie mit vom Pumpenkörper getrenntem Förderorgan gezeichnet ist, die Figur 14 einen Schnitt durch ein plattenförmiges Förderorgan, dessen Förderfläche in zur Drehachse paralleler Richtung vorstehende Wellenberge bildet,FIG. 13 shows a schematic representation of a pump with a conveying surface which is conical in the idle state, the pump body being shown in section and the rotor in view and with the conveying member separated from the pump body, and FIG. 14 shows a section through a plate-shaped one Conveyor element, the conveying surface of which forms wave crests projecting in the direction parallel to the axis of rotation,
die Figur 15 einen Schnitt durch ein Förderorgan mit einer in axialer Richtung vorstehenden, die Förderfläche bildenden Rippe,FIG. 15 shows a section through a conveyor element with a rib projecting in the axial direction and forming the conveyor surface,
die Figur 16 einen Schnitt durch ein ringförmiges Förderorgan, dessen Förderfläche zwei im Querschnitt einen Winkel bildende Abschnitte besitzt, wobei der Winkel-Scheitel parallel zur Drehachse vorsteht,FIG. 16 shows a section through an annular conveyor element, the conveyor surface of which has two sections forming an angle in cross section, the angle apex projecting parallel to the axis of rotation,
die Figur 17 einen Schnitt durch ein ringförmiges Förderorgan, dessen zur Drehachse parallele Aussenflache als Förderflache dient,FIG. 17 shows a section through an annular conveyor element, the outer surface of which is parallel to the axis of rotation and serves as the conveyor surface,
die Figur 18 einen Schnitt durch ein ringförmiges Förderorgan, dessen Förderfläche aus zwei Abschnitten besteht, die im Querschnitt einen Winkel mit von der Drehachse weg ragendem Scheitel bilden,18 shows a section through an annular conveyor element, the conveyor surface of which consists of two sections which in cross section form an angle with a vertex projecting away from the axis of rotation,
die Figur 19 einen Schnitt durch ein ringförmiges Förderorgan, dessen zur Drehachse parallele Innenfläche als Förderfläche dient,FIG. 19 shows a section through an annular conveying element, the inner surface of which is parallel to the axis of rotation and serves as the conveying surface,
die Figur 20 einen Schnitt durch ein ringförmiges Förderorgan mit einer als Förderfläche dienenden, im Ruhezustand konischen Innenfläche,FIG. 20 shows a section through an annular conveying member with an inner surface which serves as a conveying surface and is conical in the idle state,
die Figur 21 einen schematisierten Schnitt durch eine Pumpe mit einem sich annähernd um den ganzen Umfang des Rotors herum erstreckenden Förder-Durchgang, wobei die Förderfläche eine Welle mit zwei Wellenbergen bildet,FIG. 21 shows a schematic section through a pump with a conveying passage extending approximately around the entire circumference of the rotor, the conveying surface forming a shaft with two wave crests,
die Figur 22 einen schematisierten Schnitt durch eine Pumpe, die ähnlich wie die Pumpe in der Figur 21 ausgebildet ist, wobei aber die Förderfläche eine Welle mit drei Wellenbergen bildet,22 shows a schematic section through a Pump, which is similar to the pump in FIG. 21, but with the delivery surface forming a shaft with three wave crests,
die Figur 23 einen Schnitt durch eine Pumpe zum gleichzeitigen, getrennten Pumpen von zwei Fluiden,FIG. 23 shows a section through a pump for simultaneous, separate pumping of two fluids,
die Figur 24 einen schematisierten, nicht massstäblichen Schnitt durch eine Pumpe mit einem länglichen Kontaktorgan sowie einem länglichen, piezoelektrische Wandler-Mittel aufweisenden Förderorgan, dessen dem Kontaktorgan zugewandte Förderfläche beim Betrieb eine fortschreitende Welle bildet,FIG. 24 shows a schematic section, not to scale, through a pump with an elongated contact member and an elongated conveying member having piezoelectric transducer means, the conveying surface of which facing the contact member forms a progressive shaft during operation,
die Figur 25 einen Schnitt durch die Pumpe gemäss der Figur 24 entlang der Linie XXV - XXV dieser Figur,FIG. 25 shows a section through the pump according to FIG. 24 along the line XXV - XXV of this figure,
die Figur 26 eine Schrägansicht eines Abschnitts des piezoelektrischen Elements der in den Figuren 24 und 25 ersichtlichen Pumpe zur Veranschaulichung einer Scherung, im grösseren Massstab,FIG. 26 shows an oblique view of a section of the piezoelectric element of the pump shown in FIGS. 24 and 25 to illustrate shear, on a larger scale,
die Figur 27 eine Draufsicht auf die Längsseite von zwei Abschnitten des piezoelektrischen Elements der in den Figuren 24 und 25 gezeichneten Pumpe in grösserem Massstab,27 shows a plan view of the longitudinal side of two sections of the piezoelectric element of the pump shown in FIGS. 24 and 25 on a larger scale,
die Figur 28 ein Diagramm zur Veranschaulichung der zeitlichen Änderung der Form der Förderfläche durch Scherungen des piezoelektrischen Elements,FIG. 28 shows a diagram to illustrate the change over time in the shape of the conveying surface due to shear of the piezoelectric element,
die Figur 29 ein elektrisches Blockschema der in den Figuren 24 und 25 gezeichneten Pumpe,FIG. 29 shows an electrical block diagram of the pump shown in FIGS. 24 and 25,
die Figur 30 ein Diagramm zur Darstellung des zeitli chen Verlaufs der den Elektroden der piezoelektrischen Wandler-Mittel der Pumpe gemäss den Figuren 24 und 25 zugeführten Spannungen,Figure 30 is a diagram showing the time the course of the voltages supplied to the electrodes of the piezoelectric transducer means of the pump according to FIGS. 24 and 25,
die Figur 31 einen Abschnitt eines piezoelektrischen Elements zur Erzeugung von Längenänderungen,FIG. 31 shows a section of a piezoelectric element for generating changes in length,
die Figur 32 einen Bereich eines Förderorgans mit einem piezoelektrischen Element, das gemäss der Figur 31 längenveränderbare Abschnitte aufweist und mit einem nicht-piezoelektrischen Biegekörper zu einem biegbaren Wandler verbunden ist,FIG. 32 shows a region of a conveyor element with a piezoelectric element which, according to FIG. 31, has sections which can be changed in length and is connected to a non-piezoelectric flexible body to form a flexible transducer,
die Figur 33 ein Diagramm zur Darstellung der zeitlichen Änderung der Form der Förderfläche durch Längenänderungen von Abschnitten des piezoelektrischen Elements,FIG. 33 is a diagram showing the change in the shape of the conveying surface over time due to changes in the length of sections of the piezoelectric element,
die Figur 34 einen schematisierten Schnitt durch einen Bereich eines sich im Ruhezustand befindenden Förderorgans, dessen Wandler-Mittel zwei piezoelektrische Elernente aufweisen,FIG. 34 shows a schematic section through an area of a conveyor element which is in the idle state and whose transducer means have two piezoelectric elements,
die Figur 35 eine Ansicht von zwei sich übereinander befindenden Abschnitten der piezoelektrischen Elemente der in der Figur 34 gezeichneten Wandler-Mittel beim Ändern ihrer Längen,FIG. 35 is a view of two superimposed sections of the piezoelectric elements of the transducer means shown in FIG. 34 when their lengths are changed,
die Figur 36 eine Ansicht eines Bereichs des Förderorgans gemäss der Figur 34, aber in gebogenem Zustand,FIG. 36 shows a view of an area of the conveyor element according to FIG. 34, but in a bent state,
die Figur 37 eine Draufsicht auf die Förderfläche eines länglichen Förderorgans, dessen Wandler-Mittel thermoelektrische Elemente besitzen,FIG. 37 is a plan view of the conveying surface of an elongated conveying element, the converter means of which have thermoelectric elements,
die Figur 38 eine Draufsicht auf das eine Ende des in der Figur 37 ersichtlichen Förderorgans,FIG. 38 shows a plan view of one end of the in FIG. 37 shows the conveying body,
die Figur 39 eine Schrägansicht eines Bereiches des in den Figuren 37 sowie 38 gezeichneten Förderorgans, wobei nur ein einziges, thermoelektrisches Element gezeichnet ist,FIG. 39 shows an oblique view of a region of the conveyor element shown in FIGS. 37 and 38, only a single thermoelectric element being shown,
die Figur 40 eine Draufsicht auf ein ringförmiges Förderorgan mit einer im Ruhezustand in einer zur Ringachse rechtwinkligen Ebene liegenden, beim Betrieb eine sprungweise fortschreitende Welle bildenden Förderfläche,FIG. 40 is a plan view of a ring-shaped conveying element with a conveying surface which, when at rest, lies in a plane perpendicular to the ring axis and forms an abruptly advancing shaft during operation,
die Figur 41 eine Draufsicht auf ein ringförmiges Förderorgan mit einer im Ruhezustand kreiszylindrischen, beim Betrieb eine fortschreitende Welle bildenden Förderfläche,FIG. 41 shows a plan view of an annular conveying member with a circularly cylindrical conveying surface in the idle state, forming a progressive shaft during operation,
die Figur 42 einen schematisierten Längsschnitt durch eine Pumpe mit zwei länglichen Förderorganen, deren einander zugewandte Förderflächen beim Betrieb fortschreitende Wellen bilden,FIG. 42 shows a schematic longitudinal section through a pump with two elongate conveying elements, the mutually facing conveying surfaces of which form advancing waves during operation,
die Figur 43 einen Querschnitt durch die in der Figur 42 ersichtliche Pumpe,FIG. 43 shows a cross section through the pump shown in FIG. 42,
die Figur 44 eine Schrägansicht der beiden Förderorgane der Pumpe gemäss den Figuren 42 sowie 43,44 shows an oblique view of the two delivery elements of the pump according to FIGS. 42 and 43,
die Figur 45 einen schematisierten Längsschnitt durch einen Teil einer anderen Variante einer Pumpe mit zwei länglichen Förderorganen, deren einander zugewandte Förderflächen beim Betrieb fortschreitende Wellen bilden,45 shows a schematic longitudinal section through part of another variant of a pump with two elongate conveying elements, the mutually facing conveying surfaces of which form advancing waves during operation,
die Figur 46 einen schematisierten Querschnitt durch die in der Figur 45 ersichtliche Pumpe, die Figur 47 eine Draufsicht auf die sich in der Figur 45 oben befindende Seite der Förderorgane der Pumpe gemäss den Figuren 45 sowie 46, in kleinerem Massstab,FIG. 46 shows a schematic cross section through the pump shown in FIG. 45, FIG. 47 shows a plan view of the side of the delivery elements of the pump according to FIGS. 45 and 46 at the top in FIG. 45, on a smaller scale,
die Figur 48 eine nicht-massstäbliche Draufsicht auf die Längsseiten der beiden Förderorgane der Pumpe gemäss den Figuren 45 bis 47 mit einer Darstellung der Polarisationen der piezoelektrischen Elemente,48 shows a plan view, not to scale, of the longitudinal sides of the two delivery elements of the pump according to FIGS. 45 to 47 with a representation of the polarizations of the piezoelectric elements,
die Figur 49 ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs der den Elektroden der piezoelektrischen Wandler-Mittel der Pumpe gemäss den Figuren 45 bis 48 zugeführten, elektrischen Erregerspannungen,FIG. 49 shows a diagram of the time profile of the electrical excitation voltages supplied to the electrodes of the piezoelectric transducer means of the pump according to FIGS. 45 to 48,
die Figur 50 einen schematisierten und insbesondere nicht massstäblichen Schnitt durch eine Pumpe entlang von deren Längsmittellinie, wobei die Pumpe ein festes Kontaktorgan und einen Wandler mit vier durch unterschiedliche Dehnungen von piezoelektrischen Elementen wölbbaren, aber im ebenen Ruhestand gezeichneten Wandlerabschnitten aufweist,50 shows a schematic and in particular not to scale section through a pump along its longitudinal center line, the pump having a fixed contact element and a transducer with four transducer sections that can be arched by different expansions of piezoelectric elements, but are drawn in the plane retirement state,
die Figur 51 eine Draufsicht auf die in der Figur 50 ersichtliche Pumpe von oben, wobei die oberste Elektrode sowie das obere piezoelektrische Element des Wandlers weggelassen wurden,FIG. 51 shows a top view of the pump shown in FIG. 50, the top electrode and the top piezoelectric element of the transducer having been omitted,
die Figur 52 einen schematisierten, zur Längsrichtung des piezoelektrischen Wandlers rechtwinkligen Querschnitt durch diesen, und zwar durch dessen in den Figuren 50 sowie 51 am nächsten beim linken Ende angeordneten, sich im ebenen Ruhezustand befindenden Wandlerabschnitt, in grösserem Massstab,52 shows a schematic cross section, at right angles to the longitudinal direction of the piezoelectric transducer, through the latter, namely through its transducer section, which is located closest to the left end in FIGS.
die Figur 53 einen der Figur 52 entsprechenden Querschnitt des piezoelektrischen Wandlers, aber mit gewölbtem Wandlerabschnitt, die Figuren 54 bis 58 der Figur 50 entsprechende, aber stärker schematisierte und vereinfachte Längsschnitte zur Veranschaulichung der Förderung von Fluid durch zeitlich aufeinander folgende Aufwölbungen der verschiedenen Wandlerabschnitte,53 shows a cross section corresponding to FIG. 52 of the piezoelectric transducer, but with a curved transducer section, FIGS. 54 to 58 of FIG. 50 correspond to, but more schematized and simplified, longitudinal sections to illustrate the conveyance of fluid by bulges of the different converter sections that follow one another in time,
die Figur 59 ein Diagramm zur Veranschaulichung der den Elektroden des Wandles zugeführten, elektrischen Signale,FIG. 59 shows a diagram to illustrate the electrical signals supplied to the electrodes of the converter,
die Figur 60 eine stark schematisierte Darstellung einer andern Möglichkeit zur Förderung von Fluid durch Aufwölben des in den Figuren 50 bis 53 dargestellten Wandlers,60 shows a highly schematic representation of another possibility for conveying fluid by bulging the transducer shown in FIGS. 50 to 53,
die Figur 61 eine der Figur 60 entsprechende Darstellung von noch einer andern Variante zur Förderung von Fluid durch Aufwölben des Wandlers gemäss den Figuren 50 bis 53,61 shows a representation corresponding to FIG. 60 of yet another variant for conveying fluid by bulging the transducer according to FIGS. 50 to 53,
die Figur 62 einen schematisierten Längsschnitt durch eine Pumpe, die zwei mit einander verbundene Förderorgane mit je einem piezoelektrischen, im Ruhestand gezeichneten Wandler aufweist,FIG. 62 shows a schematic longitudinal section through a pump which has two conveying elements connected to one another, each with a piezoelectric transducer drawn in the retired state,
die Figur 63 einen noch stärker schematisierten und vereinfachten Längsschnitt durch die in der Figur 62 dargestellte Pumpe, wobei die am weitesten von einander entfernten Wandlerabschnitt-Paare gewölbt sind,FIG. 63 shows an even more schematic and simplified longitudinal section through the pump shown in FIG. 62, the pairs of transducer sections that are most distant from one another being curved,
die Figur 64 einen schematisierten Längsschnitt durch einen Teil eines piezoelektrischen Wandlers mit sich im Ruhestand befindenden, durch Scherung wölbbaren Wandlerabschnitten, die Figur 65 eine Draufsicht auf die obere Seite des in der Figur 64 dargestellten Wandlerteils,64 shows a schematic longitudinal section through part of a piezoelectric transducer with transducer sections that are in the retired state and can be curved by shear, FIG. FIG. 65 shows a top view of the upper side of the converter part shown in FIG. 64,
die Figur 66 einen Längsschnitt durch den in der Figur 64 ersichtlichen Wandlerteil, wobei aber ein Wandlerabschnitt in gewölbtem Zustand gezeichnet ist,66 shows a longitudinal section through the transducer part shown in FIG. 64, but with a transducer section drawn in the curved state,
die Figur 67 eine Draufsicht auf ein piezoelektrisches Element mit Elektroden, deren einander zugewandte Randabschnitte konkav gebogen sind,FIG. 67 is a plan view of a piezoelectric element with electrodes, the mutually facing edge sections of which are curved concavely,
die Figur 68 einen schematisierten Längsschnitt durch eine Pumpe mit einer sich über den ganzen Förder-Durchgang erstreckenden, piezoelektrischen Folie und an dieser befestigten, je einem aufwölbbaren Wandlerabschnitt zugeordneten, piezoelektrischen Bimorph-Wandlervorrichtungen,FIG. 68 shows a schematic longitudinal section through a pump with a piezoelectric film extending over the entire conveying passage and attached to it, each associated with an archable transducer section, piezoelectric bimorph transducer devices,
die Figur 69 eine Draufsicht auf die den Förder-Durchgang abgewandte, mit Elektroden versehene Seite der piezoelektrischen Folie der Pumpe gemäss der Figur 68, wobei die piezoelektrischen Elemente der Bimorph-Wandlervorrichtungen weggelassen wurden,69 shows a plan view of the side of the piezoelectric film of the pump according to FIG. 68 facing away from the delivery passage and provided with electrodes, the piezoelectric elements of the bimorph transducer devices having been omitted,
die Figur 70 einen Längsschnitt durch eine Pumpe, deren Förderfläche durch eine elastisch dehnbare Folie gebildet ist,FIG. 70 shows a longitudinal section through a pump, the delivery surface of which is formed by an elastically stretchable film,
die Figur 71 einen Längsschnitt durch einen Teil einer Pumpe deren Wandler zwei piezoelektrische Elemente besitzt, die für jeden aufwölbbaren Wandlerabschnitt einer zum Aufwölben dehnbaren sowie einen beim Aufwölben zusammenziehbaren Bereich haben,FIG. 71 shows a longitudinal section through part of a pump, the transducer of which has two piezoelectric elements which have a region which can be stretched for bulging and a region which can be contracted during bulging for each bulging transducer section,
die Figur 72 eine Draufsicht auf die dem Förder-Durchgang abgewandte, mit Elektroden versehene Seite des sich näher beim Förder-Durchgang befindenden, piezoelektrischen Elements der Pumpe gemäss der Figur 71 und die Figur 73 eine stark schematisierte Ansicht einer Pumpe mit mehr als zwei Fluid-Anschlüssen, wobei die sich im gezeigten Riss im inneren Bereich der Pumpe befindenden aufwölbbaren Wandlerabschnitte je von drei an sie angrenzenden, um sie herum verteilten Wandlerabschnitten umgeben sind.FIG. 72 is a plan view of the side of the piezoelectric element of the pump which is closer to the conveying passage and is provided with electrodes and is provided with electrodes, as shown in FIG. 71 and FIG. 73 shows a highly schematic view of a pump with more than two fluid connections, the bulging transducer sections located in the crack shown in the inner region of the pump each being surrounded by three transducer sections adjoining them and distributed around them.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der ErfindungPreferred embodiments of the invention
Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Pumpe weist einen Pumpenkörper 1 mit einem Stator 2 und einem um eine Drehachse 5 drehbaren Rotor 3 auf. Der Stator 2 besitzt einen formfesten Ring 11, der auf seiner sich in der Figur 1 unten befindenden, dem Hauptteil des Rotors 3 zugewandten Stirnseite eine ebene zur Drehachse 5 rechtwinklige, radiale Fläche 11a besitzt. In einem Sektor der die Fläche 11a aufweisenden Stirnseite ist eine Vertiefung 11b, nämlich eine Nut vorhanden, die entlang einem einen Teil eines zur Drehachse 5 koaxialen Kreises bildenden Bogens verläuft und eine beispielsweise rechteckige Querschnittsform hat. Die radial gemessene Breite der Vertiefung 11b beträgt mindestens 50 % und beispielsweise mindestens 70 % der radialen Breite des Rings 11. In der Vertiefung 11b ist ein einstückiger, schalen- und/oder wannenförmiger Dichtungskörper 13 eingesetzt, der auf seiner dem Grund der Vertiefung 11b abgewandten Seite seinerseits eine Vertiefung 13a, nämlich eine bogenförmige Nut, besitzt. Die Vertiefung 13a hat zum Beispiel eine Grundfläche, an die im Querschnitt von einander weg geneigte Seitenflächen anschliessen, so dass die Vertiefung im Querschnitt mindestens im wesentlichen trapezförmig ist und sich zu ihrer Mündung hin erweitert. In der Vertiefung 13a des Dichtungskörpers 13 ist ein formfestes Kontaktorgan 15 eingesetzt, das entsprechend der Querschnittsform der Ver- tiefung 13a im Querschnitt zumindest im wesentlichen trapezförmig ist, in zur Drehachse 5 paralleler Richtung ein wenig aus der Vertiefung 11b des Rings 11 herausragt und dort eine ebene, zur Drehachse 5 radiale sowie rechtwinklige Kontaktfläche 15a aufweist. Die die Kontaktfläche 15a lückenlos zusammenhängend sowie also ringartig umschliessenden und zumindest bei vom Stator 2 getrenntem Rotor 3 bei allen Rändern der Kontaktfläche 15a über diese hinausragenden Randabschnitte des Dichtungskörpers dienen als vier Dichtungen 13b, 13c, 13d, 13e. Der Stator 2 ist mit zwei Fluid-Anschlüssen 17, 19 versehen, die einen Durchgang haben, von denen der eine in der Nähe der Dichtung 13d und der andere in der Nähe der Dichtung 13e in die Kontaktfläche 15a mündet. Die beiden Anschlüsse sind fluiddicht mit dem Kontaktorgan 15 verbunden und können beispielsweise durch an diesem angeformte Stutzen oder durch aus separaten Teilen bestehende Stutzen oder Schläuche gebildet sein. Der Dichtungskörper 13, das Kontaktorgan 15 und die Anschlüsse 17, 19 sind vorzugsweise derart im Ring 11 gehalten, dass sie auch bei vom Stator getrenntem Rotor nicht aus der Vertiefung 11b herausfallen, und können zu diesem Zweck beispielsweise durch Klebverbindungen dicht und unlösbar mit dem Ring 11 bzw. mit einander verbunden sein. Auf der Fläche 11a oder, genauer gesagt, auf dem an die beiden Enden der Vertiefung 11b anschliessenden Sektor dieser Fläche ist eine Kontaktschicht 21 aufgebracht, deren dem Ring 11 abgewandte Seite eine ebene zur Drehachse 5 rechtwinklige Kontaktfläche 21a bildet.The pump shown in FIGS. 1 and 2 has a pump body 1 with a stator 2 and a rotor 3 rotatable about an axis of rotation 5. The stator 2 has a dimensionally stable ring 11 which, on its end face located in FIG. 1 and facing the main part of the rotor 3, has a flat, radial surface 11a perpendicular to the axis of rotation 5. In a sector of the end face having the surface 11a there is a depression 11b, namely a groove, which runs along a part of an arc forming a circle coaxial with the axis of rotation 5 and has, for example, a rectangular cross-sectional shape. The radially measured width of the recess 11b is at least 50% and, for example, at least 70% of the radial width of the ring 11. In the recess 11b, a one-piece, shell and / or trough-shaped sealing body 13 is used, which faces away from the base of the recess 11b Side in turn has a recess 13a, namely an arcuate groove. The depression 13a has, for example, a base area adjoined by side faces which are inclined away from one another in cross section, so that the depression in the cross section is at least substantially trapezoidal and widens towards its mouth. In the recess 13a of the sealing body 13, a dimensionally stable contact member 15 is inserted, which corresponds to the cross-sectional shape of the connector Recess 13a is at least substantially trapezoidal in cross-section, protrudes a little in the direction parallel to the axis of rotation 5 from the recess 11b of the ring 11 and there has a flat contact surface 15a, which is radial to the axis of rotation 5 and rectangular. The edge sections of the sealing body which surround the contact surface 15a in a continuous manner and thus in a ring-like manner and at least when the rotor 3 is separated from the stator 2 at all edges of the contact surface 15a serve as four seals 13b, 13c, 13d, 13e. The stator 2 is provided with two fluid connections 17, 19 which have a passage, one of which opens into the contact area 15a near the seal 13d and the other near the seal 13e. The two connections are connected to the contact element 15 in a fluid-tight manner and can be formed, for example, by connecting pieces molded onto this or by connecting pieces or hoses consisting of separate parts. The sealing body 13, the contact member 15 and the connections 17, 19 are preferably held in the ring 11 in such a way that they do not fall out of the recess 11b even when the rotor is separated from the stator, and for this purpose can be sealed and non-detachably connected to the ring, for example by adhesive connections 11 or be connected to each other. On the surface 11a or, more precisely, on the sector of this surface adjoining the two ends of the recess 11b, a contact layer 21 is applied, the side of which facing away from the ring 11 forms a flat contact surface 21a perpendicular to the axis of rotation 5.
Die zum Lagern des Rotors 3 dienenden Lagermittel weisen ein Lager 25 mit einem in der Öffnung des Rings 11 befestigten, äussern Lagerring, beispielsweise aus Kugeln bestehende Rollkörper und einen bezüglich des Stators drehbaren, inneren Lagerring auf. Der Rotor 3 weist eine im inneren Lagerring des Lagers 25 axial verschiebbar gehaltene Welle 31 auf, die an ihrem sich in der Figur 1 oberhalb des Lagers 25 befindenden Ende mit einem Gewinde 31a versehen und an ihrem anderen Ende starr mit einem formfesten, scheibenförmigen Träger 33 verbunden ist. An der dem Stator 2 zugewandten Seite des Trägers 33 ist über einen ringförmigen, deformierbaren zur Schwingungsentkopplung und -dämpfung dienenden, aus Filz bestehenden Auflage- und/oder Tragkörper 35, ein als Ganzes mit 41 bezeichnetes Förderorgan befestigt. Dieses weist WandlerMittel mit einem schematisch dargestellten, piezoelektrischen Wandler 43 zum Umwandeln ihm zugeführter, elektrischer Erregerspannungen in Kräfte und/oder Verformungen und/oder Bewegungen und einen elastisch deformierbaren, schwingfähigen Schwingkörper 45 auf. Dieser besitzt auf seiner dem Stator 2 zugewandten Stirnseite eine im Ruhezustand ebene, zur Drehachse 5 radiale sowie rechtwinklige Förderfläche 45a. Auf das Gewinde 31a ist eine Mutter 51 aufgeschraubt, die über eine Unterlagsscheibe 53 eine Feder 55, nämlich eine Tellerfeder, gegen den innerenThe bearing means used to support the rotor 3 have a bearing 25 with an outer bearing ring fastened in the opening of the ring 11, for example rolling elements consisting of balls, and an inner bearing ring rotatable with respect to the stator. The rotor 3 has one in the inner bearing ring of the bearing 25 axially displaceably held shaft 31, which is provided at its end in FIG. 1 above the bearing 25 with a thread 31a and is rigidly connected at its other end to a dimensionally stable, disk-shaped carrier 33. On the side of the carrier 33 facing the stator 2, a conveyor element, designated as a whole by 41, is attached via an annular, deformable support and / or support body 35, which is used for vibration decoupling and damping. This has transducer means with a schematically illustrated, piezoelectric transducer 43 for converting electrical excitation voltages supplied to it into forces and / or deformations and / or movements, and an elastically deformable, oscillatable vibrating body 45. On its end face facing the stator 2, the latter has a conveying surface 45a that is flat in the idle state, radial and perpendicular to the axis of rotation 5. A nut 51 is screwed onto the thread 31a and a spring 55, namely a plate spring, against the inner one via a washer 53
Lagerring des Lagers 25 drückt und dadurch das Förderorgan 41 des Rotors 3 mit einer gegen den Ring 11 des Stators 2 gerichteten Kraft beaufschlägt, so dass dessen Förderfläche 45a gegen die untere Stirnseite des Stators 2 gedrückt wird. Am Träger 33 sind - beispielsweise an dessen dem Förderorgan 41 abgewandter Stirnseite - noch eine Elektronikvorrichtung 61 und eine Batterie 63 befestigt. Die Elektronikvorrichtung 61 ist zum Beispiel über den elektrisch leitend ausgebildeten Träger 33 und/oder mindestens einen ein Loch von diesem durchdringenden, elektrischen Leiter 65 elektrisch mit dem piezoelektrischen Wandler 43 sowie ebenfalls über den Träger 33 und/oder mindestens einen elektrischen Leiter 67 mit der Batterie 63 verbunden. Die Pumpe kann noch ein nicht dargestelltes, fest mit dem Stator 2 verbundenes und/oder teilweise durch diesen gebildetes, den Rotor 3 gegen die Umgebung abgrenzendes Gehäuse aufweisen. Wenn die Pumpe zum Zuführen eines aus einer Flüssigkeit oder Suspension bestehenden Medikaments in ein Körpergewebe eines lebenden Menschen oder Tieres vorgesehen ist, kann der als Fluid-Einlass dienende Fluid-Anschluss 17 mit einem nicht dargestellten, am Stator 2 gehaltenen, das Medikament enthaltenden Reservoir und der als Fluid- Auslass dienende Fluid-Anschluss 19 über eine Kanüle mit dem betreffenden Körpergewebe verbunden sein. Der Stator 2 und/oder das allenfalls vorhandene Gehäuse der Pumpe kann aussen am Körper des betreffenden Menschen oder Tieres lösbar befestigt oder möglicherweise sogar in das Innere dieses Körpers eingesetzt werden.Presses bearing ring of the bearing 25 and thereby acts on the conveying member 41 of the rotor 3 with a force directed against the ring 11 of the stator 2, so that its conveying surface 45a is pressed against the lower end face of the stator 2. An electronic device 61 and a battery 63 are also attached to the carrier 33, for example on its end face facing away from the conveying member 41. The electronic device 61 is, for example, electrically connected to the piezoelectric transducer 43 via the electrically conductive carrier 33 and / or at least one electrical conductor 65 penetrating a hole thereof, and likewise via the carrier 33 and / or at least one electrical conductor 67 to the battery 63 connected. The pump can also have a housing (not shown) which is fixedly connected to the stator 2 and / or partially formed by it and delimits the rotor 3 from the surroundings. If the pump is intended for supplying a medicament consisting of a liquid or suspension into a body tissue of a living human or animal, the fluid connection 17 serving as the fluid inlet can be provided with a reservoir containing the medicament and held on the stator 2 and not shown the fluid connection 19 serving as the fluid outlet can be connected to the relevant body tissue via a cannula. The stator 2 and / or the possibly existing housing of the pump can be releasably attached to the outside of the body of the person or animal in question or possibly even inserted into the inside of this body.
Wie bereits erwähnt sollen der Ring 11 sowie der Träger 33 und selbstverständlich die Welle 31 aus einem formfesten Material, beispielsweise aus einem metallischen Material oder einem formfesten Kunststoff bestehen. DasAs already mentioned, the ring 11 and the carrier 33 and, of course, the shaft 31 should consist of a dimensionally stable material, for example a metallic material or a dimensionally stable plastic. The
Kontaktorgan 15 und die Kontaktschicht 21 sollen ebenfalls einigermassen formfest, steif und hart sein. Damit die Berührungsstellen, bei denen die Förderfläche 45a und die Kontaktfläche 15a einander beim nachfolgend noch näher beschriebenen Betrieb der Pumpe berühren, zumindest einigermassen fluiddicht sind, ist es jedoch günstig, wenn die Kontaktfläche 15a in ihren sich in unmittelbarer Nähe der Berührungsstellen befindenden Bereichen doch ein wenig elastisch verformbar ist. Die von den Berührungsstellen entfernten Bereiche der Kontaktfläche 15a sollen jedoch auf jeden Fall durch die Berührungen nicht merkbar verformt werden. Das Kontaktorgan 15 und die Kontaktschicht sollen also einen verhältnismässig grossen Elastizitätsmodul haben. Die Kontaktflächen 15a und 25a sollen mögliehst gut eben und glatt sein, aber vorzugsweise für den in noch eingehender beschriebenen Art beispielsweise quasi auf ihnen abrollenden Schwingkörper 45 eine mittlere bis hohe Reibung ergeben und beim Betrieb möglichst wenig Geräusche verursachen. Der die Dichtungen 13b, 13c, 13d, 13e bildende Dichtungskörper 13 soll im Vergleich mit dem Kontaktorgan 15 und der Kontaktschicht 21 möglichst gut verformbar sein und vorzugsweise auch eine grosse Volumenänderbarkeit, d.h. Komprimierbarkeit haben und/oder derart angeordnet sein, dass durch die Förderfläche 45a bewirkte Kompressionen der Dichtungen durch ungefähr quer zu den Kompressionsrichtungen gerichteten Dehnungen kompensiert werden können. Der Dichtungskörper 13 soll dementsprechend aus einem Material bestehen, dessen Elastizitätsmodul oder, genauer gesagt, linearer Dehnungs-Elastizitätsmodul oder Youngscher Elastizitätsmodul wesentlich kleiner ist als derjenige der Materialen des Kontaktkörpers 15 sowie der Kontaktschicht 21 und selbstverständlich auch des Rings 11. Ferner soll das den Dichtungskörper 13 bildende Material eine grössere Poissonsche Konstante als die das Kontaktorgan 15, die Kontaktschicht 21 sowie den Ring 11 bildenden Materialen aufweisen. Des weiteren sollen die Dichtungen 13b, 13c, 13d, 13e beim Berühren der sie bewegenden Förderflache 45a des Förderorgans 41 nur möglichst geringe Reibungskräfte erzeugen. Wenn die Förderfläche 45a die Dichtungen 13b, 13c, 13d, 13e und die Kontaktflächen 15a, 21a berührt, soll daher der sich bei der Berührung der Dichtungen mit der Förderfläche ergebende Reibungskoeffizient vorteilhafterweise kleiner sein als der Reibungskoeffizient, der sich bei der Berührung der Kontaktflächen 15a, 21a mit der Förderfläche 45a ergibt. Wie aus der Figur 2 hervorgeht haben die die Förderfläche 45a berührenden Flächen der Dichtungen 13b, 13c, 13d, 13e insgesamt eine Grösse, die wesentlich kleiner ist als die Gesamtgrösse der beiden Kontaktflächen 15a und 21a und beispielsweise höchstens 30% oder noch besser höchstens 20% der Gesamtgrösse der Kontaktflächen beträgt. Ferner sollte selbstverständlich sowohl der Dichtungskörper 13 als auch das Kontaktorgan 15 fluiddicht oder zumindest flüssigkeitsdicht sein. Zudem sollen der Dichtungskörper 13, das Kontaktorgan 15 und die Kontaktschicht 21 möglichst abriebfest sowie nicht toxisch sein.Contact member 15 and the contact layer 21 should also be reasonably stable, rigid and hard. So that the contact points at which the conveying surface 45a and the contact surface 15a touch each other during the operation of the pump, which will be described in more detail below, are at least somewhat fluid-tight, it is advantageous if the contact surface 15a is nevertheless in their areas in the immediate vicinity of the contact points is little elastically deformable. The areas of the contact surface 15a that are distant from the contact points should, however, in any case not be deformed noticeably by the contacts. The contact member 15 and the contact layer should therefore have a relatively large modulus of elasticity. The contact surfaces 15a and 25a should be as flat and smooth as possible, but preferably for the in the manner described in more detail, for example, vibrating bodies 45 rolling on them, as the case may be, produce medium to high friction and cause as little noise as possible during operation. The sealing body 13 forming the seals 13b, 13c, 13d, 13e should be deformable as well as possible in comparison with the contact member 15 and the contact layer 21 and preferably also have a large volume change, ie compressibility, and / or be arranged such that through the conveying surface 45a Compression caused by the seals can be compensated by expansions directed approximately transversely to the compression directions. Accordingly, the sealing body 13 should consist of a material whose modulus of elasticity or, more precisely, linear expansion modulus of elasticity or Young's modulus of elasticity is substantially smaller than that of the materials of the contact body 15 and the contact layer 21 and of course also of the ring 11. Furthermore, the sealing body is also intended 13 forming material have a greater Poisson constant than the materials forming the contact element 15, the contact layer 21 and the ring 11. Furthermore, the seals 13b, 13c, 13d, 13e should only generate the lowest possible frictional forces when the conveying surface 45a of the conveying member 41 touches them. Therefore, when the conveying surface 45a contacts the seals 13b, 13c, 13d, 13e and the contact surfaces 15a, 21a, the coefficient of friction resulting when the seals contact the conveying surface should advantageously be smaller than the coefficient of friction which occurs when the contact surfaces 15a contact , 21a with the conveying surface 45a. As can be seen from FIG. 2, the surfaces of the seals 13b, 13c, 13d, 13e contacting the conveying surface 45a have a size which is substantially smaller than the total size of the two contact surfaces 15a and 21a and for example at most 30% or more is better than 20% of the total size of the contact areas. Furthermore, both the sealing body 13 and the contact member 15 should of course be fluid-tight or at least liquid-tight. In addition, the sealing body 13, the contact member 15 and the contact layer 21 should be as abrasion-resistant as possible and non-toxic.
Zur Erfüllungen dieser Bedingungen besteht der Dichtungskorper 13 aus einem gummielastischen Material, nämlich zum Beispiel aus einem geschlossene Poren aufweisenden Silicon- Schaumgummi. Das Kontaktorgan 15 und die Kontaktschicht 21 bestehen zum Beispiel aus einem Material, das mindestens einen Kunststoff aufweist, und sind nämlich etwa aus aromatischen Polyamid-Fasern, die mit einem aus einem Kunstharz bestehenden Binder, etwa aromatischem Polyamid, verbunden sind, gebildet.To meet these conditions, the sealing body 13 consists of a rubber-elastic material, namely, for example, a closed-cell porous silicone foam rubber. The contact member 15 and the contact layer 21 consist, for example, of a material which has at least one plastic, namely namely made of aromatic polyamide fibers, which are connected with a binder consisting of a synthetic resin, such as aromatic polyamide.
Der Wandler 43 der Wandler-Mittel weist mindestens ein schichtförmiges, piezoelektrisches Element und beispielsweise zwei solche auf. Das bzw. jedes piezoelektrisches Element ist beispielsweise aus einer ringförmigen Scheibe aus keramischem Material, wie Blei-Zirkonat-Titanat, gebildet und mit Elektroden versehen. Eine mögliche Ausbildung eines Wandlers zur Erzeugung von Schwingungen und/oder Wellen der gewünschten, noch näher beschriebenen Art ist zum Beispiel aus der EP-A-0 169 297 bekannt, auf welche hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird. Der in dieser Publikation offenbarte Wandler weist zwei kreisringförmige, übereinander angeordnete, piezoelektrische scheibchenförmige Elemente und Elektroden auf. Der Schwingkörper 45 soll für elastische Wellen mit im Schall- und insbesondere Ultraschallbereich liegenden Frequenzen gute Schwing- und Wellenleiteigenschaften haben und zudem abriebfest und nicht toxisch sein. Der Schwingkörper 45 besteht vorzugsweise aus einem metallischen Material, wie Aluminium oder rostfreiem Stahl. Im übrigen ist die parallel zur Drehachse gemessene Abmessung des Schwingkörpers beispielsweise grösser als die in der entsprechenden Richtung gemessenen Abmessung des Wandlers 43 und kann mindestens das 5-fache und sogar ungefähr oder mindestens das 10-fache der besagten Wandler-Abemessung betragen. Wenn der Wandler 43 und der Schwingkörper 45 gemäss der Figur 1 paarweise gleiche Innen- und Aussendurchmesser haben, gelten die gleichen Mindestwerte dann auch für das Verhältnis zwischen dem Volumen des Schwingkörpers und dem Volumen des Wandlers. Die Elektronikvorrichtung 61 weist Schaltungsmittel zur Erzeugung einer sich periodisch wiederholenden Folge elektrischer Signale auf, um also die Funktion eines Signalgenerators und/oder Oszillators auszuführen. Eine mögliche Ausbildung der Elektronikvorrichtung ist ebenfalls aus der bereits zitierten EP-A-0 169 297 bekannt.The transducer 43 of the transducer means has at least one layered, piezoelectric element and, for example, two such. The or each piezoelectric element is formed, for example, from an annular disk made of ceramic material, such as lead zirconate titanate, and is provided with electrodes. A possible design of a transducer for generating vibrations and / or waves of the desired type described in more detail is known, for example, from EP-A-0 169 297, to which reference is hereby expressly made. The transducer disclosed in this publication has two circular, piezoelectric disk-shaped elements and electrodes arranged one above the other. The oscillating body 45 should have good oscillation and waveguiding properties for elastic waves with frequencies in the sound and in particular ultrasound range and should also be abrasion-resistant and non-toxic. The vibrating body 45 is preferably made of a metallic material such as Aluminum or stainless steel. Otherwise, the dimension of the vibrating body measured parallel to the axis of rotation is, for example, larger than the dimension of the transducer 43 measured in the corresponding direction and can be at least 5 times and even approximately or at least 10 times the said transducer dimension. If the transducer 43 and the vibrating body 45 according to FIG. 1 have the same inside and outside diameters in pairs, the same minimum values then also apply to the ratio between the volume of the vibrating body and the volume of the transducer. The electronic device 61 has circuit means for generating a periodically repeating sequence of electrical signals, so that it performs the function of a signal generator and / or oscillator. A possible design of the electronic device is also known from EP-A-0 169 297 already cited.
Die Feder 55 beaufschlägt das Förderorgan 41 mit einer gegen den Ring 11 gerichteten Kraft, deren Grosse mit der als Stellorgan dienenden Mutter 51 auf einen günstigen Wert einstellbar ist. Ferner greift der gummielastische Dichtungskörper 13 an der der Kontaktfläche 15a des Kontaktorgans 15 abgewandten Seite von diesem an und drückt das Kontaktorgan 15 gegen das Förderorgan 41. Da zudem die Förderfläche 45a des Schwingkörpers 45 im Ruhezustand gleich wie die ihr zugewandten Kontaktflächen 15a und 21a eben ist, liegt sie im Ruhezustand entlang einem ganzen, die Drehachse 5 umschliessenden Kreis an den Kontaktflächen 15a und 21a sowie den Dichtungen 13b, 13c, 13d, 13e mit einer gewissen Druckkraft an, so dass also auch die Kontaktflächen 15a, 21a in einer gemeinsamen Ebene liegen.The spring 55 acts on the conveying member 41 with a force directed against the ring 11, the size of which can be adjusted to a favorable value with the nut 51 serving as an adjusting member. Furthermore, the rubber-elastic sealing body 13 engages on the side facing away from the contact surface 15a of the contact member 15 and presses the contact member 15 against the conveying member 41. Since, moreover, the conveying surface 45a of the oscillating body 45 in the rest state is the same as the contact surfaces 15a and 21a facing it , it rests in the idle state along a whole circle enclosing the axis of rotation 5 on the contact surfaces 15a and 21a and the seals 13b, 13c, 13d, 13e with a certain pressure force, so that the contact surfaces 15a, 21a also lie in a common plane .
Beim Betrieb führt die Elektronikvorrichtung 61 dem Wandler 43 derart eine Folge durch Impulse oder SinusHalbwellen elektrischer Erregerspannungen gebildeter Erregersignale zu, dass der Wandler Schwingbewegungen ausführt und dadurch eine elastische Welle erregt, die sich im Inneren des Schwingkörpers 45 in der in den Figuren 2, 3 und 4 durch den Pfeil 71 bezeichneten Drehrichtung um die Achse 5 herum ausbreitet. Eine elastische Welle besteht im allgemeinen aus zwei einander überlagerten Wellen, nämlich einer Verschiebungen in der Ausbreitungsrichtung bewirkenden Longitudinalwelle und eineIn operation, the electronic device 61 leads the Transducer 43 produces a sequence of excitation signals formed by pulses or sine half-waves of electrical excitation voltages in such a way that the converter carries out oscillating movements and thereby excites an elastic wave which moves inside the oscillating body 45 in the direction of rotation indicated by the arrow 71 in FIGS. 2, 3 and 4 spreads around axis 5. An elastic wave generally consists of two superimposed waves, namely a longitudinal wave causing shifts in the direction of propagation and one
Verschiebungen quer zur Ausbreitungsrichtung bewirkenden Transversalwelle, wobei die Longitudinalwelle eine grössere Ausbreitungsgeschwindigkeit, d. h. Phasengeschwindigkeit, sowie übrigens auch eine grössere Gruppengeschwindigkeit hat als die Transversalwelle. Die elastische Welle oder, wenn man die Longitudinalwelle und die Transversalwelle als separate Wellen betrachtet, jede elastische Welle, soll vorzugsweise eine im Ultraschallbereich liegende Frequenz und also eine oberhalb etwa 20 kHz und beispielsweise auch oberhalb etwa 30 kHz liegende Frequenz haben. An der Förderfläche 45a des Schwingkörpers 45 des Förderorgans 41 entsteht dann eine Oberflächenwelle, wie sie auch unter der Bezeichnung Rayleighwelle bekannt ist. Die Förderfläche 45a wird durch diese Oberflächenwelle derart verformt, dass sie in einem Schnitt entlang einer zur Drehachse 5 koaxialen Zylinderfläche eine stetig gekrümmte Wellenlinie mit Wellentälern 73 und von diesen in axialer Richtung, d.h. parallel zur Drehachse 5, zum Ring 11 hin vorstehenden Wellenberge 75 bildet. Die Wellentäler 73 und Wellenberge 75 erstrecken sich quer zur Ausbreitungsrichtung der Oberflächenwelle, d.h. in zur Drehachse 5 radialer Richtung, über die ganze Breite der Förderfläche 45a. Die letztere wird also in einem Schnitt, der rechtwinklig zu der von ihr im Ruhezustand aufgespannten Ebene und quer zur Ausbreitungsrichtung der Oberflä- chenwelle verläuft, nicht oder höchstens wesentlich weniger stark gekrümmt als in einem Schnitt entlang einer zur Drehachse 5 koaxialen Zylinderfläche. Die Wellenberge 75 liegen mit ihren Scheiteln an den Kontaktflächen 15a, 21a an, während die die Wellentäler 73 bildenden Bereiche der Förderfläche 45a von den Kontaktflächen 15a, 21a, durch einen freien Zwischenraum getrennt sind. Die Kontaktfläche 15a des Kontaktorgans 15, der der Kontaktfläche 15a zugewandte Abschnitt der Förderfläche 45a und die über die Kontaktfläche 15a herausragenden, deformierbaren Abschnitte der Dichtungen 13b, 13c, 13d, 13d begrenzen daher zusammen einen Förder-Durchgang 77 für das durch die Pumpe zu pumpende und zu fördernde Fluid. Die deformierbaren Dichtungen 13b, 13c, 13d, 13e dienen also als den FörderDurchgang 77 bei dessen bogenförmigen Rändern und bei dessen Enden, d.h. bei den Einmündungen der Fluid-Anschlüsse 17, 19, dicht abschliessende, Deformationsbewegungen der dort vorhandenen Förderflächenabschnitte ermöglichende Abschlussmittel.Shifts transversely to the direction of propagation causing the transverse wave, the longitudinal wave having a greater propagation speed, ie phase speed, and incidentally also a greater group speed than the transverse wave. The elastic wave or, if one considers the longitudinal wave and the transverse wave as separate waves, each elastic wave, should preferably have a frequency in the ultrasound range and therefore a frequency above about 20 kHz and for example also above about 30 kHz. A surface wave then occurs on the conveying surface 45a of the vibrating body 45 of the conveying member 41, as is also known under the name Rayleigh wave. The conveying surface 45a is deformed by this surface wave in such a way that, in a section along a cylindrical surface coaxial with the axis of rotation 5, it forms a continuously curved wavy line with troughs 73 and from these in the axial direction, ie parallel to the axis of rotation 5, wave crests 75 projecting towards the ring 11 . The wave troughs 73 and wave crests 75 extend across the entire width of the conveying surface 45a transversely to the direction of propagation of the surface wave, ie in the direction radial to the axis of rotation 5. The latter is thus cut in a section that is perpendicular to the plane that it spans at rest and transverse to the direction of propagation of the surface. Chenwelle runs, not or at most significantly less curved than in a section along a cylindrical surface coaxial to the axis of rotation 5. The crests of the waves 75 rest against the contact surfaces 15a, 21a, while the regions of the conveying surface 45a forming the troughs 73 are separated from the contact surfaces 15a, 21a by a free space. The contact surface 15a of the contact member 15, the section of the conveying surface 45a facing the contact surface 15a and the deformable sections of the seals 13b, 13c, 13d, 13d which protrude beyond the contact surface 15a therefore together limit a conveying passage 77 for what is to be pumped by the pump and fluid to be pumped. The deformable seals 13b, 13c, 13d, 13e thus serve as the conveying passage 77 at its arcuate edges and at its ends, that is to say at the confluence of the fluid connections 17, 19, sealing means which enable sealing movements of the conveying surface sections present there.
Der sich beim Betrieb ergebende Förder-Durchgang 77 wird also zum grössten Teil durch die im Querschnitt seine Breitseiten bildenden Flächen 15a und 45a begrenzt, während die Dichtungen 13b, 13c, 13d, 13e nur die sehr kleinen Spalte zwischen der Kontaktfläche 15a und denThe conveying passage 77 which results during operation is therefore largely limited by the surfaces 15a and 45a forming its broad sides in cross section, while the seals 13b, 13c, 13d, 13e only the very small gaps between the contact surface 15a and the
Wellentälern 73 abschliessen. Das Förderorgan bildet dabei im Förder-Durchgang 77 Fluid aufnehmende Zellen 79, deren Grund durch ein Wellental 73 gebildet ist und die an ihren Enden durch die von den Wellenbergen gebildete Erhöhungen begrenzt und voneinander getrennt sind, so dass die Wellenberge 75 also als Endbegrenzungen der Zellen 79 dienen.Complete wave valleys 73. The conveying member forms in the conveying passage 77 fluid-absorbing cells 79, the bottom of which is formed by a wave trough 73 and the ends of which are delimited and separated from one another by the ridges formed by the wave crests, so that the wave crests 75 are the end limits of the cells 79 serve.
Ein sich beim Scheitel eines Wellenbergs 75 befindender Bereich der Förderfläche 45a bewegt sich beim Betrieb entlang einer geschlossenen Bahn 81, die in der Figur 3 dargestellten Abwicklung eine Ellipse oder eventuell einen Kreis bildet. Es sei hiebei vermerkt, dass in den Figuren 1 , 3 sowie 4 die Wellenhöhe in stark überproportionaler Grosse und die Bahn 81 in noch stärker übertriebener Grosse gezeichnet ist. Da die Scheitel-Bereiche der Wellenberge 75 die Kontaktfläche 15a des Kontaktorgans 15 oder die Kontaktfläche 21a der Kontaktschicht 21 berühren, erzeugen sie bei ihrer Bewegung infolge der zwischen den Kontaktflächen 15a, 21a und der Förderfläche 45a vorhandenen Reibung eine zu einem die Drehachse 5 umschliessenden Kreis tangentiale Abwälz- und/oder Schubkraft. Die Wellenbergscheitel-Bereiche rollen also gewissermassen auf den Kontaktflächen 15a, 21a ab, wodurch der Schwingkörper 45 und damit das ganze Förderorgan 41 sowie der ganze Rotor 3 in der Richtung des Pfeiles 71 bewegt und um die Drehachse 5 gedreht wird. Während bei den aus der bereits zitierten EP-A-0 169 297 bekannten Motoren der piezoelektrische Wandler beim Betrieb bezüglich der Motor-Drehachse feststeht, gehört er bei der anhand der Figuren 1 bis 4 beschriebenen Pumpe zum Rotor. Die Drehrichtung des Rotors 3 ist also gleich wie die Ausbreitungsrichtung der elastischen Welle, wobei aber die Dreh-Geschwindigkeit des Rotors sehr viel geringer ist als die Phasengeschwindigkeit der elastischen Welle und die Phasengeschwindigkeiten von deren Komponenten.A region of the conveying surface 45a located at the apex of a wave crest 75 moves when Operation along a closed path 81 which forms an ellipse or possibly a circle in the development shown in FIG. 3. It should be noted that in Figures 1, 3 and 4 the wave height is drawn in a disproportionately large size and the web 81 in an even more exaggerated size. Since the apex regions of the wave crests 75 touch the contact surface 15a of the contact member 15 or the contact surface 21a of the contact layer 21, when they move, they generate a circle surrounding the axis of rotation 5 as a result of the friction between the contact surfaces 15a, 21a and the conveying surface 45a tangential rolling and / or thrust. The wave crest areas therefore roll to a certain extent on the contact surfaces 15a, 21a, as a result of which the oscillating body 45 and thus the entire conveying element 41 and the entire rotor 3 are moved in the direction of the arrow 71 and rotated about the axis of rotation 5. While in the motors known from EP-A-0 169 297 already cited, the piezoelectric transducer is fixed with respect to the motor axis of rotation during operation, it belongs to the rotor in the pump described with reference to FIGS. 1 to 4. The direction of rotation of the rotor 3 is thus the same as the direction of propagation of the elastic shaft, but the speed of rotation of the rotor is very much lower than the phase speed of the elastic shaft and the phase speeds of its components.
Das Förderorgan 41 kann durch eine um die Drehachse 5 herum laufende elastische Welle mit einer seiner möglichen Resonanzfrequenzen zum Schwingen gebracht werden. DieThe conveying member 41 can be caused to oscillate by an elastic shaft running around the axis of rotation 5 with one of its possible resonance frequencies. The
Resonanzfrequenzen werden durch die schwingfähigen Teile des Förderorgans 41, d.h. durch den Wandler 43 und vor allem durch den normalerweise eine wesentlich grössere Masse als der Wandler aufweisenden Schwingkörper 45 bestimmt. Wie bereits erwähnt, haben die Longitudinal- und Transversalwelle, die sich im Innern des Schwingkörpers ausbreiten, verschiedene Phasengeschwindigkeiten. Da die Phasengeschwindigkeit gleich dem Produkt Frequenz und Wellenlänge ist, haben die beiden Wellen bei gleicher Frequenz auch verschiedene Wellenlängen. Die an der Förderfläche 45a entstehende Oberflächenwelle hat zumindest annähernd die gleiche Wellenlänge wie die Transversalwelle. Eine Resonanz ergibt sich bei den interessierenden Wellen- bzw. Schwingungsarten dann, wenn die Länge der kreisförmigen Wellenbahn gleich der Wellenlänge oder einem ganzzahligen Vielfachen von dieser ist, wobei die Länge der Wellenbahn vom betrachteten Bahnradius abhängig ist. Da für das Pumpverhalten vor allem die Oberflächenwelle massgebend ist, wird unter einer Resonanzfrequenz im folgenden eine Frequenz verstanden, bei der die entlang der kreisförmigen Mittellinie der Förderfläche verlaufende Oberflächenwelle in Resonanz ist und ihre Amplitude ein relatives Maximum hat.Resonance frequencies are determined by the vibratable parts of the conveying element 41, ie by the transducer 43 and above all by the vibrating body 45 which normally has a substantially greater mass than the transducer. As already mentioned, the longitudinal and Transversal wave that propagate inside the vibrating body, different phase velocities. Since the phase velocity is equal to the product of frequency and wavelength, the two waves have different wavelengths at the same frequency. The surface wave generated on the conveying surface 45a has at least approximately the same wavelength as the transverse wave. A resonance arises in the types of waves or oscillations of interest if the length of the circular wave path is equal to the wavelength or an integral multiple thereof, the length of the wave path depending on the path radius under consideration. Since above all the surface wave is decisive for the pump behavior, a resonance frequency is understood below to mean a frequency at which the surface wave running along the circular center line of the conveying surface is in resonance and its amplitude has a relative maximum.
Die Frequenz der erregten Welle soll vorzugsweise zumindest ungefähr und vorteilhafterweise genau gleich einer möglichen Resonanzfrequenz, beispielsweise der Resonanzfrequenz vierter Ordnung entsprechen, so dass an der Förderfläche 45a eine Welle mit vier gleichmässig um die Drehachse 5 herum verteilten Wellenbergen 75 entsteht. Damit die Elektronikvorrichtung 61 eine Folge von Signalen erzeugt, deren Wiederholungsfrequenz genau einer Resonanzfrequenz entspricht, ist die Elektronikvorrichtung vorteilhafterweise mit einem manuell einstellbaren Stellorgan zum Einstellen der Frequenz und/oder mit Regelschaltungsmitteln zum automatischen Einregeln des genauen Resonanzfrequenzwertes versehen. Man kann zum Beispiel mit dem manuell einstellbaren Stellorgan einen die Resonanzfrequenz der gewünschten Ordnung enthaltenden Frequenzbereich einstellen, so dass die automatischen Regelschaltungsmittel beim Betrieb dann die Frequenz der erregten Welle genau auf die Resonanzfrequenz der betreffenden Ordnung einregeln.The frequency of the excited wave should preferably correspond at least approximately and advantageously exactly equal to a possible resonance frequency, for example the fourth order resonance frequency, so that a wave with four wave peaks 75 distributed uniformly around the axis of rotation 5 is formed on the conveying surface 45a. So that the electronic device 61 generates a sequence of signals whose repetition frequency corresponds exactly to a resonance frequency, the electronic device is advantageously provided with a manually adjustable actuator for setting the frequency and / or with control circuit means for automatically adjusting the exact resonance frequency value. For example, the manually adjustable actuator can be used to set a frequency range containing the resonance frequency of the desired order, so that the automatic control circuit means then adjust the frequency of the excited wave to the resonance frequency of the order in question during operation.
Die an der Förderfläche 45a vorhandene Oberflächenwelle und die dadurch bewirkte, wellenförmige Verformung der Förderfläche 45a kann bezüglich des Förderorgans gleich wie die im Innern von diesem vorhandene, elastische Welle in der Richtung des Pfeils 71 fortschreiten. Die Wellenberge 75 der Förderfläche 45a bewegen sich dann in der durch den Pfeil 71 bezeichneten Richtung um die Drehachse 5 herum, wobei die Geschwindigkeit der Wellenberge relativ zum Stator 2 gleich der Summe aus der bezüglich des Rotors 3 gemessenen Ausbreitungsgeschwindigkeit der Oberflächenwelle plus der Geschwindigkeit desThe surface wave present on the conveying surface 45a and the wave-shaped deformation of the conveying surface 45a caused thereby can proceed in the direction of the arrow 71 with respect to the conveying member in the same way as the elastic wave present in the inside thereof. The wave crests 75 of the conveying surface 45a then move in the direction indicated by the arrow 71 around the axis of rotation 5, the speed of the wave crests relative to the stator 2 being equal to the sum of the propagation speed of the surface wave measured with respect to the rotor 3 plus the speed of the
Rotors 3 ist. Die Dichtungen 13b, 13c, 13d, 13e schmiegen sich sowohl bei den Wellenbergen 75 als auch bei den Wellentälern fluiddicht an die Förderfläche 45a an. Das durch den Anschluss 17 in eine Zelle 79 hinein strömende Fluid wird durch den diese in bezug auf die Dreh- und Förderrichtung am hinteren Ende begrenzenden Wellenberg und/oder eventuell auch durch die Haftreibung am restlichen, die betreffende Zelle 79 begrenzenden Bereich der Förderfläche 45a zum Anschluss 19 gefördert, so dass die Pumpe eben beim als Einlass dienenden Anschluss 17 Fluid ansaugt und beim als Auslass dienenden Anschluss 19 Fluid herauspumpt.Rotor 3 is. The seals 13b, 13c, 13d, 13e nestle against the conveying surface 45a in a fluid-tight manner both in the wave crests 75 and in the wave troughs. The fluid flowing through the connection 17 into a cell 79 is converted by the wave crest delimiting it at the rear end with respect to the direction of rotation and conveyance and / or possibly also by the static friction on the rest of the region of the conveying surface 45a delimiting the cell 79 in question Port 19 promoted so that the pump sucks in fluid at the port 17 serving as the inlet and pumps out fluid at the port 19 serving as the outlet.
Die Pumpe kann ohne weiteres derart dimensioniert und betrieben werden, dass auch beim Pumpen eines Fluids mit sehr kleinen, beispielsweise höchstens oder weniger alsThe pump can easily be dimensioned and operated in such a way that even when pumping a fluid with very small, for example at most or less than
10 mm 3/min und beispielsweise mindestens 0,1 mm3/min betragende Pump- oder Förderraten eine ausreichend genaue Dosierung möglich ist. Mittels der Pumpe kann daher eine pharmazeutische Wirksubstanz mit sehr kleiner Zufuhrrate in ein Körpergewebe eingebracht werden, ohne den Wirkstoff stark verdünnen zu müssen, wie es bei vorbekannten, einen Rotor aufweisenden Zellenpumpen häufig notwendig war.10 mm 3 / min and, for example, pump or delivery rates of at least 0.1 mm3 / min, a sufficiently precise dosage is possible. The pump can therefore be used to produce a pharmaceutical active substance with a very low feed rate can be introduced into a body tissue without having to dilute the active substance greatly, as was often necessary in the case of previously known cell pumps having a rotor.
In der Figur 3 bezeichnet lambda die entlang der gebogenen Mittellinie des Förder-Durchgangs vom Scheitel eines Wellenbergs 75 zum Scheitel des nächsten Wellenbergs 75 gemessene Wellenlänge der die Förderfläche 45a verformenden Welle. Diese Wellenlänge soll kleiner sein als der in der gleichen Weise gemessene Abstand c zwischen den einander zugeordneten Randstellen der Mündungen, bei denen die Anschlüsse 17 und 19 in den Förder-Durchgang 77 münden, und dementsprechend selbstverständlich auch kleiner als der in der gleichen Weise gemessene Anstand d der einander zugewandten Ränder der Fläche, mit denen die Dichtungen 13d und 13e an der Förderfläche anliegen. DieAbstände c und d sollen also grösser als die genannte Wellenlänge sein und können beispielsweise - wie in der Figur 3 dargestellt - kleiner als die doppelte Wellenlänge sein und nämlich höchstens etwa 150% von dieser betragen. Für den Fall, dass die Mündungen der beiden Anschlüsse nicht auf der gleichen zur Drehachse 5 koaxialen Kreislinie liegen und/oder dass die Ränder der Dichtungen 13d und 13e nicht radial verlaufen, sollen die genannten Bedingungen für die der Wellenlänge sowie den Abständen c und d zugeordneten, um die Drehachse 5 herum gemessenen Zentriwinkel gelten, wobei dann die winkelmässig am weitesten voneinander entfernten Stellen der beiden einander zugewandten Dichtungsränder zu betrachten sind. Wenn die besagte Wellenlänge und die Abmessungen c, d in dieser Weise aufeinander abgestimmt sind, befindet sich das Förderorgan 41 beim Pumpen in jedem Zeitpunkt in einem Zustand, in dem mindestens ein die Endbegrenzung einer Fluid enthaltenden Zelle 79 bildender Wellenberg 75 zwischen den einander zugewandten Rändern der Mündungen der beiden Anschlüsse im Förder-Durchgang an der Kontaktfläche zumindest annähernd und vorzugsweise vollkommen dicht anliegt. Es sei hiebei bemerkt, dass der Druck von in Körpergeweben von Menschen und Tieren allenfalls vorhandenen Flüssigkeiten im allgemeinen ungefähr gleich dem in der Umgebung herrschenden Luftdruck oder höchstens ganz geringfügig grösser als dieser ist. Ein die Kontaktfläche 15a berührender Wellenberg 73 sollte daher normalerweise ausreichen, um eine Rückströmung von Fluid entgegen der vorgesehenen Förderrichtung durch den Förder-Durchgang zumindest annähernd vollständig und für praktische Belange ausreichend zu vermeiden.In FIG. 3, lambda denotes the wavelength, measured along the curved center line of the conveying passage, from the apex of a wave crest 75 to the apex of the next wave crest 75 of the wave deforming the conveyor surface 45a. This wavelength should be smaller than the distance c measured in the same way between the mutually assigned edge points of the mouths at which the connections 17 and 19 open into the conveying passage 77, and accordingly of course also smaller than the distance measured in the same way d of the mutually facing edges of the surface with which the seals 13d and 13e bear against the conveying surface. The distances c and d should therefore be greater than the stated wavelength and, for example, as shown in FIG. 3, may be smaller than twice the wavelength and namely be at most about 150% of this. In the event that the mouths of the two connections do not lie on the same circular line coaxial with the axis of rotation 5 and / or that the edges of the seals 13d and 13e do not run radially, the conditions mentioned should be those for the wavelength and the distances c and d , apply around the axis of rotation 5 measured central angle, then the angularly most distant locations of the two mutually facing sealing edges are to be considered. If the said wavelength and the dimensions c, d are matched to one another in this way, the conveying element 41 is at any time during pumping in a state in which at least one wave crest 75 forming the end boundary of a fluid-containing cell 79 lies between the mutually facing edges of the mouths of the two connections in the conveying passage at least approximately and preferably lies completely tight on the contact surface. It should be noted here that the pressure of any liquids present in the body tissues of humans and animals is generally approximately equal to the atmospheric pressure prevailing in the environment or at most only slightly greater than this. A wave crest 73 contacting the contact surface 15a should therefore normally be sufficient to at least approximately completely and completely avoid a backflow of fluid against the intended conveying direction through the conveying passage and for practical purposes.
Falls jedoch eine vollkommenere Rückström-Sperre erwünscht ist, kann die Pumpe auch derart modifiziert werden, dass sich beim Pumpen in jedem möglichen Zustand des Förderorgans und also in jeder möglichen Stellung von diesem mindestens zwei Endbegrenzungen von Zellen bildende Wellenberge 75 zwischen den Mündungen der beiden Anschlüsse 17, 19 und den einander zugewandten Rändern der Dichtungen 13d, 13e befinden, wie es in der Figur 5 dargestellt ist, wo die Abstände c und d mehr als das 2-fache und weniger als das 3-fache der Wellenlänge betragen. Ein solches Verhältnis zwischen den Abständen c und d und der Wellenlänge kann bei gleichbleibenden Innenund Aussenradien der Kontakt- und der Förderflächen dadurch erzielt werden, dass man die zentriwinkelmässigen Abstände zwischen den beiden Anschluss-Mündungen und den die beiden Enden des Förder-Durchgangs definierenden Dichtungen vergrössert und/oder die Wellenlänge verkürzt. Letzteres kann dadurch erreicht werden, dass man die Frequenz der erzeugten Welle mindestens auf den Wert der Resonanzfrequenz der nächst höheren Ordnung vergrössert. Selbstverständlich kann man die geometrischen Abmessungen der Pumpe und die Wellenlänge auch derart aufeinander abstimmen, dass sich bei allen beim Pumpen aufhebenden Stellungen und Zuständen des Förderorgans mindestens drei oder noch mehr Wellenberge im Förder-Durchgang zwischen den beiden Anschluss-Mündungen befinden.If, however, a more complete non-return valve is desired, the pump can also be modified in such a way that when pumping in any possible state of the delivery element and thus in any possible position thereof, wave crests 75 which form at least two end boundaries of cells between the mouths of the two connections 17, 19 and the mutually facing edges of the seals 13d, 13e, as shown in FIG. 5, where the distances c and d are more than 2 times and less than 3 times the wavelength. Such a relationship between the distances c and d and the wavelength can be achieved with constant inner and outer radii of the contact and the conveying surfaces by increasing the central angular distances between the two connection mouths and the seals defining the two ends of the conveying passage and / or the wavelength is shortened. The latter can be achieved by increasing the frequency of the generated wave at least to the value of the resonance frequency of the next higher order. Of course, you can also the geometric dimensions of the pump and the wavelength on each other coordinate that at all positions and states of the conveying element which cancel the pumping, there are at least three or even more wave crests in the conveying passage between the two connection mouths.
Von den beiden Flächen 15a, 45a ist die Kontaktfläche 15a dauernd eben und die Förderfläche 45a beim Betrieb wellenförmig, wobei die Wellenhöhen der Förderfläche beim Betrieb in Wirklichkeit viel kleiner als in den Figuren 1, 3 bis 5 gezeichnet und insbesondere sehr viel kleiner als die Wellenlänge sind. Zudem haben die Kontaktfläche 15a und die Förderfläche 45a, keinerlei Unstetigkeiten. Der Förder-Durchgang hat zwischen den Einmündungen der beiden Anschlüsse 17, 19 auch keine Toträume. Die Pumpe fördert daher bei ihrem Betrieb das Fluid als dünne Schicht praktisch kontinuierlich und gleichmässig durch den FörderDurchgang.Of the two surfaces 15a, 45a, the contact surface 15a is continuously flat and the conveying surface 45a is undulating during operation, the wave heights of the conveying surface during operation actually being much smaller than shown in FIGS. 1, 3 to 5 and in particular very much smaller than the wavelength are. In addition, the contact surface 15a and the conveying surface 45a have no discontinuities. The conveying passage also has no dead spaces between the mouths of the two connections 17, 19. The pump therefore conveys the fluid as a thin layer practically continuously and evenly through the delivery passage.
Der Beispielsweise aus Filz bestehende, deformierbare Auflage- und/oder Tragkörper 35 dämpft die Übertragung vom Schwingungen des Förderorgans 41 auf den Träger 33 und dient also zur schwingungsmässigen Entkopplung des Förderorgans vom Träger 33. Zudem ermöglicht der Auflage- und/ oder Tragkörper 35 allenfalls bei und infolge der Wellenerzeugung auftretende, zur ebenen Ruheform der Förderfläche 45a parallele und/oder rechtwinklige Abmessungsänderungen des Förderorgans aufzufangen und auszugleichen.The deformable support and / or support body 35, for example made of felt, dampens the transmission of vibrations of the conveying member 41 to the carrier 33 and thus serves to decouple the conveying member from the carrier 33 in terms of vibrations and to compensate for and compensate for changes in the dimensions of the conveying element which are parallel and / or at right angles to the flat resting shape of the conveying surface 45a as a result of the wave generation.
Wenn im Förderorgan keine Wellen erregt werden und die Pumpe dementsprechend nicht pumpt, ist die Förderfläche 45a, wie bereits erwähnt, eben und liegt im FörderDurchgang von der Mündung des Anschlusses 17 bis zur Mündung des Anschlusses 19 entlang der Förderrichtung lückenlos und nämlich an der ganzen Kontaktfläche 15a an. Dadurch wird der Förder-Durchgang 77 zumindest annähernd und vorzugsweise vollständig dicht gesperrt, nämlich gewissermassen zum Verschwinden gebracht. Die Pumpe kann daher auch problemlos intermittierend betrieben werden. Dies ermöglicht, ein Medikament mit periodischen Stössen in das Gewebe eines Körpers hineinzupumpen und etwa jede Minute höchstens während 10 bis 30 Sekunden und beispielsweise während 15 bis 20 Sekunden eine vorgesehene Menge des Medikaments in das Gewebe einzubringen, so dass die im Mittel pro Zeiteinheit gepumpte Fluidmenge einer vorgegebenen Förderrate entspricht, die etwa im bereitsIf no waves are excited in the conveying element and the pump accordingly does not pump, the conveying surface 45a, as already mentioned, is flat and lies in the conveying passage from the mouth of the connection 17 to the mouth of the connection 19 along the conveying direction, namely over the entire contact surface 15a. As a result, the conveying passage 77 is at least approximately and preferably completely sealed, namely to some extent made it disappear. The pump can therefore also be operated intermittently without any problems. This makes it possible to pump a medication into the tissue of a body with periodic shocks and to introduce a prescribed amount of the medication into the tissue approximately every minute at most for 10 to 30 seconds and for example for 15 to 20 seconds, so that the fluid quantity pumped on average per unit of time corresponds to a predetermined funding rate, which is already in the
3 erwähnten Bereich von 0,1 bis 10 mm /min liegen kann.3 mentioned range from 0.1 to 10 mm / min can be.
Im übrigen kann die Elektronikvorrichtung mit einem Schalter zum Ein- und Ausschalten der Pumpe und/oder mit einem Schalter versehen sein, der ermöglicht, mittels des Wandlers 43 wahlweise eine - wie beschrieben - in derOtherwise, the electronic device can be provided with a switch for switching the pump on and off and / or with a switch which makes it possible, by means of the converter 43, to select one of the - as described - in FIG
Richtung der Pfeile 71 um die Drehachse 5 herum fortschreitende Welle oder aber eine sich in entgegengesetzter Richtung ausbreitenden Welle zu erzeugen. Wenn eine sich entgegen den Pfeilen 71 ausbreitende Welle erzeugt wird, dreht sich auch der Rotor in entgegengesetzter Richtung, so dass das Förderorgan 41 dann Fluid vom Anschluss 19 zum Anschluss 17 fördert. Die Möglichkeit, die Förderrichtung der Pumpe wahlweise zu ändern, kann im Bedarfsfall zum Beispiel ausgenutzt werden, um aus einem Vorratsbehälter Fluid in das erwähnte, allenfalls vorhandene und mit der Pumpe zusammen eine Einheit bildende Reservoir hinein zu pumpen.To produce the direction of the arrows 71 around the axis of rotation 5 around the shaft or a wave propagating in the opposite direction. If a wave propagating against the arrows 71 is generated, the rotor also rotates in the opposite direction, so that the conveying member 41 then conveys fluid from the connection 19 to the connection 17. If necessary, the possibility of changing the delivery direction of the pump can be used, for example, to pump fluid from a reservoir into the above-mentioned reservoir, which may be present and forms a unit with the pump.
Ein nach dem aus der zitierten EP-A-0 169 297 bekannten Prinzip arbeitender, einen piezoelektrischen Wandler zur Erzeugung von Ultraschallwellen aufweisender Motor ermöglicht ein Drehmoment zu erzeugen, das im Verhältnis zum Volumen des Motors wesentlich grösser ist als bei einem elektrischen Induktionsmotor. Dies gilt selbstverständlich auch für die vorgängig beschriebene, erfindungs gemäss ausgebildete Pumpe. Während bei vorbekannten Pumpen mit einem rotierenden Förderorgan zum Drehen von diesem ein separater Motor erforderlich ist, übt bei der erfindungsgemässen Pumpe der Pumpenkörper gleichzeitig noch gewissermassen die Funktion des Stators eines Motors und das Förderorgan die Funktion des Motor-Rotors aus. Bei der erfindungsgemässen, vorgängig beschriebenen Pumpe bildet diese also gewissermassen auch noch einen Motor und also ihre eigenen Antriebsmittel. Die Pumpe und ihre Antriebsmittel können daher bei vorgegebener Förderrate verhältnismässig klein ausgebildet werden.A motor which operates according to the principle known from the cited EP-A-0 169 297 and has a piezoelectric transducer for generating ultrasound waves makes it possible to generate a torque which is considerably greater in relation to the volume of the motor than in the case of an electric induction motor. Of course, this also applies to the invention described above according to trained pump. While in prior pumps with a rotating conveying element a separate motor is required to rotate the same, in the pump according to the invention the pump body simultaneously still functions to a certain extent the function of the stator of a motor and the conveying element the function of the motor rotor. In the case of the pump according to the invention described above, it also forms, to a certain extent, a motor and therefore its own drive means. The pump and its drive means can therefore be made relatively small for a given delivery rate.
Da diejenigen Bereiche der Förderfläche 45a, welche die Kontaktflächen 15a, 21a berühren, d.h. die Wellenbergscheitel-Bereiche, eine Abrollbewegung ausführen und das Förderorgan 41 und damit der ganze Rotor 3 beim Abrollen der Wellenbergscheitel-Bereiche auf den Kontaktflächen annähernd schlupffrei gedreht wird, verursachen die Berührungen der Förderfläche 45a mit den Kontaktflächen 15a, 21a praktisch keine Energieverluste durch Reibung. Weil ferner die Dichtungen 13b, 13c, 13d, 13e nur einen kleinen Teil der Förderfläche 45a berühren und verhältnismässig gute Gleiteigenschaften haben, werden die Wellen im Schwingkörper 45 und dessen schwingende Bewegungen durch die Berührung der Förderfläche 45a mit den Kontaktflächen 15a, 21a und den Dichtungen 13b, 13c, 13d, 13e nur wenig gedämpft. Dementsprechend wird auch die Drehbewegung des Förderorgans durch die Dichtungen nur verhältnismässig wenig gebremst. Zudem besitzt die Pumpe kein Reibungsverluste verursachendes Getriebe. Die Pumpe ermöglicht daher, bei der Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische, das Fördern von Fluid bewirkender Energie einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen. Dementsprechend benötigt die Pumpe zu ihrem Betrieb nur wenig elektrische Energie. Die Elektronikvorrichtung 61 muss dem piezoelektrischen Wandler 43 zum Pumpen eines Medikaments mit einer imSince those areas of the conveying surface 45a which touch the contact surfaces 15a, 21a, ie the crest of the crest areas, perform a rolling movement and the conveying member 41 and thus the entire rotor 3 is rotated almost slip-free when the crest of the crest regions on the contact surfaces Touching the conveying surface 45a with the contact surfaces 15a, 21a practically no energy losses due to friction. Furthermore, because the seals 13b, 13c, 13d, 13e touch only a small part of the conveying surface 45a and have relatively good sliding properties, the waves in the oscillating body 45 and its oscillating movements are caused by the contact of the conveying surface 45a with the contact surfaces 15a, 21a and the seals 13b, 13c, 13d, 13e only slightly damped. Accordingly, the rotary movement of the conveying member is braked by the seals only relatively little. In addition, the pump has no gearbox causing friction losses. The pump therefore makes it possible to achieve a high degree of efficiency in the conversion of electrical energy into mechanical energy which produces fluid. Accordingly, the pump requires little electrical energy to operate. The electronic device 61 must be the piezoelectric Converter 43 for pumping a drug with a
3 Bereich von etwa 0,1 bis 10 mm /min liegenden Pump- oder3 range from about 0.1 to 10 mm / min lying pump or
Förderrate ferner nur verhältnismässig kleine, elektrische Erregerspannungen zuführen, deren Wert höchstens 30 V, zweckmässigerweise höchstens 10 V, vorzugsweise höchstens 5 V und beispielsweise nur ungefähr 3 V beträgt. Dementsprechend muss auch die für die Stromversorgung der Pumpe dienende Batterie nur eine kleine Speisespannung sowie nur wenig Strom liefern und kann daher verhältnismässig klein sein.Feed rate also only supply relatively small electrical excitation voltages, the value of which is at most 30 V, expediently at most 10 V, preferably at most 5 V and for example only about 3 V. Accordingly, the battery used to power the pump only has to supply a small supply voltage and little current and can therefore be relatively small.
Die Förderrate der Pumpe ist unter anderem von der Amplitude A der Oberflächenwelle abhängig, die ihrerseits von der Grosse der dem piezoelektrischen Wandler zugeführten, elektrischen Spannung abhängig ist. Mann kann daher die Elektronikvorrichtung zum Beispiel mit einem Stellorgan versehen, mit dem die dem Wandler zugeführte, elektrische Spannung und damit die Förderrate eingestellt werden kann.The delivery rate of the pump depends, among other things, on the amplitude A of the surface wave, which in turn depends on the size of the electrical voltage supplied to the piezoelectric transducer. It is therefore possible, for example, to provide the electronic device with an actuator with which the electrical voltage supplied to the converter and thus the delivery rate can be set.
Man kann ferner zeigen, dass die Geschwindigkeit w, mit der sich ein sich bei einem Wellenbergscheitel auf der Mittellinie der Förderfläche befindender Punkt entlang einer Bahn 81 bewegt, zumindest näherungsweise proportional zur Amplitude A und proportional zur axial gemessenen Abmessung h des Schwingkörpers ist. Unter der Voraussetzung, dass der Rotor schlupffrei gedreht wird, bewegt sich die Förderfläche mit der Geschwindigkeit w um die Drehachse 5 herum. Wenn zum Beispiel der mittlere Durchmesser der Förderfläche 20 bis 30 mm, die Frequenz ungefähr 50 bis 70 kHz, die Wellenlänge lambda ein Viertel des Umfangs der Mittellinie der Förderfläche sowie die Abmessung h ungefähr 1 bis 5 mm gemacht wird und Oberflächenwellen mit im Bereich von etwa 1 bis 5 Mikrometer liegenden Amplituden erzeugt werden, wird die Geschwindigkeit w sehr viel. nämlich mindestens etwa 1000 Mal kleiner als die Phasengeschwindigkeit der Welle.It can also be shown that the speed w at which a point located at a crest of the crest on the center line of the conveying surface moves along a path 81 is at least approximately proportional to the amplitude A and proportional to the axially measured dimension h of the vibrating body. Provided that the rotor is rotated without slip, the conveying surface moves around the axis of rotation 5 at the speed w. For example, if the average diameter of the conveyor surface is 20 to 30 mm, the frequency is approximately 50 to 70 kHz, the wavelength λ is a quarter of the circumference of the center line of the conveyor surface and the dimension h is made approximately 1 to 5 mm and surface waves are in the range of approximately 1 to 5 microns lying amplitudes are generated, the speed w becomes very much. namely at least about 1000 times less than the phase velocity of the wave.
Es besteht ferner eventuell die Möglichkeit im Förderorgan 41 eine Welle zu erzeugen, deren Frequenz mehr oder weniger stark von einer der möglichen Schwing-Resonanzfrequenz des Förderorgans abweicht.There may also be the possibility of generating a wave in the conveying member 41, the frequency of which deviates more or less from one of the possible resonance resonance frequencies of the conveying member.
Die Pumpe, von der in den Figuren 6 und 7 einige Teile schematisch dargestellt sind, weist einen Pumpenkörper 101 mit einem Stator 102 und einem Rotor 103 auf, der mit nicht dargestellten Lagermitteln um eine Drehachse 105 drehbar gelagert ist. Der Stator besitzt einen formfesten Ring, der funktionsmässig dem Ring 11 der vorher beschriebenen Pumpe entspricht, jedoch gleichzeitig als Kontaktorgan 111 dient und auf seiner einen Stirnseite im wesentlichen durch eine zur Drehachse 105 rechtwinklige Kontaktfläche lila begrenzt ist. In einem Sektor der Kontaktfläche lila ist eine entlang einer geschlossenen Kurve verlaufende Nut 111b vorhanden, in die ein Dichtungskörper 113 eingesetzt ist, der aus einem in sich geschlossen, d. h. lückenlos zusammenhängenden Ring besteht und vier Dichtungen 113b, 113c, 113d, 113e bildet. Der Stator ist noch mit zwei Fluid-Anschlüssen 117, 119 versehen, die in den vom Dichtungskorper 113 umschlossenen Bereich der Kontaktfläche 111a münden.The pump, of which some parts are shown schematically in FIGS. 6 and 7, has a pump body 101 with a stator 102 and a rotor 103 which is rotatably mounted about an axis of rotation 105 with bearing means, not shown. The stator has a dimensionally stable ring which corresponds functionally to the ring 11 of the pump described above, but at the same time serves as a contact element 111 and is delimited on one end face essentially by a contact surface purple at right angles to the axis of rotation 105. In a sector of the contact surface lilac there is a groove 111b running along a closed curve, into which a sealing body 113 is inserted, which consists of a self-contained, ie. H. there is a completely continuous ring and forms four seals 113b, 113c, 113d, 113e. The stator is also provided with two fluid connections 117, 119, which open into the area of the contact surface 111a enclosed by the sealing body 113.
Der Rotor 103 besitzt ein von einem nicht dargestellten Träger gehaltenes, ringförmiges Förderorgan 141 das analog wie das Förderorgan 41 ausgebildet sein kann und Wandler-Mittel mit einem piezoelektrische Wandler 143 sowie einen Schwingkörper 145 mit einer Förderfläche 145a aufweist.The rotor 103 has an annular conveying element 141 which is held by a carrier (not shown) and which can be designed analogously to the conveying element 41 and has transducer means with a piezoelectric transducer 143 and an oscillating body 145 with a conveying surface 145a.
Das ringförmige Kontaktorgan 111 besteht zum Beispiel aus einem Kunststoff, etwa dem gleichen aus Fasern und einem Binder bestehenden Verbund-Kunststoff wie das Kontaktorgan 15 und die Kontaktschicht 21 der vorher beschriebenen Pumpe, so dass die Kontaktfläche lila und der diese bildende Bereich des Kontaktorgans 111 ähnliche Eigenschaften besitzen wie die Kontaktflächen 15a und 21a sowie das Kontaktorgan 15 und die Kontaktschicht 21. Das Kontaktorgan 111 könnte jedoch auch aus irgend einem anderen, formfesten Material gefertigt sein. Falls dieses Material nicht die für die Kontaktfläche gewünschtenThe ring-shaped contact member 111 is, for example a plastic, approximately the same composite plastic consisting of fibers and a binder as the contact member 15 and the contact layer 21 of the pump described above, so that the contact surface purple and the region of the contact member 111 forming this have similar properties as the contact surfaces 15a and 21a and the contact member 15 and the contact layer 21. However, the contact member 111 could also be made of some other dimensionally stable material. If this material is not the one required for the contact surface
Eigenschaften besitzt, kann der als Kontaktorgan dienende Ring auf seiner dem Förderorgan zugewandten Stirnseite noch mit zur Bildung der Kontaktfläche geeigneten Beschichtung versehen sein.Has properties, the ring serving as the contact element can also be provided on its end face facing the conveying element with a coating suitable for forming the contact surface.
Beim Betrieb der in den Figuren 6 und 7 dargestellten Pumpe wird die Förderfläche 145a durch die im Förderorgan erzeugte Welle derart wellenförmig deformiert, dass sich analog wie bei der Förderfläche 45a in axialer Richtung vorstehende Wellenberge bilden. Der vom ringförmigenWhen the pump shown in FIGS. 6 and 7 is in operation, the conveying surface 145a is deformed in a wave shape by the shaft generated in the conveying member in such a way that wave crests protruding in the axial direction are formed analogously to the conveying surface 45a. The ring-shaped
Dichtungskörper 113 umschlossene Bereich des sich zwischen den einander zugewandten Stirnseiten des Kontaktorgans 111 und des ringförmigen Schwingkörpers 145 ergebenden Zwischenraums dient dann als Förder-Durchgang 177, durch den analog wie durch den Förder-Durchgang 77 Fluid hindurch gefördert werden kann.Sealing body 113 enclosed area of the intermediate space between the facing end faces of the contact member 111 and the annular vibrating body 145 then serves as a conveying passage 177, through which fluid can be conveyed analogously as through the conveying passage 77.
Die in den Figuren 8 und 9 ersichtliche Pumpe besitzt einen Pumpenkörper 201 mit einem Stator 202 und einen von diesem um eine Drehachse 205 drehbar gehaltenen Rotor 203. Der Pumpenkörper weist einen die Drehachse umschliessenden Ring 211 auf, der aus sich je über einen Kreissektor erstreckenden, formfesten Ringsektoren, nämlich aus zwei mit 207 bezeichneten Ringteilen und einem mit 209 bezeichneten Ringteil gebildet ist. Die Ringteile sind bei ihren einander zugewandten Enden durch Verbindungselemente 223 derart paarweise miteinander verbunden, dass sie in zur Drehachse 205 radialer Richtung begrenzt bewegbar sind. Die erforderliche, radiale Bewegbarkeit ist im Vergleich zu den Innen- und Aussenradien der Ringteile sehr klein, so dass auch die Breiten der zwischen den Ringteil-Enden vorhandenen Zwischenräume im Vergleich zum Umfang des Rings sehr klein sein können. Die beiden Ringteile 207 haben auf ihrer der Drehachse 205 zugewandten Innenseite eine Fläche 207a, die einen Teil einer zur Drehachse koaxialen Zylinderfläche bildet. Der dritte Ringteil 209, der sich beispielsweise über einen etwas grösseren Zentriwinkel erstreckt als die beiden anderen Ringteile 207 ist auf seiner der Drehachse zugewandten Innenseite mit einer Vertiefung 209b, nämlich einer bogenförmig um die Drehachse herum verlaufenden Nut versehen. In dieser sitzt ein bogen- sowie schalen- und/oder wannenförmiger, gummielastischer, besonders deutlich in der Figur 10 ersichtlicher Dichtungskörper 213, der auf seiner der Drehachse 205 zugewandten Seite mit einer Vertiefung 213a versehen ist und beispielsweise eine ähnliche Querschnittsform hat wie der Dichtungskorper 13. Die vier die Vertiefung 213a umschliessenden Randabschnitte des Dichtungskörpers 213 bilden analog wie beim Dichtungskorper 13 je eine Dichtung 213b, 213c, 213d, 213e, wobei diese Dichtungen bei ihren Enden paarweise zusammenhängen. In der Vertiefung 213a sitzt ein Kontaktorgan 215. Dieses ist auf seiner der Drehachse 205 zugewandten Seite durch eine glatte, bogenförmige Kontaktfläche 215a begrenzt, die einen Teil einer zur Drehachse 205 koaxialen Kreiszylinderfläche bildet. Der Stator ist ferner mit zwei in die Kontaktfläche 215a mündenden Fluid-Anschlüssen 217, 219 versehen. Die der Drehachse zugewandten Flächen 207a der beiden vertiefungslosen Ringteile 207 sind mit einer Kontaktschicht 221 versehen, deren der Drehachse zugewandte Seiten als Kontaktflächen 221a dienen, von denen jede einen Teil einer Kreiszylinderfläche bildet.The pump shown in FIGS. 8 and 9 has a pump body 201 with a stator 202 and a rotor 203 which is held by the stator 202 so that it can rotate about an axis of rotation 205. The pump body has a ring 211 which surrounds the axis of rotation and which each extends over a circular sector, dimensionally stable ring sectors, namely formed from two ring parts designated 207 and a ring part designated 209. The ring parts are at their mutually facing ends by connecting elements 223 connected in pairs such that they can be moved to a limited extent in the radial direction with respect to the axis of rotation 205. The required radial mobility is very small compared to the inner and outer radii of the ring parts, so that the widths of the gaps between the ring part ends can be very small compared to the circumference of the ring. The two ring parts 207 have on their inner side facing the axis of rotation 205 a surface 207a which forms part of a cylindrical surface coaxial with the axis of rotation. The third ring part 209, which extends for example over a somewhat larger central angle than the other two ring parts 207, is provided on its inside facing the axis of rotation with a recess 209b, namely a groove running in an arc around the axis of rotation. In this sits an arch-shaped, shell-shaped and / or trough-shaped, rubber-elastic sealing body 213, which can be seen particularly clearly in FIG. 10, which is provided on its side facing the axis of rotation 205 with a recess 213a and, for example, has a cross-sectional shape similar to that of the sealing body 13 The four edge sections of the sealing body 213 enclosing the recess 213a each form a seal 213b, 213c, 213d, 213e analogously to the sealing body 13, these seals being connected in pairs at their ends. A contact member 215 is seated in the recess 213a. This is delimited on its side facing the axis of rotation 205 by a smooth, arc-shaped contact surface 215a which forms part of a circular cylindrical surface coaxial with the axis of rotation 205. The stator is also provided with two fluid connections 217, 219 opening into the contact surface 215a. The surfaces 207a of the two recessed ring parts 207 facing the axis of rotation are provided with a contact layer 221, the sides of which facing the axis of rotation serve as contact surfaces 221a, each of which is part of a Circular cylinder surface forms.
Der Rotor 203 weist als Hauptbestandteil ein Förderorgan 241 mit Wandler-Mitteln, nämlich einem piezoelektrisehen Wandler 243, und einen Schwingkörper 245 auf. Der letztere besteht aus einer einstückigen Scheibe mit im Ruhezustand kreisförmigem Umriss und ist entlang seinem Umfang durch eine in Ruhezustand kreiszylindrische Förderfläche 245a begrenzt, die in noch erläuterter Weise zur Fluidförderung und zudem in Zusammenwirkung mit den ihr zugewandten Kontaktflächen 215a, 221a zur radialen Lagerung des Förderorgans 241 und damit des ganzen Rotors 203 dient. Zur axialen Lagerung sind als zusätzliche Lagermittel beispielsweise noch auf beiden Stirnseiten des Förderorgans 241 etwa an den zentralen Bereichen der Schwingkörper-Stirnflächen angreifende, zapfenförmige Lager 225 vorhanden, die je mittels eines Bügels oder dergleichen mit Ringteilen des Rings 211 verbunden sind. Es sei hiebei vermerkt, dass die zapfenförmigen Lager nötigenfalls noch mit zur Schwingungsdämpfung und -entkopplung dienenden Mitteln versehen oder durch ein Lager mit Rollkörpern, etwa Kugeln, ersetzt werden könnten. Am Förderorgan 241 sind über zur Schwingungsdämpfung und -entkopplung dienende Auflagen 235 eine Elektronikvorrichtung 261 und eine Batterie 263 befestigt, wobei die Elektronikvorrichtung und Batterie durch nicht dargestellte, elektrische Leiter mit Elektroden des piezoelektrischen Wandlers 243 und mit einander verbunden sind.The main component of the rotor 203 is a conveyor element 241 with transducer means, namely a piezoelectric transducer 243, and an oscillating body 245. The latter consists of a one-piece disk with a circular outline in the idle state and is delimited along its circumference by a conveying surface 245a which is circular-cylindrical in the idle state and which, in the manner explained above, for the conveyance of fluid and also in cooperation with the contact surfaces 215a, 221a facing it for the radial mounting of the conveying member 241 and thus the entire rotor 203 is used. For axial mounting, pin-shaped bearings 225 are provided as additional bearing means, for example, on both end faces of the conveying element 241, for example at the central regions of the end faces of the oscillating bodies, which are each connected to ring parts of the ring 211 by means of a bracket or the like. It should be noted here that the peg-shaped bearings can, if necessary, also be provided with means for damping and decoupling vibrations or could be replaced by a bearing with rolling elements, such as balls. An electronic device 261 and a battery 263 are attached to the conveyor member 241 via supports 235 for vibration damping and decoupling, the electronic device and battery being connected to electrodes of the piezoelectric transducer 243 and to one another by electrical conductors (not shown).
Der Dichtungskörper 213, das Kontaktorgan 215, die Kontaktschicht 221 und der Schwingkörper 245 bestehen beispielsweise aus Materialen, die die gleichen Eigenschaften haben wie die entsprechenden Teile der anhand der Figuren 1 bis 4 beschriebenen Pumpe. Anstelle der bei dieser vorhandenen Feder 55 ist bei der in den Figuren 8 und 9 ersichtlichen Pumpe ein die den Ring 211 bildenden Ringteile 207 umschliessendes, gummielastisches Band 255 vorhanden, das die Ringteile 207 mit einer radial zur Drehachse 205 hin gerichteten Kraft beaufschlägt und dadurch die Kontaktflächen 215a, 221a federnd an die Förderfläche 245a andrückt.The sealing body 213, the contact member 215, the contact layer 221 and the oscillating body 245 consist, for example, of materials which have the same properties as the corresponding parts of the pump described with reference to FIGS. 1 to 4. Instead of the spring 55 present in this case, the spring shown in FIGS 9 and 9, a pump shows a rubber-elastic band 255 which surrounds the ring parts 207 and which acts on the ring parts 207 with a force directed radially towards the axis of rotation 205 and thereby resiliently presses the contact surfaces 215a, 221a against the conveying surface 245a.
Der piezoelektrische Wandler 243 weist mindestens ein beispielsweise ringscheibenförmiges, piezoelektrisches Element auf, das aus dem gleichen Material wie dasjenige des Wandlers 43 bestehen kann. Der Wandler 243 und die Elektronikvorrichtung 261 sind ausgebildet, um eine elastische Welle, nämlich eine Ultraschallwelle zu erregen, die sich im Förderorgan 241 und insbesondere in dessen Schwingkörper 245 in der Richtung des Pfeils 271 um die Drehachse 205 herum ausbreitet. Die Welle soll dabei derart beschaffen sein, dass die im Ruhezustand kreiszylindrische Förderfläche 245a durch eine Oberflächenwelle derart verformt wird, dass Wellentäler 273 und in zur Drehachse 275 radialer, rechtwinkliger Richtung nach aussen ragende Wellenberge 275 entstehen, wie es in stark übertriebener Grosse in der Figur 9 dargestellt ist. Eine die Erzeugung derartiger Ultraschallwellen ermöglichende Ausbildung eines piezoelektrischen Wandlers ist zum Beispiel aus der FR-A-2 522 216 bekannt, auf die hiermit ausdrücklich hingewiesen sei.The piezoelectric transducer 243 has at least one piezoelectric element, for example in the form of an annular disk, which can be made of the same material as that of the transducer 43. The transducer 243 and the electronic device 261 are designed to excite an elastic wave, namely an ultrasonic wave, which propagates in the conveying element 241 and in particular in its oscillating body 245 in the direction of arrow 271 around the axis of rotation 205. The shaft should be designed in such a way that the conveying surface 245a, which is circular-cylindrical in the idle state, is deformed by a surface wave in such a way that troughs 273 and wave crests 275 projecting outward in a radial direction perpendicular to the axis of rotation 275 are formed, as is the case in the greatly exaggerated size in the figure 9 is shown. A configuration of a piezoelectric transducer that enables the generation of such ultrasonic waves is known, for example, from FR-A-2 522 216, to which express reference is hereby made.
Die Wellenerzeugung soll vorteilhafterweise analog wie bei der in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Pumpen derart erfolgen, dass das Förderorgan mit einer Resonanzfrequenz, beispielsweise der Resonanzfrequenz vierter Ordnung zum Schwingen gebracht wird und dementsprechend vier über den Umfang der Förderfläche 245a verteilte Wellenberge 275 entstehen. Die Kontaktfläche 215a begrenzt dann zusammen mit den mindestens zeit- und/oder stellenweise über sie zur Drehachse hin vorstehenden Dichtungen 213b, 213c, 213d, 213e und der Förderfläche 245a einen Förder-Durchgang 277 mit Zellen 279, deren Endbegrenzungen durch die Wellenberge 275 gebildet sind. Die Scheitelbereiche der Wellenberge 275 bewegen sich auf elliptischen Bahnen, von denen eine in der Figur 9 dargestellt und mit 281 bezeichnet ist und in die rechtwinklig auf der Drehachse stehenden Ebenen liegen. Die Oberflächenwelle bewirkt analog wie bei der in den Figuren 1 bis 4 gezeichneten Pumpe eine Drehung des Rotors 203 in der Richtung des Pfeils 271. Ferner kann ebenfalls analog wie bei der Pumpe gemäss den Figuren 1 bis 4 Fluid vom Anschluss 217 zum Anschluss 219 gefördert werden.The wave generation should advantageously take place analogously to that of the pumps shown in FIGS. 1 to 4 in such a way that the conveying member is made to vibrate with a resonance frequency, for example the fourth-order resonance frequency, and accordingly four wave peaks 275 are distributed over the circumference of the conveying surface 245a. The contact surface 215a then delimits, together with the seals 213b, 213c, which protrude at least temporarily and / or in places toward the axis of rotation, 213d, 213e and the conveying surface 245a a conveying passage 277 with cells 279, the end boundaries of which are formed by the wave crests 275. The apex regions of the wave crests 275 move on elliptical orbits, one of which is shown in FIG. 9 and is designated 281 and lie in the planes perpendicular to the axis of rotation. The surface wave causes a rotation of the rotor 203 in the direction of the arrow 271 analogously to the pump shown in FIGS. 1 to 4. Furthermore, fluid can also be conveyed from the connection 217 to the connection 219 analogously to the pump according to FIGS. 1 to 4 .
Die Pumpe, von der in den Figuren 11 und 12 nur einige Teile dargestellt sind, weist einen Pumpenkörper 301 mit einem Stator 302 und einem Rotor 303 auf, der um eine Achse 305 drehbar ist. Der Stator 302 besitzt einen Ring 311, der drei mit einander verbundene Ringsektoren, nämlich zwei Ringteile 307 und ein Kontaktorgan 309, aufweist und ähnlich ausgebildet ist wie der Ring 211, sich jedoch vom Stator 202 dadurch unterscheidet, dass im als Kontaktorgan 309 dienenden Ringsektor anstelle des schalen- und/oder wannenförmigen Dichtungskörpers 213 ein ringförmiger Dichtungskörper 313 eingesetzt ist, der zur Begrenzung des Förder-Durchgangs dient. Die sich im Bereich des FörderDurchgangs befindende Kontaktfläche 309a ist dementsprechend durch eine Fläche des Kontaktorgans 309 gebildet, könnte aber selbstverständlich nötigenfalls auch durch eine auf dieses aufgebrachte Beschichtung gebildet sein. Der Rotor 303 weist ein Förderorgan 341 auf, das beispielsweise gleich oder ähnlich wie das Förderorgan 241 ausgebildet sein kann und einen Schwingkörper 345 mit einer im Ruhezustand kreiszylindrischen Förderfläche 345a besitzt. Beim Betrieb der in den Figuren 11 und 12 dargestellten Pumpe wird die Förderfläche 345a analog wie die Förderfläche 245a deformiert. Die Pumpe gemäss den Figuren 11 und 12 arbeitet dementsprechend ähnlich wie die Pumpe mit den in den Figuren 8 bis 10 gezeichneten Teilen.The pump, of which only a few parts are shown in FIGS. 11 and 12, has a pump body 301 with a stator 302 and a rotor 303, which is rotatable about an axis 305. The stator 302 has a ring 311, which has three ring sectors connected to one another, namely two ring parts 307 and a contact element 309, and is of similar design to the ring 211, but differs from the stator 202 in that the ring sector serving as the contact element 309 is used instead of the shell-shaped and / or trough-shaped sealing body 213, an annular sealing body 313 is used, which serves to limit the conveying passage. The contact surface 309a located in the region of the conveying passage is accordingly formed by a surface of the contact member 309, but could of course also be formed by a coating applied thereon if necessary. The rotor 303 has a conveying member 341, which can be designed, for example, the same or similar to the conveying member 241 and has an oscillating body 345 with a circularly cylindrical conveying surface 345a in the idle state. When the pump shown in FIGS. 11 and 12 is operating, the delivery surface 345a becomes analogous to that Conveying surface 245a deformed. The pump according to FIGS. 11 and 12 accordingly works similarly to the pump with the parts shown in FIGS. 8 to 10.
Die in der Figur 13 ersichtliche Pumpe weist einen Pumpenkörper 401 mit einem Stator 402 und einem um eine Drehachse 405 drehbaren Rotor 403 auf. Der Stator besitzt einen Ring 411, der auf seiner Innenseite eine sich zum Förderorgan des Rotors hin konisch erweiternde Fläche hat, die einen als Kontaktfläche 411a dienenden Sektor und einen Sektor mit einer Vertiefung 411b aufweist. In dieser sitzt ein schalen- und/oder wannenförmiger Dichtungskörper 413, in dem ein Kontaktorgan 415 mit einer einen Teil einer Konusfläche bildenden Kontaktfläche 415a eingebettet ist. Die Randabschnitte des Dichtungskörpers bilden dieThe pump shown in FIG. 13 has a pump body 401 with a stator 402 and a rotor 403 rotatable about an axis of rotation 405. The stator has a ring 411, which on its inside has a surface which widens conically towards the conveying member of the rotor and which has a sector serving as contact surface 411a and a sector with a recess 411b. A shell-shaped and / or trough-shaped sealing body 413 is seated therein, in which a contact element 415 is embedded with a contact surface 415a forming part of a conical surface. The edge sections of the sealing body form the
Kontaktfläche 415a unschliessende Dichtungen. Des weiteren sind zwei in die Kontaktfläche 415a mündende Fluid-Anschlüsse 417, 419 vorhanden. Der Rotor 403 ist ähnlich gelagert wie der Rotor 3 und wird wie dieser durch eine Feder mit einer Kraft beaufschlägt, die das FörderorganContact surface 415a sealing seals. There are also two fluid connections 417, 419 opening into the contact surface 415a. The rotor 403 is mounted in a similar way to the rotor 3 and, like the latter, is subjected to a force by a spring, which the conveying element
441 gegen den Ring 411 des Stators drückt. Das Förderorgan 441 besitzt einen piezoelektrischen Wandler 443 und einen Schwingkörper 445 dessen Aussen- oder Mantelfläche eine im Ruhezustand konische Förderfläche 445a bildet.441 presses against the ring 411 of the stator. The conveying member 441 has a piezoelectric transducer 443 and a vibrating body 445, the outer or outer surface of which forms a conical conveying surface 445a in the idle state.
Beim Betrieb der in der Figur 13 ersichtlichen Pumpe erregt der Wandler 443 eine sich im Förderorgan in einer Richtung um die Drehachse 405 herum ausbreitende, elastische Ultraschallwelle, so dass an der Förderfläche 445a eine Oberflächenwelle entsteht, von der zwei Wellenberge 475 durch je eine Gruppe eng benachbarter Striche angedeutet sind. Die Wellenerregung kann dabei derart erfolgen, dass die Wellenberge rechtwinklig zur konischen Förderfläche 445a über die Wellentäler vorstehen und dass sich die Wellenbergscheitel beispielsweise auf Bahnen bewegen, die entlang einer die konische Förderfläche rechtwinklig kreuzenden Konusfläche verlaufen. Man könnte jedoch eventuell auch Wellen erregen, bei denen sich die Wellenbergscheitel der konischen Förderfläche 445a wie bei der radialen Förderfläche 45a entlang in einer Zylinderfläche liegenden Bahnen oder wie bei der Förderfläche 245a entlang von in einer Radialebene liegenden Ellipsen bewegen. Der Rotor 403 wird beim Betrieb analog wie der Rotor 3 gedreht, wobei das Förderorgan 403 Fluid vom einen zum anderen Anschluss fördert.When the pump shown in FIG. 13 is in operation, the transducer 443 excites an elastic ultrasound wave that propagates in the conveying element in a direction around the axis of rotation 405, so that a surface wave is produced on the conveying surface 445a, of which two wave crests 475 are narrow by one group each adjacent strokes are indicated. The wave excitation can take place in such a way that the wave crests protrude at right angles to the conical conveying surface 445a over the wave troughs and that the wave crest crests move, for example, on tracks, which run along a conical surface crossing the conical conveying surface at right angles. However, one could possibly also excite waves in which the wave crests of the conical conveying surface 445a move along paths lying in a cylindrical surface like the radial conveying surface 45a or along ellipses lying in a radial plane like the conveying surface 245a. During operation, the rotor 403 is rotated analogously to the rotor 3, the conveying member 403 conveying fluid from one connection to the other.
In den nachfolgend beschriebenen Figuren 14 bis 20 sind jeweils durch Doppelpfeile die Richtungen angedeutet, in denen die Förderflächen ausgehend von ihrem Ruhezustand zur Bildung von Wellentälern und Wellenbergen verformt werden.In the figures 14 to 20 described below, the directions in which the conveying surfaces are deformed from their idle state to form wave troughs and wave crests are indicated by double arrows.
Beim in der Figur 14 ersichtlichen Rotor 503 bildet sein Förderorgan 541 oder zumindest dessen Schwingkörper 545 eine kreisförmige, kompakte, d. h. kein zentrales Loch aufweisende Platte. Die Wellenerregung erfolgt derart, dass an der im Ruhezustand zur Drehachse 505 rechtwinkligen Förderfläche 545a Wellenberge entstehen, die in axialer Richtung von den Wellentälern wegragen.In the rotor 503 shown in FIG. 14, its conveying member 541 or at least its oscillating body 545 forms a circular, compact, ie. H. plate with no central hole. The wave excitation takes place in such a way that wave peaks are formed on the conveying surface 545a, which is perpendicular to the axis of rotation 505 in the idle state, and project in the axial direction from the wave troughs.
Die Figur 15 zeigt einen um die Drehachse 605 drehbaren Rotor 603, dessen Förderorgan 641 einen Schwingkörper 645 aufweist. Dieser hat eine ebene, zur Drehachse rechtwinklige Platte und eine axial von diesem wegragende, ringförmige Rippe, deren der Platte abgewandte Stirnseite die im Ruhezustand zur Drehachse 605 rechtwinklige Förderfläche 645a bildet. Auf dieser bilden sich beim Betrieb in axialer Richtung vorstehende Wellenberge aus.FIG. 15 shows a rotor 603 which can be rotated about the axis of rotation 605 and whose conveying element 641 has an oscillating body 645. This has a flat plate perpendicular to the axis of rotation and an annular rib projecting axially therefrom, the end of which faces away from the plate forms the conveying surface 645a perpendicular to the axis of rotation 605 in the idle state. Protruding wave crests are formed on this during operation in the axial direction.
Das in der Figur 16 ersichtliche, um eine Drehachse 705 drehbare, ringförmige Förderorgan 741 besitzt einen Schwingkörper 745, dessen eine Stirnseite die Förderfläche 745a bildet. Die letztere besteht aus zwei entgegengesetzt konischen Teilflächen, die im Querschnitt zusammen einen Winkel bilden, dessen Schenkel oder Spitzen in axialer Richtung vom restlichen Teil des Förderorgans wegragt. Die Wellenberge ragen wiederum in axialer Richtung von den Wellentälern weg.The ring-shaped conveying element 741 that can be seen in FIG. 16 and rotates about an axis of rotation 705 has one Vibrating body 745, one end of which forms the conveying surface 745a. The latter consists of two oppositely conical partial surfaces, which together form an angle in cross section, the legs or tips of which protrude in the axial direction from the remaining part of the conveying member. The wave crests protrude in the axial direction away from the wave troughs.
Das in der Figur 17 gezeichnete, ringförmige Förderorgan 841 weist einen Schwingkörper 845 auf, dessen Förderfläche 845 durch die äussere, im Ruhezustand kreiszylindrische Mantelfläche gebildet ist. Die Welienerregung erfolgt wie beim Förderorgan 241 derart, dass die Wellenberge von den Wellentälern radial zur Drehachse 805 nach aussen ragen.The ring-shaped conveying element 841 shown in FIG. 17 has an oscillating body 845, the conveying surface 845 of which is formed by the outer circumferential cylindrical surface in the idle state. As with the conveying element 241, the wave excitation takes place in such a way that the wave crests project outward from the wave troughs radially to the axis of rotation 805.
Die Figur 18 zeigt ein um eine Drehachse 905 drehbares, ringförmiges Förderorgan 941 mit einem Schwingkörper 945, dessen äussere Mantelfläche als Förderfläche 945a dient. Diese besteht hier aus zwei entgegengesetzt konischen Teilflächen, die zusammen einen Winkel mit nach aussen ragendem Scheitel bilden. Beim Betrieb wird durch die Wandler-Mittel des Förderorgans 941 eine Ultraschallwelle erregt, welche die Förderfläche 945a derart verformt, dass radial nach aussen ragende Wellenberge entstehen.FIG. 18 shows an annular conveyor element 941 rotatable about an axis of rotation 905 with an oscillating body 945, the outer surface of which serves as the conveyor surface 945a. This consists of two oppositely conical partial surfaces, which together form an angle with the apex protruding outwards. During operation, the transducer means of the conveying element 941 excites an ultrasonic wave, which deforms the conveying surface 945a in such a way that wave crests projecting radially outwards.
Das in der Figur 19 gezeichnete, um eine Drehachse 1005 drehbare, ringförmige Förderorgan 1041 hat einen Schwingkörper 1045. Die Förderfläche 1045a ist bei dieser Variante durch die im Ruhezustand kreiszylindrische, innere Mantelfläche des Schwingkörpers 1045 gebildet und wird beim Betrieb derart wellenförmig verformt, dass radial und rechtwinklig zur Drehachse 1005 hin vorstehende Wellenberge entstehen. Das gemäss der Figur 20 ausgebildete, um eine Drehachse 1105 drehbare, ringförmige Förderorgan 1141 besitzt einen Schwingkörper 1145. Dieser hat eine als Förderfläche 1145 dienende, im Ruhezustand konische, innere Manteifläche, die beim Betrieb derart wellenförmig verformt wird, dass rechtwinklig zu ihren Mantellinien nach innen, d. h. zur Drehachse 1105 hin vorstehende Wellenberge entstehen. Die Scheitelbereiche der Wellenberge bewegen sich dementsprechend analog wie bei der konischen Förderfläche 445a auf Bahnen, die in einer rechtwinklig auf der im Ruhezustand konischen Förderfläche 1145 stehenden Konusfläche liegen.The ring-shaped conveying element 1041 shown in FIG. 19 and rotatable about an axis of rotation 1005 has an oscillating body 1045. In this variant, the conveying surface 1045a is formed by the inner cylindrical surface of the oscillating body 1045, which is cylindrical in the idle state, and is deformed in an undulating manner during operation in such a way that radial and wave crests protruding at right angles to the axis of rotation 1005 arise. The annular conveyor element 1141, which is designed according to FIG. 20 and can be rotated about an axis of rotation 1105, has an oscillating body 1145. This has a conical inner surface, which serves as the conveying surface 1145 and is conical in the idle state, which is deformed in a wave shape during operation in such a way that it is perpendicular to its surface lines inside, ie protruding wave crests are formed towards the axis of rotation 1105. The apex regions of the wave crests accordingly move analogously to the conical conveying surface 445a on tracks which lie in a cone surface at right angles to the conical conveying surface 1145 which is conical in the idle state.
Die in den Figuren 14 bis 20 nicht dargestellten Statoren sind selbstverständlich derart ausgebildet, dass sie analog wie bei den vorher beschriebenen, erfindungsgemässen Pumpen Kontaktflächen aufweisen und zusammen mit den Förderorganen Förder-Durchgänge begrenzen, durch die ein Fluid gefördert werden kann.The stators (not shown in FIGS. 14 to 20) are of course designed in such a way that they have contact surfaces analogous to the previously described pumps according to the invention and, together with the conveying members, limit conveying passages through which a fluid can be conveyed.
Man kann auch die Bildung eines Förder-Durchgangs vorsehen, der sich annähernd über einen vollen Kreisumfang erstreckt. Die beiden Enden des Förder-Durchgangs können in diesem Fall durch ein und dieselbe Dichtung voneinander getrennt sein, so dass also diese Dichtung beide Enden des Förder-Durchgangs begrenzt. Eine solche Pumpe ist an sich mit radialer, kreiszylindrischer und konischer Kontaktfläche möglich. In den Figuren 21 und 22 sind stark schematisiert solche Pumpen dargestellt, bei denen die beiden Enden des Förder-Durchgangs durch die gleicheIt is also possible to provide for the formation of a conveying passage which extends approximately over a full circumference. In this case, the two ends of the conveying passage can be separated from one another by one and the same seal, so that this seal therefore delimits both ends of the conveying passage. Such a pump is per se possible with a radial, circular cylindrical and conical contact surface. In FIGS. 21 and 22, pumps are shown in a highly schematic manner in which the two ends of the conveying passage are through the same
Dichtung begrenzt sind. Die Pumpen sind dabei aus Gründen der Anschaulichkeit mit einer kreiszylindrischen Kontaktfläche gezeichnet, obschon bei Pumpen mit sich über einen derart grossen Zentriwinkel erstreckenden Förder-Durchgangen radiale Kontakt-Flächen gewisse Vorteile ergeben und insbesondere mit konstruktiv einfacheren Mitteln ermöglichen, die Kontakt- und Förderflachen federnd gegeneinander zu drücken.Seal are limited. For reasons of clarity, the pumps are drawn with a circular cylindrical contact surface, although pumps with radial delivery passages extending over such a large central angle give certain advantages and, in particular, with structurally simpler means enable the contact and conveying surfaces to be pressed resiliently against one another.
Die in der Figur 21 ersichtliche Pumpe weist einen Pumpenkörper 1201 mit einem Stator 1202 und einem Rotor 1203 auf. Der Stator besitzt einen einstückig gezeichneten, eventuell aber analog wie der Ring 211 mehrteilig ausgebildeten Ring 1211. Ein auf der Innenseite des Rings 1211 angeordneter, einstückiger Dichtungskörper 1213 weist zwei ringförmige, die Drehachse vollständig umschliessende, in axialer Richtung durch einen Zwischenraum getrennte, je eine seitliche Dichtung 1213b bildende Abschnitte und einen diese bei einer Umfangsstelle miteinander verbindenden zur Drehachse parallelen Steg auf, der eine Dichtung 1213d bildet. Im von den Dichtungen umschlossenen Rand der Innenseite des Rings 1211 ist ein Kontaktorgan 1215 angeordnet, der auf seiner der Drehachse zugewandten Seite eine kreiszylindrische Kontaktfläche 1215a bildet. Zwei Fluid-Anschlüsse 1217 und 1219 münden auf einander abgewandten Seiten der Dichtung 1213d in der Nähe von dieser in die Kontaktfläche 1215a.The pump shown in FIG. 21 has a pump body 1201 with a stator 1202 and a rotor 1203. The stator has a ring 1211 which is drawn in one piece, but possibly in several parts in the same way as the ring 211. A one-piece sealing body 1213 arranged on the inside of the ring 1211 has two ring-shaped seals, each completely enclosing the axis of rotation and separated by an intermediate space in the axial direction lateral seal 1213b sections and a web connecting them at a circumferential point to the axis of rotation parallel, which forms a seal 1213d. A contact element 1215 is arranged in the edge of the inside of the ring 1211 enclosed by the seals and forms a circular cylindrical contact surface 1215a on its side facing the axis of rotation. Two fluid connections 1217 and 1219 open on opposite sides of the seal 1213d in the vicinity thereof in the contact surface 1215a.
Der Rotor 1203 besitzt ein Förderorgan 1241 mit einem Schwingkörper 1245, der eine im Ruhezustand kreiszylindrische Förderfläche 1245a bildet. Diese wird beim Betrieb derart wellenförmig verformt, dass zwei gegenüberstehende Wellentäler 1273 und dazwischen zwei Wellenberge 1275 und ein Förder- Durchgang 1277 entstehen. Der letztere erstreckt sich von der einen Seite der Dichtung 1213d bis zu deren anderer Seite und also annähernd entlang einer ganzen Kreislinie, nämlich über einen mindestens 300° betragenden Zentriwinkel.The rotor 1203 has a conveying member 1241 with a vibrating body 1245, which forms a circularly cylindrical conveying surface 1245a in the idle state. During operation, this is deformed in a wave shape such that two opposing wave troughs 1273 and in between two wave crests 1275 and a conveying passage 1277 are formed. The latter extends from one side of the seal 1213d to the other side thereof and thus approximately along an entire circular line, namely over a central angle of at least 300 °.
Die Pumpe gemäss der Figur 22 ist weitgehend ähnlich ausgebildet wie die in der Figur 21 ersichtliche Pumpe, unterscheidet sich jedoch von dieser dadurch, dass die piezoelektrischen Wandler-Mittel ihres Förderorgans 1341 beim Betrieb eine Welle erzeugen, welche die Förderfläche 1345a des Schwingkörpers 1345 derart verformt, dass drei über den Umfang verteilte Wellentäler 1373 und natürlich auch drei Wellenberge 1375 entstehen.The pump according to FIG. 22 is largely similar designed like the pump shown in FIG. 21, but differs from it in that the piezoelectric transducer means of its delivery member 1341 generate a shaft during operation, which deforms the delivery surface 1345a of the oscillating body 1345 in such a way that three troughs 1373 distributed over the circumference and, of course, three wave crests were created in 1375.
Selbstverständlich können bei Pumpen der in den Figuren 21 und 22 dargestellten Art Wellen erregt werden, die noch mehr über den Umfang verteilte Wellenberge bilden. Ferner wäre eventuell sogar möglich, eine Welle mit der Grund-Resonanzfrequenz des Schwingkörpers zu erzeugen, so dass auf der Förderfläche nur ein einziger Wellenberg entsteht. Wenn das rotierende Förderorgan bei einer solchen Pumpe in eine Drehstellung gelangt, in der sich der Wellenberg bei der der Dichtung 1213d entsprechenden Dichtung befindet, ergibt sich während einer kurzen Zeitdauer ein Zustand, in welchem der Förder-Durchgang über seine ganze Länge offen ist. Eine Wellenerregung mit der Grund-Resonanzfrequenz ist also nicht sehr günstig und wäre höchstens für Zwecke verwendbar, bei denen entweder beim Fluid-Auslass kein Gegendruck vorhanden oder aber eine gewisse Fluid-Rückströmung akzeptabel ist.Of course, in pumps of the type shown in FIGS. 21 and 22, waves can be excited which form even more wave peaks distributed over the circumference. Furthermore, it might even be possible to generate a wave with the basic resonance frequency of the vibrating body, so that only a single wave crest is created on the conveying surface. When the rotating conveying element in such a pump reaches a rotational position in which the wave crest is located at the seal corresponding to the seal 1213d, a state arises in a short period of time in which the conveying passage is open over its entire length. Wave excitation with the basic resonance frequency is therefore not very favorable and would only be usable for purposes in which either there is no back pressure at the fluid outlet or a certain fluid backflow is acceptable.
Die Figur 23 zeigt eine Pumpe, mit einem Pumpenkörper 1401, dessen Stator 1402 zusammen mit dem Förderorgan 1441 des Rotors 1403 zwei Förder-Durchgänge 1477 begrenzt, die sich je über einer weniger als 180° betragenden Zentriwinkel erstrecken. Der Stator ist dementsprechend für jeden Förder-Durchgang mit zwei Fluid-Anschlüssen 1417, 1419 versehen. Die Wandler-Mittel des Förderorgans 1441 können beim Betrieb einer solchen Pumpe eine Welle erregen, die auf der Förderfläche 1445a des Schwingkörpers 1445 beispielsweise sechs Wellenberge 1475 bildet. Eine solche Pumpe mit zwei fluidmässig getrennten Förder-Durchgängen ermöglicht gleichzeitig zwei flüssige Medikamente separat in das gleiche oder in verschiedene Körpergewebe eines Patienten zu pumpen, was in gewissen Fällen vorteilhaft sein kann. Die in der Figur 23 ersichtliche Pumpe hat eine im Ruhezustand kreiszylindrische Förderfläche, könnte aber selbstverständlich auch eine im Ruhezustand radiale oder konische Förderfläche haben.FIG. 23 shows a pump with a pump body 1401, the stator 1402 of which, together with the delivery member 1441 of the rotor 1403, delimits two delivery passages 1477, each of which extends over a central angle of less than 180 °. The stator is accordingly provided with two fluid connections 1417, 1419 for each conveying passage. The converter means of the conveying element 1441 can excite a shaft when operating such a pump, which forms, for example, six wave crests 1475 on the conveying surface 1445a of the oscillating body 1445. Such a pump with two fluidly separate delivery passages allows two liquid medications to be pumped separately into the same or different body tissues of a patient, which can be advantageous in certain cases. The pump shown in FIG. 23 has a circularly cylindrical delivery surface in the idle state, but could of course also have a radial or conical delivery surface in the idle state.
Die einen Rotor aufweisenden Pumpen können noch auf andere Arten modifiziert werden. Wenn beispielsweise bei der Pumpe gemäss den Figuren 1 bis 4 sowie bei der Pumpe gemäss den Figuren 8 bis 10 die Berührung der Förderfläche 45a bzw. 245a mit der sich im Förder-Durchgang befindenden Kontaktfläche 15a bzw. 215a beim Betrieb zum Drehen des Rotors ausreicht, können die Kontaktschichten 21 bzw. 221 weggelassen werden, so dass die Förderflächen dort keinen Kontakt mit den Statoren haben und diese also ausschliesslich bei den sich im Förder-Durchgang befindenden Kontaktflächen 15a, 215a und den Dichtungen berühren. Dadurch kann die Dämpfung der erregten Wellen reduziert werden.The pumps having a rotor can be modified in other ways. If, for example, in the pump according to FIGS. 1 to 4 and in the pump according to FIGS. 8 to 10, the contact of the conveying surface 45a or 245a with the contact surface 15a or 215a located in the conveying passage is sufficient to rotate the rotor during operation, The contact layers 21 or 221 can be omitted, so that the conveying surfaces there have no contact with the stators and therefore only touch the stators in the conveying passage 15a, 215a and the seals. This can reduce the damping of the excited waves.
Ferner könnte man eventuell die Förderorgane in deren Schwingkörper sich beim Pumpen elastische Wellen ausbreiten, undrehbar mit den Kontaktorganen verbinden. Da die beim Pumpen von den Förderflächen gebildeten Wellenbergscheitel dann nicht mehr auf den Kontaktflächen abrollen, sondern über diese gleiten, werden die Kontaktflächen dann vorteilhafterweise möglichst glatt ausgebildet. Bei einem Verzicht auf eine drehbare Lagerung der Förderorgane könnte man dieses zudem aus einem Ring bilden, der statt kreisförmig beispielsweise elliptisch oder oval ist, wobei dementsprechend sich entlang einer elliptischen bzw. ovalen, ebenen, geschlossenen Bahn ausbreitende Wellen erzeugt werden könnten.Furthermore, one could possibly convey the pumping elements in their oscillating bodies, elastic waves during pumping, non-rotatably connecting them to the contact elements. Since the crests of the wave crests formed by the pumping surfaces no longer roll on the contact surfaces, but rather slide over them, the contact surfaces are then advantageously formed as smoothly as possible. If there is no need for a rotatable mounting of the conveying elements, this could also be formed from a ring which, instead of being circular, is, for example, elliptical or oval, in which case waves that propagate along an elliptical or oval, flat, closed path could be generated.
Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen der er- findungsgemässen Pumpe werden in den Förderorganen beim Betrieb sich entlang einer Kreislinie oder eventuell einer sonstigen geschlossenen, ebenen Bahn stetig ausbreitende, elastische Wellen erregt. Die Frequenzen der Wellen werden dabei derart auf die Formen, geometrischen Abmessungen und Materialeigenschaften der Förderorgane abgestimmt, dass sie vorzugsweise genau die Werte möglicher Resonanzfrequenzen haben oder höchstens verhältnismässig wenig von einer solchen Resonanzfrequenzen abweichen. Dies ermöglicht, mit verhältnismässig kleine Abmessungen aufweisenden Pumpen und mit relativ kleinen den piezoelektrischen Wandlern zugeführten elektrischen Spannungen eine zur Erzielung der gewünschten Förderrate ausreichende Wellenamplitude zu erzielen.In the previously described embodiments of the Pumps according to the invention are excited in the conveying elements during operation along a circular line or possibly another closed, flat path, continuously expanding elastic waves. The frequencies of the waves are matched to the shapes, geometrical dimensions and material properties of the conveyor elements in such a way that they preferably have exactly the values of possible resonance frequencies or at most deviate relatively little from such resonance frequencies. This makes it possible to achieve a wave amplitude sufficient to achieve the desired delivery rate with pumps having relatively small dimensions and with relatively small electrical voltages supplied to the piezoelectric transducers.
Jetzt sollen jedoch Ausführungsformen von Pumpen beschrieben werden, bei denen eine wirkungsvolle Verformung von Förderflächen möglich ist, ohne sich kontinuierlich entlang von geschlossenen Bahnen ausbreitende, Resonanzen ergebende Wellen zu erregen. Die Förder-Durchgänge brauchen daher bei diesen nachfolgend näher beschriebenen Pumpen auch nicht notwendigerweise entlang von geschlossenen Bahnen zu verlaufen, sondern können wahlweise entlang von Geraden und/oder Bogen verlaufen. Ferner brauchen die Förderorgane auch nicht bezüglich eines Stators drehbar zu sein, sondern können - abgesehen von den zur Erzeugung von mehr oder weniger wellenartigen Verformungen der Förderflächen dienenden Deformationsbewegungen - bezüglich des restlichen Pumpenkörpers ruhend sein.Embodiments of pumps, however, are now to be described, in which an effective deformation of the conveying surfaces is possible without continuously exciting waves which propagate along closed paths and produce resonances. With these pumps, which are described in more detail below, the conveying passages therefore do not necessarily have to run along closed paths, but can optionally run along straight lines and / or curves. Furthermore, the conveying members need not be rotatable with respect to a stator, but can - apart from the deformation movements serving to produce more or less wave-like deformations of the conveying surfaces - be stationary with respect to the rest of the pump body.
Die Figuren 24 und 25 zeigen eine Ausführungsform einer derartigen Pumpe mit einem rotorlosen Pumpenkörper 2001. Dieser weist eine ebene Platte 2009 und eine starr mit dieser verbundene Haube 2011 auf, die zusammen die formfeste Wandung einer allseitig geschlossenen Kammer mit zumindest im allgemeinen quaderförmigem Umriss bilden. Im Innenraum der Kammer ist ein gummielastischer Dichtungskörper 2013 angeordnet, der mit einer Vertiefung 2013a versehen ist und eine Wanne oder Schale mit etwa quaderförmigem Umriss bildet. In der Vertiefung 2013a ist ein formfestes Kontaktorgan 2015 gehalten, das die Form einer länglichen geraden Platte oder Leiste hat und eine ebene, längliche Kontaktfläche 2015a bildet. Die Randabschnitte des Dichtungskörpers 2013 bilden analog wie bei den vorher beschriebenen Pumpen Dichtungen, von denen die beiden Dichtungen 2013b, 2013c entlang den Längsrändern der Kontaktfläche 2015 und nämlich, parallel zur Förderrichtung der Pumpe verlaufen, während die beiden Dichtungen 2013d, 2013e entlang den beiden kürzeren Rändern der Kontaktfläche und quer zur Förderrichtung verlaufen. Zwei Fluid-Anschlüsse 2017, 2019 dringen von der Umgebung her durch die Haube 2011 hindurch und bilden in die Kontaktfläche 2015a mündende Durchgänge.Figures 24 and 25 show an embodiment of such a pump with a rotorless pump body 2001. This has a flat plate 2009 and a hood 2011 rigidly connected to it, which together with the dimensionally stable wall of a chamber closed on all sides at least generally form a rectangular outline. A rubber-elastic sealing body 2013 is arranged in the interior of the chamber, which is provided with a recess 2013a and forms a trough or shell with an approximately cuboidal outline. A dimensionally stable contact element 2015 is held in the recess 2013a, which has the shape of an elongated straight plate or strip and forms a flat, elongated contact surface 2015a. The edge sections of the sealing body 2013 form seals analogously to the previously described pumps, of which the two seals 2013b, 2013c run along the longitudinal edges of the contact surface 2015, namely, parallel to the direction of delivery of the pump, while the two seals 2013d, 2013e along the two shorter ones Edges of the contact surface and transverse to the conveying direction. Two fluid connections 2017, 2019 penetrate from the surroundings through the hood 2011 and form passages opening into the contact surface 2015a.
Im Innenraum der vom Pumpenkörper 2011 gebildeten Kammer ist ein längliches, streifenförmiges Förderorgan 2041 mit Wandler-Mitteln, nämlich einem piezoelektrischen Wandler 2043 angeordnet. Dieser weist ein schichtförmiges, piezoelektrisches Element 2044 und einen Biegekörper 2045 mit einer der Kontaktfläche 2015a zugewandten Förderfläche 2045a auf. Diese ist im Ruhezustand eben und kann beim Betrieb in einem in der Längsrichtung des Förderorgans verlaufenden Schnitt in noch näher beschriebener Weise wellenförmig gebogen werden, wie es in der Figur 24 mit stark übertriebener Wellenhöhe dargestellt ist. Die bei der Biegung der Förderfläche 2045a entstehenden Wellentäler 2073 und Wellenberge 2075 erstrecken sich quer zum Förderorgan 2041 über die ganze Breite der Förderfläche, wie es in der Figur 25 ersichtlich ist. Die Förderfläche 2045a wird also in einem quer zum Förderorgan verlaufenden Schnitt nicht oder höchstens wesentlich weniger gebogen als in einem Längsschnitt. Die wellenförmige Verformung des Förderorgans 2041 und des diese zumindest im wesentlichen bildenden Wandlers 2043 verursacht zudem Längenänderungen des Förderorgans und seiner Abschnitte. Wenn nämlich die Förderfläche ausgehend von ihrer ebenen Ruheform wellenförmig gebogen wird, verkürzt sich das Förderorgan ein wenig. Das Förderorgan 2041 ist in der von der Platte 2009 und der Haube 2011 begrenzten Kammer derart gehalten, dass es beim Pumpen die zur wellenförmigenIn the interior of the chamber formed by the pump body 2011, an elongated, strip-shaped conveying element 2041 with transducer means, namely a piezoelectric transducer 2043, is arranged. This has a layered, piezoelectric element 2044 and a bending body 2045 with a conveying surface 2045a facing the contact surface 2015a. This is flat in the idle state and can be bent in a wave-shaped manner in operation in a section running in the longitudinal direction of the conveying member, as is shown in FIG. 24 with a greatly exaggerated wave height. The wave troughs 2073 and wave peaks 2075 that arise when the conveying surface 2045a bends extend across the entire width of the conveying surface transversely to the conveying element 2041, as can be seen in FIG. The conveyor surface 2045a is thus in a cross-section to the conveyor member Cut not curved or at most significantly less curved than in a longitudinal section. The wave-shaped deformation of the conveyor member 2041 and the transducer 2043 which at least essentially forms it also causes changes in length of the conveyor member and its sections. If the conveying surface is bent in a wave shape starting from its flat resting shape, the conveying element is shortened a little. The conveying element 2041 is held in the chamber delimited by the plate 2009 and the hood 2011 in such a way that it is undulating when pumped
Biegung der Förderfläche erforderlichen Deformationen ausführen und dabei auch seine Länge ein wenig ändern kann, abgesehen davon aber als Ganzes bezüglich des restlichen Pumpenkörpers ruhend ist und sich insbesondere im Gegensatz zu den Förderorganen der vorher beschriebenen, einen Rotor aufweisenden Pumpen als Ganzes bezüglich der Kontaktfläche 2045a nicht parallel zur Förderrichtung bewegt. Das Förderorgan kann zum Beispiel bei den Rändern seiner Förderfläche auf von einer Erweiterung 2011a des Innenraums der Haube 2011 gebildeten Schultern aufliegen und auf seiner der Förderfläche 2045a abgewandten Seite über einen schichtförmigen etwas deformierbaren, zum Beispiel aus Filz bestehenden Auflage- und/oder Tragkörper 2035 von der Platte 2009 gehalten sein.Bend the conveying surface necessary deformations and thereby also change its length a little, but apart from that it is at rest with respect to the rest of the pump body and, in particular in contrast to the conveying members of the previously described pumps having a rotor, as a whole with respect to the contact surface 2045a moved parallel to the conveying direction. At the edges of its conveying surface, for example, the conveying member can rest on shoulders formed by an extension 2011a of the interior of the hood 2011 and on its side facing away from the conveying surface 2045a via a layered, somewhat deformable support and / or support body 2035 made of felt, for example of the 2009 record.
Das Material des Kontaktorgans 2015 soll einen wesentlich grösseren Elastizitätsmodul haben als dasjenige des Dichtungskörpers 2013. Der Dichtungsörper 2013 und das Kontaktorgan 2015 können auch sonst weitgehend ähnliche Eigenschaften haben, wie die entsprechenden Bauteile der vorgängig beschriebenen, einen Rotor aufweisenden Pumpen. Während jedoch bei den letzteren günstig sein kann, dass die Kontaktflächen beim Berühren der Förderflächen eine gewisse Mindestreibung ergeben, ist dies bei der Kontaktfläche 2015a nicht erforderlich. Die Kontaktfläche 2015a kann also ohne weiteres möglichst vollkommen glatt und reibungsarm ausgebildet sein. Der Dichtungskörper 2013 besteht also etwa aus einem Silicon-Schaumgummi, während das Kontaktorgan 2015 zum Beispiel aus einem faserlosen, formfesten Kunststoff bestehen kann. Im übrigen soll der Dichtungskörper 2013 und/oder der eventuell auch ein wenig federnde Auflage- und/oder Tragkörper 2035 das Kontaktorgan 2015 und das Förderorgan 2041 federnd gegeneinander drücken, so dass die einander überdeckenden Bereiche der Kontaktfläche 2015a und der Förderfläche 2045a im Ruhezustand überall und beim Betrieb bei den Scheiteln der Wellenberge 2075 der Förderfläche mit einer gewissen Druckkraft an einander anliegen.The material of the contact element 2015 should have a much greater modulus of elasticity than that of the sealing body 2013. The sealing element 2013 and the contact element 2015 can also have properties that are largely similar to those of the corresponding components of the pumps having a rotor described above. However, while it may be favorable for the latter that the contact surfaces result in a certain minimum friction when the conveying surfaces are touched, this is not necessary for the contact surface 2015a. The contact surface 2015a can therefore be as smooth and completely as possible be designed with low friction. The sealing body 2013 thus consists, for example, of a silicone foam rubber, while the contact element 2015 can consist, for example, of a fiberless, dimensionally stable plastic. In addition, the sealing body 2013 and / or the possibly somewhat resilient support and / or support body 2035 should press the contact member 2015 and the conveying member 2041 resiliently against one another, so that the overlapping regions of the contact surface 2015a and the conveying surface 2045a in the idle state everywhere and during operation at the apexes of the wave crests 2075 of the conveying surface bear against one another with a certain compressive force.
Das einstückige streifenförmige, piezoelektrische Element 2044 besteht aus keramischem, piezoelektrischem Material, nämlich Blei-Zirkonat-Titanat, wie es zum Beispiel unter der Bezeichnung PZT 5 auf dem Markt erhältlich ist. Der Biegekörper 2045 ist durch einen zusammenhängenden, einstückigen Streifen aus metallischem Material, wie rostfreiem Stahl oder Aluminium gebildet.The one-piece strip-shaped, piezoelectric element 2044 consists of ceramic, piezoelectric material, namely lead zirconate titanate, as is available on the market, for example, under the name PZT 5. The bending body 2045 is formed by a coherent, one-piece strip of metallic material, such as stainless steel or aluminum.
Das piezoelektrische Element 2044 und der Biegekörper 2045 haben in zur unverformten Förderfläche rechtwinkliger Blickrichtung zumindest annähernd oder genau die gleichen Umrissabmessungen und sind bei ihren einander zugewandten, sich überdeckenden Flächen überall miteinander verbunden, wobei zur Bildung der Verbindung zum Beispiel auf das keramische Element des Wandlers eine Metallschicht aufgedampft ist, mit welcher der Biegekörper verschweisst oder verlötet ist. Im übrigen kann der Biegekörper auf seiner die Förderfläche 2045a bildenden Seite analog wie bei den Pumpen mit drehbarem Förderorgan mit einer Schicht aus Gold bedampft sein. Der metallische, elektrisch leitende Biegekörper 2045 bildet nicht nur die Förderfläche 2045a, sondern auch eine Elektrode für die Erzeugung von elektrischen Feldern im piezoelektrischen Element 2044. Dieses ist auf seiner dem Biegekörper 2045 abgewandten Seite oder Fläche mit mehreren, nämlich acht über seine Länge verteilten, durch Zwischenräume voneinander getrennten Erreger-Elektroden 2047 versehen. Das piezoelektrische Element 2044 des Wandlers 2043 und der auch als Gegen-Elektrode dienende Biegekörper haben - in zur Förderfläche 2045a rechtwinkliger Richtung gemessen - zum Beispiel gleiche oder ähnliche Dicken, die etwa in der Grosse von 0,5 mm liegen können Dagegen sind die Elektroden 2047 vorzugsweise wesentlich dünner als das piezoelektrische Element und bestehen je aus einer auf dieses aufgedampften Metallschicht. Die durch den Biegekörper 2045 gebildete Elektrode sowie die Elektroden 2047 sind durch in den Figuren 24 und 25 nicht dargestellte, elektrische Leiter mit einer Elektronikvorrichtung 2061 verbunden, die ihrerseits mit einer Batterie 2063 verbunden ist. Die Elektronikvorrichtung und die Batterie sind in der Figur 24 schematisch auf der Aussenseite der von der Platte 2009 und der Haube 2015 gebildeten Kammer gezeichnet, können aber selbstverständlich noch von einem nicht gezeichneten Gehäuseteil umschlossen sein, der auch noch ein ebenfalls nicht gezeichnetes Reservoir für ein zu pumpendes Medikament enthalten kann.The piezoelectric element 2044 and the bending body 2045 have at least approximately or exactly the same outline dimensions in the viewing direction perpendicular to the undeformed conveying surface and are connected to one another everywhere in their mutually facing, overlapping surfaces, one of which, for example, forming the connection to the ceramic element of the transducer Metal layer is evaporated, with which the bending body is welded or soldered. Otherwise, the bending body on its side forming the conveying surface 2045a can be vapor-coated with a layer of gold analogously to the pumps with a rotatable conveying member. The metallic, electrically conductive bending body 2045 not only forms the conveying surface 2045a, but also an electrode for generating electrical fields in the piezoelectric element 2044. This is provided on its side or surface facing away from the flexible body 2045 with a plurality of exciter electrodes 2047, namely eight distributed over its length and separated from one another by gaps. The piezoelectric element 2044 of the transducer 2043 and the bending body, which also serves as the counter-electrode, measured in the direction perpendicular to the conveying surface 2045a, have, for example, the same or similar thicknesses, which may be approximately 0.5 mm in size. In contrast, the electrodes 2047 preferably much thinner than the piezoelectric element and each consist of a metal layer vapor-deposited thereon. The electrode formed by the bending body 2045 and the electrodes 2047 are connected to an electronic device 2061 by electrical conductors, not shown in FIGS. 24 and 25, which in turn is connected to a battery 2063. The electronic device and the battery are shown schematically in FIG. 24 on the outside of the chamber formed by the plate 2009 and the hood 2015, but can of course still be enclosed by a housing part (not shown), which also has a reservoir (also not shown) for a pumping drug may contain.
Das piezoelektrische Element 2044 des Wandlers 2043 besteht, wie erwähnt, aus einem zusammenhängenden Streifen. Man kann jedoch den Wandler gedanklich in acht Wandlerabschnitte 2043a unterteilen, von denen jeder einer Elektrode 2047 zugeordnet ist. Der zum betreffenden Wandlerabschnitt 2043a gehörende Abschnitt 2044a des piezoelektrischen Elements 2044 ist dann zumindest weitgehend von der der betreffenden Elektrode bedeckt. Die Figur 26 zeigt den zu einem einzelnen Wandlerabschnitt 2043a gehörenden Abschnitt 2044a des piezoelektrischen Elements 2044, den man sich als vom restlichen Element 2044 abge schnitten oder aus diesem herausgeschnitten vorstellen kann und dessen rechtwinklig zur Längsrichtung des Elements verlaufende Grenzflächen mit 2044b bezeichnet sind. Das piezoelektrische, keramische Material wird bei der Herstellung des Wandlers mit einem elektrischen Feld derart polarisiert oder, genauer gesagt, vorpolarisiert, dass die in der Figur 26 mit P bezeichnete Polarisation oder, genauer gesagt, Vorpolarisation, beim sich im Ruhezustand befindenden, undeformierten Wandler parallel zur Förderrichtung, d. h. in der Längsrichtung des Wandlers verläuft. Dementsprechend ist die z-Achse oder dritte Achse der zum hexagonalen Kristallsystem gehörenden Blei-Zirkonat-Titanat-Domänen nach erfolgter Vorpolarisation parallel zur Förderrichtung. Die x-Achse oder erste Achse kann dann beispielsweise rechtwinklig zur Förderfläche gerichtet sein, wobei die x- und y-Achse beim hexagonalen Kristallsystem in bezug auf das piezolektrische Verhalten gleichwertig sind. Wenn zwischen der vom Biegekörper 2045 gebildeten Elektrode und der den betreffenden Wandlerabschnitt 2043a zugeordneten Elektrode 2047 eine elektrische Spannungsdifferenz besteht, entsteht dadurch ein elektrisches Feld E, dessen Feldlinien rechtwinklig zur Richtung der Polarisation P und damit auch rechtwinklig zur Förderrichtung verlaufen. Im feldlosen Zustand hat der Abschnitt 2044a die in der Figur 26 mit vollen Linien gezeichnete Form. Das von aussen auf den Abschnitt 2044a einwirkende Feld E verursacht eine Deformation, und zwar eine Scherung, so dass der Abschnitt 2044a die in der Figur 26 strichpunktiert gezeichnete Form annimmt. Die im feldlosen Zustand zur z-Achse rechtwinkligen Grenzflächen 2043b werden also durch das von aussen einwirkende, elektrische Feld E um zur Polarisationsrichtung und zur Feldrichtung rechtwinklige Achsen verschwenkt, die also zur Kontakt- und Förderfläche parallel, aber zur allgemeinen Förderrichtung rechtwinklig sind. Ferner werden die beiden im Ruhezustand zur Förderfläche 2045a parallelen Flächen des Abschnitts 2044a des piezoelektrischen Elements 2044 beim Scherungsvorgang in der Längsrichtung des Wandlers gegen einander verschoben.As mentioned, the piezoelectric element 2044 of the transducer 2043 consists of a continuous strip. However, one can conceptually divide the transducer into eight transducer sections 2043a, each of which is assigned to an electrode 2047. The section 2044a of the piezoelectric element 2044 belonging to the relevant transducer section 2043a is then at least largely covered by that of the relevant electrode. FIG. 26 shows the section 2044a of the piezoelectric element 2044 belonging to an individual transducer section 2043a, which section is considered to be different from the rest of the element 2044 cut or cut out of this and its interfaces perpendicular to the longitudinal direction of the element are designated 2044b. The piezoelectric, ceramic material is polarized in the manufacture of the transducer with an electric field or, more precisely, pre-polarized in such a way that the polarization denoted by P in FIG. 26 or, more precisely, pre-polarization, in parallel with the undeformed transducer which is at rest to the conveying direction, ie in the longitudinal direction of the converter. Accordingly, the z-axis or third axis of the lead-zirconate-titanate domains belonging to the hexagonal crystal system is parallel to the conveying direction after pre-polarization has taken place. The x-axis or first axis can then be directed, for example, at right angles to the conveying surface, the x and y axes being equivalent in the hexagonal crystal system with regard to the piezoelectric behavior. If there is an electrical voltage difference between the electrode formed by the bending body 2045 and the electrode 2047 assigned to the relevant transducer section 2043a, an electrical field E is created, the field lines of which run at right angles to the direction of the polarization P and thus also at right angles to the conveying direction. In the fieldless state, section 2044a has the shape drawn with full lines in FIG. The field E acting on the section 2044a from the outside causes a deformation, namely a shear, so that the section 2044a assumes the shape shown in broken lines in FIG. The boundary surfaces 2043b, which are perpendicular to the z-axis in the fieldless state, are thus pivoted by the electric field E acting from the outside by axes perpendicular to the direction of polarization and the field direction, which are therefore parallel to the contact and conveying surface, but are perpendicular to the general conveying direction. Further the two surfaces of the section 2044a of the piezoelectric element 2044 which are parallel to the conveying surface 2045a in the idle state are displaced relative to one another in the longitudinal direction of the transducer during the shearing process.
Im folgenden wird nach rechts oder oben gerichteten Polarisationen und elektrischen Feldern oder, genauer gesagt, Polarisationsvektoren und Feldvektoren, ein positives Vorzeichen und umgekehrt gerichteten Polarisationen bzw. Feldern ein negatives Vorzeichen zugeordnet. Von den zwei in den Figuren 27 ersichtlichen Abschnitten 2044a des piezoelektrischen Elements 2044 ist der sich links befindende positiv und der sich rechts befindende negativ polarisiert. Wenn man jetzt in einem Gedankenexperiment zunächst nur auf den linken Elementabschnitt ein positives Feld einwirken lässt, findet in diesem Elementabschnitt eine Scherung der in der Figur 26 dargestellten Art statt. Man kann nun annehmen, die sich am linken Ende des linken Elementabschnitts befindende Grenzfläche 2044b werde beim Scherungsvorgang in ihrer im Ruhezustand eingenommenen Lage festgehalten, so dass sich das rechte Ende des linken Elementabschnitts nach oben in die strichpunktiert gezeichnete Lage bewegt und auch der rechte Elementabschnitt undeformiert mitbewegt wird. Man kann beim Gedankenexperiment jetzt weiter annehmen, der linke Elementabschnitt werde in seinem verformten Zustand festgehalten und es wirke jetzt auch ein positives Feld auf den negativ polarisierten, rechten Elementabschnitt ein. Dieses Feld bewirkt dann eine der in der Figur 26 dargestellten Scherung entgegengesetzte Scherung, bei der die sich am rechten Ende des rechten Elementabschnitts befindende Grenzfläche 2044b nach unten geschwenkt wird, so dass der rechte Elementabschnitt die strichpunktiert gezeichnete Lage einnimmt. Bei diesem Gedankenexperiment wurde zur Vereinfachung angenommen, dass die oberen und unteren Flächen der Elementabschnitte bei den Scherungsvorgängen gerade bleiben, wie es übrigens auch in der Figur 24 gezeichnet ist. In Wirklichkeit verteilen sich jedoch die im Element 2044 Scherungen bewirkenden Spannungen oder Kräfte sowie die infolge der Deformationen im Biegekörper 2045 entstehenden Spannungen und Kräfte über die Länge des deformierten Bereichs des Förderorgans, so dass dieses in Wirklichkeit durch die Scherungen stetig gebogen wird.In the following, polarizations and electric fields directed to the right or upwards or, more precisely, polarization vectors and field vectors, are assigned a positive sign, and polarizations or fields directed in the opposite direction are assigned a negative sign. Of the two sections 2044a of the piezoelectric element 2044 shown in FIGS. 27, the one on the left is positive and the one on the right is negative polarized. If, in a thought experiment, a positive field is initially only allowed to act on the left element section, shearing of the type shown in FIG. 26 takes place in this element section. It can now be assumed that the boundary surface 2044b located at the left end of the left element section is held in the position it was in at rest during the shearing process, so that the right end of the left element section moves upwards into the position shown in broken lines and the right element section is also undeformed is moved. In the thought experiment one can now further assume that the left element section is held in its deformed state and that a positive field is now also acting on the negatively polarized, right element section. This field then causes a shear opposite to that shown in FIG. 26, in which the boundary surface 2044b located at the right end of the right element section is pivoted downward, so that the right element section assumes the position shown in broken lines. For the sake of simplicity, this thought experiment assumed that the upper and The lower surfaces of the element sections remain straight during the shearing processes, as is also shown in FIG. 24. In reality, however, the stresses or forces that cause shear in element 2044 and the stresses and forces that arise as a result of the deformations in flexible body 2045 are distributed over the length of the deformed region of the conveyor element, so that in reality it is continuously bent by the shear.
Wenn die Polarisations- und Feldrichtungen in den verschiedenen Wandlerabschnitten geeignet aufeinander abgestimmt zeitlich geändert werden, kann das Förderorgan derart verformt werden, dass seine Förderfläche 2045a - wie bereits erwähnt - im Längsschnitt zu einer Welle gebogen wird, die mehr oder weniger sinusförmig ist und in der Längsrichtung des Förderorgans schritt- oder sprungweise fortschreitet, wie nun anhand der Figur 28 erläutert wird. Im untersten Teildiagramm der Figur 28 sind durch horizontale Pfeile die in den zu den acht Wandlerabschnitten 2043a gehörenden Abschnitten 2044a des piezoelektrischen Elements 2044 vorhandenen Polarisationsrichtungen dargestellt. Wie man sieht, folgen entlang dem Wandler von links nach rechts abwechselnd zwei positiv und zwei negativ polarisierte Elementabschnitte 2044a aufeinander. In den übrigen vier Teildiagrammen der Figur 28 sind - von unten nach oben steigend - für vier unmittelbar aufeinanderfolgende Zeitintervalle t1, t2, t3, t4 durch vertikale Pfeile die Richtungen des elektrischen Feldes E in den acht Wandler- oder Elementabschnitten und durch Kurven die durch Einwirkungen der Felder verursachten Formen der Förderfläche 2045a dargestellt. Im Zeitintervall t. sind alle erzeugten Felder E positiv. Im anschliessenden Zeitintervall t2 werden Felder erzeugt, deren Richtungen entlang dem piezoelektrischen Element 2044 von Abschnitt zu Abschnitt wechseln, wobei das Feld beim sich am linken Ende befindenden, ersten Elementabschnitt negativ ist. Im dritten Zeitintervall t3 wird in allen Elementabschnitten ein negatives Feld erzeugt. Im Zeitpunkt t. wurden Felder erzeugt, deren Richtungen entlang dem Element von Abschnitt zu Abschnitt wechseln, wobei das Feld im ersten Elementabschnitt positiv ist. Danach wiederholt sich der Zyklus wieder.If the polarization and field directions in the various transducer sections are suitably changed over time, the conveying element can be deformed in such a way that its conveying surface 2045a - as already mentioned - is bent in longitudinal section to form a wave which is more or less sinusoidal and in which The longitudinal direction of the conveying element progresses step by step or step by step, as will now be explained with reference to FIG. 28. In the bottom partial diagram of FIG. 28, the polarization directions present in the sections 2044a of the piezoelectric element 2044 belonging to the eight transducer sections 2043a are represented by horizontal arrows. As can be seen, two positively and two negatively polarized element sections 2044a alternate from left to right along the transducer. In the remaining four partial diagrams of FIG. 28, the directions of the electric field E in the eight transducer or element sections and through for four immediately successive time intervals t 1 , t 2 , t 3 , t 4 are shown - increasing from bottom to top Curves show the shapes of the conveyor surface 2045a caused by the effects of the fields. In the time interval t. all generated fields E are positive. In the subsequent time interval t 2 , fields are generated whose directions along the piezoelectric element 2044 from section Switch to section, the field being negative for the first element section at the left end. In the third time interval t 3 , a negative field is generated in all element sections. At time t. fields were created whose directions along the element change from section to section, the field in the first element section being positive. Then the cycle repeats again.
Im Zeitintervall t1 wird die Förderfläche 2045a durch die im piezoelektrischen Element 2044 infolge der elektrischen Felder verursachten Scherungen derart gebogen, dass sie zwei Wellenberge 2075 bildet, deren Scheitel sich - von links her gezählt - zwischen den zweiten und dritten bzw. zwischen dem sechsten und siebten Wandlerabschnitt befinden. Die Wellenlänge lambda der durch Biegen der Förderfläche entstandenen Welle erstreckt sich also über vier Wandlerabschnitte und ist dementsprechend gleich der halben Länge des Wandlers bzw. Förderorgans. Wenn die Felder beim Übergang vom Zeitintervall t1 zum Zeitintervall t2 geändert werden, ändert die Förderfläche sprungartig ihre Form. Dabei verschiebt sich die Welle, wie man zum Beispiel anhand des ersten Wellenberges erkennen kann, sprungartig um die Länge eines Wandlerabschnitts und also um einen Viertel der Wellenlänge nach rechts. Ein solcher Sprung der Welle findet auch bei jeder nachfolgenden Änderung der Felder statt.In the time interval t 1 , the conveying surface 2045a is bent by the shear caused by the electric fields in the piezoelectric element 2044 in such a way that it forms two wave crests 2075, the apex of which - counting from the left - between the second and third or between the sixth and seventh converter section. The wavelength lambda of the wave created by bending the conveying surface thus extends over four transducer sections and is accordingly equal to half the length of the transducer or conveying member. If the fields are changed during the transition from the time interval t 1 to the time interval t 2 , the conveying surface changes its shape abruptly. Here, as can be seen, for example, from the first wave crest, the wave jumps to the right by the length of a transducer section and thus by a quarter of the wavelength. Such a jump in the wave also occurs with every subsequent change in the fields.
Gemäss dem in der Figur 29 gezeichneten, elektrischen Blockschema weist die Elektronikvorrichtung 2061 zurAccording to the electrical block diagram shown in FIG. 29, the electronic device 2061 assigns
Erzeugung periodisch ändernder, elektrischer Erregerspannungen dienende Generator-Mittel, zum Beispiel zwei Signalgeneratoren 2065 und 2067 auf, deren gemeinsamer Massenanschluss elektrisch leitend mit dem auch als Elektrode dienenden Biegekörper 2045 verbunden ist. Der Signalaus gang des Signalgenerators 2065 ist elektrisch leitend mit der Erreger-Elektrode 2047 des ersten, dritten, fünften und siebenten Wandlerabschnitts 2043a und der Signalausgang des Signalgebers 2067 mit den Erreger-Elektroden 2047 der restlichen Wandlerabschnitte 2043a verbunden. Die beiden Signalgeneratoren sind derart ausgebildet sowie miteinander und/oder einem gemeinsamen Taktgeber verbunden, dass beim Betrieb jeder von ihnen eine Folge von elektrischen Erregerspannungs-Signalen erzeugt. Die Linien 2091 und 2093 in der Figur 30 zeigen den Verlauf der den ErregerElektroden 2047 vom Signalgenerator 2065 bzw. 2067 zugeführten Erregerspannung U in Abhängigkeit von der Zeit t. Wie aus der Figur 30 entnommen werden kann, erzeugt jeder der beiden Signalgeneratoren eine Wechselspannung mit einer Folge von abwechselnd gegen Masse positiven und negativen, unterbruchslos auf einander folgenden Erregerspannungs-Signalen, nämlich Rechteckimpulsen, die alle gleich lang sind und sich periodisch wiederholen. Die beiden Signalfolgen sind zeitlich um einen Viertel der Periodendauer und also um eine halbe Impulsdauer gegeneinander verschoben. Die Dauer von jedem Zeitintervall t1, t2, t3, t 4 beträgt dann einen Viertel der Periodendauer der Signalfolgen. Bei einem Wandler mit gemäss den Figuren 28 und 29 polarisierten Abschnitten 2044a des piezoelektrisehen Elements 2044 lassen sich also die zur Erzeugung einer sprungweise fortschreitenden Welle erforderlichen Felder sehr einfach erzeugen, indem den entlang dem Wandler auf einander folgenden Elektroden 2047 abwechselnd eine von zwei Signalfolgen zugeführt wird. Dies ist auch dann möglich, wenn Polarisationen der Wandlerabschnitte entlang dem Wandler zyklisch um die Länge eines Wandlerabschnitts nach rechts oder links verschoben würden, so dass beispielsweise der erste Wandlerabschnitt negativ, der zweite und dritte positiv, der vierte und fünfte negativ, der sechste und siebente positiv und der achte negativ polarisiert wäre.Generation of periodically changing generator means serving for electrical excitation voltages, for example two signal generators 2065 and 2067, the common ground connection of which is electrically conductively connected to the flexible body 2045, which also serves as an electrode. The signal off Gang of the signal generator 2065 is electrically conductively connected to the excitation electrode 2047 of the first, third, fifth and seventh converter section 2043a and the signal output of the signal generator 2067 to the excitation electrodes 2047 of the remaining converter sections 2043a. The two signal generators are designed and connected to one another and / or a common clock generator such that each of them generates a sequence of electrical excitation voltage signals during operation. The lines 2091 and 2093 in FIG. 30 show the course of the excitation voltage U supplied to the excitation electrodes 2047 by the signal generator 2065 and 2067 as a function of the time t. As can be seen from FIG. 30, each of the two signal generators generates an alternating voltage with a sequence of alternating positive and negative masses, excitation signals which follow one another without interruption, namely rectangular pulses, which are all of equal length and are repeated periodically. The two signal sequences are shifted in time by a quarter of the period and thus by half a pulse duration. The duration of each time interval t 1 , t 2 , t 3 , t 4 is then a quarter of the period of the signal sequences. In the case of a transducer with sections 2044a of the piezoelectric element 2044 which are polarized according to FIGS. 28 and 29, the fields required for generating a wave which progressively jumps can thus be generated very easily by alternately supplying one of two signal sequences to the electrodes 2047 following one another along the transducer . This is also possible if polarizations of the transducer sections along the transducer are cyclically shifted to the right or left by the length of a transducer section, so that, for example, the first transducer section is negative, the second and third are positive, the fourth and fifth are negative, the sixth and seventh positive and the eighth would be negatively polarized.
Im übrigen könnte das piezoelektrische Element auch bei allen Wandlerabschnitten gleich polarisiert sein. In diesem Fall könnte man jedoch nur noch der Elektrode jedes vierten Wandlerabschnitts die gleiche Signalfolge zuführen, so dass dementsprechend vier verschiedene Signalfolgen erzeugt werden müssten.Otherwise, the piezoelectric element could also be polarized equally in all transducer sections. In this case, however, the same signal sequence could only be fed to the electrode of every fourth transducer section, so that four different signal sequences would have to be generated accordingly.
Wenn die Förderfläche 2045a in der beschriebenen Weise gebogen wird und eine fortschreitende Welle bildet, liegen die von der Förderfläche gebildeten Wellenberge 2075 jeweils an der Kontaktfläche 2015a an, während die Wellentäler 2073 von der letzteren durch einen freien Zwischenräum getrennt sind. Zwischen der Kontaktfläche 2015a und der Förderflache 2045a entsteht also beim Betrieb analog wie bei den vorher beschriebenen, ein drehbares Förderorgan aufweisenden Pumpen ein Förder-Durchgang 2077 mit fortschreitenden Zellen 2079, deren Endbegrenzungen durch die Wellenberge 2075 gebildet sind. Die Dichtungen 2013b, 2013c, 2013d, 2013e dienen analog wie die Dichtungen der vorher beschrieben Pumpen als elastisch deformierbare Abschlussmittel, welche bei den beiden Längsrändern sowie bei den beiden Enden des Förder-Durchgangs 2077 die beim Pumpen zwischen der Kontaktfläche 2015a und den Wellentälern der Förderfläche 2045a entstehenden Hohlräume oder Öffnungen gegen die Umgebung abschliessen. Durch die schritt- oder sprungartig fortschreitenden Wellenberge kann also ähnlich wie bei den Pumpen mit einem drehbaren und beim Betrieb rotierenden Förderorgan ein Fluid durch den Förder-Durchgang gefördert werden. Beim sprungartigen Fortschreiten der Welle kann diese während des Sprungs gewissermassen vorübergehend etwas flacher werden, weil die Verformung des Förderorgans wegen der Trägheit von diesem und von dem zu fördernden Fluid in Wirklichkeit nicht unendlich schnell stattfinden kann. Diese allfällige Abflachung der Förderfläche kann das Volumen einer zwischen zwei Wellenbergscheiteln der Förderfläche und der federnd an diese angedrückten Kontaktfläche vorhandenen Zelle vorübergehend ein wenig verkleinern. Bei Schritten oder Sprüngen von einem Viertel der Wellenlänge ist die Volumenverkleinerung einer Zelle jedoch so klein, dass dieser "Verlust" von Fördervolumen praktisch nicht stört und das Fluid peristaltisch und praktisch gleichmässig durch den Förder-Durchgang 2077 gefördert wird.When the conveying surface 2045a is bent in the manner described and forms a progressive wave, the wave crests 2075 formed by the conveying surface lie against the contact surface 2015a, while the wave troughs 2073 are separated from the latter by a free space. A conveying passage 2077 with progressing cells 2079, the end boundaries of which are formed by the wave crests 2075, thus arises between the contact surface 2015a and the conveying surface 2045a during operation, analogously to the pumps described above, which have a rotatable conveying member. The seals 2013b, 2013c, 2013d, 2013e serve in the same way as the seals of the pumps described above as elastically deformable closing means, which, at the two longitudinal edges and at the two ends of the conveying passage 2077, are used for pumping between the contact surface 2015a and the troughs of the conveying surface 2045a seal any cavities or openings from the environment. As a result of the wave crests progressing in steps or in a step-like manner, a fluid can be conveyed through the conveying passage in a manner similar to that of the pumps with a rotating conveying element which rotates during operation. When the wave advances, it can temporarily become somewhat flatter during the jump, because the deformation of the conveyor element due to the inertia of this and the fluid to be pumped cannot in reality take place infinitely quickly. This possible flattening of the conveying surface can temporarily reduce the volume of a cell present between two crests of the waveguide of the conveying surface and the cell resiliently pressed against it. With steps or jumps of a quarter of the wavelength, however, the volume reduction of a cell is so small that this "loss" of delivery volume practically does not interfere and the fluid is conveyed peristaltically and practically uniformly through the delivery passage 2077.
Es sei hier zudem vermerkt, dass man im Bedarfsfall auch Schritte oder Sprünge der Welle erzeugen kann, die weniger als einen Viertel der Wellenlänge, nämlich zum Beispiel einen Sechstel oder Achtel von dieser betragen. Man müsste dann pro Wellenlänge sechs bzw. acht Elektroden 2047 vorsehen und die Felder entsprechend auf die Polarisationen abstimmen. Übrigens könnten die ErregerspannungsSignale statt aus Rechteckimpulsen auch aus anders geformten Impulsen wie trapez- oder dreieckförmigen Impulsen, oder durch die Halbwellen einer stetig ändernden WechselErregerspannung gebildet sein, wie noch anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert wird.It should also be noted here that, if necessary, steps or jumps of the wave can be generated which are less than a quarter of the wavelength, namely, for example, a sixth or eighth of this. One would then have to provide six or eight electrodes 2047 per wavelength and match the fields accordingly to the polarizations. Incidentally, instead of square-wave pulses, the excitation voltage signals could also be formed from differently shaped pulses such as trapezoidal or triangular-shaped pulses, or by the half-waves of a constantly changing alternating excitation voltage, as will be explained with reference to an exemplary embodiment.
Die Grosse der sich in einem Abschnitt 2044a des piezoelektrischen Elements 2044 infolge eines von aussen her einwirkenden, elektrischen Feldes ergebenden Scherung ist gegeben durch den piezoelektrischen Koeffizienten d1 5 oder den für die zum hexagonalen Kristallsystem gehörenden, piezoelektrischen Materialien gleich grossen piezoelektrischen Koeffizienten d2 4. Diese Koeffizienten haben für das angegebene Blei-Zirkonat-Titanat den Wert 5 · 10 -10 m/V. Wenn zum Beispiel pro Wellenlänge vier Wandlerabschnitte 2043a und Elementabschnitte 2044a vorhanden sind, die Wellenlänge auf 25 mm festgelegt ist und die rechtwinklig zur Förderfläche gemessene Dicke des Wandlers 0,5 mm beträgt, kann rechnerisch gezeigt werden, dass die Amplitude der durch Biegen der Förderfläche entstehenden Welle bei Vernachlässigung des Biegewiderstandes des Biegekörpers 0,028 mm/V wird. Die Frequenz der Welle kann zum Beispiel im Bereich von 0,1 bis 100 Hz liegen, wobei mit der Frequenz analog wie bei einer stetig fortschreitenden Welle der Reziprokwert der Zeitdauer gemeint ist, mit welcher sich die von der Förderfläche gebildeten Welle in mehreren Sprüngen um eine Wellenlänge verschiebt. Es lässt sich daher mit verhältnismässig kleinen, den Elektroden zugeführten, elektrischen Erregerspannungen deren Amplituden höchstens 100 V, vorzugsweise höchstens 60 V, beispielsweise höchstens 30 V oder sogar nur höchstens 10 V betragen, eine Förderrate im angestrebten Grössenbereich von 0,1 bis 10 mm3/min und ein ausreichender Fluiddruck erreichen. Die Elektronikvorrichtung kann zum Festlegen gewünschter Förderraten zum Beispiel mit einem manuell einstellbaren Einstellelement zum Einstellen der Frequenz versehen sein, wobei aber die Förderrate selbstverständlich auch mittels eines Einstellelements zum Einstellen der Grosse der den Elektroden zugeführten, elektrischen Spannungen auf einen gewünschten Wert bringbar ist.The size of the shear resulting in a section 2044a of the piezoelectric element 2044 as a result of an external electric field is given by the piezoelectric coefficient d 1 5 or the piezoelectric coefficients d 2 4 of the same size for the piezoelectric materials belonging to the hexagonal crystal system . These coefficients have the value 5 · 10 -10 m / V for the specified lead zirconate titanate. For example, if there are four transducer sections 2043a and element sections 2044a per wavelength are present, the wavelength is fixed at 25 mm and the thickness of the transducer measured at right angles to the conveying surface is 0.5 mm, it can be arithmetically shown that the amplitude of the wave resulting from bending of the conveying surface is neglected by the bending resistance of the bending body 0.028 mm / V becomes. The frequency of the wave can be, for example, in the range from 0.1 to 100 Hz, with the frequency, analogously to a continuously progressing wave, meaning the reciprocal of the period of time with which the wave formed by the conveying surface changes by one step in several steps Wavelength shifts. It is therefore possible to use relatively small electrical excitation voltages supplied to the electrodes whose amplitudes are at most 100 V, preferably at most 60 V, for example at most 30 V or even only at most 10 V, a delivery rate in the desired size range of 0.1 to 10 mm 3 / min and achieve a sufficient fluid pressure. The electronic device can, for example, be provided with a manually adjustable setting element for setting the frequency in order to set the desired delivery rates, but the delivery rate can of course also be brought to a desired value by means of an adjusting element for setting the magnitude of the electrical voltages supplied to the electrodes.
Ferner bildet ja der metallische, elektrische leitende Biegekörper 2045 die elastisch an Masse liegende GegenElektrode für alle durch Zwischenräume getrennten ErregerElektroden 2047 und erstreckt sich über den von diesen eingenommenen Längenbereich des Wandlers und nämlich über dessen ganze Länge. Der Biegekörper schirmt daher den Förder-Durchgang gegen die im Wandler erzeugten, ohnehin nur kleinen elektrischen Felder ab, was vorteilhaft sein kann, wenn auf elektrische Felder empfindliche Flüssig keiten gepumpt werden. Der beispielsweise aus rostfreiem Stahl oder Aluminium bestehende Biegekörper kann auf seiner die Förderfläche bildenden Seite zudem im Bedarfsfall noch mit einer Schicht aus Gold bedampft sein.Furthermore, the metallic, electrically conductive bending body 2045 forms the counterelectrode which is resiliently connected to ground for all excitation electrodes 2047 which are separated by gaps and extends over the length range of the transducer which it occupies and namely over its entire length. The bending body therefore shields the conveying passage against the electrical fields generated in the transducer, which are only small in any case, which can be advantageous if liquid sensitive to electrical fields pumped. The bending body, for example made of stainless steel or aluminum, can also be coated with a layer of gold on its side forming the conveying surface if necessary.
Der in der Figur 31 ersichtliche Abschnitt 2144a des piezoelektrischen Elements 2144 unterscheidet sich vom in der Figur 26 gezeichneten Elementabschnitt dadurch, dass seine Polarisation P oder, genauer gesagt, Vorpolarisation zur z-Kristallachse parallel und im unverformten Ruhezustand rechtwinklig zur vorgesehen Förderfläche ist. Wenn von aussen her ein parallel zur Polarisation P paralleles, elektrisches Feld E auf den Elementabschnitt 2144a einwirkt, ändert dieser seine rechtwinklig zur Feldrichtung gemessenen Abmessungen und insbesondere seine parallel zur Förderrichtung gemessene Länge, wobei die Förderrichtung hier parallel zur x-Kristallacrise ist. Die Längenänderung oder Dehnung wird dann durch den piezoelektrischen Koeffizienten d3 1 bestimmt. Wenn das elektrische Feld E und die Polarisation gemäss der Figur 31 beide die gleicheThe section 2144a of the piezoelectric element 2144 shown in FIG. 31 differs from the element section shown in FIG. 26 in that its polarization P or, more precisely, pre-polarization is parallel to the z-crystal axis and, in the undeformed idle state, is perpendicular to the intended conveying surface. If an electrical field E parallel to the polarization P acts on the element section 2144a from the outside, this changes its dimensions measured at right angles to the field direction and in particular its length measured parallel to the conveying direction, the conveying direction here being parallel to the x-crystal sacrifice. The change in length or elongation is then determined by the piezoelectric coefficient d 3 1 . If the electric field E and the polarization according to Figure 31 are both the same
Richtung haben und nämlich beide positiv sind, ergibt sich bei einem aus Blei-Zirkonat-Titanat bestehenden Element eine positive Dehnung, d. h. eine Verlängerung. Wenn das Feld hingegen entgegengesetzt zur Polarisation gerichtet ist, ergibt sich dementsprechend eine negative Dehnung, d. h. eine Verkürzung.Direction and namely both are positive, positive results in an element consisting of lead zirconate titanate, i. H. an extension. If, on the other hand, the field is directed opposite to the polarization, there is accordingly a negative expansion, i. H. a shortening.
Das streifenförmige, piezoelektrische Element 2144 kann gemäss der Figur 32 zusammen mit einem ebenfalls streifenförmigen, nicht-piezoelektrischen Biegekörper 2145 und Elektroden 2147 einen Wandler 2143 sowie ein biegbares Förderorgan 2141 bilden. Der Biegekörper 2145 ist auf seiner dem Wandler abgewandten Seite durch die Förderfläche 2145a begrenzt und dient analog wie der Biegekörper 2045 als sich zusammenhängend über die ganze Länge des Wandlers erstreckende Gegen-Elektrode. Die auf der dem Biegekörper 2145 abgewandten Seite des Wandlers 2143 vorhandenen Erreger-Elektroden 2147 entsprechen den Elektroden 2047. Wenn ein Elementabschnitt 2143a durch die Einwirkung eines elektrischen Feldes verlängert wird, bewirkt er in Zusammenwirkung mit dem seine Länge beibehaltenden Biegekörper 2145 eine Biegung des zugeordneten Wandlerabschnitts 2143a. Derart wirkende Wandler werden häufig als Monomorph-Wandler bezeichnet.According to FIG. 32, the strip-shaped, piezoelectric element 2144, together with a likewise strip-shaped, non-piezoelectric bending body 2145 and electrodes 2147, can form a transducer 2143 and a bendable conveying element 2141. The bending body 2145 is delimited on its side facing away from the transducer by the conveying surface 2145a and, analogously to the bending body 2045, serves as contiguous over the entire length of the Transducer extending counter-electrode. The excitation electrodes 2147 on the side of the transducer 2143 facing away from the flexible body 2145 correspond to the electrodes 2047. When an element section 2143a is lengthened by the action of an electrical field, it causes the associated transducer section to bend in cooperation with the flexible body 2145 which maintains its length 2143a. Such converters are often referred to as monomorph converters.
Wie es im untersten Teildiagramm der Figur 33 durch vertikale Pfeile angedeutet ist, können der erste und zweite Elementabschnitt 2144a positiv, der dritte und vierte Elementabschnitt negativ, der fünfte und sechste Elementabschnitt wieder positiv und der siebente und achte Elementabschnitt wieder negativ polarisiert sein. Wenn in aufeinanderfolgenden Zeitintervallen t1, t2, t3, t4 auf die Elernentabschnitte elektrische Felder einwirken, deren Richtungen durch die senkrechten Pfeile der vier oberen Teildiagramme der Figur 33 bezeichnet und nämlich gleich wie in den entsprechenden Teildiagrammen der Figur 28 sind, ergeben sich die in den Teildiagrammen der Figur 33 gezeichneten Formen der Förderfläche 2145a, wobei Wellenberge 2175 entstehen. Die in der Figur 33 ersichtlichen Förderflächen-Formen unterscheiden sich von denjenigen in der Figur 28 qualitativ im wesentlichen nur dadurch, dass sie in den einander in den beiden Figuren paarweise entsprechende Zeitintervallen um eine Viertel-Wellenlänge gegeneinader verschoben sind. Die Biegungen der Förderfläche 2145a können dementsprechend durch gleichartigeAs indicated by vertical arrows in the bottom partial diagram of FIG. 33, the first and second element sections 2144a can be positive, the third and fourth element sections negative, the fifth and sixth element sections positive again and the seventh and eighth element sections polarized again. If, in successive time intervals t 1 , t 2 , t 3 , t 4, electric fields act on the element sections, the directions of which are indicated by the vertical arrows of the four upper partial diagrams of FIG. 33 and namely are the same as in the corresponding partial diagrams of FIG. 28 the shapes of the conveying surface 2145a drawn in the partial diagrams of FIG. 33, wave crests 2175 being formed. The shape of the conveying surfaces shown in FIG. 33 essentially differs from those in FIG. 28 essentially only in that they are shifted by a quarter wavelength in relation to one another in the time intervals corresponding in pairs in the two figures. The bends of the conveying surface 2145a can accordingly be formed by similar ones
Folgen elektrischer Signale erzeugt werden wie die Biegung an der Förderfläche 2045a. Im übrigen kann das Förderorgan 2141 gleich oder ähnlich in einem Pumpenkörper angeordnet werden wie das Förderorgan 2041. Das in der Figur 34 ersichtliche, streifenförmige Förderorgan 2241 weist einen Wandler 2243 und einen Biegekörper 2245 mit einer Förderfläche 2245a auf. Der Wandler 2241 weist zwei piezoelektrische, streifenförmige Elemente 2251 bzw. 2253 auf. Der weiter vom Biegekörper 2245 entfernte Streifen 2251 ist auf seiner dem Biegekörper 2245 abgewandten Seite mit einer sich zusammenhängend über seine ganze Länge erstreckenden Gegen-Elektrode 2247 versehen, die durch eine dünne, aufgedampfte Metallschicht gebildet ist. Ferner sind die beiden piezoelektrischenSequences of electrical signals are generated like the bend on the conveyor surface 2045a. Otherwise, the conveying member 2141 can be arranged in a pump body in the same or a similar way as the conveying member 2041. The strip-shaped conveying element 2241 shown in FIG. 34 has a transducer 2243 and a flexible body 2245 with a conveying surface 2245a. The transducer 2241 has two piezoelectric, strip-shaped elements 2251 and 2253. The strip 2251, which is farther from the flexible body 2245, is provided on its side facing away from the flexible body 2245 with a counter-electrode 2247 which extends continuously over its entire length and is formed by a thin, vapor-deposited metal layer. Furthermore, the two are piezoelectric
Elemente 2251, 2253 auf ihren einander zugewandten Seiten mit den Erreger-Elektroden 2147 entsprechenden, ebenfalls aus dünnen, aufgedampften Metallschichten bestehenden Erreger-Elektroden 2255 bzw. 2257 versehen und über diese mechanisch miteinander verbunden. Der auch als Gegen-Elektrode dienende Biegekörper 2245 und die Gegen-Elektrode 2247 sind mit dem Massenanschϊuss einer der Elektronikvorrichtung 2061 entsprechenden Elektronikvorrichtung verbunden. Die paarweise aufeinander aufliegenden Erreger-Elektroden 2255, 2257 sind paarweise elektrisch leitend miteinander und ferner mit den Signalgeneratoren 2065, 2067 entsprechenden Signalgeneratoren verbunden.Elements 2251, 2253 are provided on their mutually facing sides with the excitation electrodes 2147 corresponding excitation electrodes 2255 and 2257, which likewise consist of thin, vapor-deposited metal layers, and are mechanically connected to one another via these. The flexible body 2245, which also serves as the counter electrode, and the counter electrode 2247 are connected to the ground connection of an electronic device corresponding to the electronic device 2061. The pair of excitation electrodes 2255, 2257 are electrically conductive to one another in pairs and are also connected to signal generators corresponding to signal generators 2065, 2067.
Die je einer Erreger-Elektrode 2255 und 2257 zugeordneten, sich übereinander befindenen Abschnitte 2251a bzw. 2253a der piezolektrischen Elemente 2251 bzw. 2253 haben im undeformierten Zustand gemäss der Figur 35 zur Förderfläche rechtwinklige, paarweise gleichgerichtete Polarisationen P. Wenn nun beispielsweise an die zwei Erreger-Elektroden 2255, 2257, die sich zwischen zwei übereinander angeordneten Abschnitten 2251a, 2253a befinden, eine gegen Masse negative, elektrische Spannung angelegt wird, wirken auf die beiden Abschnitte der piezoelektrischen Elemente gemäss der Figur 35 gegeneinander gerichteten, elektrische Felder E ein. Diese haben zur Folge, dass sich der eine der beiden Element-Abschnitte verlängert und der andere verkürzt, so dass sich der betreffende Bereich des Förderorgans biegt, wie es in der Figur 36 veranschaulicht ist. Infolge der gegensinnigen Längenänderungen der übereinander angeordneten und mechanisch miteinander verbundenen Abschnitte der piezoelektrischen Elemente ergibt sich bei gleichen Abmessungen der piezoelektrischen Elemente und gleichen Feldstärken eine stärkere Biegung als beim in den Figuren 31 und 32 ersichtlichen Wandler. Damit der Biegekörper 2245 dieser stärkeren Biegung möglichst wenig Widerstand entgegensetzt, ist er vorzugsweise wesentlich dünner als die piezoelektrischen Elemente und eventuell gleich wie die Elektroden 2247, 2255, 2257 nur aus einer aufgedampften Metallschicht gebildet. Wandler in der Art des Wandlers 2243 werden häufig als Bimorph-Wandler oder bilaminare Wandler bezeichnet.The sections 2251a and 2253a of the piezolectrical elements 2251 and 2253, which are assigned to one excitation electrode 2255 and 2257 and are located one above the other, have, in the undeformed state according to FIG. 35, polarizations P which are perpendicular to the conveying surface and if they are aligned to the two exciters, for example Electrodes 2255, 2257, which are located between two sections 2251a, 2253a arranged one above the other and an electrical voltage negative to ground are applied, act on the two sections of the piezoelectric elements according to FIG. As a result, one of the two element sections is lengthened and the other shortened so that the relevant area of the conveyor element bends, as illustrated in Figure 36. As a result of the opposite changes in length of the sections of the piezoelectric elements which are arranged one above the other and are mechanically connected to one another, the same dimensions of the piezoelectric elements and the same field strengths result in a greater bend than in the transducer shown in FIGS. 31 and 32. So that the bending body 2245 opposes this stronger bending as little resistance as possible, it is preferably substantially thinner than the piezoelectric elements and possibly the same as the electrodes 2247, 2255, 2257 only formed from a vapor-deposited metal layer. 2243 type transducers are often referred to as bimorph transducers or bilaminar transducers.
Das in den Figuren 37, 38, 39 ersichtliche Förderorgan 2341 weist einen Wandler mit einem ersten, thermischen Wandlerelement 2343 und einem zweiten, thermischen Wandlerelement 2345 auf. Das zweite Wandlerelement 2345 bildet die im Ruhezustand ebene Förderfläche 2345a. Die beiden schicht- und nämlich streifenförmigen, thermischen Wandlerelemente sind bei ihren einander zugewandten Flächen überall miteinander verbunden und bestehen aus Materialien mit verschiedenen, thermischen Ausdehnungskoeffizienten, nämlich aus metallischen Materialien, etwa Eisen-NickelLegierungen, wie sie für die Bildung von Thermobimetallstreifen auf dem Markt erhältlich sind. Es wäre jedoch auch möglich, mindestens eines der beiden thermischen Wandlerelemente und vorzugsweise mindestens das Wandlerelement 2343 aus einem nichtmetallischen, aber doch möglichst gut wärmeleitenden Material, etwa Berylliumoxydkeramik oder einem speziellen Glas, herzustellen. Die beiden thermischen Wandlerelemente 2343, 2345 bilden also zusammen einen Verbundkörper, nämlich einen Thermobimate rialstreifen. Ferner sind eine Anzahl, nämlich vier thermoelektrische Elemente 2351 vorhanden, die je durch ein Halbleiter-Peltier-Element gebildet sind. Die vier thermoelektrischen Elemente 2351 sind über die Länge des Thermobimaterialstreifens verteilt und abwechselnd auf verschiedenen Seiten von diesem angeordnet. Die einander abgewandten Enden jedes thermoelektrischen Elements 2351 sind je durch einen Wärmeleiter 2353, der zum Beispiel aus einer abgewinkelten und gebogenen Lasche aus Kupfer besteht, wärmeleitend mit einem Abschnitt des ersten thermischen Wandlerelements 2343 verbunden, wobei die Wärmeleiter bei den Verbindungsstellen durch eine gut wärmeleitende, aber elektrisch isolierende, etwa aus Berylliumoxydkeramik bestehende Isolierschicht 2355 elektrisch gegen das thermische Wandlerelement 2243 isoliert sind. Abgesehen von den beiden sich am Ende des thermischen Wandlerelements 2343 befindenden Wärmeleitern ist jeder von diesen jeweils zwischen zwei anderen Wärmeleitern mit dem thermischen Wandlerelement 2243 verbunden, die zu einem oder zwei anderen, termoelektrischen Elementen gehören. Die einander abgewandten Enden von jedem thermoelektrischen Element 2351 sind durch elektrische Leiter mit einer Elektronikvorrichtung 2361 verbunden, wobei einer der beiden Anschlüsse jedes thermoelektrischen Elements mit dem Massenanschluss der Elektronikvorrichtung verbunden sein kann. Die anderen Anschlüsse können dann mit den Signalgeneratoren 2065, 2067 entsprechenden Signalgeneratoren verbunden sein. Das Förderorgan 2341 kann derart mit anderen, nicht dargestellten Teilen eines Pumpenkörpers zusammengebaut sein, dass es analog wie das Förderorgan 2041 zusammen mit einem Kontaktorgan einen Förder-Durchgang begrenzt.The conveyor member 2341 shown in FIGS. 37, 38, 39 has a converter with a first, thermal converter element 2343 and a second, thermal converter element 2345. The second transducer element 2345 forms the conveying surface 2345a which is flat in the idle state. The two layered and strip-shaped thermal transducer elements are connected to each other with their facing surfaces and consist of materials with different thermal expansion coefficients, namely metallic materials, such as iron-nickel alloys, as are available on the market for the formation of thermobimetal strips are. However, it would also be possible to manufacture at least one of the two thermal transducer elements and preferably at least the transducer element 2343 from a non-metallic, but nevertheless heat-conductive material, such as beryllium oxide ceramic or a special glass. The two thermal transducer elements 2343, 2345 thus together form a composite body, namely a thermobimate radial strips. There are also a number, namely four thermoelectric elements 2351, which are each formed by a semiconductor Peltier element. The four thermoelectric elements 2351 are distributed over the length of the thermal bimaterial strip and arranged alternately on different sides thereof. The opposite ends of each thermoelectric element 2351 are each conductively connected to a section of the first thermal transducer element 2343 by a heat conductor 2353, which consists, for example, of an angled and bent lug made of copper, the heat conductors at the connection points being connected by a heat-conducting but are electrically insulating, for example made of beryllium oxide ceramic 2355 electrically isolated from the thermal transducer element 2243. Apart from the two heat conductors located at the end of the thermal transducer element 2343, each of these is connected to the thermal transducer element 2243 between two other heat conductors, which belong to one or two other thermoelectric elements. The opposite ends of each thermoelectric element 2351 are connected by electrical conductors to an electronic device 2361, wherein one of the two connections of each thermoelectric element can be connected to the ground connection of the electronic device. The other connections can then be connected to signal generators corresponding to signal generators 2065, 2067. The conveying member 2341 can be assembled with other parts of a pump body, not shown, in such a way that, like the conveying member 2041, it limits a conveying passage together with a contact member.
Wenn über den beiden elektrischen Anschlüssen eines thermoelektrischen Elements 2351 eine elektrische Spannung angelegt wird, arbeitet das thermoelektrische Element gewissermassen als Wärmepumpe und kühlt den einen über den einen Wärmeleiter mit ihm verbundenen Abschnitt des Thermobimaterialstreifens ab, während es dessen über den anderen Wärmeleiter mit ihm verbundenen Abschnitt erwärmt. Durch das Vorzeichen der angelegten, elektrischen Spannung kann festgelegt werden, bei welchem Abschnitt gekühlt und bei welchem gewärmt wird. Durch stellenweises Kühlen und Erwärmen kann erreicht werden, dass sich der Thermobimaterialstreifen wegen der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der beiden ihn bildenden Schichten wellenförmig biegt, wobei selbstverständlich auch die im Ruhezustand ebene Förderfläche 2345a wellenförmig wird. Des weiteren kann die von der Förderfläche gebildete Welle analog wie beispielsweise beim Förderorgan 2141, bei dem die Bewegung durch Längenänderungen vom piezoelektrischen Wandlerabschnitten erzeugt wird, sprungweise fortschreiten. Bei geeigneter Anordnung der thermoelektrischen Elemente können die gewünschten Biegungen mit analogen elektrischen Signalfolgen erzeugt werden, wie bei den Förderorganen 2041 und 2141. Beim Förderorgan 2341 sind also die zur Umwandlung von elektrischen ErregerspannungsSignalen in Biegungen dienenden Wandler-Mittel aus den thermoelektrischen Elementen 2351 und einem zum Förderorgan gehörenden Wandler gebildet, der aus den thermischen Wandlerelementen 2343, 2345 besteht.When an electrical voltage is applied across the two electrical connections of a thermoelectric element 2351, the thermoelectric element operates to a certain extent as a heat pump and cools one section of the thermobimaterial strip connected to it via the one heat conductor, while it heats the section connected to it via the other heat conductor. The sign of the applied electrical voltage can be used to determine which section is cooled and which section is heated. By cooling and heating in places, it can be achieved that the thermobi material strip bends in a wave shape due to the different thermal expansion coefficients of the two layers forming it, the conveying surface 2345a, which is flat in the idle state, naturally also becoming wave-shaped. Furthermore, the shaft formed by the conveying surface can proceed in a step-by-step manner, for example in the case of the conveying element 2141, in which the movement is generated by changes in length from the piezoelectric transducer sections. With a suitable arrangement of the thermoelectric elements, the desired bends can be generated with analog electrical signal sequences, as is the case with the conveying elements 2041 and 2141. The conveying means 2341 in the conveying element 2341 are used to convert electrical excitation voltage signals into bends from the thermoelectric elements 2351 and one Conveyor belonging transducer formed, which consists of the thermal transducer elements 2343, 2345.
Das in der Figur 40 gezeichnete, aus einem ringförmigen Streifen bestehende Förderorgan 2441 weist einen ringförmigen Biegekörper 2445 mit einer im Ruhezustand ebenen, zur Ringachse rechtwinkligen und radialen Förderfläche 2445a auf. Unter dem Biegekörper befindet sich ein piezoelektrischer Wandler mit beispielsweise sechzehn über seinen Umfang verteilten Elektroden 2447. Der Wandler ermöglicht, die Förderfläche 2445a beim Betrieb dauernd durch Scherungen oder Längenänderungen von Wandlerabschnit- ten derart zu verformen, dass sie eine die Mittelachse des Förderorgans umschliessende Welle mit vier axial vorstehenden Wellenbergen bildet. Die Welle kann analog wie bei den Förderorganen 2041, 2141, 2241 sprungartig fortschreiten.The conveyor element 2441 shown in FIG. 40, consisting of an annular strip, has an annular bending body 2445 with a conveyor surface 2445a that is flat in the idle state and perpendicular to the ring axis and radial. A piezoelectric transducer with, for example, sixteen electrodes 2447 distributed over its circumference is located under the flexible body. The transducer enables the conveying surface 2445a to be continuously operated during operation by shearing or length changes of transducer sections. to deform such that it forms a shaft enclosing the central axis of the conveyor element with four axially projecting wave crests. The shaft can advance in a step-like manner as in the case of the conveying bodies 2041, 2141, 2241.
Das in der Figur 41 ersichtliche Förderorgan 2541 besteht ebenfalls aus einem ringförmigen Streifen und weist einen piezoelektrischen Wandler 2543 sowie einen Biegekörper 2545 mit einer Förderfläche 2545a auf, die im Ruhezustand eine zur Achse des ringförmigen Förderorgans koaxiale Zylinderfläche bildet und also in einem durch die Ringachse gelegten Schnitt eben ist. Der Wandler ist mit sechzehn über seinen Umfang verteilten Elektroden 2547 versehen, so dass die Förderfläche beim Betrieb mittels des Wandlers derart gebogen werden kann, dass sie eine Welle mit vier über den Umfang verteilten, radial und rechtwinklig zur Achse des ringförmigen Förderorgans vorstehenden Wellenbergen bildet, wobei die Welle sprungartig fortschreitet. Für ringförmige Förderorgane der in den Figuren 40 und 41 dargestellten Art sind dann selbstverständlich, zusätzliche, zur Bildung von Pumpenkörpern dienende Bauteile vorzusehen, die zusammen mit diesen Förderorganen Förder-Durchgänge bilden. Förderorgane mit analog wie die Förderflächen 2445a, 2545a ausgebildeten, ringförmigen Förderflächen können selbstverständlich auch mit Wandler-Mitteln gebildet werden, die analog wie die zum Biegen des Förderorgans 2341 dienenden Wandler-Mittel thermoelektrische Elemente und einem Thermobimaterialstreifen aufweisen.The conveying member 2541 shown in FIG. 41 also consists of an annular strip and has a piezoelectric transducer 2543 and a bending body 2545 with a conveying surface 2545a, which in the idle state forms a cylindrical surface which is coaxial with the axis of the annular conveying member and thus in a cylinder surface placed through the ring axis Cut is flat. The transducer is provided with sixteen electrodes 2547 distributed over its circumference, so that the operating surface can be bent during operation by means of the transducer in such a way that it forms a shaft with four wave peaks distributed over the circumference, projecting radially and at right angles to the axis of the annular conveying member, the wave progressing suddenly. For ring-shaped conveying elements of the type shown in FIGS. 40 and 41, it is then natural to provide additional components which serve to form pump bodies and which, together with these conveying elements, form conveying passages. Conveying elements with annular conveying surfaces designed analogously to the conveying surfaces 2445a, 2545a can of course also be formed with transducer means which, analogously to the transducer means used to bend the conveying element 2341, have thermoelectric elements and a thermobi material strip.
Bei der in den Figuren 24 und 25 dargestellten Pumpe könnte man auf der unteren Seite des Förderorgans ebenfalls noch ein Kontaktorgan mit einer dem Förderorgan zugewandten Kontaktfläche und Dichtungen versehen. Dementsprechend wäre das Förderofgan auf der unteren Seite des Wandlers 2043 ebenfalls noch mit einem Biegekörper auszurüsten, der dann gegen die Elektroden 2047 zu isolieren wäre. Es ergäben sich dann zwei Förder-Durchgänge. Die Dichtungen oder eventuell sonst vorhandenen, mindestens zum Teil elastisch deformierbaren, zum Abschliessen der Enden der Förder-Durchgänge dienenden Abschlussmittel und/oder die Fluid-Anschlüsse könnten dann wahlweise derart ausgebildet werden, dass die beiden Förder-Durchgänge fluidmässig parallel geschaltet sind oder aber die getrennte Förderung von Fluiden ermöglichen.In the pump shown in FIGS. 24 and 25, a contact element could also be provided on the lower side of the delivery element with a contact surface and seals facing the delivery element. Accordingly, the funding agency would be on the lower side of the converter 2043 also to be equipped with a flexible body which would then have to be insulated from the electrodes 2047. This would result in two funding rounds. The seals or any other, at least partially elastically deformable, closing means used to close the ends of the conveying passages and / or the fluid connections could then optionally be designed such that the two conveying passages are connected in parallel in terms of fluid or else allow separate delivery of fluids.
Die in den Figuren 42 sowie 43 ersichtliche Pumpe weist einen Pumpenkörper 3001 mit zwei länglichen, streifenförmigen, separat in der Figur 44 gezeichneten Förderorganen 3041 auf, deren einander zugewandte Seiten alsThe pump shown in FIGS. 42 and 43 has a pump body 3001 with two elongated, strip-shaped delivery elements 3041, shown separately in FIG. 44, the sides of which face each other as
Förderflächen 3041a dienen. Jedes der beiden Förderorgane 3041 ist im wesentlichen durch einen piezoelektrischen Wandler 3043 gebildet. Dieser hat acht gleichmässig über seine Länge verteilte Wandlerabschnitte 3043a, deren Begrenzungen in den Figuren 42 sowie 44 durch gestrichelte Linien dargestellt sind. Die beiden Förderorgane 3041 sind bei ihren einander abgewandten Seiten oder Flächen je an einem gummielastischen, zum Beispiel aus Silicon-Schaumgummi bestehenden Tragkörper 3035 befestigt. Die zwei Tragkörper 3035 sind entlang von den Längsrändern der beiden Förderorgane 3041 durch gummielastische, Streifenoder plattenförmige Dichtungen 3093 dicht mit einander verbunden. Die beiden Stirnseiten des quaderförmigen Pumpenkörpers sind durch formfeste, etwa metallische oder aus Kunststoff bestehende Abschlussplatten 3095 gebildet, die dicht mit den beiden Tragkörpern 3035 und mit den beiden plattenförmigen Dichtungen 3093 verbunden sind. Die zwei aus Schaumgummi bestehenden Tragkörper 3091 drücken die beiden Förderorgane 3041 federnd gegen einander, so dass diese im ebenen Ruhezustand mit ihren ganzen Förder flächen 3041a und beim Betrieb mit von diesen gebildeten, einander zugewandten Wellenbergen an einander anliegen.Conveying surfaces 3041a serve. Each of the two conveying members 3041 is essentially formed by a piezoelectric transducer 3043. This has eight transducer sections 3043a distributed uniformly over its length, the limits of which are shown in FIGS. 42 and 44 by dashed lines. The two conveying members 3041 are each fastened to a rubber-elastic support body 3035, for example made of silicone foam rubber, on their sides or surfaces facing away from one another. The two support bodies 3035 are connected to one another along the longitudinal edges of the two conveying members 3041 by rubber-elastic, strip or plate-shaped seals 3093. The two end faces of the cuboid pump body are formed by dimensionally stable, for example metallic or plastic, end plates 3095, which are tightly connected to the two support bodies 3035 and to the two plate-shaped seals 3093. The two supporting bodies 3091 made of foam rubber press the two conveying members 3041 resiliently against one another, so that they, with their entire conveying, in the flat resting state surfaces 3041a and, when operating with mutually facing wave crests formed by them, bear against one another.
Die Wandlerabschnitte 3043a erstrecken sich bis zu den Längsrändern der piezoelektrischen Elemente und haben in einer Draufsicht auf die Förderfläche einen rechteckigen oder quadratischen Umriss.The transducer sections 3043a extend to the longitudinal edges of the piezoelectric elements and have a rectangular or square outline in a plan view of the conveying surface.
Die piezoelektrischen Wandler 3043 sind derart ausgebildet, dass sie und ihre Wandlerabschnitte beim noch näher beschriebenen Betrieb durch die elektrischen Erregerspannungen mindestens im wesentlichen nur entlang einer in der Längsrichtung der Förderorgane 3041 sowie rechtwinklig zu den Förderflächen 3041a verlaufenden und also zur Schnittebene der Figur 42 parallelen Ebene verformt werden. Die Förderorgane werden also rechtwinklig zu dieser Ebene nicht oder mindestens nicht stark verformt und haben in einem bestimmten Betriebszustand in zur Schnittebene der Figur 42 parallelen Schnittebenen über ihre ganze Breite die gleiche Form. Der beim Betrieb durch piezoelektrisches Verformen der Wandler und Förderorgane gebildete Förder-Durchgang 3077 hat acht über seine Länge verteilte Pumpräume 3079, von denen sich jeder zwischen einem Paar sich gegenüberstehender Wandlerabschnitte 3043a befindet. Der Förder-Durchgang 3077 ist auf seinen beiden Längsseiten durch die plattenförmigen Dichtungen 3093 dicht abgeschlossen. Bei seinen beiden Enden ist der Förder-Durchgang durch die Abschlussplatten 3095 und deren Verbindung mit den Tragkörpern 3035 sowie den Dichtungen 3093 abgeschlossen. Bei dieser Pumpe sind also die den Förder-Durchgang bei dessen Längsrändern und Enden gegen die Umgebung abschliessenden Abschlussmittel durch die Dichtungen 3093 bzw. Abschlussplatten 3095 in Zusammenwirkung mit den Tragkörpern 3035 gebildet. Die Tragkörper 3035 sowie Dichtungen 3093 sind übrigens derart verformbar und mit einander sowie mit den Förderorganen 3041 verbunden, dass sie deren wellenförmige Verformungen möglichst wenig behindern und auch die aus diesen Verformungen resultierenden Längenänderungen der Förderorgane ermöglichen. Bei jedem der beiden Enden des Förder-Durchgangs 3077 ist ein Fluid-Anschluss 3017 bzw. 3019 vorhanden, bzw. 1073 vorhanden, der zum Beispiel die betreffende Abschlussplatte 3095 durchdringt und mit dem dort vorhandenen Pumpraum 3079 zumindest dann verbunden ist, wenn dieser zur betreffenden Abschlussplatte 3095 hin offen ist. Die Fluid-Anschlüsse könnten jedoch stattdessen durch in einem der Tragkörper und Förderorgane vorhandene Löcher hindurch mit den besagten Pumpräumen verbunden sein.The piezoelectric transducers 3043 are designed in such a way that they and their transducer sections during operation described in more detail by the electrical excitation voltages at least essentially only along a plane running in the longitudinal direction of the conveying members 3041 and at right angles to the conveying surfaces 3041a and therefore parallel to the sectional plane of FIG be deformed. The conveying members are therefore not deformed, or at least not strongly deformed, at right angles to this plane and have the same shape over their entire width in section planes parallel to the section plane of FIG. 42. The conveying passage 3077 formed during operation by piezoelectric deformation of the transducers and conveying members has eight pumping spaces 3079 distributed over its length, each of which is located between a pair of opposing transducer sections 3043a. The conveyor passage 3077 is sealed on both long sides by the plate-shaped seals 3093. The conveying passage through the end plates 3095 and their connection to the supporting bodies 3035 and the seals 3093 is completed at both ends. In this pump, the end means closing the delivery passage at its longitudinal edges and ends against the environment are formed by the seals 3093 or end plates 3095 in cooperation with the supporting bodies 3035. The support body 3035 and seals 3093 are incidentally deformable in this way and connected to one another and to the conveying members 3041 in such a way that they hamper their undulating deformations as little as possible and also enable the length changes of the conveying members resulting from these deformations. A fluid connection 3017 or 3019 or 1073 is present at each of the two ends of the conveying passage 3077, which, for example, penetrates the end plate 3095 in question and is connected to the pump chamber 3079 there at least when the latter is connected to the relevant one End plate 3095 is open. However, the fluid connections could instead be connected to said pumping spaces through holes in one of the supporting bodies and conveying members.
Die beiden piezoelektrischen Wandler 3043 sind zum Beispiel analog wie der Wandler 2043 durch Scherung verformbar und weisen dementsprechend je ein piezoelektrisches, schichtförmiges Element auf. Diese beiden Elemente sind auf ihren einander zugewandten Seiten mit sich zusammenhängend über die ganze Fläche erstreckenden Gegen-Elektroden und auf ihren anderen Seiten für jeden Wandlerabschnitt mit einer Erreger-Elektrode versehen. Die beiden piezoelektrischen Elemente sind in jedem einem Wandlerabschnitt zugeordneten Bereich in der Längsrichtung des Förder-Durchgangs 3077 polarisiert und zwar vorteilhafterweise derart, dass sich entlang dem Förder-Durchgang jeweils zwei Wandlerabschnitte mit gleich gerichteter Polarisation neben einander befinden und danach jeweils ein Paar Wandlerabschnitte mit entgegen gerichteter Polarisation folgt. Die zu sich gegenüberstehenden Wandlerabschnitten gehörenden Abschnitte der beiden piezoelektrischen Elemente sind zum Beispiel paarweise gleich polarisiert. Eine nicht gezeichnete Elektronikvorrichtung hat einen mit den beiden Gegen-Elektroden verbundenen Massenanschluss und zwei Erregeranschlüsse. Wenn man die Wandlerab schnitte entlang dem Förder- Durchgang zum Beispiel von links nach rechts fortlaufend abzählt, sind die ErregerElektroden des ersten, dritten, fünften und siebten Wandlerabschnitts der beiden piezoelektrischen Elemente mit dem einen Erregeranschluss und die restlichen ErregerElektroden mit dem andern Erregeranschluss der Elektronikvorriσhtung verbunden. Die Elektronikvorrichtung kann den mit ihren beiden Erregeranschlüssen verbundenen Erreger-Elektroden beim Betrieb zwei elektrische Erregerspannungen zuführen, die im Verlauf der Zeit abwechselnd positive sowie negative Werte und zum Beispiel einen rechteckförmigen Verlauf haben. Jede Erregerspannung bildet also eine Folge von abwechselnd positiven und negativen Erregersignalen, nämlich Rechteckimpulsen oder, genauer gesagt, Rechteck-Halbimpulsen, die zeitlich lückenlos auf einander folgen. Die beiden Erregerspannungen sind gegen einander um einen Phasenwinkel von 90° verschoben.For example, the two piezoelectric transducers 3043 can be deformed by shearing analogously to the transducer 2043 and accordingly each have a piezoelectric, layer-shaped element. These two elements are provided on their mutually facing sides with counter-electrodes which extend coherently over the entire surface and on their other sides with an excitation electrode for each transducer section. The two piezoelectric elements are polarized in each region assigned to a transducer section in the longitudinal direction of the conveying passage 3077, and advantageously in such a way that two transducer sections with the same polarization are located next to one another along the conveying passage and then a pair of transducer sections with opposite each other Directed polarization follows. The sections of the two piezoelectric elements belonging to opposing transducer sections are polarized identically in pairs, for example. An electronic device, not shown, has a ground connection connected to the two counter electrodes and two excitation connections. If you turn the converter off cuts along the conveyor passage, for example, counting continuously from left to right, the exciter electrodes of the first, third, fifth and seventh transducer sections of the two piezoelectric elements are connected to one exciter connection and the remaining exciter electrodes to the other exciter connection of the electronic device. The electronic device can supply two excitation voltages to the excitation electrodes connected to its two excitation connections during operation, which have alternating positive and negative values over time and, for example, a rectangular shape. Each excitation voltage thus forms a sequence of alternating positive and negative excitation signals, namely rectangular pulses or, more precisely, rectangular half-pulses, which follow one another without any time gaps. The two excitation voltages are shifted from each other by a phase angle of 90 °.
Beim Betrieb werden die Wandlerabschnitte durch Scherungen derart gekrümmt, dass jede der beiden Förderflächen 3041a Aufwölbungen bildet, die entlang dem FörderDurchgang 3077 abwechselnd auf verschiedene Seiten der im Ruhezustand von der betreffenden Förderfläche aufgespannten Ebene weg ragen. Die beiden Förderflächen bilden dann im Längsschnitt je eine Wellenlinie und liegen bei den Scheiteln der einander zugewandten Wellenberge an einander an, wie es in den Figuren 42 bis 44 mit stark übertriebener Wellenberghöhe dargestellt ist. Die von den beiden Förderflächen gebildeten Wellen sind spiegelsymmetrisch zu einander. Bei der wellenartigen Verformung der Förderorgane werden diese oder, genauer gesagt, deren nicht zu den einander anliegenden Wellenberg-Scheitelbereichen gehörenden Bereiche entgegen den von den beiden gummielastischen Tragkörpern 1091 verursachten Rückstellkräften von einan der weg gedrückt. Jedes Förderorgan 3041 hat pro Wellenlänge lambda der von den Förderflachen 3041a gebildeten Wellen vier Wandlerabschnitte. In jedem Zeitpunkt, in dem eine der beiden Erregerspannungen ihr Vorzeichen wechselt, d.h. nach jeweils einem Viertel der Periodendauer der Erregerspannungen, verschieben sich die von den Förderflächen gebildeten Wellen um einen Viertel der Wellenlänge entlang dem Förder-Durchgang und zwar beispielsweise von links nach rechts. Im Förder- Durchgang 3077 entstehen daher von links nach rechts fortschreitende Hohlräume oder Zellen, von denen in jedem Takt mindestens einer bzw. eine beidenends durch ein Paar an einander anliegender Wellenberg-Scheitel begrenzt ist und vier zusammenhängende Pumpräume 3079 enthält. Die einzelnen Pumpräume 3079 ändern also schrittweise ihr Volumen, wobei dieses in jedem beim Betrieb stattfindenen Takt einen von Null verschiedenen Wert hat. Beim Betrieb der Pumpe kann also ein Fluid vom Fluid-Anschluss 3017 peristaltisch durch den Förder-Durchgang zum Fluid-Anschluss 3019 gefördert werden.During operation, the transducer sections are curved by shear forces in such a way that each of the two conveying surfaces 3041a forms bulges which alternately protrude along the conveying passage 3077 to different sides of the plane spanned by the respective conveying surface in the idle state. The two conveying surfaces then each form a wavy line in longitudinal section and lie against one another at the apexes of the mutually facing wave crests, as is shown in FIGS. 42 to 44 with a greatly exaggerated wave crest height. The waves formed by the two conveying surfaces are mirror-symmetrical to one another. In the case of the wave-like deformation of the conveying members, these or, more precisely, their areas not belonging to the adjacent crests of the crests are opposed to one another by the restoring forces caused by the two rubber-elastic supporting bodies 1091 the way pressed. Each conveyor element 3041 has four transducer sections per wavelength λ of the waves formed by the conveyor surfaces 3041a. At any point in time when one of the two excitation voltages changes sign, that is, after a quarter of the period of the excitation voltages, the waves formed by the conveying surfaces shift by a quarter of the wavelength along the conveying passage, for example from left to right. In the conveying passage 3077, cavities or cells progressing from left to right are formed, of which at least one or both ends in each cycle is delimited by a pair of adjacent Wellenberg apexes and contains four contiguous pumping spaces 3079. The individual pumping spaces 3079 thus change their volume step by step, with this having a non-zero value in each cycle taking place during operation. When the pump is operating, a fluid can therefore be conveyed peristaltically from the fluid connection 3017 through the delivery passage to the fluid connection 3019.
Die zu den verschiedenen Wandlerabschnitten gehörenden Abschnitte der beiden piezoelektrischen Elemente müssten selbstverständlich nicht unbedingt die angegebenen Polarisationsrichtungen haben und könnten beispielsweise auch alle in der gleichen Richtung polarisiert sein. Die Ausbildung der Elektronikvorrichtung und deren Verbindung mit den Erreger-Elektroden wäre dann entsprechend anzupassen. Zudem könnten die Wandler 3043 statt durch Scherungen verformbar zu sein, als Monomorph- oder Bimorph-Wandler ausgebildet sein.Of course, the sections of the two piezoelectric elements belonging to the different transducer sections do not necessarily have to have the specified polarization directions and could, for example, all be polarized in the same direction. The design of the electronic device and its connection to the excitation electrodes would then have to be adapted accordingly. In addition, the transducers 3043 could be designed as monomorph or bimorph transducers instead of being deformable by shearing.
Die in den Figuren 45 sowie 46 dargestellte Pumpe weist einen quaderförmigen Pumpenkörper 3101 mit zwei streifenförmigen Förderorganen 3141 auf. Jedes Förderorgan besteht zumindest im wesentlichen aus einem Wandler 4143 Jeder der beiden zusammen die Wandler-Mittel der Pumpe bildenden Wandler 4143 weist ein streifenförmiges, sich zusammenhängend über seine ganze Länge und Breite erstreckendes, inneres, piezoelektrisches Element 3151 auf. Die piezoelektrischen Elemente 3151 der beiden Wandler sind auf ihren einander zugewandten Seiten mit je einer sich zusammenhängend über ihre ganze Länge und Breite erstreckende Gegen-Elektrode 3145 versehen. Die einander zugewandten Seiten dieser Gegen-Elektroden bilden je eine Förderfläche 3145a. Auf der der Förderfläche 3145a abgewandten Seite jedes piezoelektrischen Elements 3151 sind zwei streifenförmige, schmälere, äussere piezoelektrische Elemente 3153 angeordnet, die sich ebenfalls zusammenhängend über die ganze Länge des Förderorgans 3141 undThe pump shown in FIGS. 45 and 46 has a cuboid pump body 3101 with two strip-shaped delivery members 3141. Every funding body consists at least essentially of a transducer 4143. Each of the two transducers 4143, which together form the transducer means of the pump, has a strip-shaped inner piezoelectric element 3151 that extends coherently over its entire length and width. The piezoelectric elements 3151 of the two transducers are each provided on their mutually facing sides with a counter-electrode 3145 which extends coherently over their entire length and width. The mutually facing sides of these counter electrodes each form a conveying surface 3145a. On the side of each piezoelectric element 3151 facing away from the conveying surface 3145a, two strip-shaped, narrower, outer piezoelectric elements 3153 are arranged, which are likewise connected over the entire length of the conveying member 3141 and
Wandlers 3143 erstrecken. Die Breiten der Elemente 3153 sind jedoch ein wenig kleiner als die halbe Breite des Elements 3151. Die beiden zum gleichen Wandler gehörenden Elemente 3153 sind derart neben einander angeordnet, dass ihre äusseren Längsränder bündig mit je einem Längsrand des Elements 3151 sind. Zwischen den einander zugewandten Längsrändern der beiden Elemente 3153 ergibt sich dann ein schmaler Zwischenraum. Das piezoelektrische Element 3151 jedes Wandlers 3143 ist auf seiner der Gegen-Elektrode 3145 abgewandten Seite mit acht gleichmässig über seineExtend converter 3143. However, the widths of the elements 3153 are a little smaller than half the width of the element 3151. The two elements 3153 belonging to the same transducer are arranged next to one another in such a way that their outer longitudinal edges are flush with one longitudinal edge of the element 3151. There is then a narrow space between the mutually facing longitudinal edges of the two elements 3153. The piezoelectric element 3151 of each transducer 3143 is on its side facing away from the counter electrode 3145 evenly over its side
Länge verteilten, durch schmale Zwischenräume von einander getrennten Erreger-Elektroden 3155 versehen. Jedes piezoelektrische Element 3153 ist auf seiner dem Element 3151 zugewandten Seite mit acht über seine Länge verteilten und von einander durch Zwischenräume getrennten Erreger-Elektroden 3157 versehen, von denen jede auf einer ErregerElektrode 3155 aufliegt und mechanisch sowie elektrisch mit dieser verbunden ist. Jedes Element 3153 ist ferner auf seiner dem Element 3151 abgewandten Seite mit einer sich zusammenhängend über seine ganze Länge erstreckenden Gegen-Elektrode 3147 versehen. Die beiden Förderorgane 3141 sind von einem einstückigen gummielastischen Tragkörper 3135 gehalten, der sie sowohl im Querschnitt als auch im Längsschnitt vollständig umschliesst. Der Tragkörper besteht zum Beispiel aus einem Silicongummi, der einige geschlossene Poren aufweist, um beim Verformen kleine Volumenänderungen zu ermöglichen. Dabei brauchen jedoch nur weniger Poren vorhanden zu sein, als bei konventionellen Schaumgummis üblicherweise vorhanden sind. Der Tragkörper ist bei beiden Enden der im Ruhezustand an einander anliegenden Förderorgane 3141 mit einem Fluid-Anschluss 3117 bzw. 3119 versehen, der ein quer zu den Förderorganen und parallel zu deren Förderflächen von einer Längsseite des Tragkörpers 3135 her in diesen einmündenden Sackloch aufweist, das sich zumindest annähernd über die ganzeDistributed in length, provided by narrow spaces between excitation electrodes 3155. Each piezoelectric element 3153 is provided on its side facing element 3151 with eight exciter electrodes 3157 distributed over its length and separated from one another by gaps, each of which rests on an exciter electrode 3155 and is mechanically and electrically connected to it. Each element 3153 is also on its side facing away from element 3151 with a cohesive extending over its entire length Provide counter electrode 3147. The two conveying members 3141 are held by a one-piece rubber-elastic supporting body 3135, which completely encloses them both in cross section and in longitudinal section. For example, the support body consists of a silicone rubber that has a few closed pores in order to allow small changes in volume when deformed. However, only fewer pores need to be present than are usually present with conventional foam rubbers. The support body is provided at both ends of the conveying members 3141, which rest against one another in the idle state, with a fluid connection 3117 or 3119, which has a blind hole opening into the transversely to the conveying members and parallel to their conveying surfaces from a longitudinal side of the supporting body 3135, which at least approximately over the whole
Breite der beiden Förderorgane erstreckt. Der Tragkörper 3135 kann bei der Herstellung der Pumpe durch Umgiessen der beiden Förderorgane 3141 mit einer Silicongummimasse gebildet werden. Die beiden Förderorgane haben in einer Projektion auf die zwischen ihren Förderflächen hindurch verlaufende Ebene im allgemeinen einen rechteckigen Umriss. Jedes der beiden Förderorgane ist jedoch bei einer der Ecken mit einer in der Figur 47 ersichtlichen Anschrägung versehen. Der Tragkörper 3135 kann noch auf einem nicht gezeichneten, formfesten Träger befestigt und/oder von einem formfesten Gehäuse umschlossen sein. Die Figuren 45, 46 sind - ähnlich wie verschiedene vorangehende Figuren - nicht-massstäblich, sondern mit stark übertriebenen Dicken der piezoelektrischen Elemente sowie Elektroden und mit ebenfalls übertriebenen Höhen der von den Förderflächen beim Betrieb gebildeten Wellen gezeichnet. Die piezoelektrischen Elemente 3151, 3153 sind in Wirklichkeit beispielsweise 32 mm lang, 9 mm bzw. 4 mm breit und - rechtwinklig zu den Förderflächen gemessen - 0,15 mm bis 0,3 mm dick. Die Dicken der Elektroden können zum Beispiel in der Grössenordnung von 0,001 mm liegen. Zur Pumpe gehört noch eine in der Figur 47 dargestellte Elektronikvorrichtung 3161 mit beispielsweise einen Mikroprozessor aufweisenden Generator-Mitteln zur Erzeugung von elektrischen Erregerspannungen auf. Die über die ganze Länge der Wandler zusammenhängenden Gegen-Elektroden 3145, 3147 sind elektrisch durch Verbindungsleitungen mit dem Massenanschluss und die Erreger-Elektroden 3155, 3157 durch Verbindungsleitungen mit zwei Erregeranschlüssen oder Signalausgängen der Elektronikvorrichtung 3161 verbunden. Die an die verschiedenen Elektroden anschliessenden Abschnitte der elektrischen Verbindungsleitungen sind durch Bereiche des Tragkörpers 3035 hindurch aus diesem heraus geführt. Die beiden Gegen-Elektroden 3145 sind bei derjenigen Ecke mit einer Verbindungsleitung verbunden, bei welcher der jeweils andere Wandler die erwähnte Anschrägung hat. Die Gegen-Elektroden 3147 können bei beliebigen Randstellen mit Verbindungsleitungen verbunden sein. An die Erreger-Elektroden 3155, 3157 sind Verbindungsleitungen angeschlossen, die jeweils zwischen einem Paar sich neben einander befindender piezoelektrischer Elemente 3153 hindurch aus dem Tragkörper hinausgeführt sind. Diese Anschlussweise der Elektroden ermöglicht, den beim Betrieb zwischen den beiden Förderflächen 3145a entstehenden Förder-Durchgang 3177 praktisch ohne Behinderung durch die Verbindungsleitungen entlang allen Rändern der Förderfläche durch die aus dem Tragkörper gebildeten, elastisch deformierbaren Abschlussmittel dicht gegen die Umgebung abzuschliessen. In jedem Wandler 3143 werden durch die Elektroden 3155, 3157 acht über die Länge des Wandlers verteilte Wandlerabschnitte 3143a definiert.Width of the two funding bodies extends. The support body 3135 can be formed in the manufacture of the pump by encapsulating the two conveying members 3141 with a silicone rubber compound. When projected onto the plane running between their conveying surfaces, the two conveying members generally have a rectangular outline. However, each of the two conveying members is provided with a bevel shown in FIG. 47 at one of the corners. The support body 3135 can still be attached to a non-illustrated, dimensionally stable support and / or enclosed by a dimensionally stable housing. Figures 45, 46 are - similar to various previous figures - not drawn to scale, but with greatly exaggerated thicknesses of the piezoelectric elements and electrodes and also with exaggerated heights of the waves formed by the conveying surfaces during operation. The piezoelectric elements 3151, 3153 are in reality, for example, 32 mm long, 9 mm or 4 mm wide and - measured at right angles to the conveying surfaces - 0.15 mm to 0.3 mm thick. The thicknesses of the electrodes can, for example, be on the order of 0.001 mm. The pump also includes an electronic device 3161, shown in FIG. 47, with, for example, generator means having a microprocessor for generating electrical excitation voltages. The counter-electrodes 3145, 3147 connected along the entire length of the transducers are electrically connected to the ground connection by connecting lines and the excitation electrodes 3155, 3157 are connected to two excitation connections or signal outputs of the electronic device 3161 by connecting lines. The sections of the electrical connecting lines adjoining the various electrodes are led out of the support body 3035 through regions thereof. The two counter-electrodes 3145 are connected at that corner to a connecting line in which the other transducer has the aforementioned bevel. The counter electrodes 3147 can be connected to connecting lines at any edge points. Connection lines are connected to the excitation electrodes 3155, 3157, each of which leads out of the support body between a pair of piezoelectric elements 3153 located next to one another. This type of connection of the electrodes enables the conveyor passage 3177 which arises during operation between the two conveying surfaces 3145a to be sealed off from the environment practically without hindrance by the connecting lines along all edges of the conveying surface by means of the elastically deformable closure means formed from the supporting body. In each converter 3143, the electrodes 3155, 3157 define eight converter sections 3143a distributed over the length of the converter.
Die piezoelektrischen Elemente 3151, 3153 der als Bimorph-Wandler ausgebildeten Wandler 3143 sind analog polarisiert wie die piezoelektrischen Elemente 2251, 2253 des Wandlers 2243. Die Polarisationsrichtungen der zu den verschiedenen Wandlerabschnitten 4143a gehörenden Abschnitte der piezoelektrischen Elemente 3151, 3153 sind schematisch durch Pfeile in der Figur 48 dargestellt. Im übrigen sind die Elektroden in analoger Weise mit der Elektronikvorrichtung verbunden, wie diejenigen der Wandler 2043, 2143, 2243. Die Generator-Mittel der Elektronikvorrichtung 3161 erzeugen zwei periodische Wechsel-Erregerspannungen. Die momentanen Spannungswerte U dieser Erregerspannungen in Abhängigkeit von der Zeit t sind in der Figur 49 durch die beiden Linien 3191 bzw. 3193 dargestellt. Die von der Elektronikvorrichtung 3161 erzeugten Erregerspannungen haben identische positive sowie negative, halbwellenförmige Signale und sind gleich gegen einander phasenverschoben, wie die in der Figur 30 durch die Linien 2091 bzw. 2093 dargestellten Erregerspannungen, unterscheiden sich jedoch von diesen dadurch, dass ihre zeitlichen Änderungen überall stetig sind. Die Linien 3191 und 3193 können beispielsweise bei den Nulldurchgängen gerade, bezüglich der Zeitachse geneigte Flanken und bei den positiven sowie negativen Maximalwerten bogenförmige Abschnitte haben. In der Figur 49 sind auch noch die Zeitpunkte t.1, t2, t3, t4 eingetragen, die den entsprechenden Zeitpunkten in den Figuren 28, 30 und 33 entsprechen.The piezoelectric elements 3151, 3153 of the transducers 3143 designed as a bimorph transducer are polarized analogously to the piezoelectric elements 2251, 2253 of the transducer 2243. The directions of polarization of the portions of the piezoelectric elements 3151, 3153 belonging to the various transducer portions 4143a are schematically represented by arrows in Figure 48. Otherwise, the electrodes are connected to the electronic device in a manner analogous to that of the converters 2043, 2143, 2243. The generator means of the electronic device 3161 generate two periodic alternating excitation voltages. The instantaneous voltage values U of these excitation voltages as a function of time t are shown in FIG. 49 by the two lines 3191 and 3193. The excitation voltages generated by the electronic device 3161 have identical positive and negative, half-wave signals and are out of phase with one another like the excitation voltages represented by lines 2091 and 2093 in FIG. 30, but differ from them in that their temporal changes everywhere are steady. Lines 3191 and 3193 can have straight sections at zero crossings, slopes inclined with respect to the time axis, and curved sections at the positive and negative maximum values. The times t are also shown in FIG. 49. 1 , t 2 , t 3 , t 4 , which correspond to the corresponding times in FIGS. 28, 30 and 33.
Wenn die Erregerspannungen den Elektroden der Wandler 3143 zugeführt werden, ändern die zum gleichen Wandlerabschnitt 3143a gehörenden Abschnitte der piezoelektrischen Elemente 3151, 3153 ihre Längen gegensinnig. Die beiden Förderorgane 3141 können dadurch in analoger Weise wellenförmig gebogen werden, wie es für das Förderorgan 2241 erläutert wurde. Beim Pumpen eines Fluids, bilden die beiden Förderflächen 3145a dann in einem entlang der Förderrichtung verlaufenden Schnitt analog wie die Förderflächen 3041a der Förderorgane 3041 Wellen, die bezüglich der zwischen den beiden Förderflächen hindurch verlaufenden Ebene spiegelsymmetrisch zu einander sind. Die von den Förderflächen 3145a gebildeten Wellen können ähnlich schritt- oder sprungweise um jeweils einen Viertel der Wellenlänge verschoben werden, wie es anhand der Figuren 28 und 33 für die Förderflächen 2045a bzw. 2145a erläutert worden ist. Wenn sich die Erregerspannungen gemäss den Linien 3191, 3193 zeitlich stetig ändern und die durch Halbwellen der Erregerspannungen gebildeten Signale geneigte Flanken haben, werden auch die Formen der Förderflächen in genau definierter Weise stetig geändert. Dabei kann erreicht werden, dass das Volumen einer Zelle, die sich zwischen zwei einander in der Figur 45 benachbarten Berührungsstellen der beiden Förderflächen 3145a befindet, auch während der Verschiebung der Wellenberge um einen Viertel der Wellenlänge genau konstant bleibt. Der gummielastische Tragkörper 3135 drückt die beiden Förderorgane sowohl im ebenen Ruhezustand ihrer Förderflächen als auch wenn diese wellenförmig verformt sind, federnd gegen einander. Des weitern kann sich der Tragkörper auch in der Längsrichtung des Förder-Durchgangs 3177 verformen, d.h. verkürzen sowie verlängern, und sich also den Änderungen der parallel zu der zwischen den beiden Förderflächen hindurch verlaufenden Ebene gemessenen Längen der Förderflächen beim Verformen von diesen anpassen. Die Höhen der von den beiden Förderflächen beim Betrieb gebildeten Wellen können bei den weiter vorne angegebenen Längen sowie Breiten der piezoelektrischen Elemente und einer 0,2 mm betragenden Dicke von diesen - abhängig von der Grosse der zugeführten elektrischen Spannungen - je 0,004 mm bis 0,04 mm und zum Beispiel bei Spannungen mit einer Amplitude von 30 V je etwa 0,01 mm betragen.When the excitation voltages are supplied to the electrodes of the transducers 3143, the portions of the piezoelectric elements 3151, 3153 belonging to the same transducer portion 3143a change their lengths in opposite directions. As a result, the two conveying members 3141 can be bent in a wave-like manner, as was explained for the conveying member 2241. When pumping a fluid, the two conveying surfaces 3145a then form waves in a section running along the conveying direction, analogously to the conveying surfaces 3041a of the conveying members 3041, which are mirror-symmetrical to one another with respect to the plane running between the two conveying surfaces. The waves formed by the conveying surfaces 3145a can be stepped or jumped by a quarter each Wavelength are shifted, as has been explained with reference to Figures 28 and 33 for the conveyor surfaces 2045a and 2145a. If the excitation voltages according to lines 3191, 3193 change continuously over time and the signals formed by half waves of the excitation voltages have inclined flanks, the shapes of the conveying surfaces are also continuously changed in a precisely defined manner. It can thereby be achieved that the volume of a cell, which is located between two adjacent contact points of the two conveying surfaces 3145a in FIG. 45, remains exactly constant even during the displacement of the wave crests by a quarter of the wavelength. The rubber-elastic support body 3135 presses the two conveying elements resiliently against one another both when the conveying surfaces are at rest and when they are deformed in a wave shape. Furthermore, the support body can also deform in the longitudinal direction of the conveying passage 3177, ie shorten and lengthen, and thus adapt to the changes in the lengths of the conveying surfaces measured parallel to the plane running between the two conveying surfaces when deforming them. The heights of the shafts formed by the two conveying surfaces during operation can vary from 0.004 mm to 0.04, depending on the length of the piezoelectric elements and a width of the piezoelectric elements and a thickness of 0.2 mm, depending on the magnitude of the electrical voltages supplied mm and, for example, at voltages with an amplitude of 30 V each about 0.01 mm.
Die in der Figur 50 dargestellte Pumpe besitzt einen als Ganzes mit 5001 bezeichneten Pumpenkörper. Dieser ist aus einem formfesten, ebenen, plättchenförmigen, länglichen als Kontaktorgan 5003 dienenden Träger mit rechteckigem Umriss und einem auf einer Seite des Kontaktorgans 5003 angeordneten, den gleichen Umriss wie dieses aufweisenden und dieses also vollständig bedeckenden, plättchenoder folienförmigen Förderorgan 5004 gebildet, das im in der Figur 50 gezeichneten, unverformten Ruhezustand ebenfalls eben ist.The pump shown in FIG. 50 has a pump body designated as a whole by 5001. This is formed from a dimensionally stable, flat, platelet-shaped, elongated carrier serving as contact element 5003 with a rectangular outline and a contour arranged on one side of contact element 5003, which has the same contour as this and thus completely covers, plate-shaped or foil-shaped conveying element 5004, which in FIG the undeformed state of rest shown in FIG. 50 is also flat.
Das Förderorgan 5004 ist mit Wandler-Mitteln versehen und besteht nämlich zumindest im wesentlichen aus einem piezoelektrischen Wandler 5005. Dieser weist zwei schichtförmige, zum Beispiel gleich dicke, elastisch deformierbare Elemente 5007, 5009 aus dielektrischem, piezoelektrischem Material auf. Jedes der beiden piezoelektrischen Elemente 5007, 5009 ist zum Beispiel ausschliesslich durch eine kompakte, zusammenhängende Schicht aus piezoelektrischer Keramik, wie Blei-Zirkonat- Titanat, oder durch ein "Composite"-Material gebildet, das eine Kunststoffmasse oder -matrix und in diese eingebettete Partikel aus piezoelektrischer Keramik enthält. Der Wandler ist ferner mit verschiedenen Elektroden versehen, zu denen mehrere, nämlich vier zwischen den beiden piezoelektrischen Elementen 5007 und 5009 angeordnete, über die Länge des Wandlers verteilte Erreger-Elektroden 5011, 5013, 5015, 5017 gehören, die im folgenden als erste bzw. zweite bzw. dritte bzw. vierte Erreger-Elektrode bezeichnet werden. Wie es in der Figur 51 ersichtlich ist, haben die vier Erreger-Elektroden auf der Symmetrie-Längsmittelgeraden oder -ebene des Wandlers liegende Zentren und im allgemeinen einen kreisförmigen Umriss mit dem Durchmesser d. Der Abstand a der Zentren benachbarter Erreger-Elektroden ist höchstens oder ungefähr gleich dem Kreis-Durchmesser d und vorzugsweise ein wenig, zum Beispiel etwa 5 bis 20 %, kleiner als dieser. Anders gesagt, sollen sich die Hüllkreise der benachbarten Erreger-Elektroden zumindest annähernd berühren und sich beispielsweise ein wenig überlappen. Die im allgemeinen kreisförmigen Umriss-Linien oder Ränder der Erreger-Elektroden 5011, 5013, 5015, 5017 sind auf deren einander paarweise zugewandten Seiten ein wenig abgeflacht, d.h. mit aus geraden Kreis-Sehnen gebildeten Abschnitten versehen, so dass schmale Zwischenräume zwischen den benachbarten Erreger-Elektroden vorhanden und die letzteren elektrisch gegen einander isoliert sind. Im übrigen kann mindestens eine der Erreger-Elektroden und beispielsweise jede von diesen eine im Vergleich zu ihrer Oberfläche kleine, aus einem schlitzförmigen Einschnitt bestehende Ausnehmung aufweisen, in der eine von der Erreger-Elektrode durch einen schmalen Zwischenraum getrennte und also gegen diese elektrisch isolierte erste bzw. zweite bzw. dritte bzw. vierte Detektor-Elektrode 5021 bzw. 5023, bzw. 5025 bzw. 5027 angeordnet ist. Auf der dem Kontaktorgan 5003 zugewandten Seite des sich näher bei diesem befindenden, piezoelektrischen Elements 5007 ist eine sich zusammenhängend über dessen ganze Länge erstreckende Gegen-Elektrode 5031 angeordnet. Auf der dem Kontaktorgan abgewandten Seite des weiter von diesem entfernten, piezoelektrischen Elements 5009 ist ebenfalls eine sich zusammenhängend über dessen ganze Länge erstreckende, Gegen-Elektrode 5033 angeordnet. Die beiden piezoelektrischen Elemente und die verschiedenen Elektroden sind bei ihren einander paarweise zugewandten Flächen überall fest mit einander verbunden. Da der Wandler 5005 abgesehen von den verschiedenen Elektroden zwei piezoelektrische, dehnbare Elemente 5007, 5009 besitzt, bildet er - gleich wie die vorher beschriebenen Wandler 2243, 3143 - einen Bimorph-Wandler oder bilaminaren Wandler.The conveying element 5004 is provided with transducer means and namely consists at least essentially of a piezoelectric transducer 5005. This has two layer-shaped, for example equally thick, elastically deformable elements 5007, 5009 made of dielectric, piezoelectric material. Each of the two piezoelectric elements 5007, 5009 is formed, for example, exclusively by a compact, coherent layer made of piezoelectric ceramic, such as lead zirconate titanate, or by a "composite" material which comprises a plastic mass or matrix and particles embedded therein made of piezoelectric ceramic. The transducer is also provided with various electrodes, which include a plurality of exciter electrodes 5011, 5013, 5015, 5017, which are arranged between the two piezoelectric elements 5007 and 5009 and are distributed over the length of the transducer, second, third or fourth excitation electrode. As can be seen in FIG. 51, the four excitation electrodes have centers lying on the longitudinal symmetry line or plane of the transducer and generally have a circular outline with the diameter d. The distance a between the centers of adjacent excitation electrodes is at most or approximately equal to the circle diameter d and preferably a little, for example about 5 to 20%, smaller than this. In other words, the enveloping circles of the adjacent excitation electrodes should touch at least approximately and, for example, overlap a little. The generally circular outline or edges of the excitation electrodes 5011, 5013, 5015, 5017 are flattened a little on their sides facing each other in pairs, ie provided with sections formed from straight circular chords, so that narrow spaces between the adjacent exciters -Electrodes present and the latter are electrically isolated from one another. In addition, at least one of the excitation electrodes and, for example, each of these, may have a recess, which is small compared to its surface and consists of a slot-shaped incision, in which a first space separated from the excitation electrode by a narrow space and thus electrically insulated from it or second or third or fourth detector electrode 5021 or 5023 or 5025 or 5027. On the side of the piezoelectric element 5007 which is closer to the contact element 5003 and is closer to it, there is a counter-electrode 5031 which extends coherently over its entire length. On the side of the piezoelectric element 5009 which is further away from the contact element, there is also a counter-electrode 5033 which extends coherently over its entire length. The two piezoelectric elements and the different electrodes are firmly connected to each other with their surfaces facing each other in pairs. Since the transducer 5005 has two piezoelectric, expandable elements 5007, 5009 in addition to the different electrodes, it forms - like the transducers 2243, 3143 described above - a bimorph transducer or bilaminar transducer.
Der Rand des Förderorgans 5004 und piezoelektrischen Wandlers 5005 oder, genauer gesagt, dessen sich in der in der Figur 51 gezeichneten Projektion ausserhalb der vier Erreger-Elektroden befindende und diese umschliessende Randzone ist entlang der ganzen, rechteckigen Umriss-Linie des Förderorgans fest und fluiddicht mit dem Rand bzw. der Randzone des Kontaktorgans 5003 verbunden, zum Beispiel verschweisst und/oder verklebt. Die von den verschweissten und/oder verklebten Randzonen des Kontaktorgans 5003 und Förderorgans 5004 umschlossenen, einander zugewandtenThe edge of the conveyor element 5004 and piezoelectric transducer 5005 or, more precisely, its edge zone located in the projection shown in FIG. 51 and outside of the four excitation electrodes and enclosing this edge zone is solid and fluid-tight along the entire rectangular outline of the conveyor element connected to the edge or the edge zone of the contact element 5003, for example welded and / or glued. The edges of the contact member 5003 and conveyor member 5004, which are surrounded and welded by the welded and / or glued edges, face one another
Flächen dieser Organe 5003 und 5004 bilden eine formfeste Kontakt- und/oder Gegenfläche 5035 bzw. eine deformierbare Förderfläche 5037.Surfaces of these organs 5003 and 5004 form a stable shape Contact and / or counter surface 5035 or a deformable conveying surface 5037.
Wie bereits in der Figurenlegende erwähnt, ist die Figur 50 - wie auch andere Figuren - nicht massstäblich gezeichnet. Es sei hiezu bemerkt, dass die Elemente 5007, 5009 im Vergleich zur Länge und Breite des Wandlers 5005 und zu den Umriss-Abmessungen der Erreger-Elektroden 5011, 5013, 5015, 5017 in der Figur 50 mit übertriebenen Dicken gezeichnet sind. Dies gilt in noch stärkerem Mass für die zum Beispiel aus aufgedampften Metallschichten bestehenden Elektroden. Die Dicken der beiden piezoelektrischen Elemente 5007 sowie 5009 sind zum Beispiel in Wirklichkeit etwa 10 bis 100 Mal und die Dicken der verschiedenen Elektroden etwa 100 bis 1000 Mal kleiner als der beispielsweise 5 bis 15 mm betragende Durchmesser d der Erreger-Elektroden, oder, genauer gesagt, der Hüllkreise der Erreger-Elektroden.As already mentioned in the figure legend, the figure 50 - like other figures - is not drawn to scale. It should be noted here that the elements 5007, 5009 are drawn with exaggerated thicknesses in FIG. 50 compared to the length and width of the transducer 5005 and to the outline dimensions of the excitation electrodes 5011, 5013, 5015, 5017. This applies to an even greater extent to the electrodes consisting, for example, of vapor-deposited metal layers. The thicknesses of the two piezoelectric elements 5007 and 5009 are, for example, in reality approximately 10 to 100 times and the thicknesses of the various electrodes are approximately 100 to 1000 times smaller than the diameter d of the excitation electrodes, for example 5 to 15 mm, or, more precisely , the enveloping circles of the excitation electrodes.
Jede der vier Erreger-Elektroden 5011, 5013, 5015, 5017 definiert einen Abschnitt des piezoelektrischen Wandler. Diese vier Abschnitte werden im folgenden als erster bzw. zweiter bzw. dritter und vierter piezoelektrischer Wandlerabschnitt 5041 bzw. 5043 bzw. 5045 bzw. 5047 bezeichnet. Die Ränder oder Begrenzungen der vier Wandlerabschnitte fallen zumindest im wesentlichen mit den im allgemeinen kreisförmigen Rändern oder Umriss-Linien der vier Erreger-Elektroden zusammen, wobei angenommen wurde, dass die Wandlerabschnitt-Ränder bzw. -Begrenzungen der einander paarweise benachbarten Wandlerabschnitte sich zwischen den betreffenden Wandlerabschnitten berühren und also dort durch die Kreis-Sehnen gebildet werden, bei deren Endpunkten sich die Hüllkreise der Erreger-Elektroden schneiden. In der Figur 50 sind die Begrenzungen der Wandlerabschnitte durch gestrichelte Linien angedeutet. Wenn sich der Wandler 5005 in seinem in der Figur 50 gezeichneten Ruhezustand befindet, ist seine dem Kontaktorgan 5003 zugewandte, durch die Erreger-Elektrode 5031 gebildete Förderfläche 5037 vollständig eben und liegt zumindest einigermassen fluiddicht oder wenigstens zumindest einigermassen und eventuell vollkommen flüssigkeitsdicht an der ihr zugewandten, ebenen Kontaktund/oder Gegenfläche 5035 des Kontaktorgans 5003 an. Wie anhand der Figuren 52 bis 58 noch näher erläutert wird, kann jedoch jeder der vier Wandlerabschnitte 5041, 5043, 5045, 5047 durch von aussen auf seine piezoelektrischen Elemente 5007 und 5009 einwirkende, elektrische Felder entgegen einer elastischen Rückstellkraft einzeln wahlweise oder gemeinsam mit mindestens einem benachbarten Wandlerabschnitt vom Kontaktorgan 5003 weg kuppelförmig aufgewölbt werden. Zwischen der Kontakt- und/oder Gegenfläche 5035 und dem zu einem bestimmten Wandlerabschnitt gehörenden Abschnitt der Förderfläche 5037 ergibt sich beim Aufwölben des Wandlerabschnitts ein Hohlraum, dessen Volumen zwischen einem zumindest praktisch Null betragenden Wert und einem durch die maximale Wölbung des Wandlerabschnitts bestimmten, endlichen Wert veränderbar ist. Durch Aufwölben der Wandleabschnitte kann zwischen den beiden Flächen 5035 und 5037 ein Förder-Durchgang 5049 für das zu pumpende Fluid gebildet werden. Die zwischen demEach of the four excitation electrodes 5011, 5013, 5015, 5017 defines a portion of the piezoelectric transducer. These four sections are referred to below as first or second or third and fourth piezoelectric transducer sections 5041 or 5043 or 5045 or 5047. The edges or boundaries of the four transducer sections coincide at least substantially with the generally circular edges or contours of the four excitation electrodes, it being assumed that the transducer section edges or boundaries of the mutually adjacent transducer sections lie between the respective ones Touch transducer sections and are therefore formed there by the circular chords, at the end points of which the enveloping circles of the excitation electrodes intersect. In FIG. 50, the boundaries of the converter sections are indicated by dashed lines. If the converter 5005 is in its idle state shown in FIG. 50, its conveying surface 5037 facing the contact element 5003 and formed by the excitation electrode 5031 is completely flat and is at least somewhat fluid-tight or at least at least somewhat and possibly completely liquid-tight on the one facing it , flat contact and / or counter surface 5035 of the contact element 5003. As will be explained in more detail with reference to FIGS. 52 to 58, however, each of the four transducer sections 5041, 5043, 5045, 5047 can be selected individually or together with at least one against an elastic restoring force by means of external electrical fields acting on its piezoelectric elements 5007 and 5009 adjacent transducer section are domed away from the contact member 5003. Between the contact and / or counter surface 5035 and the section of the conveying surface 5037 belonging to a specific transducer section, when the transducer section bulges, a cavity results, the volume of which lies between a value that is at least practically zero and a finite value determined by the maximum curvature of the transducer section is changeable. By arching the conversion sections, a delivery passage 5049 for the fluid to be pumped can be formed between the two surfaces 5035 and 5037. The between that
Kontaktorgan und dem ersten bzw. zweiten bzw. dritten bzw. vierten Wandlerabschnitt erzeugbaren Hohlräume werden im folgenden als erster Pumpraum 5051 bzw. zweiter Pumpraum 5053 bzw. dritter Pumpraum 5055 bzw. vierter Pumpraum 5057 bezeichnet. Die Pumpe ist mit zwei Fluid-Anschlüssen 5071 und 5073 versehen, die das Kontaktorgan 5003 durchdringen und in den vom ersten Wandlerabschnitt 5041 bzw. vom vierten Wandlerabschnitt 5047 überdeckten Bereich der Kontakt- und/oder Gegenfläche 5037 und also in den ersten bzw. vierten Pumpraum 5051 bzw. 5057 münden.The contact element and the cavities that can be generated in the first, second, third, and fourth transducer sections are referred to below as first pump chamber 5051, second pump chamber 5053, third pump chamber 5055, and fourth pump chamber 5057. The pump is provided with two fluid connections 5071 and 5073, which penetrate the contact element 5003 and into the area of the contact and / or counter surface 5037 covered by the first converter section 5041 and the fourth converter section 5047 and thus into the first and fourth pump chamber 5051 and 5057 respectively.
Zur Pumpe gehört ferner eine Elektronikvorrichtung 5081, die durch elektrische Leiter mit den vier ErregerElektroden 5011, 5013, 5015, 5017, den vier Detektor-Elektroden 5021, 5023, 5025, 5027 und den beiden Gegen-Elektroden 5031, 5033 verbunden ist. Die beiden letzteren sind dabei mit einander verbunden und an den Massenanschluss der Elektronikvorrichtung angeschlossen. Die vier Erreger-Elektroden sind je an einen Erregeranschluss oder Signalausgang und die vier Detektor-Elektroden je an einen Detektoranschluss der Elektronikvorrichtung angeschlossen. Die Elektronikvorrichtung 5081 ist mit einer Speisespannungsquelle 5083 verbunden, die zum Beispiel durch mindestens eine Batterie gebildet ist und die bzw. jede für den Betrieb der Elektronikvorrichtung sowie der ganzen Pumpe erforderliche, elektrische Spannung liefert. Die Elektronikvorrichtung 5081 und die bzw. jede Batterie der Speisespannungsquelle 5083 sind vorzugsweise am das Kontaktorgan 5003 bildenden Träger befestigt.An electronic device also belongs to the pump 5081, which is connected by electrical conductors to the four excitation electrodes 5011, 5013, 5015, 5017, the four detector electrodes 5021, 5023, 5025, 5027 and the two counter electrodes 5031, 5033. The latter two are connected to one another and connected to the ground connection of the electronic device. The four excitation electrodes are each connected to an excitation connection or signal output and the four detector electrodes are each connected to a detector connection of the electronic device. The electronic device 5081 is connected to a supply voltage source 5083, which is formed, for example, by at least one battery and which supplies or each electrical voltage required for the operation of the electronic device and the entire pump. The electronic device 5081 and the or each battery of the supply voltage source 5083 are preferably fastened to the carrier forming the contact element 5003.
Nun sollen zunächst einige Begriffe definiert werden. Unter der Mittelfläche des piezoelektrischen Wandlers 5005 wird im folgenden diejenige Fläche verstanden, die parallel zur Förderfläche 5037 durch die Mitte des piezoelektrischen Wandlers verläuft. Entsprechendes gilt für die Mittelfläche der wölbbaren Wandlerabschnitte. Unter den Mittelflächen der piezoelektrischen Elemente 5007 und 5009 werden dementsprechend die zur Förderfläche 5037 parallelen Flächen durch die Mitte der piezoelektrischen Elemente 5007 bzw. 5009 verstanden.Now a few terms are to be defined first. The central surface of the piezoelectric transducer 5005 is understood below to mean that surface which runs parallel to the conveying surface 5037 through the center of the piezoelectric transducer. The same applies to the central surface of the archable transducer sections. The middle surfaces of the piezoelectric elements 5007 and 5009 are accordingly understood to mean the surfaces parallel to the conveying surface 5037 through the center of the piezoelectric elements 5007 and 5009.
Der erste Wandlerabschnitt 5041 ist besonders deutlich in den Figuren 52 und 53 ersichtlich. In diesen beiden Figuren ist eine Achse 5061 gezeichnet, die rechtwinklig zur vom Kontaktorgan gebildeten Kontakt- und/oder Gegenfläche 5035 durch das Zentrum der ersten Erreger-Elektrode 5011 verläuft und die also die Mittelachse des ersten Wandlerabschnitts 5041 bildet. Ferner sind in den beiden Figuren 52, 53 zwei sich auf einander abgewandten Seiten der Achse 5061 befindende und zu dieser symmetrische Randstellen des ersten Wandlerabschnitts 5041, oder genauer gesagt, Mantellinien der die WandlerabschnittBegrenzungen bildenden Mantelfläche durch gestrichelte Linien angedeutet. In der den Wandlerabschnitt 5041 in unverformtem, ebenen Ruhezustand zeigenden Figur 52 bezeichnen b und c die entlang der Mittelfläche der Elemente 5009 bzw. 5007 gemessenen Abstände der beiden Randstellen von einander. Die Abstände b und c sind beim unverformten Wandler gleich dem Durchmesser d des Wandlerabschnitts 5041 oder, da dieser ja nicht vollständig kreisförmig ist, gleich dem Durchmesser des Hüllkreises des Wandlerabschnitts.The first converter section 5041 can be seen particularly clearly in FIGS. 52 and 53. In these two figures, an axis 5061 is drawn, which runs at right angles to the contact and / or counter surface 5035 formed by the contact element through the center of the first excitation electrode 5011 and thus the central axis of the first Converter section 5041 forms. Furthermore, in the two FIGS. 52, 53, two edge points of the first transducer section 5041 which are located on opposite sides of the axis 5061 and are symmetrical with respect thereto, or more precisely, surface lines of the lateral surface forming the transducer section boundaries are indicated by dashed lines. In FIG. 52, which shows the transducer section 5041 in the undeformed, flat rest state, b and c denote the distances from the two edge points from one another measured along the central surface of the elements 5009 and 5007, respectively. The distances b and c in the undeformed transducer are equal to the diameter d of the transducer section 5041 or, since this is not completely circular, equal to the diameter of the enveloping circle of the transducer section.
Die beiden aus piezoelektrischem, keramischem Material, zum Beispiel Blei-Zirkonat-Titanat, bestehenden Elemente 5007 und 5009 werden bei der Herstellung des Wandlers mit einem elektrischen Feld zumindest im Bereich der Wandler derart polarisiert oder, genauer gesagt, vorpolarisiert, dass die Vorpolarisation oder, kurz gesagt, Polarisation P rechtwinklig zur Förderfläche 5031 ist. Die Polarisation P ist in den Figuren 52 sowie 53 für den ersten Wandlerabschnitt 5041 durch Pfeile oder Vektoren dargestellt. Die Polarisation P kommt dadurch zustande, dass beim Vorpolarisieren die z-Achse oder dritte Achse der zum hexagonalen Kristallsystem gehörenden Blei-Zirkonat-Titanat-Domänen rechtwinklig zur Förderfläche 5037 gerichtet wird. Die x-Achse oder erste Achse der Domänen kann dann beispielsweise parallel zur Längsrichtung des Wandlers gerichtet sein, wobei die x- und y-Achse beim hexagonalen Kristallsystem in bezug auf das piezoelektrische Verhalten gleichwertig sind. Die zum gleichen Wandlerabschnitt 5041 gehörenden Abschnitte der beiden Elemente 5007 und 5009 haben einander entgegengesetzt gerichtete Polarisationen, wobei die Polarisation P des untern Elements 5007 zum Beispiel nach unten gerichtet sowie negativ und die Polarisation P des oberen Elements 5009 nach oben gerichtet und positiv sein kann. Im übrigen ist das Element 5007 bei allen zu den verschiedenen Wandlerabschnitten 5041, 5043, 5045, 5047 gehörenden Abschnitten gleich polarisiert. Entsprechendes gilt für das Element 5009.The two elements 5007 and 5009, consisting of piezoelectric, ceramic material, for example lead zirconate titanate, are polarized during the manufacture of the transducer with an electric field, at least in the region of the transducers, or, more precisely, pre-polarized such that the pre-polarization or in short, polarization P is perpendicular to the conveying surface 5031. The polarization P is shown in FIGS. 52 and 53 for the first converter section 5041 by arrows or vectors. The polarization P arises from the fact that during pre-polarization the z-axis or third axis of the lead-zirconate-titanate domains belonging to the hexagonal crystal system is directed at right angles to the conveying surface 5037. The x-axis or first axis of the domains can then be directed, for example, parallel to the longitudinal direction of the transducer, the x- and y-axes in the hexagonal crystal system being equivalent in terms of the piezoelectric behavior. The sections of the same converter section 5041 The two elements 5007 and 5009 have opposite polarizations, the polarization P of the lower element 5007, for example, directed downwards and negative and the polarization P of the upper element 5009 directed upwards and positive. For the rest, the element 5007 is polarized identically in all the sections belonging to the different converter sections 5041, 5043, 5045, 5047. The same applies to element 5009.
Wenn an eine der Erreger-Elektroden, zum Beispiel an die erste Erreger-Elektrode 5011 eine bezügliche Masse, d.h. bezüglich den beiden Gegen-Elektroden 5031, 5033 positive, elektrische Spannung angelegt wird, erzeugt diese von aussen auf die zum ersten Wandlerabschnitt 5041 gehörenden Abschnitte der beiden piezoelektrischen Elemente 5007 und 5009 einwirkende, in der Figur 53 durch Pfeile oder Vektoren veranschaulichte, elektrische Felder E. Die beiden äussern, elektrischen Felder E sind in beiden Elementen 5007, 5009 gleich wie die in diesen vorhandenen Polarisationen P gerichtet. Die elektrischen Felder E bewirken im Bereich des ersten Wandlerabschnitts 5041 Dehnungen der beiden piezoelektrischen Elementen 5007 und 5009 in allen zur Polarisation P sowie zu den elektrischen Feldern E selbst rechtwinkligen Richtungen und also in allen Richtungen, die zu der vom Wandler aufgespannten, im unverformten Ruhezustand ebenen Fläche, d.h. der Förderfläche 5037 parallel sind. Da die elektrischen Felder E die gleiche Richtung wie die Polarisation P haben, sind die durch sie verursachten Dehnungen positiv. Anders gesagt, werden die Abmessungen der unter der Einwirkung der Felder stehenden Schichtabschnitte in allen zur Förderfläche parallelen Richtungen vergrössert. Im übrigen bewirken die Felder eine Kontraktion der Schichten parallel zur Feldrichtung, was jedoch in diesem Fall nebensächlich ist. Die Grossen der sich in den beiden piezoelektrischen Elemente 5007 und 5009 infolge des Feldes ergebenden Dehnungen sind proportional zum piezoelektrischen Koeffizienten d3 1 des die betreffende Schicht bildenden Materials sowie auch zur auf die betreffende Schicht einwirkenden, elektrischen Feldstärke. Im vorliegenden Fall sind die besagten, piezoelektrischen Koeffizienten für das das obere, d.h. weiter vom Kontakt organ 5003 entfernte Element 5009 bildende Material grösser als für das das andere Element 5007 bildende Material. Wenn die beiden Elemente 5007 und 5009 die gleiche Dicke haben, werden die Absolutwerte der Feldstärken der ja durch die gleiche elektrische Erregerspannung in den beiden Elemente 5007 und 5009 erzeugten elektrisehen Felder gleich gross. Das Element 5009 wird dann stärker gedehnt bzw. verlängert als das Element 5007. Dadurch wölbt sich der Wandlerabschnitt 5041 unter einer elastischen Deformation derart kuppeiförmig, dass der zu ihm gehörende Abschnitt der Förderfläche 5037 sich vom in den Figuren 52 und 53 nicht gezeichneten Kontaktorgan 5003 nach oben abhebt. Die Höhe der Wölbung des zum Wandler gehörenden Förderflächenabschnitts ist in der Figur 53 wie auch in den Figuren 54 bis 58 mit im Vergleich zum Durchmesser des Wandlerabschnitt-Hüllkreises übertriebenen Grosse gezeichnet und liegt bei einem etwa 5 bis 15 mm betragenden Durchmesser des Wandlerabschnitt-Hüllkreises abhängig von den Dicken der piezoelektrischen Elemente 5007, 5009, den Werten der piezoelektrischen Koeffizienten und den Feldstärken der elektrischen Felder beispielsweise im Grössenbereich von 0,0002 bis 0,02 mm. Die entlang der Mittelflächen der Elemente 5009 und 5007 gemessenen Abstände der beiden sich diametral gegenüber stehenden Randstellen des Wandlerabschnitts 5041 haben beim gewölbten Wandlerabschnitt 41 die in der Figur 53 mit b' bzw. c' bezeichneten Werte. Der bei der Mittelfläche des Wandlers 5005 und ersten Wandlerabschnitts 5041 rechtwinklig zur Achse 5061 gemessene Durchmesser oder, genauer gesagt Hüllkreis-Durchmesser des Wandlerabschnitts 5041 hat beim gewölbten Wandlerabschnitt den Wert d'.If a reference mass, that is to say positive with respect to the two counter electrodes 5031, 5033, is applied to one of the excitation electrodes, for example to the first excitation electrode 5011, this generates from the outside onto the sections belonging to the first converter section 5041 of the two piezoelectric elements 5007 and 5009 acting, illustrated in FIG. 53 by arrows or vectors, the two external electrical fields E are directed in both elements 5007, 5009 in the same way as the polarizations P present in them. In the area of the first transducer section 5041, the electric fields E cause strains of the two piezoelectric elements 5007 and 5009 in all directions perpendicular to the polarization P and to the electric fields E themselves and therefore in all directions that are flat to the one spanned by the transducer in the undeformed idle state Surface, ie the conveyor surface 5037 are parallel. Since the electric fields E have the same direction as the polarization P, the strains caused by them are positive. In other words, the dimensions of the layer sections under the influence of the fields are enlarged in all directions parallel to the conveying surface. Otherwise, the fields cause a contraction of the layers parallel to the field direction, but in this case is irrelevant. The magnitudes of the strains resulting in the two piezoelectric elements 5007 and 5009 as a result of the field are proportional to the piezoelectric coefficient d 3 1 of the material forming the layer in question and also to the electric field strength acting on the layer in question. In the present case, the said piezoelectric coefficients are greater for the material forming the upper element, ie element 5009 further away from the contact element 5003, than for the material forming the other element 5007. If the two elements 5007 and 5009 have the same thickness, the absolute values of the field strengths of the electric fields generated by the same electrical excitation voltage in the two elements 5007 and 5009 become the same. The element 5009 is then stretched or elongated more than the element 5007. As a result, the transducer section 5041 bulges in a dome-shaped manner under an elastic deformation such that the section of the conveying surface 5037 belonging to it protrudes from the contact element 5003 (not shown in FIGS. 52 and 53) stands out above. The height of the curvature of the conveying surface section belonging to the transducer is drawn in FIG. 53 as well as in FIGS. 54 to 58 with an exaggerated size in comparison with the diameter of the transducer section enveloping circle and is dependent on an approximately 5 to 15 mm diameter of the transducer section enveloping circle of the thicknesses of the piezoelectric elements 5007, 5009, the values of the piezoelectric coefficients and the field strengths of the electrical fields, for example in the size range from 0.0002 to 0.02 mm. The distances of the two diametrically opposed edge points of the transducer section 5041 measured along the central surfaces of the elements 5009 and 5007 have the values denoted by b 'and c' in FIG. 53 in the curved transducer section 41. The one at the middle surface of the transducer 5005 and the first transducer section 5041 perpendicular to the axis 5061 measured diameter or, more precisely, the envelope diameter of the transducer section 5041 has the value d 'in the curved transducer section.
Wenn man in einem Gedankenexperiment annimmt, der Wandlerabschnitt 5041 sei aus dem Wandler herausgeschnitten und würde zum Beispiel durch von aussen auf ihn einwirkende Kräfte derart aufgewölbt, dass seine Mittelfläche ihre Länge beibehält und diese die sogenannte neutrale Faser bildet, würde der bei der Mittelfläche des Wandlerabschnitts gemessene Durchmesser beim Aufwölben verhältnismässig stark verkürzt. Dementsprechend würde d' beträchtlich kleiner als d. Wenn man nun beim Gedankenexperiment weiter annimmt, dass der Wandlerabschnitt 5041, wie es in Wirklichkeit der Fall ist, bei seinem Rand mit dem restlichen Wandler zusammenhängt, würde die beim Aufwölben des Wandlerabschnitts stattfindende Reduktion von dessen Durchmesser im Randbereich des WandlerabSchnitts und in den an diesen angrenzenden Bereichen des Wandlers relativ starke, mechanische Spannung verursachen, die die Aufwölbung hemmen.If one assumes in a thought experiment that the transducer section 5041 has been cut out of the transducer and would be bulged, for example, by external forces acting on it in such a way that its central surface maintains its length and forms the so-called neutral fiber, this would be the central surface of the transducer section measured diameter when bulging relatively sharply shortened. Accordingly, d 'would be considerably smaller than d. If one now further assumes in the thought experiment that the transducer section 5041, as is actually the case, is connected at its edge to the rest of the transducer, the reduction in the diameter of the transducer section which arises when the transducer section is arched would be in the edge region of the transducer section and into the latter adjacent areas of the transducer cause relatively strong mechanical stress that inhibit the bulging.
Beim tatsächlich benutzten piezoelektrischen Wandler wird zum Aufwölben des Wandlerabschnitts - wie beschrieben - sowohl das obere als auch das untere piezoelektrische Element parallel zur Förderfläche gedehnt, d.h. verlängert. Dadurch kann erreicht werden, dass beim Aufwölben die beiden Elemente 5007 und 5009 und damit auch die Mittelfläche des ganzen Wandlerabschnitts so stark verlängert werden, dass der Durchmesser des Wandlerabschnitt weniger stark ändert, als wenn zum Aufwölben nur die Abmessungen von einem der beiden Elemente 5007, 5009 geändert oder die Abmessungen der beiden Elemente sogar gegensinnig geändert würden. Wenn die piezoelektrischen Koeffizienten und die Werte der elektrischen Felder E geeignet festgelegt und auf einander abgestimmt werden, lässt sich sogar erreichen, dass der Durchmesser des Wandlerabschnitts bei den sich beim Betrieb ergebenden Wölbungen, auch wenn man sich den Wandlerabschnitt wieder aus dem Wandler heraus geschnitten denkt, zumindest annähernd und vorzugsweise genau konstant bleibt und dementsprechend d' zumindest annähernd oder genau gleich d ist.In the piezoelectric transducer actually used, both the upper and the lower piezoelectric element are stretched, ie lengthened, parallel to the conveying surface in order to bulge the transducer section, as described. It can thereby be achieved that when bulging, the two elements 5007 and 5009 and thus also the central surface of the entire transducer section are extended so much that the diameter of the transducer section changes less than if only the dimensions of one of the two elements 5007 were used for bulging. 5009 changed or the dimensions of the two elements would even be changed in opposite directions. If the piezoelectric Coefficients and the values of the electric fields E are suitably determined and coordinated with one another, it can even be achieved that the diameter of the transducer section in the arches resulting during operation, at least approximately, even if the transducer section is thought to be cut out of the transducer again and preferably remains exactly constant and, accordingly, d 'is at least approximately or exactly equal to d.
Wie bereits erläutert, ist die sich infolge eines von aussen einwirkenden, elektrischen Feldes ergebende Dehnung eines schichtförmigen Elements 5007, 5009 nicht nur von den piezoelektrischen Koeffizienten des die Elemente bildenden Materialien, sondern auch von den elektrischen Feldstärken abhängig. Zur Konstanthaltung des Durchmesser der Wandler beim Wölben könnte man daher anstelle der Bildung der beiden Elemente 5007, 5009 aus verschiedene piezoelektrische Koeffizienten aufweisenden Materialien oder zusätzlich dazu vorsehen, Felder mit unterschiedlich starken Feldstärken auf die beiden Elemente einwirken lassen. Da ja die elektrische Feldstärke reziprok zum Abstand der das Feld erzeugenden Elektroden ist, könnte man zu diesem Zweck die beiden schichtförmigen Elemente verschieden dick ausbilden. Statt dessen könnte man beispielsweise beide schichtförmigen, piezoelektrischen Elemente 5007, 5009 gleich stark polarisieren sowie gleich dick ausbilden und der Gegen-Elektrode 5033 eine zeitlich ändernde Spannung zuführen, deren gegen Masse gemessener Maximalwert betragsmässig gleich gross ist wie die Maximalwerte der den Erreger-Elektroden 5011, 5013, 5015, 5017 zugeführten Spannungen, aber ein umgekehrtes Vorzeichen hat. Dies ermöglicht dann ebenfalls, in den beiden piezoelektrischen Elementen 5007 und 5009 Felder mit verschiedenen Feldstärken zu erzeugen. Nachdem vorgängig bereits verschiedene Varianten beschrieben wurden, die ermöglichen beim Aufwölben eines Wandlerabschnitts dessen Durchmesser zumindest einigermassen oder genau konstant zu halten, soll nun die gemäss den Figuren 50 bis 53 ausgebildete Pumpe und deren Betrieb weiter beschrieben werden. Dabei wird zuerst der Fall betrachtet, dass in einem bestimmten Zeitpunkt nur ein einziger Wandlerabschnitts des piezoelektrischen Wandlers 5005 durch Zuführen einer elektrischen Spannung zur Erreger-Elektrode des betreffenden Wandlerabschnitts aufgewölbt wird, oder dass zumindest kein diesem Wandlerabschnitt unmittelbar benachbarter, anderer Wandlerabschnitt aufgewölbt wird. Obschon die Erreger-Elektroden 5011, 5013, 5015 und 5017 nicht vollständig kreisförmig sind, hat der einzeln aufgewölbte Wandlerabschnitt, zum Beispiel der erste Wandlerabschnitt 5041 wegen des in ihm stattfindenden Ausgleichs der mechanischen Spannungen die Tendenz, eine zu seiner Achse 5061 zumindest annähernd und praktisch vollkommen rotationssymmetrische Schale oder Kuppel zu bilden, die zumindest näherungsweise kugelkalottenförmig ist. Die mit dem Kontaktorgan 5003 verschweisste oder verklebte Randzone des piezoelektrischen Wandlers 5005 behält ihre Lage beim Wölben des ersten Wandlerabschnitts 5041 selbstverständlich bei. Dasselbe gilt zumindest im Idealfall auch für diejenigen nicht fest mit dem Kontaktorgan verbundenen Bereiche der deformierbaren Förderfläche 5037 des Wandlers 5005, die nicht zum aufgewölbten Wandlerabschnitt 5041 gehören. Eine Ausnahme davon bildet jedoch dasjenige Segment des Hüllkreises der ersten Erreger-Elektrode 5011, das den zweiten Wandlerabschnitt 5043 überlappt und also gewissermassen zu beiden Wandlerabschnitten gehört. Wenn also nur ein einzelner Wandlerabschnitt aufgewölbt wird, liegt ein diesen umschliessender mehr oder weniger unmittelbar entlang dem Wandlerabschnitt-Rand verlaufender Bereich des piezoelektrischen Wandlers 5005 weiterhin am Kontaktorgan 5003 an und schliesst den vom letzteren sowie dem aufgewölbten Wandlerabschnitt begrenzten Pumpraum mindestens im wesentlichen flüssigkeitsdicht gegen die anderen Pumpräume ab. Zur Klarstellung sei noch bemerkt, dass bei dieser Betrachtung vernachlässigt wird, dass sich wegen der vorzugsweise vorhandenen Überlappung der Hüllkreise der einander benachbarten Wandlerabschnitte auch die Hüllkreise der benachbarten Pumpräume ein wenig überlappen können, so dass der von einem einzelnen, aufgewölbten Wandlerabschnitt überdeckte Hohlraum unter Umständen auch noch mindestens einen Bereich umfasst, der eigentlich schon zum unmittelbar benachbarten Pumpraum gehört.As already explained, the expansion of a layer-shaped element 5007, 5009 which results as a result of an external electrical field is dependent not only on the piezoelectric coefficients of the materials forming the elements, but also on the electrical field strengths. In order to keep the diameter of the transducers constant when bulging, instead of forming the two elements 5007, 5009 from materials having different piezoelectric coefficients, or in addition to this, provision could be made for fields with different field strengths to act on the two elements. Since the electric field strength is reciprocal to the distance between the electrodes producing the field, the two layer-like elements could be made of different thicknesses for this purpose. Instead, one could, for example, polarize both layer-shaped, piezoelectric elements 5007, 5009 to the same extent and form them of the same thickness, and supply the counter-electrode 5033 with a voltage which changes over time and whose maximum value measured against mass is equal in magnitude to the maximum values of the excitation electrodes 5011 , 5013, 5015, 5017 supplied voltages, but has an opposite sign. This then also enables fields with different field strengths to be generated in the two piezoelectric elements 5007 and 5009. After various variants have already been described above, which make it possible to keep the diameter of the converter section at least reasonably or exactly constant when it bulges, the pump designed according to FIGS. 50 to 53 and its operation will now be described further. The first case to be considered is that at a certain point in time only a single transducer section of the piezoelectric transducer 5005 is bulged by supplying an electrical voltage to the excitation electrode of the transducer section in question, or that at least no other transducer section immediately adjacent to this transducer section is bulged. Although the excitation electrodes 5011, 5013, 5015 and 5017 are not completely circular, the individually arched transducer section, for example the first transducer section 5041, has a tendency, due to the balancing of the mechanical stresses therein, at least approximately and practically to its axis 5061 to form a completely rotationally symmetrical shell or dome, which is at least approximately spherical cap-shaped. The edge zone of the piezoelectric transducer 5005 welded or glued to the contact element 5003 naturally retains its position when the first transducer section 5041 is arched. The same also applies, at least in the ideal case, to those areas of the deformable conveying surface 5037 of the transducer 5005 which are not firmly connected to the contact element and which do not belong to the curved transducer section 5041. An exception to this, however, is that segment of the enveloping circle of the first excitation electrode 5011 that overlaps the second converter section 5043 and thus, to a certain extent, belongs to both converter sections. If, therefore, only a single transducer section is arched, there is a region of the piezoelectric element that surrounds it more or less directly along the edge of the transducer section Transducer 5005 continues to be connected to contact element 5003 and closes off the pump space delimited by the latter and the bulged transducer section at least essentially in a liquid-tight manner against the other pumping spaces. For clarification, it should also be noted that this consideration neglects that because of the preferably existing overlap of the enveloping circles of the mutually adjacent transducer sections, the enveloping circles of the adjacent pumping spaces can also overlap a little, so that the cavity covered by a single, bulging transducer section may under certain circumstances also includes at least one area that actually already belongs to the immediately adjacent pump room.
Falls die frei auf einander aufliegenden Flächenbereiche des zum Beispiel aus Metall oder einem Kunststoff bestehenden Kontaktorgans 5003 und der metallischen GegenElektrode 5031 keine ausreichende Abdichtung ergeben sollten, bestände zudem die Möglichkeit, das Kontaktorgan 5003 und das Förderorgan 5004 derart auszubilden, dass die beiden Flächen 5035, 5037 bei sich im Ruhestand befindenden Wandlerabschnitte mit einer gewissen elastischen Druckkraft an einander anliegen. Ferner kann die die Kontakt- und/oder Gegenfläche 5035 bildende Seite oder Fläche des formfesten Kontaktorgans 5003 oder die dieIf the surface areas of the contact element 5003, for example made of metal or a plastic, and the metallic counterelectrode 5031 lying freely on one another do not provide sufficient sealing, there would also be the possibility of designing the contact element 5003 and the conveying element 5004 in such a way that the two surfaces 5035, 5037 are in contact with one another with a certain elastic compressive force when the converter sections are at rest. Furthermore, the side or surface of the dimensionally stable contact element 5003 forming the contact and / or counter surface 5035 or that
Förderfläche 5037 bildende Seite der Gegen-Elektrode 5031 noch mit einer ein wenig nachgiebigen sowie leicht elastisch deformierbaren, etwa aus einem weichen Kunststoff bestehenden Beschichtung versehen werden. Diese müsste aber selbstverständlich noch so hart sein, dass sie die sich beim Aufwölben der Wandler zwischen diesen und dem Kontaktorgan 5003 erzeugten Hohlräume, d.h. Pumpräume, nicht ausfüllt. Zudem könnte eventuell den Erreger-Elektroden der bei einem bestimmten Betriebszustand nicht aufzuwölbenden Wandlerabschnitte eine negative elektrische Spannung zugeführt werden. Die betreffenden Wandlerabschnitte hätten dann die Tendenz, sich zum Kontaktorgan 5003 hin zu wölben und würden dadurch an dieses angepresst.The side of the counter-electrode 5031 forming the conveying surface 5037 can also be provided with a somewhat flexible and slightly elastically deformable coating, for example consisting of a soft plastic. However, this would of course still have to be so hard that it does not fill in the cavities, ie pumping spaces, created when the transducers are arched between them and the contact element 5003. In addition, the excitation electrodes of the converter sections that cannot be bulged under a certain operating state could possibly have a negative electrical one Voltage are supplied. The relevant converter sections would then have the tendency to bulge towards the contact element 5003 and would thereby be pressed against it.
Der Fluid-Anschluss 5071 soll als Einlass der Pumpe dienen und kann beispielsweise mit einem Fluid-Reservoir verbunden sein, das am Kontaktorgan 5003 befestigt sein kann und als Fluid ein flüssiges oder aus einer Suspension bestehendes Medikament enthält. Der Fluid-Anschluss 5073 bildet den Auslass der Pumpe und kann zum Beispiel mit einer Kanüle verbunden sein, die in ein Körpergewebe eines lebenden Menschen oder Tieres eingeführt ist, dem das Medikament kontinuierlich oder intermittierend zugeführt werden soll.The fluid connection 5071 is intended to serve as the inlet of the pump and can be connected, for example, to a fluid reservoir which can be fastened to the contact element 5003 and which contains a liquid medicament or a medicament consisting of a suspension. The fluid connection 5073 forms the outlet of the pump and can, for example, be connected to a cannula which is inserted into a body tissue of a living human or animal to which the medicament is to be supplied continuously or intermittently.
In den Figuren 54 bis 58 ist schematisiert eine zeitliche Folge von zum schrittweisen, peristaltischen Fördern des zu pumpenden Fluids dienenden Verformungen dargestellt. Es wird angenommen, dass vor dem Beginn des Pumpvorgangs alle Erreger-Elektroden 5011, 5013, 5015, 5017 spannungslos sind und der Wandler die in der Figur 50 dargestellte Form hat. Beim Pumpbeginn wird der ersten und vierten Erreger-Elektrode 5011 bzw. 5017 während eines Zeitintervalls mit der Dauer t. eine positive, elektrische Spannung zugeführt, wodurch der erste und vierte Wandlerabschnitt 5041 bzw. 5047 elastisch verformt und vom Kontaktorgan weg nach oben gewölbt werden, so dass sie die in der Figur 54 gezeichnete Form einnehmen. Beim Aufwölben des ersten und vierten Wandlerabschnitt ändern der erste und vierte Pumpraum 5051 bzw. 5057 ihre Volumen von praktisch Null auf ihren Maximalwert, wodurch Fluid vom Reservoir durch den Fluid-Anschluss 5071 hindurch in den ersten Pumpraum 5051 eingesaugt wird, wie es in der Figur 54 durch einen Pfeil angedeutet ist. Nach dem Zeitintervall t1 wird die Spannungszufuhr zur vierten Erreger-Elektrode 5017 beendet und dafür der zweiten Erreger-Elektrode 5013 eine elektrische Spannung zugeführt, wobei die an der ersten Erreger-Elektrode anliegende elektrische Spannung erhalten bleibt. Der vierte Wandlerabschnitt 5047 verformt sich daher infolge der in ihm wirksamen, elastischen Rückstellkräfte wieder in seine ebene Ruhelage, während gleichzeitig der zweite Wandlerabschnitt 5013 aufgewölbt wird. Der erste Wandlerabschnitt 5041 und der zweite Wandlerabschnitt 5043 bilden nun eine schematisch in der Figur 55 gezeichnete, räumlich gebogene Erhöhung mit der Form einer länglichen Kuppel, deren Rand entlang ihrem ganzen Umfang am Kontaktorgan 5003 anliegt. In einer zu der vom Kontaktorgan 5003 aufgespannten Ebene rechtwinkligen Projektion hat die von den beiden Wandlerabschnitten 5041, 5043 gebildete Aufwölbung eine ovalartige Umrissform, wobei das Oval im Verbindungsbereich der beiden Wandlerabschnitte 5041, 5043 eventuell eine Abflachung oder sogar eine kleine Einschnürung hat. Wenn der Wandler 5051 ungefähr die in der Figur 55 ersichtliche Form einnimmt, wird auch der zweite Pumpraum 5053 "aufgemacht" und bildet dann zusammen mit dem bereits vorhandenen ersten Pumpraum 5051 einen zusammenhängenden Hohlraum. Wenn das piezoelektrische Element ausgehend von seiner in der Figur 54 dargestellten Form die in der Figur 55 ersichtliche Form annimmt, strömt also Fluid vom ersten in den zweiten Pumpraum, wobei gleichzeitig zusätzliches Fluid durch den Fluid-Anschluss 5071 hindurch nachströmt.FIGS. 54 to 58 schematically show a chronological sequence of deformations used for the gradual, peristaltic delivery of the fluid to be pumped. It is assumed that before the start of the pumping process, all excitation electrodes 5011, 5013, 5015, 5017 are de-energized and the converter has the shape shown in FIG. 50. At the start of pumping, the first and fourth excitation electrodes 5011 and 5017 are exposed for a time interval with the duration t. a positive electrical voltage is supplied, as a result of which the first and fourth transducer sections 5041 and 5047 are elastically deformed and arched upward away from the contact element, so that they assume the shape shown in FIG. 54. When the first and fourth transducer sections bulge, the first and fourth pumping spaces 5051 and 5057 change their volumes from practically zero to their maximum value, as a result of which fluid is sucked from the reservoir through the fluid connection 5071 into the first pumping space 5051, as shown in the figure 54 is indicated by an arrow. After the time interval t 1 , the voltage supply to the fourth excitation electrode 5017 is terminated and an electrical voltage is supplied to the second excitation electrode 5013, the electrical voltage applied to the first excitation electrode being retained. The fourth transducer section 5047 therefore deforms again into its flat rest position as a result of the elastic restoring forces effective in it, while at the same time the second transducer section 5013 is bulged. The first transducer section 5041 and the second transducer section 5043 now form a spatially curved elevation, shown schematically in FIG. 55, with the shape of an elongated dome, the edge of which lies against the contact member 5003 along its entire circumference. In a projection perpendicular to the plane spanned by the contact element 5003, the bulge formed by the two transducer sections 5041, 5043 has an oval-like outline shape, the oval in the connection area of the two transducer sections 5041, 5043 possibly having a flattening or even a small constriction. If the converter 5051 takes approximately the form shown in FIG. 55, the second pump chamber 5053 is also "opened" and then forms a coherent cavity together with the already existing first pump chamber 5051. If the piezoelectric element assumes the shape shown in FIG. 55, starting from its shape shown in FIG. 54, fluid flows from the first into the second pump chamber, with additional fluid flowing in through the fluid connection 5071 at the same time.
Nach einem Zeitintervall mit der Dauer t2 werden die den Erreger-Elektroden zugeführten, elektrischen Spannungen derart geändert, dass der zweite Wandlerabschnitt 5043 und der dritte Wandlerabschnitt 5045 aufgewölbt sind und die beiden anderen Wandlerabschnitte am Kontaktorgan 5003 anliegen, wie es in der Figur 56 veranschaulicht ist. Im diesem sich zeitlich über einen Zeitintervall t3 erstreckenden Zustand befindet sich das vorher durch den Anschluss 5071 angesaugte Fluid im zweiten und dritten Pumpraum 5053 bzw. 5055. Der erste und vierte Pumpraum 5051 bzw. 5057 haben in diesem Zustand des Wandlers das Volumen Null. Dementsprechend schliesst der erste Wandlerabschnitt 5041 den in den ersten Pumpraum 5051 mündenden Fluid-Anschluss 5071 und der vierte Wandlerabschnitt 5047 den in den vierten Pumpraum 5057 mündenden Fluid-Anschluss 5073 ab.After a time interval with the duration t 2 , the electrical voltages supplied to the excitation electrodes are changed such that the second converter section 5043 and the third converter section 5045 are bulged and the other two converter sections on the contact element 5003 apply, as illustrated in Figure 56. In this state, which extends over a time interval t 3 , the fluid previously sucked in through the connection 5071 is in the second and third pumping chambers 5053 and 5055. The first and fourth pumping chambers 5051 and 5057 have the volume zero in this state of the converter. Accordingly, the first converter section 5041 closes off the fluid connection 5071 opening into the first pumping chamber 5051 and the fourth converter section 5047 closes off the fluid connection 5073 opening out into the fourth pumping room 5057.
Nach dem Zeitintervall t3 nimmt der Wandler während eines Zeitintervalls mit der Dauer t4 ungefähr die in der Figur 57 gezeichnete Form an, in welcher der erste sowie zweite Wandlerabschnitt 5041 bzw. 5043 am Kontaktorgan 5003 anliegen und der dritte sowie vierte Wandlerabschnitt aufgewölbt sind. Das angesaugte Fluid befindet sich jetzt in den beiden Pumpräumen 5055 und 5057, von denen der vierte Pumpraum 5057 mit dem als Fluid-Auslass dienenden Fluid-Anschluss 5073 zusammenhängt.After the time interval t 3 , the transducer assumes approximately the form shown in FIG. 57 during a time interval with the duration t 4 , in which the first and second transducer sections 5041 and 5043 abut the contact element 5003 and the third and fourth transducer sections are bulged. The sucked-in fluid is now in the two pumping spaces 5055 and 5057, of which the fourth pumping space 5057 is connected to the fluid connection 5073 serving as a fluid outlet.
Wenn das Zeitintervall t4 verstrichen ist, nimmt der dritte Wandler 5045 wieder seine Ruheform an, während der erste Wandlerabschnitt 5041 aufgewölbt wird. Der Wandler 5005 gelangt also in die in der Figur 58 dargestellte Form, die identisch mit der in der Figur 54 gezeichneten Form des Wandlers ist. Wenn der Wandler von der in der Figur 57 gezeichneten Form in die Form gemäss der Figur 58 übergeht, wird das Volumen des dritten Pumpraums auf Null reduziert, so dass ein Teil des vorher im von den beiden zusammenhängenden Pumpräumen 5055 und 5057 gebildeten Hohlraum vorhandenen Fluids durch den Fluid-Anschluss 5073 hinaus gepresst wird. Ferner wird gleichzeitig frisches Fluid durch den Fluid-Anschluss 5071 angesaugt. Beim nächsten Arbeitstakt nimmt das piezoelektrische Element wieder die in der Figur 55 gezeichnete Form an. Bei dieser Formänderung verschwindet auch das Volumen des vierten Pumpraums, so dass der Rest des vorher angesaugten Fluids durch den Fluid-Anschluss 5073 heraus gedrückt wird.When the time interval t 4 has elapsed, the third transducer 5045 resumes its rest shape, while the first transducer section 5041 bulges. The converter 5005 thus comes into the form shown in FIG. 58, which is identical to the form of the converter shown in FIG. 54. When the converter changes from the shape shown in FIG. 57 to the shape according to FIG. 58, the volume of the third pumping space is reduced to zero, so that part of the fluid previously present in the cavity formed by the two connected pumping spaces 5055 and 5057 passes through the fluid connection 5073 is pressed out. Fresh fluid is also simultaneously sucked in through the fluid connection 5071. At the next work cycle, the piezoelectric element again assumes the shape shown in FIG. 55. With this change in shape, the volume of the fourth pumping space also disappears, so that the rest of the previously sucked-in fluid is pressed out through the fluid connection 5073.
Die Formänderungen des piezoelektrischen Wandlers können nun zyklisch fortgesetzt werden, wobei ein voller Zyklus aus vier Takten, d.h. aus vier verschiedenenThe shape changes of the piezoelectric transducer can now be continued cyclically, with a full cycle of four clocks, i.e. from four different
Kombinationen von sich im Ruhezustand befindenden und vom Träger weg gewölbten Wandlerabschnitten besteht. Dabei befinden sich in jedem Takt zwei Wandlerabschnitte im Ruhezustand und zwei im aufgewölbten Zustand. Zudem hat es in jedem Takt zwei einander unmittelbar benachbarter Wandlerabschnitte, die sich im Ruhezustand befinden, und/oder zwei einander unmittelbar benachbarte Wandlerabschnitte, die aufgewölbt sind. Wenn man die beiden Enden des Pumpenkörpers in Gedanken mit einander verbindet, so dass eine geschlossene Bahn entsteht, kann man den Bewegungsablauf als Fortschreiten von zwei benachbarten Aufwölbungen entlang dieser Bahn auffassen.Combinations of converter sections which are in the idle state and are curved away from the carrier. There are two converter sections in the idle state and two in the bulged state in each cycle. In addition, in each cycle it has two immediately adjacent converter sections that are in the idle state and / or two immediately adjacent converter sections that are bulged. If one connects the two ends of the pump body with one another in thought, so that a closed path is created, the sequence of movements can be understood as the progression of two adjacent bulges along this path.
Zur Erzeugung dieser periodisch und zyklisch ändernden Verformungen der vier Wandlerabschnitte führt die Elektronikvorrichtung 5081 beim Betrieb der Pumpe der ersten, zweiten, dritten und vierten Erreger-Elektrode eine erste Erregerspannung U1 bzw. eine zweite Erregerspannung U2 bzw. eine dritte Erregerspahnung U3 bzw. eine vierte Erregerspannung U4 zu. Das in der Figur 59 gezeichnete Diagramm zeigt einen möglichen Verlauf der vier Erregerspannungen U1, U2, U3, und U4 in Abhängigkeit von der Zeit t. Jede der vier Erregerspannungen besteht aus einer Folge von Erregersignalen, nämlich Rechteckimpulsen, und hat jeweils abwechselnd den Wert Null und einen positiven Maximalwert, der für alle vier Erregerspannungen gleich gross ist. Die Periodendauer der vier Impulsfolgen ist gleich der Summe der vier Zeitintervalle t1, t2, t3, und t4, die alle die gleiche Dauer haben. Die Dauer jedes Erregersignals ist dementsprechend gleich der Summe der Dauer von zwei der vier Zeitintervallen t1, t2, t3, t4 und also gleich der halben Periodendauer. Die Erregersignale bzw. Impulse der den einander paarweise benachbarten Erreger-Elektroden 5011, 5013, 5015, 5017 zugeführten Erregerspannungen sind gegen einander paarweise um einen Phasenwinkel von 90° verschoben. Die Erregerspannung U3 ist dementsprechend um einen Phasenwinkel von 180° gegen die Erregerspannung U1 verschoben und also in bezug auf den Spannungsmittelwert symmetrisch oder invers zu diesem. Desgleichen ist die Erregerspannung U4 gegen die Erregerspannung U2 um 180° phasenverschoben.To generate these periodically and cyclically changing deformations of the four converter sections, the electronic device 5081 performs a first excitation voltage U 1 or a second excitation voltage U 2 or a third excitation voltage U 3 or 3 when the pump of the first, second, third and fourth excitation electrode is operating a fourth excitation voltage U 4 . The diagram drawn in FIG. 59 shows a possible course of the four excitation voltages U 1 , U 2 , U 3 , and U 4 as a function of time t. Each of the four excitation voltages consists of a sequence of excitation signals, namely square-wave pulses, and alternately has the value zero and a positive one Maximum value that is the same for all four excitation voltages. The period of the four pulse sequences is equal to the sum of the four time intervals t 1 , t 2 , t 3 , and t 4 , which all have the same duration. The duration of each excitation signal is accordingly equal to the sum of the duration of two of the four time intervals t 1 , t 2 , t 3 , t 4 and thus equal to half the period. The excitation signals or pulses of the excitation voltages supplied to the excitation electrodes 5011, 5013, 5015, 5017, which are adjacent to one another in pairs, are shifted relative to one another in pairs by a phase angle of 90 °. The excitation voltage U 3 is accordingly shifted by a phase angle of 180 ° relative to the excitation voltage U 1 and thus symmetrical or inverse to the mean voltage value. Likewise, the excitation voltage U 4 is 180 ° out of phase with the excitation voltage U 2 .
Die Elektronikvorrichtung 5081 kann zur Erzeugung der vier Erregerspannungen U1, U2, U3 und U4 Generator-Mittel, zum Beispiel einen Erregersignalgenerator, nämlich einen Impulsgenerator zur Erzeugung der die erste Erregerspannung U1 bildenden Erregersignalfolge und einen 90º-Phasenschieber aufweisen, um aus der ersten Erregerspannung U1 eine gegen diesen um 90° phasenverschobene Erregerspannung U2 abzuleiten und/oder zu erzeugen. Die Elektronikvorrichtung 5081 kann ferner zwei Spannungsinverter bzw. 180°-Phasenschieber aufweisen, um aus den Erregerspannungen U1, U2 durch invertieren, d.h. Umwandeln des Maximalwertes der Spannung U1 in den Wert Null und umgekehrt, bzw. durch eine 180º-Phasenverschiebung die Erregerspannungen U3 bzw. U4 zu erzeugen. Selbstverständlich kann die Elektronikvorrichtung 5081 auch mit anders ausgebildeten Schaltungsmitteln zur Erzeugung der vier Erregerspannungen ausgerüstet sein und zum Beispiel einen eine Taktsignalfolge erzeugenden Taktsignalgenerator aufweisen, deren Frequenz vier Mal grösser ist als die Frequenz der vier Erregerspannungen. Die letzteren könnten dann durch Frequenzteilung der Taktsignalfolge erzeugt werden. Ferner kann die Elektronikvorrichtung zur Erzeugung der Erregerspannungen einen Mikroprozessor aufweisen, der selbstverständlich auch mit einem Taktsignalgenerator versehen und/oder verbunden ist und zusätzlich zur Erzeugung der Erregerspannungen auch noch Steuer- und/oder Regelfunktionen ausüben kann.The electronic device 5081 can have generator means for generating the four excitation voltages U 1 , U 2 , U 3 and U 4 , for example an excitation signal generator, namely a pulse generator for generating the excitation signal sequence forming the first excitation voltage U 1 and a 90 ° phase shifter deriving and / or generating an excitation voltage U 2 phase-shifted by 90 ° from the first excitation voltage U 1 . The electronic device 5081 can furthermore have two voltage inverters or 180 ° phase shifters, in order to invert from the excitation voltages U 1 , U 2 by converting the maximum value of the voltage U 1 to zero and vice versa, or by a 180 ° phase shift To generate excitation voltages U 3 and U 4 . Of course, the electronic device 5081 can also be equipped with differently designed circuit means for generating the four excitation voltages and can have, for example, a clock signal generator generating a clock signal sequence and its frequency is four times greater than the frequency of the four excitation voltages. The latter could then be generated by frequency division of the clock signal sequence. Furthermore, the electronic device for generating the excitation voltages can have a microprocessor, which of course is also provided and / or connected with a clock signal generator and can also perform control and / or regulating functions in addition to the generation of the excitation voltages.
Die vier aus Rechteckimpulsen bestehenden Erregerspannungen können auch durch Impulsfolgen mit trapez- oder dreieckförmigen Impulsen oder durch stetig ändernde Spannungen ersetzt werden. Die letzteren können dann beispielsweise einen ähnlichen zeitlichen Verlauf wie die in der Figur 49 durch die Linien 9191 und 9193 dargestellten Erregerspannungen haben, jedoch dauernd das gleiche Vorzeichen haben also anstelle von positiven und negativen Halbwellen halbwellenförmige Signalabschnitte aufweisen, die im Spannungs/Zeit-Diagramm abwechselnd ober- und unterhalb einer geraden Mittelspannungs-Linie liegen, die beim halben Scheitelwert der Erregerspannung parallel zur Zeitachse verläuft. Die oberen und unteren halbwellenförmigen Signalabschnitte sind, wenn man sie gedanklich um einen Phasenwinkel von 180° gegen einander verschiebt, bezüglich der erwähnten Mittelspannungs-Linie spiegelsymmetrisch zu einander. Die einzelnen Signalabschnitte sind zudem auch spiegelsymmetrisch zu einer rechtwinklig zur Zeitachse durch ihre Scheitel verlaufenden Symmetriegeraden. Durch derart stetig ändernde Erregerspannungen kann erreicht werden, dass die entlang dem Förder-Durchgang fortschreitende, Fluid enthaltende Zelle in jedem Zeitpunkt genau das gleiche Volumen hat und die Fluidförderung noch gleichmässiger als beim Antrieb mit Rechteckimpulsen erfolgt. Wenn die Wandlerabschnitte 5041, 5043, 5045 und 5047 beim Betrieb der Pumpe deformiert, d.h. abwechselnd durch die Einwirkung elektrischer Felder aufgewölbt und durch die in ihnen wirksamen, elastischen Rückstellkräfte wieder in ihre Ruheform zurück verformt werden, erzeugen die piezoelektrischen Elemente 5007 und 5009 zwischen den beiden Gegen-Elektroden 5031, 5033 und den vier DetektorElektroden 5021, 5023, 5025, 5027 elektrische Potentialdifferenzen. Beim Betrieb der Pumpe gelangen daher elektrische DetektorSignale, d.h. Spannungsimpulse, von den Detektor-Elektroden zur Elektronikvorrichtung 5081. Die letztere ist mit Uberwachungs- und/oder Regel-Schaltungsmitteln versehen, die zum Beispiel mindestens einen Spannungskomparator aufweisen, der analog oder digital arbeiten und im letzteren Fall beispielsweise durch den allenfalls vorhandenen, bereits erwähnten Mikroprozessor gebildet sein kann. Die Uberwachungs- und/oder Regelschaltungsmittel können ferner eine optische und/oder akustische Störungsanzeigevorrichtung aufweisen und ausgebildet sein, um zu prüfen, ob beim Betrieb der Pumpe Detektorsignale mit den vorgesehenen Mindestspannungswerten eintreffen, und anderenfalls durch ein Blinklicht und/oder einen Summton oder dergleichen eine Betriebsstörung zu signalisieren. Die Uberwachungs- und/oder Regelschaltungsmittel können zudem einen analog und/oder digital arbeitenden, eventuell mindestens zum Teil durch den allenfalls vorhandenen Mikroprozessor gebildeten Regler aufweisen, um die zur Erzeugung der Erregerspannungen dienenden Generator-Mittel, zum Beispiel den Erregersignal- bzw. Taktsignalgenerator oder mindestens einen zum Verstärken der ErregerSpannungen dienenden, steuerbaren Verstärker und damit die Maximalwerte, d.h. Signalhöhen, der Erregerspannungen derart zu regeln, dass die Detektorsignale und damit die Aufwölbungshöhen der Wandlerabschnitte vorgesehene Grossen haben. Wie bereits erwähnt, ist das zumindest im wesentlichen durch den Wandler 5005 gebildete Förderorgan 5004 bei seinen Randzonen fest mit dem Kontaktorgan verbunden. Die Formfestigkeit und Elgen-Elastizität des Wandlers und insbesondere von dessen beiden piezoelektrischen Elementen sind bestrebt, das Förderorgan in seiner Ruheform zu halten und die verformbare Förderfläche beim Aufwölben der aufwölbbaren Wandlerabschnitte federnd gegen die Kontaktfläche zu drücken. Wie ebenfalls schon erwähnt, kann der Wandler zudem derart vorgespannt sein, dass die Förderfläche schon im Ruhezustand durch eine gewisse Federund/oder Druckkraft gegen die Kontaktfläche gedrückt wird.Wenn die Pumpe ausser Betrieb ist und alle vier Erreger-Elektroden 5011, 5013, 5015, 5017 spannungslos sind, ist daher die ganze Förderfläche 5037 des piezoelektrischen Wandlers 5005 parallel zur Kontakt- und/oder Gegenfläche 5035 des Kontaktorgans 5003 und liegt andieser an. Die Pumpe sperrt dann die fluidmässige Verbindung zwischen den beiden Fluid-Anschlüssen 5071 und 5073 zumindest annähernd vollkommen dicht und für die Praxis ausreichend dicht ab. Aus den Figuren 54 bis 58 kann zudem ersehen werden, dass die beiden Fluid-Anschlüsse 5071 und 5073 in jedem in diesen Figuren dargestellten Zustand oder Takt durch zwei am Kontaktorgan 5003 anliegende Wandlerabschnitte fluidmassig von einander getrennt sind. Hiezu sei jedoch noch bemerkt, dass eine zu pumpende, in einen bestimmten Pumpraum enthaltene Flüssigkeit Widerstand gegen eine am Ende von einem der Zeitintervalle t1, t2, t3, t4 stattfindende Reduktion des Volumens des betreffenden Pumpraums leistet. Bei den Wechseln zwischen den in den Figuren 54 bis 58 dargestellten Zuständen können daher eventuell kurzzeitig Übergangszustände auftreten, bei denen gleichzeitig drei Wandlerabschnitte mehr oder weniger stark vom Kontaktorgan abgehoben sind. Abgesehen davon, dass dies bei zweckmässiger Festlegung der Perio dendauer höchstens während eines kleinen Bruchteils von dieser geschieht, liegt auch während solcher allenfalls auftretender Übergangszustände immer mindestens ein Wandlerabschnitt am Kontaktorgan an. Die Pumpe trennt also die beiden Fluid-Anschlüsse in jedem beim Pumpen auftretenden Zustand gegen einander ab, so dass nie eine der vorgesehenen Förderrichtung entgegengesetzte Fluid-Rückströmung stattfinden kann.The four excitation voltages consisting of square-wave pulses can also be replaced by pulse trains with trapezoidal or triangular pulses or by continuously changing voltages. The latter can then, for example, have a time profile similar to that of the excitation voltages represented by lines 9191 and 9193 in FIG. 49, but continuously have the same sign, that is to say instead of positive and negative half-waves, they have half-wave-shaped signal sections which alternate in the voltage / time diagram lie above and below a straight medium-voltage line that runs parallel to the time axis at half the peak value of the excitation voltage. The upper and lower half-wave-shaped signal sections, if one mentally shifts them by a phase angle of 180 ° relative to one another, are mirror-symmetrical to one another with respect to the medium-voltage line mentioned. The individual signal sections are also mirror-symmetrical to a line of symmetry running at right angles to the time axis through their apex. With such constantly changing excitation voltages, it can be achieved that the fluid-containing cell progressing along the conveying passage has exactly the same volume at all times and the fluid is conveyed even more uniformly than when driving with rectangular pulses. If the transducer sections 5041, 5043, 5045 and 5047 are deformed during operation of the pump, that is to say they are bulged alternately by the action of electrical fields and are deformed back into their rest shape by the elastic restoring forces effective in them, the piezoelectric elements 5007 and 5009 generate between them two counter electrodes 5031, 5033 and the four detector electrodes 5021, 5023, 5025, 5027 electrical potential differences. When the pump is in operation, electrical detector signals, ie voltage pulses, therefore pass from the detector electrodes to the electronic device 5081. The latter is provided with monitoring and / or control circuit means, which have, for example, at least one voltage comparator, which operate analog or digital and in the latter case can be formed, for example, by the microprocessor already mentioned, if any. The monitoring and / or regulating circuit means can furthermore have an optical and / or acoustic fault display device and be designed to check whether detector signals with the intended minimum voltage values arrive during operation of the pump, and otherwise by a flashing light and / or a buzzer sound or the like To signal malfunction. The monitoring and / or control circuit means can also have an analog and / or digital working controller, possibly formed at least in part by the microprocessor, if any, around the generator means serving to generate the excitation voltages, for example the excitation signal or clock signal generator or to regulate at least one controllable amplifier serving to amplify the excitation voltages and thus to regulate the maximum values, ie signal levels, of the excitation voltages in such a way that the detector signals and thus the bulge heights of the transducer sections have variables provided. As already mentioned, the conveyor element 5004, which is at least essentially formed by the transducer 5005, is firmly connected to the contact element at its edge zones. The dimensional stability and elasticity of the transducer, and in particular of its two piezoelectric elements, endeavor to keep the conveying member in its resting position and to press the deformable conveying surface resiliently against the contact surface when the archable transducer sections bulge. As already mentioned, the transducer can also be pre-tensioned in such a way that the conveying surface is pressed against the contact surface by a certain spring and / or pressure force when the pump is not in operation. 5017 are de-energized, the entire conveying surface 5037 of the piezoelectric transducer 5005 is therefore parallel to the contact and / or counter surface 5035 of the contact element 5003 and bears against it. The pump then shuts off the fluid connection between the two fluid connections 5071 and 5073 at least approximately completely tightly and in practice sufficiently tightly. It can also be seen from FIGS. 54 to 58 that the two fluid connections 5071 and 5073 in each state or cycle shown in these figures are fluidly separated from one another by two transducer sections lying on the contact element 5003. In this regard, however, it should also be noted that a liquid to be pumped, contained in a specific pumping chamber, resists a reduction in the volume of the pumping chamber concerned that occurs at the end of one of the time intervals t 1 , t 2 , t 3 , t 4 . When changing between the states shown in FIGS. 54 to 58, transitional states may therefore occur for a short time, in which three transducer sections are lifted off the contact element to a greater or lesser extent. Apart from the fact that this is done when the perio The duration, at most, during a small fraction of this, there is always at least one transducer section on the contact element even during such transition states that may occur. The pump thus separates the two fluid connections from one another in every state that occurs during pumping, so that a fluid backflow opposite to the intended delivery direction can never take place.
Wenn die Pumpe zum Zuführen eines Medikaments in den Körper eines menschlichen Patienten oder Tieres dient, kann es - wie bereits in der Einleitung erwähnt - vorteilhaft sein, das Medikament quasi kontinuierlich in periodisch stattfindenden Stössen zuzuführen, wobei das Medikament beispielsweise in eine Minute betragenden Zeitabständen während 10 bis 30 Sekunden dauernden Pumpstössen oder -intervallen in den Körper hinein gepumpt werden kann. Falls die Pumpe für einen intermittierenden Betrieb vorgesehen ist, kann die Elektronikvorrichtung daher beispielsweise derart ausgebildet sein, dass sie die am Ende eines Pumpstosses momentan gerade an den ErregerElektroden anliegenden Erregerspannungen aufrecht erhält, so dass das piezoelektrische Element seine Form Während des Pumpunterbruchs beibehält. Stattdessen kann aber auch vorgesehen werden, dass die Elektronikvorrichtung in den zwischen auf einander folgenden Pumpstössen vorhandenen Pumpunterbrüchen alle vier Erreger-Elektroden spannungslos macht. Im letzteren Fall kann die Elektronikvorrichtung zudem eventuell ausgebildet werden, um die vier Wandlerabschnitte derart zu erregen, dass alle vier Pumpräume 5051, 5053, 5055 und 5057 unmittelbar vor dem Ende jedes Pumpstosses oder Pumpintervalls entleert werden.If the pump is used to deliver a medicament into the body of a human patient or animal, it can be advantageous, as already mentioned in the introduction, to supply the medicament virtually continuously in periodic bursts, the medicament, for example, in one-minute intervals during Pumps or intervals lasting 10 to 30 seconds can be pumped into the body. If the pump is intended for intermittent operation, the electronic device can therefore be designed, for example, in such a way that it maintains the excitation voltages that are currently present at the excitation electrodes at the end of a surge, so that the piezoelectric element maintains its shape during the pump interruption. Instead, however, it can also be provided that the electronic device deenergizes all four excitation electrodes in the pump interruptions between successive pump pulses. In the latter case, the electronic device may also be designed to excite the four transducer sections in such a way that all four pumping spaces 5051, 5053, 5055 and 5057 are emptied immediately before the end of each pump surge or pump interval.
Die Elektronikvorrichtung 5081 kann selbstverständlich noch mit mindestens einem manuell betätigbaren Schaltund/oder Stellorgan versehen werden, um die Pumpe ein- und auszuschalten und/oder um die Frequenz und/oder Grosse der Erregerspannungen und dadurch die Förderrate einzustellen und/oder um beim intermittierenden Betrieb die Zeitabstände und Zeitdauern der Pumpstösse einzustellen.The electronic device 5081 can of course also be provided with at least one manually operable switching and / or actuating element in order to switch the pump on and off switch off and / or to set the frequency and / or magnitude of the excitation voltages and thereby the delivery rate and / or to set the time intervals and durations of the pump pulses during intermittent operation.
Die Pumpe ermöglicht also, ein Fluid peristaltisch sowie praktisch gleichmässig durch eine entlang dem Förder-Durchgang in der vorgesehenen Förderrichtung schrittweise fortschreitende Zelle kontinuierlich oder intermittierend zu fördern, ohne dass die Pumpe hiezu irgendwelche Rückschlag- oder sonstigen Ventile benötigt. Die Pumpe ergibt beim Betrieb einen verhältnismässig grossen Wirkungsgrad bei der Umwandlung von elektrischer in zum Pumpen nutzbare, mechanische Energie. Da der piezoelektrische Wandler 5005 entlang seinen beim Betrieb unverformt bleibenden, alle verformbaren Wandlerabschnitt vollständig umschl'iessenden Rand fest und dicht mit dem Kontaktorgan 5003 verbunden ist, müssen auch keine bezüglich einander beweglichen Teile gegen den Umgebungsraum abgedichtet werden, was ebenfalls sehr vorteilhaft ist.The pump thus enables a fluid to be conveyed continuously or intermittently, peristaltically and practically uniformly, through a cell progressively progressing along the conveying passage in the intended conveying direction, without the pump needing any non-return or other valves for this purpose. The pump produces a relatively high degree of efficiency when converting electrical energy into mechanical energy that can be used for pumping. Since the piezoelectric transducer 5005 is firmly and tightly connected to the contact element 5003 along its edge which remains undeformed during operation and completely surrounds all deformable transducer sections, no parts which are movable with respect to one another need to be sealed from the surrounding space, which is also very advantageous.
Aus dem einfachen Aufbau der Pumpe ergibt sich, dass diese - zumindest bei serienmässiger Fabrikation - sehr kostengünstig herstellbar ist. Da beim Pumpen eines Fluids nur die beiden einander zugewandten Flächen 5035, 5037 des Kontaktorgans 5003 bzw. Förderorgans 5005 sowie die beiden Fluid-Anschlüsse 5071, 5073 in Berührung mit dem Fluid kommen, lässt sich die Pumpe im Bedarfsfall auch mühelos steril machen und beim Betrieb steril halten. Des weitern ermöglicht die in bezug auf die Förderrichtung symmetrische Ausbildung des Kontaktorgans 5003 sowie des piezoelektrischen Wandlers 5005, die Förderrichtung lediglich durch Ändern des zeitlichen Ablaufs der WandlerVerformungen umzukehren. Die Elektronikvorrichtung kann daher im Bedarfsfall ausgebildet werden, um ein wahlweises Ändern der Förderrichtung durch manuelles Betätigen eines Schaltorgans zu ermöglichen.The simple construction of the pump means that it can be manufactured very cost-effectively - at least in series production. Since when pumping a fluid only the two mutually facing surfaces 5035, 5037 of the contact element 5003 or delivery element 5005 as well as the two fluid connections 5071, 5073 come into contact with the fluid, the pump can also be made effortlessly sterile if necessary and during operation keep sterile. Furthermore, the configuration of the contact element 5003 and the piezoelectric transducer 5005, which is symmetrical with respect to the conveying direction, makes it possible to reverse the conveying direction only by changing the temporal course of the transducer deformations. If necessary, the electronic device can therefore be designed to be an optional one To enable changing the conveying direction by manually actuating a switching element.
Die Elektronikvorrichtung könnte derart geändert werden, dass die vier Wandlerabschnitte 5041, 5043, 5045, 5047 im Verlauf der Zeit gemäss der stark schematisierten, diagrammartigen Darstellung in der Figur 60 verformt werden. In dieser sind das Kontaktorgan und die aufgewölbten Wandlerabschnitte lediglich noch durch Striche dargestellt, wobei die von oben nach unten angeordneten TeilFiguren oder Teil-Diagramme zeitlich aufeinanderfolgende Zustände veranschaulichen und nachfolgend von oben nach unten fortlaufend gezählt werden. Die erste, d.h. oberste, und die zweite Teil-Figur der Figur 60 zeigen Zustände oder Verformungen des Wandlers 5005, die mit den in der Figur 54 bzw. 55 gezeichneten Zuständen oder Verformungen identisch sind. In der dritten Teil-Figur der Figur 60 ist dann lediglich der dritte Wandlerabschnitt 5043 aufgewölbt. In der vierten Teil-Figur der Figur 60 hat der piezoelektrische Wandler die gleiche Form wie in der Figur 56. In der fünften Teil-Figur der Figur 60 ist nur der dritte Wandlerabschnitt 5045 aufgewölbt. Die in der sechsten und siebten Teil-Figur der Figur 60 dargestellten Verformungen des piezoelektrischen Wandlers sind wieder identisch mit denjenigen in der Figur 57 bzw. 58. Im übrigen ist in der obersten und untersten Teil-Figur noch durch Pfeile das Ein- und Ausströmen von Fluid durch die beiden Fluid-Anschlüsse angedeutet. Bei der durch die Figur 60 veranschaulichten Förderung von Fluid werden die Wandlerabschnitt in sich wiederholenden Zyklen verformt, von denen jeder sechs Takte aufweist. Im übrigen erfolgt die Förderung ähnlich wie beim durch die Figuren 54 bis 58 veranschaulichten Betrieb der Pumpe peristaltisch. Wenn das gepumpte Fluid zumindest im wesentlichen aus einer Flüssigkeit besteht und daher praktisch inkompressibel ist, füllt das Fluid in den in der vierten und sechsten Teil-Figur dargestellten Zuständen, in denen jeweils zwei benachbarte Wandlerabschnitt aufgewölbt sind, die zwei von diesen und dem Träger begrenzten, zusammenhängenden Pumpräume nicht vollständig aus.The electronic device could be modified such that the four transducer sections 5041, 5043, 5045, 5047 are deformed over time according to the highly schematic, diagrammatic illustration in FIG. 60. In this, the contact element and the curved transducer sections are only represented by dashes, the partial figures or partial diagrams arranged from top to bottom illustrating successive states in time and subsequently being counted continuously from top to bottom. The first, ie uppermost, and the second partial figure of FIG. 60 show states or deformations of the transducer 5005 which are identical to the states or deformations shown in FIGS. 54 and 55, respectively. In the third partial figure of FIG. 60, only the third transducer section 5043 is then bulged. In the fourth part of FIG. 60, the piezoelectric transducer has the same shape as in FIG. 56. In the fifth part of FIG. 60, only the third transducer section 5045 is bulged. The deformations of the piezoelectric transducer shown in the sixth and seventh partial figures of FIG. 60 are again identical to those in FIGS. 57 and 58. In addition, arrows in the top and bottom partial figures show the inflow and outflow of Fluid indicated by the two fluid connections. In the fluid delivery illustrated by Figure 60, the transducer sections are deformed in repetitive cycles, each of which has six cycles. Otherwise, the pumping is carried out in a peristaltic manner similar to the operation of the pump illustrated by FIGS. 54 to 58. When the pumped fluid is at least essentially liquid and therefore practically incompressible , the fluid in the states shown in the fourth and sixth part-figure, in which two adjacent transducer sections are bulged, does not completely fill the two contiguous pumping spaces delimited by these and the carrier.
Die Figur 61 zeigt in einer zur Figur 60 analogen, diagrammartigen Darstellung noch eine andere Möglichkeit, um durch Verformen der vier Wandlerabschnitte 5041, 5043, 5045, 5047 Fluid vom Fluid-Anschluss 5071 zum Fluid-Anschluss 5073 zu fördern. In der obersten, ersten TeilFigur der Figur 61 ist ein Zustand dargestellt, in welchem der piezoelektrische die gleiche Form hat wie in der Figur 54. In der - von oben nach unten gezählt - zweiten und dritten Teil-Figur der Figur 61 ist nur der zweite Wandlerabschnitt 5043 bzw. nur der dritte Wandlerabschnitt 5045 aufgewölbt. In der untersten Teil-Figur der Figur 61 hat der piezoelektrische Wandler dann wieder die gleiche Form wie in der obersten Teil-Figur, so dass der in der untersten Teil-Figur dargestellte Zustand auch dem Zustand in der Figur 58 entspricht. Wenn also der piezoelektrische Wandler im Verlauf der Zeit gemäss der Figur 61 verformt wird, hat jede der sich wiederholenden Zyklen drei Takte.FIG. 61 shows, in a diagrammatic representation analogous to FIG. 60, yet another possibility of conveying fluid from the fluid connection 5071 to the fluid connection 5073 by deforming the four converter sections 5041, 5043, 5045, 5047. The uppermost, first part of FIG. 61 shows a state in which the piezoelectric has the same shape as in FIG. 54. In the second and third part of FIG. 61, counting from top to bottom, only the second is shown Transducer section 5043 or only the third transducer section 5045 bulges. In the bottom part of FIG. 61, the piezoelectric transducer then has the same shape as in the top part of the figure, so that the state shown in the bottom part of the figure also corresponds to the state in FIG. 58. If the piezoelectric transducer is deformed in the course of time according to FIG. 61, each of the repeating cycles has three cycles.
Die schematisiert in der Figur 62 ersichtliche, längliche Pumpe hat einen Pumpenkörper 5101, der aus zwei zumindest im wesentlichen zu einander symmetrischen Förderorganen 5103 mit je einem piezoelektrischen Wandler 5105 gebildet ist. Jeder von diesen weist zwei aus piezoelektrischem Material bestehende, Schichtförmige, einstückige Elemente 5107 sowie 5109 auf. Zwischen diesen beiden Elementen 5107 und 5109 sind eine erste, zweite, dritte und vierte Erreger-Elektrode 5111 bzw. 5113 bzw. 5115 bzw. 5117 angeordnet. Diese sind analog wie die Erreger-Elektrode 5011, 5013, 5015 und 5017 über die Länge des piezoelektrischen Wandlers verteilt und können gleiche Umriss formen wie diese sowie auch Einschnitte haben, in denen Detektor-Elektroden angeordnet sind. Die beiden piezoelektrischen Elemente sind auf ihren einander zugewandten Seiten mit je einer Gegen-Elektrode 5131 versehen. Auf den einander abgewandten Seiten der beiden Elemente 5109 ist je eine Gegen-Elektrode 5133 vorhanden. Die Gegen-Elektroden 5131, 5133 erstrecken sich je zusammenhängend mindestens über den in einer Projektion von oben von den Erreger-Elektroden eingenommenen Bereich. Die beiden Förderorgane 5103 sind entlang ihrer in der besagtenThe elongated pump shown schematically in FIG. 62 has a pump body 5101, which is formed from two at least substantially symmetrical delivery members 5103, each with a piezoelectric transducer 5105. Each of these has two, layer-shaped, one-piece elements 5107 and 5109 made of piezoelectric material. A first, second, third and fourth excitation electrode 5111 or 5113 or 5115 or 5117 are arranged between these two elements 5107 and 5109. Like the excitation electrode 5011, 5013, 5015 and 5017, these are distributed over the length of the piezoelectric transducer and can have the same outline shapes like this as well as incisions in which detector electrodes are arranged. The two piezoelectric elements are each provided with a counter electrode 5131 on their mutually facing sides. A counter electrode 5133 is provided on the sides of the two elements 5109 facing away from each other. The counter electrodes 5131, 5133 each extend contiguously at least over the area occupied by the excitation electrodes in a projection from above. The two conveying bodies 5103 are along their in said
Projektion den Erreger-Elektroden umschliessenden Randzone analog wie das Kontaktorgan 5003 und das Förderorgan 5004 fest und dicht mit einander verbunden, etwa verschweisεt und/oder verklebt. Die sich innerhalb der verschweissten und/oder verklebten Randzone befindenden, einander zugewandten, je durch eine der die Gegen-Elektrode 5131 gebildeten, im in der Figur 62 gezeichneten Ruhezustand ebenen und an einander anliegenden, aber deformierbaren Flächen der Förderorgane 5103 werden als Förderflächen 5137 bezeichnet. Die vier Erreger-Elektroden 5111, 5113, 5115, 5117 definieren in jedem der beiden piezoelektrischen Wandler 5105 vier Wandlerabschnitte 5141, 5143, 5145, 5147.Projection of the edge zone surrounding the excitation electrodes analogously to the contact element 5003 and the conveying element 5004, firmly and tightly connected to one another, for example welded and / or glued. The surfaces of the conveying members 5103 located within the welded and / or glued edge zone, facing each other, each of which is formed by one of the counter-electrodes 5131, which is flat in the idle state shown in FIG. 62 and is adjacent but deformable, are referred to as conveying surfaces 5137 . The four excitation electrodes 5111, 5113, 5115, 5117 define four transducer sections 5141, 5143, 5145, 5147 in each of the two piezoelectric transducers 5105.
Die piezoelektrischen Elemente 5105, 5107 sind analog wie die Elemente 5005, 5007 durch Anlegen elektrischer Spannungen an die Erreger-Elektroden dehnbar, so dass jeder Wandlerabschnitt 5141, 5143, 5145 und 5147 ausgehend von seiner in der Figur 62 gezeichneten Ruheform von der zwischen den beiden piezoelektrischen Wandlern 5105 hindurch verlaufenden Ebene weg wölbbar ist. Die Figur 63, in der die beiden Förderorgane und ihre piezoelektrischen Wandler stark vereinfacht dargestellt sind, zeigt einen Zustand, in dem die beiden ersten Wandlerabschnitte 5141 sowie die beiden vierten Wandlerabschnitte 5147 von einander weg gewölbt sind. Die mit den gleichen Bezugs zeichen bezeichneten Wandlerabschnitte begrenzen also zusammen paarweise einen ersten, zweiten, dritten, vierten Pumpraum 5151 bzw. 5153 bzw. 5155 bzw. 5157, dessen Volumen zwischen einem sich bei aufgewölbtem Wandlerabschnitt-Paar ergebenden Maximalwert und Null veränderbar ist. Die vier Pumpräume 5151, 5153, 5155, 5157 bilden zusammen den Förder-Durchgang 5149 der Pumpe. Die Pumpe besitzt einen in den ersten Pumpraum 5151 mündenden Fluid-Anschluss 5171 und einen in den vierten Pumpraum 5157 mündenden Fluid-Anschluss 5173. Die beiden Fluid-Anschlüsse können zum Beispiel bei den beiden Enden von einem der beiden Förderorgane 5103 geneigt durch dessen Randzonen hindurch in die genannten Pumpräume eingeführt sein. Die in den Figuren 62 und 63 ersichtliche Pumpe weist noch eine nicht gezeichnete Elektronikvorrichtung auf, die ähnlich wie die Elektronikvorrichtung 5081 ausgebildet und ebenfalls mit einer mit mindestens einer Batterie ausgerüsteten Speisespannungsquelle verbunden sein kann. Die die gleichen Bezugszeichen besitzenden Erreger-Elektroden 5111, 5113, 5115 und 5117 sowie GegenElektroden 5131, 5133 sind paarweise elektrisch leitend mit einander sowie mit der Elektronikvorrichtung verbunden. Die acht nicht ersichtlichen Detektor-Elektroden sind dagegen zweckmässigerweise jede separat mit der Elektronikvorrichtung verbunden, damit diese die Funktion jedes einzelnen Wandlerabschnitt überwachen kann.The piezoelectric elements 5105, 5107 are, like the elements 5005, 5007, stretchable by applying electrical voltages to the excitation electrodes, so that each transducer section 5141, 5143, 5145 and 5147, based on its rest shape shown in FIG piezoelectric transducers 5105 is archable away through the plane. FIG. 63, in which the two conveying members and their piezoelectric transducers are shown in a highly simplified manner, shows a state in which the two first transducer sections 5141 and the two fourth transducer sections 5147 are curved away from one another. Those with the same reference Symbol-designated transducer sections together thus delimit in pairs a first, second, third, fourth pump chamber 5151 or 5153 or 5155 or 5157, the volume of which can be changed between a maximum value which arises when the transducer section pair is curved and zero. The four pumping spaces 5151, 5153, 5155, 5157 together form the delivery passage 5149 of the pump. The pump has a fluid connection 5171 opening into the first pump chamber 5151 and a fluid connection 5173 opening into the fourth pump chamber 5157. For example, the two fluid connections can be inclined at one end of one of the two delivery elements 5103 through its edge zones be introduced into the pumping rooms mentioned. The pump shown in FIGS. 62 and 63 also has an electronic device, not shown, which is designed similarly to the electronic device 5081 and can likewise be connected to a supply voltage source equipped with at least one battery. The excitation electrodes 5111, 5113, 5115 and 5117, which have the same reference numerals, and counterelectrodes 5131, 5133 are connected in pairs in an electrically conductive manner to one another and to the electronic device. In contrast, the eight detector electrodes (not shown) are expediently each separately connected to the electronic device so that it can monitor the function of each individual converter section.
Die in den Figuren 62 und 63 gezeichnete Pumpe unterscheidet sich also von der anhand der Figuren 50 bis 59 beschriebenen Pumpe vorallem dadurch, dass sie anstelle des beim Pumpen unverformt bleibenden Kontaktorgans 5003 ein zweites verformbares, Förderorgan 5103 aufweist. Die in den Figuren 62 und 63 dargestellte Pumpe kann in ähnlicher Weise peristaltisch ein Fluid durch ihren Förder-Durchgang 5159 pumpen, wie es für die gemäss den Figuren 50 und 51 ausgebildete Pumpe anhand der Figuren 54 bis 58 beschrieben worden ist, wobei aber bei der Pumpe gemäss den Figuren 62 und 63 jeweils gleichzeitig beide durch das gleiche Bezugszeichen bezeichneten Wandlerabschnitte spiegelsymmetrisch zu einander verformt werden. Die in den Figuren 62 und 63 gezeichnete Pumpe besitzt daher - abgesehen von den aus der symmetrischen Anordnung von zwei piezoelektrischen Wandlern resultierenden Unterschieden - im wesentlichen gleiche Eigenschaften wie sie für die anhand der Figuren 50 bis 59 beschriebene Pumpe erörtert worden sind. Des weitern ist es selbstverständlich auch bei der in den Figuren 62, 63 dargestellten Pumpe möglich, diese analog zu den in den Figuren 60 und 61 veranschaulichten Betriebsabläufen zu betreiben.The pump shown in FIGS. 62 and 63 thus differs from the pump described with reference to FIGS. 50 to 59 primarily in that it has a second deformable delivery element 5103 instead of the contact element 5003 which remains undeformed during pumping. The pump shown in FIGS. 62 and 63 can similarly peristaltically pump a fluid through its delivery passage 5159, as is the case for those according to FIGS FIGS. 50 and 51 designed pump has been described with reference to FIGS. 54 to 58, but in the case of the pump according to FIGS. 62 and 63 both converter sections designated by the same reference numerals are simultaneously deformed mirror-symmetrically to one another. Apart from the differences resulting from the symmetrical arrangement of two piezoelectric transducers, the pump shown in FIGS. 62 and 63 therefore has essentially the same properties as those discussed for the pump described with reference to FIGS. 50 to 59. Furthermore, it is of course also possible for the pump shown in FIGS. 62, 63 to operate it analogously to the operating sequences illustrated in FIGS. 60 and 61.
Der piezoelektrische Wandler 5005 ist - wie vorgängig erörtert- - derart ausgebildet, dass sich seine beiden Elemente 5007 und 5009 beim Aufwölben der Wandlerabschnitte in deren Bereichen in allen parallel zu den Förderflächen 5037 gemessenen Richtungen verlängern. Die piezoelektrischen Wandler 5105 können ebenfalls auf diese Weise ausgebildet sein. Man könnte jedoch die beiden piezoelektrischen Schichten der Elemente der Wandler 5005 und 5105 auch derart ausbilden, insbesondere vorpolarisieren, und die Richtungen der zum Verformen der Wandler auf die piezoelektrischen Elemente einwirkenden, elektrischen Felder derart festlegen, dass die beiden Elemente ihre parallel zu den Förderflächen gemessenen Abmessungen bei einer Verformung gegensinning ändern. Stattdessen könnte man den bzw. jeden piezoelektrischen Wandler als Monomorph-Wandler ausbilden und dementsprechend mit nur einem durch elektrische Felder in den entlang der Förderfläche verlaufenden Richtungen verlängerbaren oder verkürzbaren, schichtförmigen Element zu versehen, welches dann in Zusammenwirkung mit einem seine Abmessungen nicht ändern den, schichtförmigen Biegekörper Aufwölbungen erzeugen könnte. Wie noch anhand der Figuren 64 bis 66 näher beschrieben wird, können die kuppeiförmigen Wölbungen der Wandlerabschnitte bei Verwendung eines piezoelektrischen Wandlers mit nur einem einzigen, piezoelektrischen, schichtförmigen Element zudem durch Scherungen erzeugt werden. Bei diesen Varianten, bei denen der bzw. jeder piezoelektrische Wandler zwei im Bereich des ganzen Förder-Durchgangs zusammenhängende, ihre entlang der Förderfläche gemessenen Abmessungen beim Verformen gegensinnig ändernde, piezoelektrische Elemente oder nur ein einziges piezoelektrisches Element aufweist, kann der Durchmesser der Wandlerabschnitte oder - allgemeiner ausgedrückt - der Abstand von sich auf entgegengesetzten Seiten der Wandlerabschnitt-Achse befindenden Wandlerabschnitt-Randstellen beim Verformen der Wandlerabschnitte nicht konstant gehalten werden. Damit die Abstandsänderungen- der Wandlerabschnitt-Randstellen trotzdem nicht allzu grosse mechanische Spannungen erzeugen, kann das bzw. jedes piezoelektrische Element bei diesen Varianten beispielsweise aus dem bereits beschriebenen "Composite"-Material gebildet werden, das weicher ist als ein ausschliesslich aus Keramik bestehendes Material.As previously discussed, the piezoelectric transducer 5005 is designed in such a way that its two elements 5007 and 5009 are extended in all directions measured parallel to the conveying surfaces 5037 when the transducer sections bulge. The piezoelectric transducers 5105 can also be designed in this way. However, the two piezoelectric layers of the elements of transducers 5005 and 5105 could also be formed, in particular pre-polarized, and the directions of the electrical fields acting on the piezoelectric elements for deforming the transducers determined in such a way that the two elements measured their parallel to the conveying surfaces Change dimensions in the opposite direction in the event of deformation. Instead, one could design the or each piezoelectric transducer as a monomorph transducer and accordingly provide it with only one layer-like element which can be lengthened or shortened by electric fields in the directions running along the conveying surface, which element then does not change its dimensions in cooperation with one the layered bending body could produce bulges. As will be described in more detail with reference to FIGS. 64 to 66, the dome-shaped curvatures of the transducer sections can also be generated by shearing when using a piezoelectric transducer with only a single, piezoelectric, layer-shaped element. In the case of these variants, in which the or each piezoelectric transducer has two piezoelectric elements which are connected in the region of the entire conveying passage and whose dimensions, measured along the conveying surface, change in the opposite direction during deformation, or only a single piezoelectric element, the diameter of the transducer sections or in more general terms, the distance from transducer section edge points located on opposite sides of the transducer section axis is not kept constant when the transducer sections are deformed. So that the changes in the distance between the edge of the transducer section nevertheless do not generate excessive mechanical stresses, the or each piezoelectric element in these variants can be formed, for example, from the "composite" material already described, which is softer than a material consisting exclusively of ceramic.
Der in den Figuren 64, 65 und 66 ersichtliche piezoelektrische Wandler 5205 besitzt nur ein einziges piezoelektrisches, schichtformiges Element 5207. Der gezeichnete Abschnitt des Elements 5207 ist auf seiner sich in der Figur 64 oben befindenden Seite mit einer ersten, zweiten und dritten Erreger-Elektrode 5211 bzw. 5213 versehen, wobei der ganze Wandler 5205 beispielsweise noch eine vierte, nicht mehr sichtbare Erreger-Elektrode aufweisen kann. Auf der sich in der Figur 64 unten befindenden Seite des piezoelektrischen Elements 5207 ist eine sich zusammenhängend über den Bereich aller Erreger-Elektroden erstreckende Gegen-Elektrode 5231 vorhanden. Die ErregerElektroden definieren einen ersten, zweiten und dritten Wandlerabschnitt 5241 bzw, 5243 bzw. 5245. In den Figuren 64 und 66 sind noch die durch die Zentren der Hüllkreise der Erreger-Elektroden verlaufenden Achsen der Wandlerabschnitte gezeichnet, von denen diejenige des ersten Wandlerabschnitts mit 5261 bezeichnet ist. Das piezoelektrische Element 5207 wird bei seiner Herstellung derart vorpolarisiert, dass es im Bereich jedes Wandlerabschnitts 5241, 5243, 5245 eine zumindest im allgemeinen radial zu dessen Achse gerichtete Vorpolarisation oder, kurz gesagt, Polarisation P hat. Mit der Angabe "im allgemeinen" wird hierbei der Tatsache Rechnung getragen, dass die beim Polarisieren ausrichtbaren, piezoelektrisehen Domänen endliche Abmessungen haben, d.h. nicht unendlich klein sind, und daher nicht in jedem Punkt genau radial gerichtet sind und dass zudem bei den Stossstellen benachbarter Wandlerabschnitte unvollkommen polarisierte Bereiche vorhanden sein können. Die Polarisationsvektoren können zum Beispiel von den Wandlerabschnittachsen weg nach aussen gerichtet sein. Die z-Achse oder dritte Achse der zum hexagonalen Kristallsystem gehörenden Domänen des piezoelektrischen Blei-Zirkonat-Titanats ist dann parallel zu den Polarisationsvektoren.The piezoelectric transducer 5205 shown in FIGS. 64, 65 and 66 has only a single piezoelectric, layer-shaped element 5207. The drawn section of the element 5207 is on its upper side in FIG. 64 with a first, second and third excitation electrode 5211 or 5213, wherein the entire transducer 5205 can, for example, also have a fourth exciter electrode which is no longer visible. On the side of the piezoelectric element 5207 which is at the bottom in FIG. 64, there is a coherent area of all excitation electrodes extending counter electrode 5231 present. The excitation electrodes define a first, second and third transducer section 5241 and 5243 and 5245, respectively. In FIGS. 64 and 66, the axes of the transducer sections running through the centers of the enveloping circles of the exciter electrodes are also drawn, of which that of the first transducer section with 5261 is designated. The piezoelectric element 5207 is pre-polarized in its manufacture in such a way that in the region of each transducer section 5241, 5243, 5245 it has a pre-polarization or, in short, polarization P which is at least generally radially directed to its axis. The statement "in general" takes into account the fact that the piezoelectric domains that can be aligned during polarization have finite dimensions, ie are not infinitely small, and therefore are not exactly radially directed in every point, and that, moreover, at the joints of adjacent transducer sections imperfectly polarized areas may be present. For example, the polarization vectors can be directed outward from the transducer section axes. The z axis or third axis of the domains of the piezoelectric lead zirconate titanate belonging to the hexagonal crystal system is then parallel to the polarization vectors.
Wenn zum Beispiel an die Erreger-Elektrode 5211 des ersten Wandlerabschnitts 5241 eine bezüglich der GegenElektrode 5231 positive, elektrische Spannung angelegt wird, wirkt auf den zu diesem Wandlerabschnitt gehörenden Abschnitt des Elements 5207 ein in der Figur 66 dargestelltes, von der Erreger-Elektrode zur Gegen-Elektrode und also im allgemeinen nach unten gerichtetes, elektrisches Feld E ein. Dieses verursacht in den sich bezüglich der Achse 5261 des ersten Wandlerabschnitts 5241 gegenüber stehenden, sektorförmigen Wandlerabschnitt-Teilen gegen sinnige Scherungen. Diese wölben den ersten Wandlerabschnitt 5241 von der im Ruhezustand von der Gegen-Elektrode 5231 aufgespannten Ebene weg entgegen den durch die Elastizität des piezoelektrischen Elements erzeugten Rückstellkräften nach oben, Die Grosse der Scherung ist für das zum hexagonalen Kristallsystem gehörende BleiZirkonat-Titanat proportional zu den zwei gleich grossen piezoelektrischen Koeffizienten d1 5 und d2 4.If, for example, an electrical voltage which is positive with respect to the counter electrode 5231 is applied to the excitation electrode 5211 of the first converter section 5241, the section of the element 5207 belonging to this converter section, which is shown in FIG. 66, acts from the excitation electrode to the counter -Electrode and thus generally downward electric field E. This causes in the sector-shaped converter section parts that are opposite each other with respect to the axis 5261 of the first converter section 5241 sensible shears. These bulge the first transducer section 5241 away from the plane spanned by the counter-electrode 5231 in the idle state against the restoring forces generated by the elasticity of the piezoelectric element. The magnitude of the shear is proportional to the two for the lead zirconate titanate belonging to the hexagonal crystal system equally large piezoelectric coefficients d 1 5 and d 2 4 .
Man kann den piezoelektrischen Wandler 5205 entweder analog wie den piezoelektrischen Wandler 5005 mit einem formfesten Kontaktorgan oder analog wie den piezoelektrischen Wandler 5105 mit einem andern piezoelektrischen Wandler verbinden, der dann ebenfalls durch Scherungen verformbar ist. Mit einem auf eine dieser Weisen gebildeten Pumpenkörper kann analog wie mit den Pumpenkörpern 5001, 5101 peristaltisch ein Fluid gefördert werden.You can connect the piezoelectric transducer 5205 either analogously to the piezoelectric transducer 5005 to a dimensionally stable contact element or analogously to the piezoelectric transducer 5105 to another piezoelectric transducer, which can then also be deformed by shear. With a pump body formed in one of these ways, a fluid can be pumped peristaltically in the same way as with the pump bodies 5001, 5101.
In der Figur 67 ist ein einstückiges, streifenförmiges, piezoelektrisches Element 5307 mit vier ErregerElektroden 5311, 5313, 5315, 5317 ersichtlich. Die letzteren haben ähnlich wie die Erreger-Elektroden 5011, 5013, 5015, 5017 im allgemeinen einen kreisförmigen Umriss und mindestens einen kreisbogenförmigen Randabschnitt. Die Elektroden 5311, 5313, 5315, 5317 haben jedoch bei ihren Umfangsstellen, bei denen sie einander entlang dem zu bildenden Förder-Durchgang benachbart sind, konkav gebogene Randabschnitte anstelle aus Kreis-Sehenen bestehender Randabschnitte. Jede der vier Erreger-Elektroden hängt mit einem zum einen Längsrand des Elements 5307 geführten Anschluss-Leiterbahnstück zusammen. Die erste und vierte Erreger-Elektrode haben ferner eine kreisförmige Öffnung oder Aussparung, in der Detektor-Elektroden 5321 bzw. 5327 angeordnet sind. Das piezoelektrische Element 5307 kann mit den daran angeordneten Elektroden zum Beispiel analog wie das Element 5007, die Elemente 5107 oder das Element 5207 polarisiert und mit anderen Bauteilen zu einem Pumpenkörper zusammengebaut sein.FIG. 67 shows a one-piece, strip-shaped, piezoelectric element 5307 with four excitation electrodes 5311, 5313, 5315, 5317. The latter, like the excitation electrodes 5011, 5013, 5015, 5017, generally have a circular outline and at least one circular arc-shaped edge section. However, the electrodes 5311, 5313, 5315, 5317 have, at their circumferential locations where they are adjacent to one another along the conveying passage to be formed, concavely curved edge sections instead of edge sections consisting of circular eyes. Each of the four excitation electrodes is connected to a connecting conductor track section that runs to one longitudinal edge of element 5307. The first and fourth excitation electrodes also have a circular opening or recess in which detector electrodes 5321 and 5327 are arranged. The piezoelectric element 5307 can, for example, be analog with the electrodes arranged thereon such as element 5007, elements 5107 or element 5207 polarized and assembled with other components to form a pump body.
Bei Wandlern, deren Erreger-Elektroden gleich wie diejenigen der Wandler 5005, 5205 gemäss den Figuren 51, bzw. 65 bei ihren einander paarweise benachbarten Umfangssteilen durch zu einander parallele und zur Längsrichtung des Förder-Durchgangs parallele Geraden gebildete Randabschnitte aufweisen, kann es abhängig von der sonstigen Ausbildung der Wandler geschehen, dass beim Aufwölben eines Wandlerabschnitts auch noch der benachbarte Wandlerabschnitt ohne Zufuhr einer Erregerspannung teilweise von der gegenüber stehenden Kontakt- oder Förderfläche abgehoben wird. Durch die konkav gebogenen Randabschnitte der Erreger-Elektroden 5311, 5313, 5315, 5317 können einerseits unerwünschte Mitverformungen eines einem aufgewölbten Wandlerabschnitt unmittelbar benachbarten Wandlerabschnitts reduziert und andererseits bei gleichzeitiger, beabsichtigter Aufwölbung von zwei benachbarten Wandlerabschnitten eine gute Verbindung der zugeordneten Pumpräume erreicht werden.In the case of transducers whose exciter electrodes are the same as those of the transducers 5005, 5205 according to FIGS. 51 and 65, in the case of their circumferential parts which are adjacent to one another in pairs by edge sections formed by straight lines which are parallel to one another and parallel to the longitudinal direction of the conveying passage, it may depend on The other design of the transducers means that when a transducer section bulges, the adjacent transducer section is also partially lifted off the opposing contact or conveying surface without supplying excitation voltage. The concavely curved edge sections of the excitation electrodes 5311, 5313, 5315, 5317 can, on the one hand, reduce undesirable co-deformations of a converter section immediately adjacent to an arched converter section and, on the other hand, achieve a good connection of the assigned pumping spaces while simultaneously intentionally bulging two adjacent converter sections.
Die in der Figur 68 ersichtliche Pumpe weist einen Pumpenkörper 5401 mit einem formfesten, einstückigen, plattenförmigen, eine ebene Kontaktfläche 5435a bildenden Kontaktorgan 5403 und einem Förderorgan 5404 auf, das zumindest im wesentlichen durch einen Wandler 5405 gebildet ist. Dieser weist vier einzeln kuppelförmig wölbbare Wandlerabschnitte 5441. 5443, 5445, 5447 und eine sich zusammenhängend über den ganzen zu bildenden Förder-Durchgang erstreckende, flexible, piezoelektrische Folie 5406 auf. Der Wandler 5405 ist ferner für jeden der vier Wandlerabschnitte mit einer separaten Bimorph-Wandlervorrichtung versehen, von denen jede zwei aus je einer Scheibe gebildete, piezoelektrische Elemente 5407 und 5409 besitzt. Zwischen den beiden zur gleichen Bimorph-Wandlervorrichtung gehörenden, piezoelektrischen Elementen ist je eine Erreger-Elektrode 5411 angeordnet. Auf der dem Kontaktorgan zugewandten Seite der piezoelektrischen Folie 5406 ist eine sich zusammenhängend über den ganzen zu bildenden Förder-Durchgang erstreckende Gegen-Elektrode 5431 vorhanden, deren dem Kontaktorgan zugewandte Seite die Förderfläche 5437 bildet. Auf der dem Kontaktorgan 5403 abgewandten Seite der piezoelektrischen Folie 5406 sind besonders deutlich in der Figur 69 ersichtliche Elektroden vorhanden, zu denen für den ersten und vierten Wandlerabschnitt 5441 bzw. 5447 eine Gegen-Elektrode 5451 und für den zweiten und dritten Wandlerabschnitt 5443, 5445 eine Gegen-Elektrode 5453 gehören. Die Gegen-Elektroden 5451 haben ähnliche Formen wie die Erreger-Elektroden 5311, 5317 und die Gegen-Elektroden 5453 haben ähnliche Formen wie die Erreger-Elektroden 5313, 5315. Beim ersten und vierten Wandlerabschnitt 5441 bzw. 5447 ist je eine bogenförmige Hilfs-Elektrode 5455 vorhanden, die entlang dem konvexen, kreisbogenförmigen Randabschnitt der beim betreffenden Wandlerabschnitt vorhandenen Gegen-Elektrode 5451 verläuft. Beim zweiten und dritten Wandlerabschnitt 5443 bzw. 5445 sind je zwei bogenförmige HilfsElektroden 5457 vorhanden, die entlang den beiden konvexen, kreisbogenförmigen Randabschnitten der Gegen-Elektroden 5453 verlaufen. In den durch die konkaven, kreisbogenförmigen Randabschnitte der Gegen-Elektroden 5451, 5453 gebildeten Aussparungen sind Hilfs-Elektroden 5459 angeordnet. Auf der dem Kontaktorgan 5403 abgewandten Seite jedes piezoelektrischen Elements 5409 ist eine Gegen-Elektrode 5433 angeordnet.The pump shown in FIG. 68 has a pump body 5401 with a dimensionally stable, one-piece, plate-shaped contact element 5403 forming a flat contact surface 5435a and a delivery element 5404 which is at least essentially formed by a converter 5405. This has four individually dome-shaped curvature transducer sections 5441, 5443, 5445, 5447 and a flexible, piezoelectric film 5406 which extends cohesively over the entire conveyor passage to be formed. The transducer 5405 is further provided with a separate bimorph transducer device for each of the four transducer sections, two of which are each one Disc-shaped, piezoelectric elements 5407 and 5409 has. An excitation electrode 5411 is arranged between each of the two piezoelectric elements belonging to the same bimorph transducer device. On the side of the piezoelectric film 5406 facing the contact element, there is a counter-electrode 5431 which extends cohesively over the entire conveying passage to be formed, the side of which facing the contact element forms the conveying surface 5437. On the side of the piezoelectric film 5406 facing away from the contact element 5403, there are particularly clearly visible electrodes in FIG. 69, for which a counter-electrode 5451 for the first and fourth transducer sections 5441 and 5447 and one for the second and third transducer sections 5443, 5445 Include counter electrode 5453. The counter electrodes 5451 have similar shapes to the excitation electrodes 5311, 5317 and the counter electrodes 5453 have similar shapes to the excitation electrodes 5313, 5315. The first and fourth transducer sections 5441 and 5447 each have an arcuate auxiliary electrode 5455 is present, which runs along the convex, circular-arc-shaped edge section of the counter-electrode 5451 present in the relevant converter section. The second and third transducer sections 5443 and 5445 each have two arc-shaped auxiliary electrodes 5457 which run along the two convex, circular-arc-shaped edge sections of the counter-electrodes 5453. Auxiliary electrodes 5459 are arranged in the recesses formed by the concave, arcuate edge sections of the counter electrodes 5451, 5453. A counter electrode 5433 is arranged on the side of each piezoelectric element 5409 facing away from the contact element 5403.
Die an einander anliegenden Flächen der verschiedenen Bauteile des Wandlers 5405 sind fest und elektrisch leitend miteinander verbunden. Die zwischen der piezoelek trischen Folie 5406 und den piezoelektrischen Elementen 5407 sowie die zwischen einem Paar piezoelektrischen Elementen 5407 und 5409 vorhandenen Elektroden können je aus einer einzigen Metallfolie oder je aus zwei Metallschichten bestehen, die auf die einander paarweise zugewandten Flächen der piezoelektrischen Folie 5406 und Elemente 5407 bzw. auf die einander zugewandten Flächen der piezoelektrischen Elemente 5407 und 5409 aufgebracht, etwa aufgedampft und mit einander verbunden sind. Ferner ist der Wandler entlang seinen beim Betrieb den FörderDurchgang umschliessenden Rändern fest mit dem Kontaktorgan 5403 verbunden. Das Kontaktorgan 5403 ist mit zwei Fluid-Anschlüssen 5471, 5473 versehen, die bei den einander abgewandten Enden des beim Betrieb gebildeten FörderDurchgangs in die Kontaktfläche 5435 münden. Ferner ist noch ein gummielastischer Andrückkörper 5475 vorhanden, der fest mit dem Kontaktorgan 5403 verbunden ist, die nicht an diesem anliegenden Begrenzungen des Wandlers 5405 umschliesst und den Wandler federnd gegen die Kontaktfläche 5435 drückt. Im übrigen sei noch darauf hingewiesen, dass die Figur 68 ähnlich wie viele der vorherigen Figuren nicht massstäblich ist und dass insbesondere die Elektroden mit stark übertriebenen Dicken gezeichnet sind.The surfaces of the various components of the converter 5405 which are in contact with one another are firmly and electrically connected to one another. The between the piezoelek tric film 5406 and the piezoelectric elements 5407 and the electrodes present between a pair of piezoelectric elements 5407 and 5409 can each consist of a single metal foil or two metal layers each, which face the mutually facing surfaces of the piezoelectric film 5406 and elements 5407 and the mutually facing surfaces of the piezoelectric elements 5407 and 5409 are applied, for example vapor-deposited and connected to one another. Furthermore, the transducer is firmly connected to the contact element 5403 along its edges surrounding the conveying passage during operation. The contact element 5403 is provided with two fluid connections 5471, 5473, which open into the contact surface 5435 at the ends of the conveying passage formed during operation that face away from one another. Furthermore, there is a rubber-elastic pressing body 5475, which is firmly connected to the contact element 5403, does not enclose the boundaries of the transducer 5405 and resiliently presses the transducer against the contact surface 5435. It should also be pointed out that, like many of the previous figures, FIG. 68 is not to scale and that in particular the electrodes are drawn with greatly exaggerated thicknesses.
Die flexible piezoelektrische Folie 5406 besteht aus Polyvinylidendifluorid (PVDF) und wurde bei der Herstellung durch Recken unter gleichzeitiger Einwirkung eines elektrischen Feldes piezoelektrisch gemacht und polarisiert. Die Folie 5406ist dann durch ein beim Betrieb der Pumpe auf sie einwirkendes, elektrisches Feld mindestens in einer zur Kontaktfläche parallelen Richtung, beispielsweise quer zur Längs- und Förderrichtung des Förderorgans dehnbar. Die Folie kann jedoch bei ihrer Herstellung auch derart gereckt und polarisiert werden, das sie beim Betrieb der Pumpe unter der Einwirkung eines elektrischen Feldes sowohl quer als auch parallel zur Förderrichtung und also radial zum Zentrum des jeweiligen Wandlerabschnitts dehnbar ist. Die aus Scheiben gebildeten, piezoelektrischen Elemente 5407, 5409 bestehen gleich wie die weiter vorne beschriebenen, piezoelektrischen Elemente 5007 und 5009 aus einem piezoelektrischen Keramikmaterial.The flexible piezoelectric film 5406 consists of polyvinylidene difluoride (PVDF) and was made piezoelectric and polarized during production by stretching under the simultaneous action of an electric field. The film 5406 can then be stretched at least in a direction parallel to the contact surface, for example transversely to the longitudinal and conveying direction of the conveying member, by an electric field acting on it during operation of the pump. However, the film can also be stretched and polarized during its manufacture in such a way that it operates both transversely and parallel to the conveying direction when the pump is operated under the action of an electric field and is therefore stretchable radially to the center of the respective transducer section. The piezoelectric elements 5407, 5409 formed from disks, like the piezoelectric elements 5007 and 5009 described above, consist of a piezoelectric ceramic material.
Die Gegen-Elektroden 5431, 5433, 5451, 5453 sind mit dem Massenanschluss einer nicht gezeichneten Elektronikvorrichtung verbunden, die beispielsweise ausgebildet ist, um den Erreger-Elektroden gegen Masse positive Erregerspannungen zuzuführen. Die Polarisationen der piezoelektrischen Elemente 5407 sowie 5409 und die Polarität der Erregerspannungen sind derart auf einander abgestimmt, dass die einer Erreger-Elektrode zugeführte Erregerspannung eine Kontraktion des Elements 5407 sowie eine Dehnung des Elements 5409 und damit eine kuppeiförmige Aufwölbung des betreffenden Wandlerabschnitts bewirkt. Beim Aufwölben eines Wandlerabschnitts wird gleichzeitig den zu diesem gehörenden Hilfs-Elektroden 5455 sowie 5459 bzw. 5457 sowie 5459 eine Hilfsspannung zugeführt, die bewirkt, dass sich der von den Hilfs-Elektroden bedeckte, mehr oder weniger kreisringförmige Bereich der piezoelektrischen Folie 5406 in mindestens einer zur Förderfläche 5437 parallelen Richtung und beispielsweise radial zum Zentrum des betreffenden Wandlerabschnitts dehnt. Durch dieseThe counter electrodes 5431, 5433, 5451, 5453 are connected to the ground connection of an electronic device, not shown, which is designed, for example, to supply excitation voltages positive to ground against the excitation electrodes. The polarizations of the piezoelectric elements 5407 and 5409 and the polarity of the excitation voltages are matched to one another in such a way that the excitation voltage supplied to an excitation electrode causes a contraction of the element 5407 and an expansion of the element 5409 and thus a dome-shaped bulge of the relevant transducer section. When a transducer section is arched, the auxiliary electrodes 5455 and 5459 or 5457 and 5459 belonging to it are simultaneously supplied with an auxiliary voltage, which has the effect that the more or less annular region of the piezoelectric foil 5406 covered by the auxiliary electrodes is covered in at least one extends in the direction parallel to the conveying surface 5437 and, for example, radially to the center of the converter section in question. Through this
Dehnung kann die beim Aufwölben des Wandlerabschnitts in einer Projektion auf die ebene Kontaktfläche 5435 stattfindende Verkleinerung des Hüllkreisdurchmessers des betreffenden Wandlerabschnitts mindestens zum Teil kompensiert werden. Die sich bei den Grenzen zwischen benachbarten Wandlerabschnitten befindenden Abschnitte der flexiblen Folie 5406 bilden zudem gewissermassen Gelenke. Diese Gelenke bewirken zusammen mit dem den Wandler federnd gegen das Kontaktorgan drückenden Andrückkörper 5475, dass beim Aufwölben mindestens eines Wandlerabschnitts der bzw. jeder diesem benachbarte, nicht aufgewölbte Wandlerabschnitt zumindest weitgehend seine Ruheform beibehält und eben tatsächlich nicht aufgewölbt wird, sondern möglichst vollständig an der Kontaktfläche anliegt.Elongation can be at least partially compensated for when the transducer section bulges in a projection onto the flat contact surface 5435, the reduction in the envelope diameter of the transducer section in question. The sections of the flexible film 5406 that are located at the boundaries between adjacent transducer sections also form, to a certain extent, joints. These joints, together with the pressing body 5475 which resiliently presses the transducer against the contact element, ensure that when at least one transducer section bulges, the or each of the adjacent, non-bulging transducer sections at least largely maintains its resting shape and is actually not bulging, but lies as completely as possible against the contact surface.
Die vereinfacht in der Figur 70 dargestellte Pumpe besitzt einen Pumpenkörper 5501 mit einem aus einer formfesten, länglichen Platte bestehenden Kontaktorgan 5503 und einem Förderorgan 5504. Dieses weist einen Wandler 5505 mit einer flexiblen sowie elastisch dehnbaren, etwa aus Polypropylen bestehenden Folie 5506 und vier auf dieser befestigte, je einen Wandlerabschnitt definierende, piezoelektrische Bimorph-Wandlervorrichtung 5511 auf, von denen jede zwei piezoelektrische Elemente und Elektroden besitzt. Die einander zugewandten Flächen des Kontaktorgans 5503 und der Folie 5506 bilden die ebene Kontaktfläche 5535 und die bei jedem Wandlerabschnitt kuppeiförmig aufwölbbare Förderfläche 5537. Zwei Fluid-Anschlüsse 5571 und 5573 münden bei den einander abgewandten Enden des beim Betrieb entstehenden Förder-Durchgangs in die Kontaktflache. Die Folie 5506 ist entlang ihren den Förder-Durchgang umschliessenden Rändern dicht und fest mit dem Kontaktorgan 5503 verbunden. Andrückmittel weisen eine dicht am Kontaktorgan 5503 befestigte Haube 5575 und einen Federbalg 5579 auf. Der zwischen dem Wandler 5505 und der Innenfläche der Haube 5577 vorhandene Hohlraum enthält eine etwa aus Siliconöl bestehende Hydraulikflüssigkeit, die durch den Federbalg 5579 mit Druck beaufschlagt wird und den Wandler federnd gegen das Kontaktorgan drückt.The pump shown in simplified form in FIG. 70 has a pump body 5501 with a contact element 5503 consisting of a dimensionally stable, elongated plate and a conveying element 5504. This has a transducer 5505 with a flexible and elastically stretchable film 5506, which is made of polypropylene, and four on this attached, each defining a transducer section, piezoelectric bimorph transducer device 5511, each of which has two piezoelectric elements and electrodes. The mutually facing surfaces of the contact element 5503 and the film 5506 form the flat contact surface 5535 and the conveying surface 5537, which can be domed out in the form of a dome in each transducer section. Two fluid connections 5571 and 5573 open into the contact surface at the ends of the conveying passage which arise during operation. The film 5506 is tightly and firmly connected to the contact element 5503 along its edges surrounding the conveying passage. Pressure means have a hood 5575 fastened to the contact element 5503 and a bellows 5579. The cavity present between the converter 5505 and the inner surface of the hood 5577 contains a hydraulic fluid which is made of silicone oil and which is pressurized by the bellows 5579 and resiliently presses the converter against the contact element.
Beim Betrieb können die Bimorph-Wandlervorrichtungen 5511 einzeln kuppeiförmig aufgewölbt werden. Die dehnbare und flexible Folie 5506 kann die dabei stattfindenden Verkleinerungen der Hüllkreisdurchmesser der aufgewölbten Wandlerabschnitte durch bereichsweise Dehnungen ausgleichen. Die sich in den Grenzbereichen bei und zwischen den einander paarweise benachbarten Bimorph-Wandlervorrichtungen befindenden Abschnitte der flexiblen, elastisch dehnbaren Folie 5506 bilden analog wie die entsprechenden Abschnitte der piezoelektrischen Folie 5406 gewissermassen elastische Gelenke. Die durch die Haube 5577, den Federbalg 5579 und die Hydraulikflüssigkeit gebildeten Andrückmittel gewährleisten, dass die zu nicht aufgewölbten Wandlerabschnitten gehörenden Förderflächenabschnitte an der Kontaktfläche anliegen.In operation, the 5511 bimorph transducer devices can be individually domed. The stretchable and flexible film 5506 can reduce the enveloping diameter of the bulging Compensate converter sections by stretching them in certain areas. The sections of the flexible, elastically stretchable film 5506 which are located in the boundary regions at and between the mutually adjacent bimorph transducer devices form, to a certain extent, elastic joints in a manner analogous to the corresponding sections of the piezoelectric film 5406. The pressing means formed by the hood 5577, the bellows 5579 and the hydraulic fluid ensure that the conveying surface sections belonging to non-bulging transducer sections rest on the contact surface.
Die zum Teil in den Figuren 71 sowie 72 dargestellte Pumpe besitzt einen Pumpenkörper 5601 mit einem formfesten Kontaktorgan 5603 und einem Förderorgan 5604. Dieses besteht wiederum zumindest im wesentlichen aus einem Wandler 5605 mit zwei schichtförmigen, piezoelektrischen Elementen 5607 sowie 5-609. Zwischen diesen beiden Elementen ist für jeden Wandlerabschnitt eine zentrale Erreger-Elektrode 5611 und eine diese ringförmig umschliessende, äussere Erreger-Elektrode 5613 vorhanden. Auf den einander abgewandten Seiten der beiden Elemente 5607 sowie 5609 sind zusammenhängende Gegen-Elektroden 5631, 5633 vorhanden. Eine nicht dargestellte Elektronikvorrichtung besitzt mit den Erreger-Elektroden verbundene Erregeranschlüsse und einen mit den Gegen-Elektroden verbundenen Massenanschluss. Zum kuppeiförmigen Aufwölben eines Wandlerabschnitts führt die Elektronikvorrichtung den betreffenden Erreger-Elektroden Erregerspannungs-Signale zu. Diese sind derart auf die Polarisationen der piezoelektrischen Elemente 5607, 5609 abgestimmt, dass sich das Element 5607 in seinem zentralen, von der Erreger-Elektrode 5611 bedeckten Bereich zusammenzieht sowie in seinem peripheren, von der äusseren Erreger-Elektrode 5613 bedeckten Bereich dehnt und dass sich das Element 5609 im zentralen Bereich dehnt und im peripheren Bereich zusammenzieht. Durch geeignete Festlegung der Polarisationen der piezoelektrischen Elemente und der Maximalwerte der ErregerSpannungen kann erreicht werden, dass der Hüllkreisdurchmesser ein Wandlerabschnitts beim Aufwölben in einerThe pump shown in part in FIGS. 71 and 72 has a pump body 5601 with a dimensionally stable contact element 5603 and a delivery element 5604. This in turn consists at least essentially of a transducer 5605 with two layer-shaped, piezoelectric elements 5607 and 5-609. Between these two elements there is a central excitation electrode 5611 for each transducer section and an external excitation electrode 5613 surrounding it in a ring. On the sides of the two elements 5607 and 5609 facing away from each other there are contiguous counter-electrodes 5631, 5633. An electronic device, not shown, has excitation connections connected to the excitation electrodes and a ground connection connected to the counter electrodes. For domed arching of a transducer section, the electronic device feeds excitation voltage signals to the relevant excitation electrodes. These are matched to the polarizations of the piezoelectric elements 5607, 5609 in such a way that the element 5607 contracts in its central area covered by the excitation electrode 5611 and in its peripheral area covered by the outer excitation electrode 5613 and that it expands the element 5609 in the central The area stretches and contracts in the peripheral area. By appropriately determining the polarizations of the piezoelectric elements and the maximum values of the excitation voltages, it can be achieved that the enveloping circle diameter of a transducer section when bulging in a
Projektion auf die ebene Kontaktfläche zumindest einigermassen konstant bleibt.Projection onto the flat contact surface remains at least reasonably constant.
Die Figur 73 zeigt stark schematisiert eine MehrwegPumpe, die einen Pumpenkörper 6801 mit einem nicht sichtbaren, plattenförmigen, einstückigen Kontaktorgan und einem auf diesem angeordneten Förderorgan aufweist. Dieses besteht zumindest im wesentlichen aus einem ebenfalls plattenförmigen Wandler 6805 mit einer Anzahl einzeln kuppelartig aufwölbbarer Wandlerabschnitte 6841. DasFIG. 73 shows a highly schematic representation of a reusable pump which has a pump body 6801 with an invisible, plate-shaped, one-piece contact element and a delivery element arranged thereon. This consists at least essentially of a likewise plate-shaped transducer 6805 with a number of transducer sections 6841 that can be arched up in the manner of a dome
Kontaktorgan und das Förderorgan bilden auf ihren einander zugewandten Seiten eine Kontaktfläche bzw. Förderfläche. Der Wandler 6805 kann beispielsweise eine ähnliche Schichtstruktur wie der Wandler 5005 aufweisen und ist entlang seinen alle aufwölbenden Wandlerabschnitte umschliessenden Rändern fest und dicht mit dem Kontaktorgan verbunden, etwa verschweisst und/oder verklebt. Jeder Wandlerabschnitt begrenzt zusammen mit dem von ihm bedeckten Abschnitt des Kontaktorgans einen Pumpraum. Die sich in der gezeichneten Projektion auf die vom Pumpenkörper im Ruhezustand aufgespannte Ebene im inneren Bereich des Pumpenkörpers befindenden Wandlerabschnitte sind je von drei anderen an sie angrenzenden, gleichmässig um ihr Zentrum herum verteilten Wandlerabschnitten umgeben. Die an einander angrenzenden Pumpräume bilden zusammen einen Mehrweg-Förder-Durchgang bzw. Förder-Durchgänge. Jeder sich über drei oder mehr an einander angrenzende Pumpräume erstreckende Abschnitt eines Förder-Durchgangs bildet dabei mindestens einen Winkel. Mindestens ein Teil der sich beim Rand des Pumpenkörpers befindenden Pumpräume ist mit Fluid-Anschlüssen verbunden, wobei als Beispiel beim sich in der Figur 73 links und rechts befindenden Randabschnitt je ein Fluid-Anschluss 6871 und beim oberen und unteren Randabschnitt je vier Fluid-Anschlüsse 6873 gezeichnet sind.Contact member and the conveying member form a contact surface or conveying surface on their mutually facing sides. The converter 6805 can, for example, have a similar layer structure to the converter 5005 and is firmly and tightly connected to the contact element along its edges surrounding all bulging converter sections, for example welded and / or glued. Each transducer section, together with the section of the contact element which it covers, delimits a pump chamber. The transducer sections located in the drawn projection onto the plane spanned by the pump body in the idle state in the inner region of the pump body are each surrounded by three other transducer sections adjoining them, evenly distributed around their center. The pumping spaces adjacent to one another together form a reusable conveying passage or conveying passages. Each section of a conveying passage extending over three or more adjacent pump spaces forms at least one angle. At least part of the pumping spaces located at the edge of the pump body is connected to fluid connections, one example being a fluid connection 6871 for the edge section located on the left and right in FIG. 73 and four fluid connections 6873 each for the upper and lower edge section.
Die Förderfläche ist im Ruhezustand gleich wie die Kontaktfläche eben und liegt an dieser an. Beim Betrieb der Pumpe gemäss der Figur 73 kann durch Aufwölben und Abflachen der Wandlerabschnitte wahlweise entlang von verschiedenen Förder-Durchgangsabschnitten oder FörderDurchgängen Fluid gepumpt werden. Die von jeweils drei anderen Pumpräumen umgebenen Pumpräume dienen dabei als Verzweigungsstellen und bilden also zusammen mit den ihnen benachbarten Pumpräumen und Waήdlerabschnitten gewissermassen Mehrweg-Ventile oder StrömungsWeichen. Die gewünschten Förder-Wege und -Richtungen können beim Betrieb der Pumpe durch Auswählen der für einen Pumpvorgang im zeitlichen Ablauf verformten Wandlerabschnitt festgelegt werden. Die beiden Fluid-Anschlüsse 6871 können zum Beispiels als Einlasse und die Fluid- Anschlüsse 6873 als Auslässe dienen. Die Pumpe ist beispielsweise für eine Blutuntersuchung verwendbar, bei der einem Patienten in gewissen Zeitabständen Blut entnommen wird, um die zeitliche Änderung einer im Blut vorhandenen Substanz, wie eines vorher zugeführten Medikaments, zu untersuchen. Zu diesem Zweck wird etwa der sich auf der linken Seite der Figur 73 befindende Fluid-Anschluss 6871 mit einer in eine Vene des Patienten eingeführten, zur Blutentnahme dienenden Hohlnadel verbunden. Der andere als Einlass dienende Fluid-Anschluss 6871 wird mit einem Reservoir verbunden, das eine die Blutgerinnung verhindernde oder mindestens hemmende Flüssigkeit, etwa Heparin, enthält. An die Fluid-Anschlüsse 6873 werden zum Aufnehmen von Blutproben dienende Probebehälter angeschlossen Bei der Durchführung einer Blutuntersuchung wird vor jeder Blutentnahme eine bestimmte Menge Heparin in den Hohlraum der Nadel gepumpt. Bei einer Blutentnahme wird das entnommene Blut zusammen mit dem in der Nadel enthaltenen Heparin in einen der Probebehälter gepumpt, und zwar bei jeder Blutentnahme in einen anderen Probebehälter. Nötigenfalls kann am Ende einer Blutentnahme noch eine bestimmte Menge Heparin in den betreffenden Probebehälter gepumpt werden. Der Ablauf der verschiedenen Pumpvorgänge kann beispielsweise durch Prozessrechner gesteuert werden. Im übrigen kann dieIn the idle state, the conveying surface is the same as the contact surface and lies against it. During the operation of the pump according to FIG. 73, fluid can be pumped by arching and flattening the transducer sections along different conveying passage sections or conveying passages. The pumping spaces, each surrounded by three other pumping spaces, serve as branching points and thus, together with the pumping spaces and pump sections adjacent to them, form, as it were, reusable valves or flow switches. The desired delivery paths and directions can be determined during operation of the pump by selecting the converter section deformed over time for a pumping process. The two fluid connections 6871 can serve, for example, as inlets and the fluid connections 6873 as outlets. The pump can be used, for example, for a blood test in which blood is drawn from a patient at certain time intervals in order to examine the change over time of a substance present in the blood, such as a previously supplied medication. For this purpose, the fluid connection 6871 located on the left side of FIG. 73 is connected to a hollow needle that is inserted into a vein of the patient and is used for taking blood. The other fluid port 6871, which serves as an inlet, is connected to a reservoir which contains a blood-preventing or at least inhibiting liquid, such as heparin. Sample containers serving to receive blood samples are connected to the fluid connections 6873 when performing a Before each blood sample is taken, a certain amount of heparin is pumped into the cavity of the needle. When a blood sample is taken, the blood drawn together with the heparin contained in the needle is pumped into one of the sample containers, and each time a blood sample is taken into a different sample container. If necessary, a certain amount of heparin can be pumped into the sample container at the end of a blood sample. The course of the various pumping processes can be controlled, for example, by process computers. Otherwise, the
Anzahl der als Auslässe dienenden Fluid-Anschlüsse 6873 entsprechend der Anzahl der für eine Analyse vorgesehenen Proben grösser oder kleiner festgelegt werden, als die in der Figur 73 gezeichnete Anzahl.The number of the fluid connections 6873 serving as outlets can be set larger or smaller than the number shown in FIG. 73 in accordance with the number of samples provided for an analysis.
Die Mehrweg-Pumpe kann auch dahingehend geändert werden, dass die Zentren der Wandlerabschnitte und der zugeordneten Pumpräume in einer Projektion auf die ebene Kontaktfläche auf den Kreuzungspunkten von zwei Gruppen einander rechtwinklig kreuzender Geraden liegen und also zusammen eine rechteckige oder quadratische Matrix bilden. Die sich in der genannten Projektion im inneren Bereich des Pumpenkörpers befindenden Wandlerabschnitte und Pumpräume sind dann je von vier ihnen unmittelbar benachbarten und um sie herum verteilten Wandlerabschnitten und Pumpräumen umgeben.The reusable pump can also be modified in such a way that the centers of the converter sections and the associated pumping spaces lie in a projection onto the flat contact surface on the intersection points of two groups of straight lines crossing at right angles and thus together form a rectangular or square matrix. The transducer sections and pump spaces located in the above-mentioned projection in the inner region of the pump body are then each surrounded by four transducer sections and pump spaces directly adjacent to them and distributed around them.
Eine Mehrweg-Pumpe kann statt für die beschriebene Blutuntersuchung auch für eine Vielzahl anderer Zwecke verwendet werden, bei denen durch verschiedenen Einlasse zugeführte Flüssigkeiten wahlweise zum gleichen Auslass gepumpt werden sollen oder eine von einem Einlass kommende Flüssigkeit wahlweise zu verschiedenen Auslässen gepumpt werden soll. Ferner ermöglicht eine solche MehrwegPumpe, mehrere Flüssigkeiten getrennt voneinander zu pumpen oder zu mischen, eventuell beim Mischen mit einander chemisch reagieren zu lassen und wieder in Teilströme zu zerlegen. Zudem könnten die Pumpräume mit Sensoren irgendwelcher Art ausgerüstet werden.Instead of the blood test described, a reusable pump can also be used for a large number of other purposes, in which liquids supplied through different inlets are to be pumped to the same outlet, or a liquid coming from an inlet is to be pumped to different outlets. Furthermore, such a reusable pump enables several liquids to be separated from each other pump or mix, possibly react chemically with each other when mixing and break it down again into partial flows. In addition, the pumping rooms could be equipped with sensors of any kind.
Die Pumpen können noch in anderer Hinsicht geändert werden. Insbesondere können viele Merkmale der verschiedenen beschriebenen Ausführungsbeispiele auf manigfaltige Weisen mit einander kombiniert werden. Zum Beispiel können alle anhand der Figuren 24 bis 73 beschriebenen, einzeln biegbare Wandlerabschnitte aufweisenden Pumpen mit Erregerspannungen betreiben, die Folgen von Erregersignalen bilden, die entweder aus eckigen Impulsen bestehen oder überall einen zeitlich stetig ändernden Verlauf haben. Die Erregerspannungen können beispielsweise auch dreieck- oder trapezförmige Impulse oder Signale bilden, die im allgemeinen dreieck- oder trapezförmig sind, jedoch anstelle von Ecken stetige, abgerundete Übergänge besitzen. Des weitern können alle anhand der Figuren 24 bis 73 beschriebenen Pumpen mit Erregerspannungen betrieben werden, die einen sinusförmigen zeitlichen Verlauf haben. Die Erregerspannungen sind dabei - abhängig von der Art der Pumpe und deren Wandler-Mittel - durch Wechselspannungen oder durch zeitlich ändernde Gleichspannungen zu bilden. Bei den Ausführungsbeispielen, bei denen die Polarisationsrichtungen der Abschnitte der piezoelektrischen Elemente und/oder die Polaritäten der Erregerspannungen angegeben sind, kann man die Polarisationsrichtungen der piezoelektrischen Elemente bzw. die Polaritäten der Spannungen selbstverständlich umkehren. The pumps can be modified in other ways. In particular, many features of the various exemplary embodiments described can be combined with one another in manifold ways. For example, all pumps having individually bendable converter sections described with reference to FIGS. 24 to 73 can operate with excitation voltages, which form sequences of excitation signals, which either consist of angular pulses or have a continuously changing course everywhere. The excitation voltages can, for example, also form triangular or trapezoidal pulses or signals which are generally triangular or trapezoidal, but which instead of corners have continuous, rounded transitions. Furthermore, all of the pumps described with reference to FIGS. 24 to 73 can be operated with excitation voltages that have a sinusoidal course over time. The excitation voltages are - depending on the type of pump and its converter means - to be formed by AC voltages or by DC voltages that change over time. In the exemplary embodiments in which the polarization directions of the sections of the piezoelectric elements and / or the polarities of the excitation voltages are specified, the polarization directions of the piezoelectric elements or the polarities of the voltages can of course be reversed.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Pumpe mit zwei Anschlüssen (17, 19, 2017, 2019, 5071, 5073), einem diese beim Betrieb verbindenden Durchgang (77, 2077, 5049) und Wandler-Mitteln (43, 2043, 5005), wobei der Durchgang (77, 2077, 5049) im Querschnitt auf einer Seite durch eine durch die Wandler-Mittel (43, 2043, 5005) mindestens stellenweise derart biegbare Förderfläche (45a, 2045a, 5037) begrenzt ist, dass ein Fluid durch Biegen der Förderfläche (45a, 2045a, 5037) durch den Durchgang (77, 2077, 5049) förderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchgang (77, 2077, 5049) auf seiner der Förderfläche (45a, 2045a, 5037) im Querschnitt gegenüberstehenden Seite durch eine mindestens zwischen den Einmündungen der beiden Anschlüsse (17, 19, 2017, 2019, 5071, 5073) in den Durchgang (77, 2077, 5049) im Ruhezustand überall zur Förderfläche (45a, 2045a, 5037) parallele Fläche (15a, 2015a, 5035) begrenzt ist.1.Pump with two connections (17, 19, 2017, 2019, 5071, 5073), a passage (77, 2077, 5049) connecting them during operation and converter means (43, 2043, 5005), the passage (77 , 2077, 5049) in cross section on one side by a conveyor surface (45a, 2045a, 5037) which is bendable at least in places by the transducer means (43, 2043, 5005) such that a fluid is bent by bending the conveyor surface (45a, 2045a , 5037) can be conveyed through the passage (77, 2077, 5049), characterized in that the passage (77, 2077, 5049) on its side opposite the conveying surface (45a, 2045a, 5037) in cross section through an at least between the mouths of the two connections (17, 19, 2017, 2019, 5071, 5073) in the passage (77, 2077, 5049) in the idle state everywhere the area parallel to the conveying surface (45a, 2045a, 5037) (15a, 2015a, 5035) is limited.
2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden genannten, zur Begrenzung des Durchgangs (77, 2077, 5049) dienenden Flächen (15a, 45a, 2015a, 2045a, 5035, 5037) im Ruhezustand je eine stetige Regelfläche bilden.2. Pump according to claim 1, characterized in that the two mentioned surfaces (15a, 45a, 2015a, 2045a, 5035, 5037) serving to limit the passage (77, 2077, 5049) each form a continuous control surface in the idle state.
3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden genannten, zur Begrenzung des Durchgangs (77, 2077, 5049) dienenden Flächen (15a, 45a, 2015a, 2045a, 5035, 5037) im Ruhezustand eben sind.3. Pump according to claim 1 or 2, characterized in that the two named surfaces (15a, 45a, 2015a, 2045a, 5035, 5037) serving to limit the passage (77, 2077, 5049) are flat in the idle state.
4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Wandler-Mittel (43, 2043, 2143, 5005) mindestens einen Wandler (43, 2043, 2143, 5005) mit zwei zur Förderfläche (45a, 2045a, 2145, 5037) parallelen Flächen aufweist und ausgebildet sind, um diese zum Biegen der Förderfläche (45a, 2045a, 2145a, 5037) gegen einander zu verschieben, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandler-Mittel (43, 2043, 2143, 5005) ausgebildet sind, um die Förderfläche (45a, 2045a, 2145a, 5037) beim Pumpen bei allen zwischen den Einmündungen der Fluid-Anschlüsse (17, 19, 2017, 2019, 5071, 5073) in den Durchgang (77, 2077, 5049) liegenden Abschnitten von diesem mindestens zeitweise von der der Förderfläche (45a, 2045a, 2145a, 5037) gegenüberstehenden Fläche (15a, 2015a, 5035) durch einen freien Zwischenräum zu trennen und das Fluid peristaltisch durch den Durchgang (77, 2077, 5049) zu fördern.4. Pump according to one of claims 1 to 3, wherein the transducer means (43, 2043, 2143, 5005) at least one transducer (43, 2043, 2143, 5005) with two to the delivery surface (45a, 2045a, 2145, 5037) has parallel surfaces and are designed to bend the conveying surface (45a, 2045a, 2145a, 5037) against each other, characterized in that the transducer means (43, 2043, 2143, 5005) are designed to cover the conveying surface (45a, 2045a, 2145a, 5037) when pumping all between the mouths of the fluid connections (17, 19, 2017, 2019, 5071, 5073) in the passage (77, 2077, 5049), sections of the passage (77a, 2077, 5049) at least at times from those opposite the conveying surface (45a, 2045a, 2145a, 5037) Separate surface (15a, 2015a, 5035) by a free space and promote the fluid peristaltically through the passage (77, 2077, 5049).
5. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden genannten, zur Begrenzung des Durchgangs (77, 2077, 5049) dienenden Flächen (15a, 45a, 2015a, 2045a, 5035, 5037) im Ruhezustand an einander anliegen.5. Pump according to one of claims 1 to 4, characterized in that the two surfaces (15a, 45a, 2015a, 2045a, 5035, 5037) serving to limit the passage (77, 2077, 5049) serve to rest against one another in the idle state .
6. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch Mittel (13, 55, 2013, 5007, 5009, 5475,6. Pump according to one of claims 1 to 5, characterized by means (13, 55, 2013, 5007, 5009, 5475,
5575, 5579), um die Förderfläche (45a, 2045a, 5037, 5437, 5537) und die den Durchgang (77, 2077, 5049) auf der ihr gegenüberstehenden Seite begrenzende Fläche (15a, 2015a, 5035, 5435, 5535) federnd gegen einander zu drücken.5575, 5579) around the conveying surface (45a, 2045a, 5037, 5437, 5537) and the surface (15a, 2015a, 5035, 5435, 5535) delimiting the passage (77, 2077, 5049) on the opposite side to push each other.
7. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandler-Mittel (43, 2043) ausgebildet sind, um die Förderfläche (45a, 2045a) ausgehend von einer im Ruhezustand eingenommenen, ebenen oder zylindrischen oder konischen Ruheform zum Pumpen in einem entlang der Förderrichtung verlaufenden Schnitt derart wellenförmig zu verformen, dass sich die dabei entstehenden Wellenberge (75, 2075) quer zur Förderrichtung über die ganze Ausdehnung des Durchgangs (77, 2077, 3177) erstrecken und sich in der Förderrichtung bewegen, und dass der Durchgang (77, 2077) bei seinen beiden Enden durch Deformationsbewegungen der dort vorhandenen Förderflächenabschnitte ermöglichende Abschlussmittel (13d, 13e, 2013d, 2013e, 3135) gegen die Umgebung abgeschlossen ist.7. Pump according to one of claims 1 to 6, characterized in that the transducer means (43, 2043) are designed to pump the conveying surface (45a, 2045a) starting from a flat or cylindrical or conical resting shape taken in the idle state to be deformed in a wave-like manner in a section running along the conveying direction in such a way that the resulting wave crests (75, 2075) extend transversely to the conveying direction over the entire extent of the passage (77, 2077, 3177) extend and move in the conveying direction, and that the passage (77, 2077) is closed at both ends by means of deformation movements of the conveyor surface sections provided there, closing means (13d, 13e, 2013d, 2013e, 3135) against the environment.
8. Pumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchgang (77, 2077, 3177) entlang der Förderrichtung bei zwei einander abgewandten Rändern durch Deformationsbewegungen der dort vorhandenen Förderflächenabschnitte ermöglichende Abschlussmittel (13b, 13c, 2013b, 2013c, 3135) gegen die Umgebung abgeschlossen ist.8. Pump according to claim 7, characterized in that the passage (77, 2077, 3177) along the conveying direction at two edges facing away from one another by means of deformation movements of the conveying surface sections present there enables closing means (13b, 13c, 2013b, 2013c, 3135) against the environment is completed.
9. Pumpe nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschlussmittel (13b, 13c, 13d, 13e, 2013b, 2013c, 2013d, 2013e, 3135) mindestens zum Teil elastisch deformierbar sind.9. Pump according to claim 7 or 8, characterized in that the closing means (13b, 13c, 13d, 13e, 2013b, 2013c, 2013d, 2013e, 3135) are at least partially elastically deformable.
10. Pumpe nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass alle genannten Abschlussmittel (13b,10. Pump according to one of claims 7 to 9, characterized in that all said closing means (13b,
13c, 13d, 13e, 2013b, 2013c, 2013d, 3135) durch Abschnitte eines einstückigen Körpers (13, 2013, 3135) gebildet sind.13c, 13d, 13e, 2013b, 2013c, 2013d, 3135) are formed by sections of a one-piece body (13, 2013, 3135).
11. Pumpe nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandler-Mittel (43, 2043) ausgebildet sind, um die Förderfläche (45a, 2045a) derart zu verformen, dass diese in jedem beim Pumpen möglichen Zustand mindestens einen zu der den Durchgang (77, 2077) auf der ihr gegenüberstehenden Seite begrenzenden Fläche (15a, 2015a) hin vorstehenden Wellenberg (75, 2075) bildet, der sich zwischen den Einmündungen der Anschlüsse (17, 19, 2017, 2019) in den Durchgang (77, 2077) befindet. 11. Pump according to one of claims 7 to 10, characterized in that the transducer means (43, 2043) are designed to deform the conveying surface (45a, 2045a) in such a way that in each possible state during pumping at least one the wave crest (75, 2075) protruding towards the passage (77, 2077) on the surface (15a, 2015a) delimiting it, which forms between the junctions of the connections (17, 19, 2017, 2019) in the passage ( 77, 2077).
12. Pumpe nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchgang (77) entlang einem Kreisbogen verläuft und dass die Wandler-Mittel (43) ausgebildet sind um die von der Förderfläche (45a) gebildeten Wellenberge entlang einem Kreisbogen zu bewegen.12. Pump according to one of claims 7 to 11, characterized in that the passage (77) runs along an arc and that the transducer means (43) are designed to move the wave crests formed by the conveying surface (45a) along an arc .
13. Pumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Förderfläche (45a) bildender Körper (45) mindestens im wesentlichen rotationssymmetrisch zu einer durch das Zentrum des Kreisbogens verlaufenden Achse (5) ist und dass die Wandler-Mittel (43) mindestens ein piezoelektrisches Element aufweisen und ausgebildet sind, um mindestens eine sich im Inneren des die Förderfläche (45a) bildenden Körpers (45) um die Achse (5) herum ausbreitende, elastische Welle zu erzeugen.13. Pump according to claim 12, characterized in that a body (45) forming the delivery surface (45a) is at least substantially rotationally symmetrical to an axis (5) extending through the center of the circular arc and that the converter means (43) is at least one Comprising a piezoelectric element and being designed to generate at least one elastic wave which extends in the interior of the body (45) forming the conveying surface (45a) around the axis (5).
14. Pumpe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandler-Mittel (43) und eine elektrisch mit diesen verbundene, zum Zuführen von elektrischen Spannungen zu diesen dienende Elektronikvorrichtung (61) ausgebildet sind, um den die Förderfläche (45a) bildenden Körper (45) mit einer im Ultraschallbereich liegenden Resonanzfrequenz zum Schwingen zu bringen.14. The pump as claimed in claim 13, characterized in that the transducer means (43) and an electronic device (61), which is electrically connected to the latter and is used to supply electrical voltages to them, are formed around the body (45a) forming the conveying surface (45a). 45) to vibrate with a resonance frequency in the ultrasonic range.
15. Pumpe nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die der Förderfläche (45a) gegenüberstehende Fläche (15a) durch einen Stator (2) und die Förderfläche (45a) durch eine bezüglich des Stators (2) um eine Achse (5) drehbaren Rotor (3) gebildet ist und dass die Wandler-Mittel (43) ausgebildet sind, um die Förderfläche (45a) derart zu verformen, dass der bzw. jeder an der Förderfläche (45a) entstehende Wellenberg (75) beim Angreifen am Stator (2) eine zum Drehen des Rotors (3) dienende Kraft erzeugt, wobei die Wandler-Mittel (43) drehfest mit dem Rotor (2) verbunden sind, so dass sie beim Betrieb gemeinsam mit dem Rotor (2) rotieren.15. Pump according to one of claims 12 to 14, characterized in that the surface (15a) opposite the delivery surface (15a) by a stator (2) and the delivery surface (45a) by an axis with respect to the stator (2) ( 5) rotatable rotor (3) is formed and that the transducer means (43) are designed to deform the conveying surface (45a) in such a way that the or each wave crest (75) arising on the conveying surface (45a) is attacked on the Stator (2) generates a force for rotating the rotor (3), the converter means (43) are rotatably connected to the rotor (2) so that they rotate together with the rotor (2) during operation.
16. Pumpe nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandler-Mittel (2043, 2143, 2243, 3143) ausgebildet sind, um entlang dem Durchgang (2077, 3177) verteilte Förderflächenabschnitte einzeln zu biegen und dabei entstehende Wellenberge (2075) schrittweise entlang dem Durchgang (2077, 3177) zu bewegen und dass ein die Förderfläche (2045a, 2145a, 2245a, 3145a) bildendes und mindestens einen Wandler (2043, 2143, 3143) der Wandler-Mittel aufweisendes Förderorgan (2041, 2141, 3141) derart mit den Abschlussmitteln (2013b, 2013c, 2013d, 2013e, 3153) verbunden ist, dass es seine entlang dem Durchgang (2077, 3177) gemessene Ausdehnung beim wellenförmigen Verformen der Förderfläche (2045a, 2145a, 2245a, 3145a) ändern kann.16. Pump according to one of claims 7 to 12, characterized in that the transducer means (2043, 2143, 2243, 3143) are designed to individually bend conveying surface sections distributed along the passage (2077, 3177) and thereby generate wave crests ( 2075) step by step along the passage (2077, 3177) and that a conveying element (2041, 2141,) forming the conveying surface (2045a, 2145a, 2245a, 3145a) and having at least one transducer (2043, 2143, 3143) 3141) is connected to the closing means (2013b, 2013c, 2013d, 2013e, 3153) in such a way that it can change its extent measured along the passage (2077, 3177) when the conveying surface (2045a, 2145a, 2245a, 3145a) is deformed in a wave shape.
17. Pumpe nach Anspruch 16, dass das Förderorgan (2041, 2141, 2241, 3141) auf seiner der Förderfläche (45a, 2045a, 2145a, 3145a) abgewandten Seite an einem in der Förderrichtung dehnbaren Körper (35, 2035, 3135) anliegt.17. Pump according to claim 16, that the conveying member (2041, 2141, 2241, 3141) bears on its side facing away from the conveying surface (45a, 2045a, 2145a, 3145a) against a body (35, 2035, 3135) which is expandable in the conveying direction.
18. Pumpe nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der am Förderorgan (3141) an dessen der Förderfläche18. Pump according to claim 17, characterized in that on the conveying member (3141) on the conveying surface
(3145a) abgewandter Seite anliegende Körper (3135) gummielastisch ist.(3145a) on the side facing the body (3135) is rubber-elastic.
19. Pumpe nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der am Förderorgan (3141) an dessen der19. Pump according to claim 17 or 18, characterized in that the on the delivery member (3141) at the
Förderfläche (3145a) abgewandter Seite anliegende Körper (3135) das Förderorgan (3141) und das die der Förderfläche (3145a) gegenüberstehende Fläche (3145a) bildende Organ (3141) mindestens in einer durch beide Organe (3141) verlaufenden Schnittebene vollständig und zusammenhängend umschliesst.Body (3135) lying on the opposite side of the conveying surface (3145a), the conveying element (3141) and the organ (3141) forming the surface (3145a) opposite the conveying surface (3145a) in at least one of the two organs (3141) completely and coherently enclosing the cutting plane.
20. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei die Wandler-Mittel (2043, 5205) mindestens ein piezoelektrisches Element (2044, 5207) aufweisen,, dadurch gekennzeichnet, dass das piezoelektrische Element (2044, 5207) derart angeordnet, vorpolarisiert und mit Elektroden (2045, 2047, 5211, 5213, 5215, 5231) versehen ist, dass durch Anlegen einer elektrischen Spannung an die Elektroden (2045, 2047, 5211, 5213, 5215, 5231) eine die Förderfläche (2045a) biegende Scherung von Abschnitten (2043a) des piezoelektrischen Elements (2044, 5207) bewirkbar ist.20. Pump according to one of claims 1 to 19, wherein the transducer means (2043, 5205) have at least one piezoelectric element (2044, 5207), characterized in that the piezoelectric element (2044, 5207) is arranged, pre-polarized and is provided with electrodes (2045, 2047, 5211, 5213, 5215, 5231) that by applying an electrical voltage to the electrodes (2045, 2047, 5211, 5213, 5215, 5231) a shearing of the conveying surface (2045a) of sections (2043a) of the piezoelectric element (2044, 5207) can be effected.
21. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei die Wandler-Mittel (2243, 5005) mindestens ein piezoelektrisches Element (2251, 5007) aufweisen, das derart vorpolarisiert und mit Elektroden (2247, 2255, 5011, 5013, 5015, 5017, 5031) versehen ist, dass durch Anlegen einer elektrischen Spannung an die Elektroden (2247, 2257, 5011, 5013, 5015, 5017, 5031) zur Förderfläche (2245a, 5037) parallele Verformungen des piezoelektrischen Elements (2251, 5007) erzeugbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das piezoelektrische Element (2251, 5007) bei einer zur Förderfläche (2245a, 5037) parallelen Fläche mit einem anderen piezoelektrischen Element (2253, 5009) verbunden ist, das ebenfalls mit Elektroden (2245, 2257, 5011, 5013, 5015, 5017, 5033) versehen und durch Anlegen von einer elektrischen Spannung an diese parallel zur Förderfläche (2245a, 5037) verformbar ist, so dass mit einander verbundene Abschnitte (2251a, 2253a) der beiden piezoelektrischen Elemente (2251, 2253, 5007, 5009) gleichzeitig verschieden verformbar sind. 21. Pump according to one of claims 1 to 19, wherein the transducer means (2243, 5005) have at least one piezoelectric element (2251, 5007), which is pre-polarized and with electrodes (2247, 2255, 5011, 5013, 5015, 5017 , 5031) is provided such that by applying an electrical voltage to the electrodes (2247, 2257, 5011, 5013, 5015, 5017, 5031) to the conveying surface (2245a, 5037), parallel deformations of the piezoelectric element (2251, 5007) can be generated, characterized in that the piezoelectric element (2251, 5007) is connected to another piezoelectric element (2253, 5009) at a surface parallel to the conveying surface (2245a, 5037), which is also connected to electrodes (2245, 2257, 5011, 5013, 5015 , 5017, 5033) and can be deformed by applying an electrical voltage to them parallel to the conveying surface (2245a, 5037), so that interconnected sections (2251a, 2253a) of the two piezoelectric elements (2251, 2253, 5007, 5009) G are easily deformable at different times.
22. Pumpe nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandler-Mittel (3143) ausgebildet sind, um entlang dem Durchgang (3177) verteilte Förderflächenabschnitte einzeln zu biegen und dabei entstehende Wellenberge schrittweise entlang dem Durchgang (3177) zu bewegen, dass das sich näher bei der Förderfläche (3145a) befindende und/oder diese bildende, piezoelektrische Element (3151) auf seiner der Förderfläche (3145a) abgewandten Seite mit zwei schmäleren, neben einander entlang dem Durchgang (3177) verlaufenden und von einander durch einen Zwischenraum getrennten, piezoelektrischen Elementen (3153) verbunden ist und dass zwischen den mit einander verbundenen, piezoelektrischen Elementen (3151, 3153) entlang dem Durchgang (3177) verteilte Elektroden (3155, 3157) vorhanden und mit elektrischen Verbindungsleitungen verbunden sind, die durch den zwischen den beiden schmäleren, piezoelektrischen Elementen (3153) vorhandenen Zwischenraum verlaufen.22. Pump according to claim 21, characterized in that the transducer means (3143) are designed to individually bend conveying surface sections distributed along the passage (3177) and thereby move wave crests step by step along the passage (3177), that the closer to the conveying surface (3145a) and / or forming it, piezoelectric element (3151) on its side facing away from the conveying surface (3145a) with two narrower piezoelectric elements which run alongside the passage (3177) and are separated from one another by a space Elements (3153) and that between the interconnected piezoelectric elements (3151, 3153) along the passage (3177) distributed electrodes (3155, 3157) are present and are connected to electrical connecting lines which are connected by the narrower one between the two Piezoelectric elements (3153) existing space.
23. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandler-Mittel (2343, 2345, 2351) thermoelektrische Elemente (2351) zur Umwandlung elektrischer Signale in Temperaturänderungen und einen Wandler mit zwei miteinander verbundenen, Schicht- und/oder streifenförmigen Elementen (2343, 2345) aus verschiedene, thermische Ausdehnungs-Koeffizienten besitzenden Materialien aufweisen, wobei zum Beispiel beide Materialien metallisch sind oder zum Beispiel mindestens eines dieser Materialien metallisch oder keramisch oder ein Glas ist.23. Pump according to one of claims 1 to 18, characterized in that the transducer means (2343, 2345, 2351) thermoelectric elements (2351) for converting electrical signals into temperature changes and a transducer with two interconnected, layer and / or have strip-shaped elements (2343, 2345) made of different materials having thermal expansion coefficients, for example both materials being metallic or for example at least one of these materials being metallic or ceramic or a glass.
24. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die den Durchgang (3077, 3177, 5149) gegenüber der Förderfläche (3041a, 3145a, 5137) begrenzende Fläche ebenfalls durch eine mit ihr zugeordneten Wandler-Mitteln (3043, 3143, 5105) biegbare Förderfläche (3041a, 3145a, 5137) gebildet ist.24. Pump according to one of claims 1 to 12, 16 to 23, characterized in that the area delimiting the passage (3077, 3177, 5149) with respect to the delivery surface (3041a, 3145a, 5137) also by means of a transducer means assigned to it (3043, 3143, 5105) bendable conveying surface (3041a, 3145a, 5137) is formed.
25. Pumpe nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandler-Mittel (3043, 3143, 5105) ausgebildet sind, um die sich gegenüberstehenden Förderflächen (3041a, 3145a, 5137) zumindest im wesentlichen spiegelsymmetrisch zu einander zu biegen.25. Pump according to claim 24, characterized in that the transducer means (3043, 3143, 5105) are designed to bend the opposing delivery surfaces (3041a, 3145a, 5137) at least substantially mirror-symmetrically to one another.
26. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 20, 21,26. Pump according to one of claims 1 to 6, 20, 21,
23, 24, 25, wobei die Wandler-Mittel mindestens einen Wandler (5005) mit entlang dem Durchgang (5049) verteilten, zum kuppelartigen Aufwölben von Förderflächenabschnitten dienenden Wandlerabschnitten (5041, 5043, 5045, 5047) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler (5005) ausgebildet ist, um durch gleichzeitiges, kuppelartiges, von einander entlang dem Durchgang (5049) paarweise benachbarten Wandlerabschnitten (5041, 5043, 5045, 5047) einen zusammenhängenden, einen Abschnitt des Durchgangs (5049) bildenden Hohlraum zu bilden.23, 24, 25, the transducer means having at least one transducer (5005) with transducer portions (5041, 5043, 5045, 5047) distributed along the passage (5049) and serving for the domed arching of conveying surface portions, characterized in that the transducer (5005) is formed to form a coherent cavity forming a section of the passage (5049) by means of simultaneous, dome-like transducer sections (5041, 5043, 5045, 5047) which are adjacent to one another in pairs along the passage (5049).
27. Pumpe nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Förderfläche (5037) bildendes Förderorgan27. Pump according to claim 26, characterized in that a conveying member forming the conveying surface (5037)
(5004) und ein den Durchgang (5049) gegenüber dieser begrenzendes Organ (5003) zumindest im wesentlichen entlang den ganzen Rändern der Förderfläche (5037) - zum Beispiel abgesehen von allenfalls dort vorhandenen, zur Bildung von Anschlüssen dienenden Öffnungen - fest und dicht mit einander verbunden sind.(5004) and an organ (50049) delimiting the passage (5049) at least substantially along the entire edges of the conveying surface (5037) - for example apart from any openings which are present there and serve to form connections - tightly and tightly with one another are connected.
28. Pumpe nach Anspruch 26 oder 27, wobei der Wandler28. The pump of claim 26 or 27, wherein the transducer
(5005) mindestens ein sich zusammenhängend über den ganzen Durchgang (5049) erstreckendes, piezoelektrisches Element (5007, 5009, 5307) mit zur Förderfläche (5037) parallelen Flächen aufweist und mindestens auf einer der beiden Flächen des bzw. jedes piezoelektrischen Elements (5007, 5009, 5307) eine jeweils einem einzelnen der genannten Wandlerabschnitte (5041, 5043, 5045, 5047) zugeordnete, zur Bewirkung einer Aufwölbung von diesem dienende Elektrode (5011, 5013, 5015, 5017, 5311, 5313, 5315, 5317)angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ränder der genannten, je einem einzelnen Wandlerabschnitt (5041, 5043, 5045, 5047) zugeordneten Elektroden (5011, 5013, 5015, 5017, 5311, 5313, 5315, 5317) je mindestens einen kreisbogenförmigen Randabschnitt und bei den Umfangsstellen, bei denen diese Elektroden (5011, 5013, 5015, 5017, 5311, 5313, 5315, 5317) einander entlang dem Durchgang (5049) paarweise benachbart sind, einen geraden oder konkav gebogenen Randabschnitt haben.(5005) has at least one piezoelectric element (5007, 5009, 5307), which extends coherently over the entire passage (5049) and has surfaces parallel to the conveying surface (5037) and at least on one of the two Surfaces of the or each piezoelectric element (5007, 5009, 5307) each have an associated one of the aforementioned transducer sections (5041, 5043, 5045, 5047), which serves to effect a bulge from this electrode (5011, 5013, 5015, 5017, 5311 , 5313, 5315, 5317), characterized in that the edges of the said electrodes (5011, 5013, 5015, 5017, 5311, 5313, 5315, 5317, each associated with an individual transducer section (5041, 5043, 5045, 5047) ) at least one circular arc-shaped edge section and at the peripheral points at which these electrodes (5011, 5013, 5015, 5017, 5311, 5313, 5315, 5317) are adjacent to one another in pairs along the passage (5049) have a straight or concave curved edge section .
29. Pumpe nach Anspruch 21 und einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass sich die beiden mit einander verbundenen, schichtförmigen, piezoelektrischen Elemente (5007, 5009) zusammenhängend über den ganzen Durchgang (5049) erstrecken, dass eine elektrisch mit den Elektroden (5011, 5013, 5015, 5017, 5031, 5033) verbundene Elektronikvorrichtung (5081) vorhanden ist, um diesen eine elektrische Spannung (U1, U2, U3, U4) zuzuführen und dadurch eine Verformung des Wandlers (5005) zu bewirken, und dass die beiden piezoelektrischen Elemente (5007, 5009) sowie die Elektronikvorrichtung (5081) derart ausgebildet sind, dass die entlang der Förderfläche (5037) gemessenen Abmessungen der beiden Elemente (5007, 5009) beim Aufwölben eines Wandlerabschnitts (5041, 5043, 5045, 5047) derart verschieden stark vergrössert werden, dass die Abstände (d, d') sich bezüglich der Achse (5061) des betreffenden Wandlerabschnitts (5041) gegenüber stehender Randstellen von diesem beim Aufwölben weniger ändern, als wenn beim Aufwölben nur die besagten Abmessungen eines piezoelektrischen Elements (5007, 5009) geändert würden und/oder wenn die besagten Abmessungen der zwei piezoelektrischen Elemente (7, 9) gegensinnig geändert würden, und beim Aufwölben zumindest annähernd konstant bleiben.29. Pump according to claim 21 and one of claims 26 to 28, characterized in that the two interconnected, layer-shaped, piezoelectric elements (5007, 5009) coherently over the entire passage (5049) that one electrically with the electrodes (5011, 5013, 5015, 5017, 5031, 5033) connected electronic device (5081) is present in order to supply them with an electrical voltage (U 1 , U 2 , U 3 , U 4 ) and thereby deform the transducer (5005) cause, and that the two piezoelectric elements (5007, 5009) and the electronic device (5081) are designed such that the dimensions of the two elements (5007, 5009) measured along the conveying surface (5037) when a transducer section (5041, 5043, 5045, 5047) are enlarged to different extents so that the distances (d, d ') with respect to the axis (5061) of the relevant transducer section (5041) opposing edge points thereof change less when bulging than if only the said dimensions of a piezoelectric element (5007, 5009) were changed during bulging and / or if the said dimensions of the two piezoelectric elements (7, 9) were changed in opposite directions and remain at least approximately constant during the arching.
30. Pumpe nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler (5405) eine sich zusammenhängend über den ganzen Durchgang erstreckende, flexible, piezoelektrische Folie (5406) aufweist, an deren dem Durchgang abgewandter Seite für jeden einzelnen aufwölbbaren Wandlerabschnitt mindestens ein separates piezoelektrisches Element (5407, 5409) befestigt ist, dass an der Folie (5406) die piezoelektrischen Elemente in einer Projektion auf die von der Förderfläche (5437) im Ruhezustand aufgespannte Ebene mindestens teilweise umschliessende Hilfs-Elektroden (5455, 5457, 5459) angebracht sind, so dass die Folie (5406) beim Aufwölben eines Wandlerabschnitts durch Anlegen einer elektrischen Spannung an die bzw. jede dem betreffenden Wandlerabschnitt zugeordnete Hilfs-Elektrode (5455, 5457, 5459) im Bereich von dieser dehnbar ist.30. Pump according to one of claims 26 to 28, characterized in that the transducer (5405) has a flexible, piezoelectric film (5406) which extends coherently over the entire passage, at least on the side facing away from the passage for each individual archable transducer section a separate piezoelectric element (5407, 5409) is fastened, that the piezoelectric elements on the film (5406) in a projection onto the plane spanned by the conveying surface (5437) in the idle state at least partially enclosing auxiliary electrodes (5455, 5457, 5459) are attached so that the film (5406) can be stretched in the region of this when a transducer section bulges by applying an electrical voltage to the or each auxiliary electrode (5455, 5457, 5459) assigned to the transducer section in question.
31. Pumpe nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler (5505) eine sich zusammenhängend über den ganzen Durchgang erstreckende, flexible, elastisch dehnbare Folie (5506) aufweist, an deren dem Durchgang abgewandter Seite für jeden einzelnen aufwölbbaren Wandlerabschnitt mindestens ein separates, piezoelektrisches Element befestigt ist.31. Pump according to one of claims 26 to 28, characterized in that the transducer (5505) has a flexible, elastically stretchable film (5506) which extends coherently over the entire passage, on the side facing away from the passage for each individual archable transducer section at least one separate piezoelectric element is attached.
32. Pumpe nach einem der Ansprüche 26 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens vier entlang dem Durchgang (5049) verteilte Wandlerabschnitte (5041, 5043, 5045, 5047) zum kuppelartigen Aufwölben eines zugeordneten Förderflächenabschnitts vorhanden sind. 32. Pump according to one of claims 26 to 31, characterized in that there are at least four transducer sections (5041, 5043, 5045, 5047) distributed along the passage (5049) for doming an associated conveying surface section.
33. Pumpe nach einem der Ansprüche 26 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens noch ein dritter Anschluss (6871, 6873) vorhanden ist, um ein Fluid in den Durchgang und/oder aus diesem heraus zu leiten und dass der Durchgang mindestens einen einem Wandlerabschnitt (6841) zugeordneten Pumpraum aufweist, um in Zusammenwirkung mit mindestens drei anderen, je einem andern Wandlerabschnitt (6841) zugeordneten Pumpräumen eine Verzweigung des Durchgangs zu bilden und das wahlweise Umleiten und/oder Verzweigen eines Fluidstroms und/oder das Vereinigen von Fluidströmen zu ermöglichen. 33. Pump according to one of claims 26 to 32, characterized in that at least a third connection (6871, 6873) is present in order to guide a fluid into and / or out of the passage and that the passage has at least one of a converter section (6841) has assigned pump space in order to form a branching of the passage in cooperation with at least three other pumping spaces each assigned to a different converter section (6841) and to enable the diversion and / or branching of a fluid stream and / or the combination of fluid streams.
PCT/CH1989/000016 1988-02-05 1989-01-27 Pump WO1989007199A1 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH40388 1988-02-05
CH403/88-6 1988-02-05
CH253788 1988-07-04
CH2537/88-4 1988-07-04

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO1989007199A1 true WO1989007199A1 (en) 1989-08-10

Family

ID=25684474

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/CH1989/000016 WO1989007199A1 (en) 1988-02-05 1989-01-27 Pump

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP0355150A1 (en)
AU (1) AU2942089A (en)
WO (1) WO1989007199A1 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0398583A2 (en) * 1989-05-11 1990-11-22 Bespak plc Pump apparatus for biomedical use
US5205819A (en) * 1989-05-11 1993-04-27 Bespak Plc Pump apparatus for biomedical use
WO2000028213A1 (en) * 1998-11-11 2000-05-18 Thomas Laurell Micropump
EP1077330A1 (en) * 1999-03-03 2001-02-21 Ngk Insulators, Ltd. Pump
DE19922612C2 (en) * 1999-05-17 2001-05-23 Fraunhofer Ges Forschung Micromechanical pump
KR100618320B1 (en) 2004-09-14 2006-08-31 삼성전자주식회사 An apparatus for making a fluid flow, and a disposable chip having the same
CN113876475A (en) * 2020-06-16 2022-01-04 上海康德莱医疗器械股份有限公司 Degradable magnesium alloy stent

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2343140A1 (en) * 1976-03-01 1977-09-30 Philips Nv PUMP FOR NON-PULSATORY PUMPING OF A LIQUID
US4498850A (en) * 1980-04-28 1985-02-12 Gena Perlov Method and device for fluid transfer
JPS61126387A (en) * 1984-11-26 1986-06-13 Yokogawa Electric Corp Fluid apparatus
DE3618107A1 (en) * 1986-05-30 1987-12-03 Siemens Ag INK WRITING HEAD WITH PIEZOELECTRICALLY EXTENDABLE MEMBRANE

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2343140A1 (en) * 1976-03-01 1977-09-30 Philips Nv PUMP FOR NON-PULSATORY PUMPING OF A LIQUID
US4498850A (en) * 1980-04-28 1985-02-12 Gena Perlov Method and device for fluid transfer
JPS61126387A (en) * 1984-11-26 1986-06-13 Yokogawa Electric Corp Fluid apparatus
DE3618107A1 (en) * 1986-05-30 1987-12-03 Siemens Ag INK WRITING HEAD WITH PIEZOELECTRICALLY EXTENDABLE MEMBRANE

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Patent Abstracts of Japan, Band 10, Nr. 320 (M-530)(2376), 30. Oktober 1986; & JP A 61126387 (TOKOGAWA HOKUSHIN ELECTRIC CORP.) 13. Juni 1986 *
Patent Abstracts of Japan, Band 12, Nr. 274 (M-725)(3121), 29. Juli 1988; & JP-A-6357900 (TOYOTA AUTOM LOOM WORKS LTD) 12. M{rz 1988 *

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0398583A2 (en) * 1989-05-11 1990-11-22 Bespak plc Pump apparatus for biomedical use
EP0398583A3 (en) * 1989-05-11 1991-03-27 Bespak plc Pump apparatus for biomedical use
US5205819A (en) * 1989-05-11 1993-04-27 Bespak Plc Pump apparatus for biomedical use
WO2000028213A1 (en) * 1998-11-11 2000-05-18 Thomas Laurell Micropump
US6565331B1 (en) * 1999-03-03 2003-05-20 Ngk Insulators, Ltd. Pump
EP1077330A1 (en) * 1999-03-03 2001-02-21 Ngk Insulators, Ltd. Pump
US6666658B2 (en) 1999-03-03 2003-12-23 Ngk Insulators, Ltd. Microfluidic pump device
US6682318B2 (en) 1999-03-03 2004-01-27 Ngk Insulators, Ltd. Pump
EP1077330A4 (en) * 1999-03-03 2005-05-11 Ngk Insulators Ltd Pump
DE19922612C2 (en) * 1999-05-17 2001-05-23 Fraunhofer Ges Forschung Micromechanical pump
KR100618320B1 (en) 2004-09-14 2006-08-31 삼성전자주식회사 An apparatus for making a fluid flow, and a disposable chip having the same
CN113876475A (en) * 2020-06-16 2022-01-04 上海康德莱医疗器械股份有限公司 Degradable magnesium alloy stent
CN113876475B (en) * 2020-06-16 2024-03-19 上海瑛泰医疗器械股份有限公司 Degradable magnesium alloy bracket

Also Published As

Publication number Publication date
EP0355150A1 (en) 1990-02-28
AU2942089A (en) 1989-08-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112013002723B4 (en) Piezoelectric pump and blood pressure information measuring device, which is supplied with it
DE602005006419T2 (en) Electroacoustic transducer for high frequency applications
DE69911773T2 (en) SONOPHORESIS ARRANGEMENT
US4787888A (en) Disposable piezoelectric polymer bandage for percutaneous delivery of drugs and method for such percutaneous delivery (a)
DE60018912T2 (en) MONOLITHIC HIGH-PERFORMANCE MICRO FLUID CONTROL UNIT
EP1991777B1 (en) Linear compressor and drive unit therefor
US20100292632A1 (en) Transdermal Micro-Patch
EP0603201A1 (en) Micro-miniaturised, electrostatically driven diaphragm micropump.
EP2362686A2 (en) Sound converter for installation in an ear
DE3936248A1 (en) ULTRASONIC SPRAYER
WO1989007199A1 (en) Pump
DE102006028986B4 (en) Contrast membrane drive to increase the efficiency of micropumps
DE19539020C2 (en) Pump for conveying gaseous or liquid media
JP2020513561A (en) Flow controller
US8668474B2 (en) Electro-active valveless pump
EP2144715A1 (en) Ultrasound converter array for applications in gaseous media
DE112018004670T5 (en) CELL PRESERVATION OR CELL CULTIVATION ARRANGEMENT
EP1396012B2 (en) Piezoelectric drive
WO2008119434A1 (en) Vibration coupling unit
EP3841303B1 (en) Microblower
WO1989007200A1 (en) Tubular pump
JPH03107585A (en) Piezoelectric pump
JPS6357900A (en) Surface wave pump
EP2422379A1 (en) Ultrasonic motor
CN105089993B (en) Piezoelectric pump based on secondary resonance

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AU JP KR SU US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LU NL SE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1989901838

Country of ref document: EP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 1989901838

Country of ref document: EP

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Ref document number: 1989901838

Country of ref document: EP