DE10122065A1 - Vorrichtung zur Erzeugung von Flüssigkeitströpfchen mit einer in Schwingungen versetzten Membran - Google Patents
Vorrichtung zur Erzeugung von Flüssigkeitströpfchen mit einer in Schwingungen versetzten MembranInfo
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Abstract
Die Erfindung beschreibt eine Vorrichtung zur Erzeugung von Flüssigkeitströpfchen mit einer Membran 1, einem Piezo-Schwinger 2, 3 und 4, die die Membran in Schwingungen versetzt, wenn der Piezo-Schwinger zu Schwingungen angeregt wird, einer Ansteuereinrichtung 5, die den Piezo-Schwinger ansteuert, so dass dieser bei einer vorgegebenen Frequenz (f¶B¶) schwingt, einem Sensor 6, die mit der Ansteuereinrichtung verbunden ist und von der ein Signal (U¶m¶) erhältlich ist, das der Schwingungsidentität entspricht und einer Steuereinrichtung 7, 8 und 9, der das Signal der Sensoreinrichtung zugeführt wird und die ein Stellsignal (U(f)) an die Ansteuereinrichtung abgibt, durch das die vorgegebene Frequenz (f¶B¶) festgelegt wird.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von
Flüssigkeitströpfchen mit einer in Schwingungen versetzten
Membran, insbesondere für die Vernebelung von
medikamenthaltigen Flüssigkeiten für therapeutische Zwecke.
Aus WO 93/10910 A ist eine Vorrichtung zur Erzeugung von
Flüssigkeitströpfchen bekannt, bei der mit einer Membran,
die in Schwingungen versetzt wird, eine Flüssigkeit
zerstäubt wird. Die von einem Piezoschwinger in Schwingungen
versetzte Membran weist dazu Bohrungen auf, so dass die auf
der einen Seite der Membran zugeführte Flüssigkeit durch die
Bohrungen der Membran hindurch gefördert und zerstäubt wird.
Damit die Membran bei einer für die Zerstäubung geeigneten
Frequenz schwingt, ist ein selbstabstimmender Schaltkreis
für die Anregung des Piezoschwingers vorgesehen. Der
selbstabstimmende Schaltkreis sorgt dafür, dass der
Piezoschwinger bei einer Resonanzfrequenz höherer Ordnung
angeregt wird und so die Membran bei dieser Frequenz
schwingt. Gemäß WO 93/10910 A werden drei Maßnahmen für
erforderlich erachtet, um die Resonanzfrequenz höherer
Ordnung anstelle der Grundresonanzfrequenz verwenden zu
können. Zunächst wird der selbstabstimmende Schaltkreis sehr
eng auf die gewünschte Resonanzfrequenz höherer Ordnung
ausgelegt. Ferner wird ein Phasenanpassungsschaltkreis
vorgesehen und schließlich wird die Geometrie einer an dem
Piezoschwinger angebrachten Sensorelektrode an die
gewünschte Resonanzfrequenz angepasst.
Die bekannte Vorrichtung ist nachteilig, da sie sehr stark
auf den Piezoschwinger und die gewünschte Resonanzfrequenz
höherer Ordnung ausgelegt ist. Nachteilig ist auch die
Notwendigkeit, eine Sensorelektrode an dem Piezoschwinger
vorzusehen.
Die Erfindung hat zum Ziel, eine Vorrichtung zur Erzeugung
von Flüssigkeitströpfchen anzugeben, die die aus dem Stand
der Technik bekannten Nachteile nicht aufweist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den
Merkmalen gemäß Patentanspruch 1. Vorteilhafte
Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen
genauer erläutert, in denen zeigt:
Fig. 1 den Aufbau eines Membranverneblerkopfes, bestehend
aus Membran, Substrat, Piezoelement und Elektroden
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 2 den schaltungstechnischen Aufbau einer Vorrichtung
gemäß der Erfindung;
Fig. 3 einen ersten Steuerungsablauf gemäß der Erfindung;
Fig. 4 den Verlauf von Messwerten Mn über der Frequenz fB
und;
Fig. 5 einen weiteren Steuerungsablauf gemäß der
Erfindung.
In Fig. 1 ist zum besseren Verständnis der Erfindung
beispielhaft der Aufbau des Membran und Piezoelement
umfassenden schwingungsfähigen Systems gezeigt, das im
folgenden genauer beschrieben wird. Der Aufbau des in Fig. 1
gezeigten schwingungsfähigen Systems ist
rotationssymmetrisch bezüglich der in Fig. 1 dargestellten
Achse.
Wie in Fig. 1 gezeigt, ist eine gewölbte Membran 1 in einer
Öffnung eines Substrats 2 mittig angeordnet und mit einem
über die Öffnung hinausragenden Rand 1a an dem Substrat 2
befestigt. Auf der der Befestigungsseite der Membran
gegenüberliegenden Seite des Substrats 2 ist ein
kreisringförmiges Piezoelement 3 an dem Substrat 2
angeordnet, an das über eine erste Elektrode 4 und über das
Substrat 2 eine Wechselspannung zugeführt wird. Das Substrat
2 übernimmt bei diesem Beispiel die Funktion einer zweiten
Elektrode für das Piezoelement 3. Es kann aber auch eine
zweite Elektrode vorgesehen werden, die nicht von dem
Substrat gebildet wird.
Eine an die Elektroden angelegte Wechselspannung führt zu
einer Verlängerung bzw. Verkürzung des Piezoelements 3 in
einer Richtung senkrecht zu der in Fig. 1 gezeigten
Symmetrieachse des Membranverneblerkopfes. Wenn das
Piezoelement 3, z. B. wie in Fig. 1 gezeigt, an dem Substrat
2 befestigt, z. B. angeklebt ist, wird das Substrat 2 im
Wechsel der Verlängerung und Verkürzung des Piezoelements 3
verbogen und so zu Biegeschwingungen angeregt, die auf die
Membran 1 übertragen werden. Die Resonanzfrequenzen des
Gebildes werden einerseits im wesentlichen durch die Membran
1, das Substrat 2 und das Piezoelement 3 bestimmt; die
Resonanzfrequenzen des schwingungsfähigen Systems werden
aber andererseits zusätzlich beeinflusst durch die
Flüssigkeit, die der konkaven Seite der Membran 1 zugeführt
wird und dort während des Vernebelns ansteht. Dies gilt in
besonderem Maße für therapeutische Inhalationsvernebler, bei
denen die Flüssigkeit in einem becherförmigen Reservoir in
vergleichsweise großer Menge unmittelbar an der Membran
bevorratet wird.
In Fig. 2 sind das Piezoelement 3 und die Elektroden 2 und 4
nur schematisch dargestellt. Fig. 2 zeigt weiter eine
Ansteuereinrichtung 5, die den Elektroden 2 und 4 und damit
dem Piezoelement 3 eine Wechselspannung zuführt, die das in
Fig. 1 gezeigte schwingungsfähige System zu Schwingungen
anregt. Die Frequenz f wird bestimmt durch ein der
Ansteuereinrichtung zugeführtes Eingangssignal U(f).
Bei der Ansteuereinrichtung 5 kann es sich um die in Fig. 2
gezeigte Treiberschaltung handeln, die vier in Brücke
geschaltete FET 5a, 5b, 5c und 5d und einen
spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 5e umfasst, der die FET
ansteuert. Die Frequenz f, mit der aufgrund der Ansteuerung
der FET durch den Oszillator (VCO) 5e letztlich der
Piezoschwinger angeregt wird, wird bestimmt durch eine dem
spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 5e zugeführte
Eingangsspannung U(f).
Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist eine Sensoreinrichtung 6
derart in der Schaltung angeordnet, dass von der
Sensoreinrichtung 6 ein Sensorsignal erhältlich ist, das der
Intensität der Schwingung des Piezoschwingers entspricht.
Bei dem in Fig. 2 gezeigten Fall handelt es sich um einen
elektrischen Widerstand 6, der so zwischen der
Ansteuerschaltung 5 und Masse geschaltet ist, dass über dem
Widerstand 6 eine Spannung Um abfällt, die jeweils der von
dem Schwinger aufgenommenen Leistung entspricht. Wenn der
Schwinger bei einer Resonanzfrequenz angeregt wird, nimmt
die über dem Widerstand 6 abfallende Spannung ein (lokales)
Maximum an.
Das Sensorsignal, das in dem gezeigten Beispiel der Spannung
Um über dem Widerstand 6 entspricht, wird einer
Steuereinrichtung 7 zugeführt, die ein Ausgangssignal U(f)
an die Ansteuereinrichtung 5 abgibt, wodurch die Frequenz f
festlegt wird, mit der die Ansteuerschaltung 5 den
Piezoschwinger ansteuert.
Die in Fig. 2 gezeigte Steuereinrichtung 7 umfasst eine
Analog/Digital-Wandler-Einrichtung 8, der die Spannung Um
über dem Widerstand 6 zugeführt wird. Vor der
Analog/Digital-Wandler-Einrichtung 8 kann ein Tiefpass
und/oder ein Anpassverstärker vorgesehen werden. Die
Analog/Digital-Wandler-Einrichtung 8 wandelt die Spannung Um
über dem Widerstand 6 um in einen digitalen Wert, der der
Spannung Um entspricht, und führt diesen Digitalwert einem
Mikrocontroller 9 zu, der mit der Ansteuereinrichtung 5
verbunden ist. Wie weiter unten im Zusammenhang mit den Fig.
3 und 5 noch beschrieben wird, wertet der Mikrocontroller 9
den zugeführten digitalen Wert aus und steuert die
Ansteuereinrichtung 5 an. In Abhängigkeit von dem
Ausgangssignal U(f) des Mikrocontrollers 9 wird die Frequenz
f verändert, mit der die Ansteuereinrichtung 5 den
Piezoschwinger zu Schwingungen anregt. Zwischen
Mikrocontroller 9 und Ansteuereinrichtung 5 kann ein
Tiefpass vorgesehen werden.
Bei dem zuvor beschriebenen Mikrocontroller handelt sich um
einen programmierbaren Baustein, der bei der Realisierung
von Steuerungs- und Regelungsaufgaben eingesetzt werden
kann. Mikrocontroller sind vorteilhaft einsetzbar, da sie
einerseits die Rechenleistung und die Programmierbarkeit
bieten, die zur Lösung komplexerer Aufgaben erforderlich
sind, und da sie andererseits aufgrund ihrer meist
monolithischen Struktur einfach in Schaltungen zu
integrieren sind. In Mikrocontrollern sind neben einer
Recheneinheit und/oder einer Logikeinheit oft
Speichereinheiten für die flüchtige und nicht-flüchtige
Abspeicherung von Daten vorgesehen. Darüber hinaus stehen
spezialisierte Bausteine zur Verfügung, die weitere
Einheiten, beispielsweise A/D-Wandler enthalten. Anstelle
eines Mikrocontrollers kann auch ein Mikroprozessor mit
entsprechenden Peripherieschaltkreisen oder andere
programmierbare Bausteine Verwendung finden.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Fig. 2 ist
es möglich, die im folgenden beschriebenen Steuerungsabläufe
durchzuführen. Um das Verständnis zu erleichtern, wird im
folgenden unterschieden zwischen einem ersten
Steuerungsablauf, mit dem eine optimale Betriebsfrequenz
fBopt ermittelt wird, und einem zweiten Steuerungsablauf, mit
dem während des Betriebs die momentane Betriebsfrequenz fB
in geringem Ausmaß variiert wird, um eine Verschiebung von
Betriebsparametern festzustellen und auszugleichen, und mit
dem Fehler u. ä. festgestellt werden. Beide
Steuerungsvorgänge sorgen dafür, dass die erfindungsgemäße
Vorrichtung mit verschiedenen Piezoschwingern und Membranen
einsetzbar ist und dennoch quasi vollautomatisch eine
hervorragende Abstimmung auf die jeweils gewünschte
Resonanzfrequenz kontinuierlich erreicht wird. Zusätzlich
bietet die erfindungsgemäße Vorrichtung die Möglichkeit,
weitere Signale in der Steuerung zu berücksichtigen und
Anzeigesignale für den Benutzer der Vorrichtung
bereitzustellen.
Gemäß dem in Fig. 3 gezeigten ersten Steuerungsablauf, setzt
der Mikrocontroller 9 in einem Schritt S1 die
Betriebsfrequenz fB, die für die Treiberschaltung 5
vorgegeben wird, auf eine untere Grenzfrequenz f1. Im
Schritt S2 wird die Treiberschaltung 5 dann entsprechend der
Betriebsfrequenz fB angesteuert und regt den Piezoschwinger
zu Schwingungen bei der Betriebsfrequenz fB an. Die über dem
Widerstand 6 abfallende Spannung Um wird im Schritt S3
ermittelt, in dem ein der Spannung Um entsprechender
digitaler Wert von der Analog/Digital-Wandler-Einrichtung 8
dem Mikrocontroller 9 zugeführt wird. Der Mikrocontroller 9
speichert den ermittelten Messwert Mn ab. Im Schritt S4
überprüft der Mikrocontroller 9, ob die obere Grenzfrequenz
f2 erreicht ist. Ist dies nicht der Fall, erhöht der
Mikrocontroller 9 die Betriebsfrequenz fB um einen
Frequenzschritt Δf1. Der Steuerungsablauf wird fortgesetzt
mit dem Schritt S2.
Mit der nunmehr erhöhten Betriebsfrequenz fB steuert der
Mikrocontroller 9 die Treiberschaltung 5 gemäß Schritt S2
an, so dass der Piezoschwinger mit der erhöhten
Betriebsfrequenz fB angeregt wird. Die Spannung Um über dem
Widerstand 6 wird von der Analog/Digital-Wandler
-Einrichtung 8 wieder in einen digitalen Messwert
umgewandelt und dem Mikrocontroller 9 zugeführt, so dass in
Schritt S3 erneut der aktuelle Messwert Mn ermittelt und
wiederum gespeichert wird. Daran schließt sich die
Überprüfung gemäß Schritt S4 und in Abhängigkeit von dem
Ergebnis der Überprüfung die Erhöhung der Betriebsfrequenz
gemäß Schritt S5 an.
Wie sich aus der Fig. 3 ergibt, werden die Schritte S2, S3,
S4 und S5 so oft durchlaufen, bis der Mikrocontroller 9 im
Schritt S4 feststellt, dass die obere Grenzfrequenz f2
erreicht ist. Bei jedem Durchlauf speichert der
Mikrocontroller 9 einen Messwert Mn ab, so dass der
Mikroprozessor 9 bei Erreichen der Grenzfrequenz f2 eine der
Anzahl der Schleifendurchläufe entsprechenden Anzahl von
Messwerten Mn gespeichert hat.
Wenn der Mikroprozessor im Schritt 4 feststellt, dass die
obere Grenzfrequenz f2 erreicht ist, verzweigt der Ablauf
zum Schritt S6, in dem der Mikrocontroller 9 die optimale
Betriebsfrequenz fBopt ermittelt. Diese Ermittlung findet
anhand der gespeicherten Messwerte Mn statt, indem der
Mikroprozessor 9 beispielsweise den maximalen Wert der
abgespeicherten Messwerte Mn ermittelt. Die
Betriebsfrequenz, bei der dieser maximale Messwert ermittelt
wurde, wird dann als optimale Betriebsfrequenz fBopt
verwendet und der Treiberschaltung 5 ein Eingangssignal
U(fBopt) zugeführt, das zu einer Ansteuerung des
Piezoschwingers bei der Frequenz fBopt führt.
In Fig. 4 ist beispielhaft der Verlauf der Messwerte Mn über
der Betriebsfrequenz fB für ein Intervall von f1 bis f2
aufgetragen. Der Verlauf zeigt, dass bei einer Frequenz von
ca. 111,2 kHz ein maximaler Messwert von ungefähr 1375 mV
ermittelt und gespeichert wurde. Die untere Grenzfrequenz f1
beträgt bei diesem Beispiel 100 kHz, die obere Grenzfrequenz
f2 beträgt 120 kHz. Bei diesem Beispiel legt der
Mikrokontroller 9 die optimale Betriebsfrequenz fBopt auf
einen Wert von 111,2 kHz fest.
Gemäß dem in Fig. 5 gezeigten zweiten Steuerungsablauf setzt
der Mikrocontroller 9 die Betriebsfrequenz fB zunächst auf
die optimale Betriebsfrequenz fBopt, wie in Schritt S10
angegeben. Dann führt der Mikrocontroller 9 gemäß Schritt
S11 der Ansteuerschaltung 5 ein Eingangssignal U(fB) zu, das
zu Schwingungen des Piezoschwingers bei der eingestellten
Betriebsfrequenz fB führt. Im Schritt S12 ermittelt der
Mikrocontroller 9 einen Messwert auf der Basis des von der
Sensoreinrichtung 6 abgegebenen Signals. Im Fall der in Fig.
2 gezeigten Ausführungsform handelt es sich bei dem Signal
um die über dem Widerstand 6 abfallende Spannung Um, die als
digitaler Wert von der Analog/Digital-Wandler-Einrichtung 8
dem Mikrocontroller 9 zugeführt wird. Der Mikrocontroller 9
speichert den zugeführten Wert Mn ab. Im Schritt S13 erhöht
der Mikrocontroller 9 die Betriebsfrequenz fB um einen
Frequenzschritt Δf2. Danach führt der Mikrocontroller 9 der
Ansteuereinrichtung 5 kurzfristig ein Eingangssignal U(f)
zu, das zu einer Ansteuerung des Piezoschwingers bei der
variierten Betriebsfrequenz fB' = fB + Δf2 führt. Der
Mikrocontroller 9 ermittelt und speichert einen Messwert
Mn'. Dann verringert der Mikrocontroller 9 die
Betriebsfrequenz fB um einen Frequenzschritt Δf2 und führt
der Ansteuereinrichtung 5 kurzfristig ein Eingangssignal
U(f) zu, das zu einer Ansteuerung des Piezoschwingers bei
der variierten Betriebsfrequenz fB' = fB - Δf2 führt. Der
Mikrocontroller 9 ermittelt und speichert erneut einen
Messwert Mn'. Im Anschluss führt der Mikrocontroller 9 der
Ansteuerschaltung 5 wieder ein Eingangssignal U(f) zu, das
den Piezoschwinger zu Schwingungen bei der Betriebsfrequenz
fB anregt. Damit ist Schritt S13 abgeschlossen. In einem
Schritt S14 bewertet der Mikrocontroller 9 die gespeicherten
Messwerte Mn, Mn' und Mn'. Wenn der Messwert, der bei der
Betriebsfrequenz fB ermittelt wurde, größer ist als die
Messwerte, die bei den jeweils variierten Betriebsfrequenzen
fB = fB ± Δf2 ermittelt wurden, kehrt der Steuerungsablauf
zurück zum Schritt S11. Wenn der Mikrocontroller 9 im
Schritt S14 feststellt, dass der für eine variierte
Betriebsfrequenz fB = fb ± Δf2 ermittelte Messwert größer ist
als der Messwert, der für die Betriebsfrequenz fB zuvor
ermittelt wurde, verzweigt der Steuerungsablauf zum Schritt
S15, in dem der Mikrocontroller 9 die Betriebsfrequenz fB
auf den jeweiligen Wert (fB = fb - Δf2 oder fB = fb + Δf2) setzt,
bei dem der bessere Messwert ermittelt wurde. Mit der derart
verschobenen Betriebsfrequenz fB kehrt der Steuerungsablauf
zurück zum Schritt S11.
Durch diesen Steuerungsablauf wird gewährleistet, dass
Schwankungen der optimalen Betriebsfrequenz fBopt
berücksichtigt werden, indem der Mikrocontroller 9 durch
kurzzeitige Verschiebungen der Betriebsfrequenz fB nach oben
und nach unten feststellt, ob sich das (lokale) Maximum
während des Betriebs verschiebt. Durch eine entsprechende
Anpassung der Betriebsfrequenz fB folgt die Ansteuerung der
Treiberschaltung 5 dann der Änderung der Messwerte.
Im Steuerungsablauf gemäß Fig. 5 ist die Verschiebung der
Betriebsfrequenz um jeweils einen Frequenzschritt Δf2 nach
oben bzw. nach unten dargestellt. In Abwandlung von diesem
Ablauf kann der Mikrocontroller 9 die Betriebsfrequenz
kurzzeitig nacheinander um mehrere Frequenzschritte Δf2 nach
oben und nach unten variieren und für jede so variierte
Betriebsfrequenz fB' = fb ± nΔf2 Messwerte Mn' ermitteln und
speichern. Eine mögliche Verschiebung der Betriebsfrequenz
entsprechend Schritt S15 kann dann auf der Grundlage
mehrerer Messwerte erfolgen, die einzeln oder gemeinsam in
die Bewertung des Messergebnisses eingehen können.
Wie in Fig. 5 weiter gezeigt, kann der Steuerungsablauf
dahingehend ergänzt werden, dass in einem Schritt S16, der
zwischen die Schritte S10 und S11 eingefügt wird, der
Mikrocontroller 9 den bei der optimalen Betriebsfrequenz
fBopt zugeführten Messwert Mnopt als Basismesswert
abspeichert. In einem zwischen die Schritte S12 und S13
eingefügten Schritt S17 bewertet der Mikrocontroller 9 den
in Schritt S12 ermittelten Messwert Mn gegenüber dem
Basismesswert Mnopt. Wenn der in Schritt S12 ermittelte
Messwert Mn deutlich kleiner ist als der Basismesswert Mnopt,
der in Schritt S16 ermittelt und gespeichert wurde, bedeutet
dies, dass entweder ein Fehler aufgetreten ist oder dass die
zu vernebelnde Flüssigkeit aufgebraucht ist. In beiden
Fällen verzweigt der modifizierte Steuerungsablauf gemäß
Fig. 5 im Schritt S17 zu einem Schritt S18, in dem der
Fehler bzw. das Ende der Verneblung behandelt wird.
Beispielsweise kann im Schritt S18 der Mikrocontroller 9 die
Ansteuerung der Treiberschaltung 5 beenden, so dass der
Piezoschwinger nicht mehr zu Schwingungen angeregt wird.
Ferner kann der Mikrokontroller 9 über eine
Anzeigeeinrichtung 10, die in Fig. 2 gezeigt ist, den
Benutzer darauf hinweisen, dass ein Fehler vorliegt bzw. die
zu vernebelnde Flüssigkeit aufgebraucht ist.
Im einfachsten Fall ist die Anzeigeeinrichtung 10 eine
Leuchtdiode oder ein anderes lichtemittierendes Bauelement
einfacher Bauart. Wenn mit der Anzeigeeinrichtung 10
unterschieden werden soll, zwischen einer Störung und dem
Fehlen von Flüssigkeit können zwei oder mehr Leuchtdioden
oder andere lichtemittierende Bauelemente vorgesehen sein.
Um die Menge der erzeugten Flüssigkeitströpfchen anzeigen zu
können, kann als Anzeigeeinrichtung 10 auch eine alpha
numerische Anzeige, beispielsweise ein LCD-Anzeigepanel
vorgesehen werden. Die Menge der erzeugten
Flüssigkeitströpfchen kann der Mikrocontroller 9 aus der
Frequenz und der verstrichenen Zeit ermitteln. Dabei kann
auch die Schwingungsintensität, die in den Messwerten Mn zu
Ausdruck kommt, mit einbezogen werden.
Claims (16)
1. Vorrichtung zur Erzeugung von Flüssigkeitströpfchen mit
einer Membran (1),
einer Schwingungserzeugungseinrichtung (2, 3, 4), die mit der Membran derart verbunden ist, dass die Membran in Schwingungen versetzt wird, wenn die Schwingungserzeugungseinrichtung zu Schwingungen angeregt wird,
einer Ansteuereinrichtung (5), die mit der Schwingungserzeugungseinrichtung verbunden ist, um die Schwingungserzeugungseinrichtung anzusteuern und bei einer vorgegebenen Frequenz (fB) zu Schwingungen anzuregen,
einer Sensoreinrichtung (6), die mit der Ansteuereinrichtung verbunden ist und von der ein Signal (Um) erhältlich ist, das der Schwingungsintensität entspricht und
einer Steuereinrichtung (7, 8, 9), der das Signal der Sensoreinrichtung zugeführt wird und die ein Stellsignal (U(f)) an die Ansteuereinrichtung abgibt, durch das die vorgegebene Frequenz (fB) festgelegt wird.
einer Membran (1),
einer Schwingungserzeugungseinrichtung (2, 3, 4), die mit der Membran derart verbunden ist, dass die Membran in Schwingungen versetzt wird, wenn die Schwingungserzeugungseinrichtung zu Schwingungen angeregt wird,
einer Ansteuereinrichtung (5), die mit der Schwingungserzeugungseinrichtung verbunden ist, um die Schwingungserzeugungseinrichtung anzusteuern und bei einer vorgegebenen Frequenz (fB) zu Schwingungen anzuregen,
einer Sensoreinrichtung (6), die mit der Ansteuereinrichtung verbunden ist und von der ein Signal (Um) erhältlich ist, das der Schwingungsintensität entspricht und
einer Steuereinrichtung (7, 8, 9), der das Signal der Sensoreinrichtung zugeführt wird und die ein Stellsignal (U(f)) an die Ansteuereinrichtung abgibt, durch das die vorgegebene Frequenz (fB) festgelegt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die Sensoreinrichtung ein elektrischer Widerstand (6) ist
und dass das von der Sensoreinrichtung erhältliche Signal
die über dem Widerstand abfallende Spannung (Um) ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die Sensoreichrichtung ein Übertrager ist, dessen
Primärwicklung mit der Ansteuereinrichtung verbunden ist,
und dass das von der Sensoreinrichtung erhältliche Signal
die von der Sekundärwicklung abgegebene Spannung ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die Schwingungserzeugungseinrichtung
einen Piezoelement (3) und zwei an dem Piezoelement
angebrachte Elektroden (2, 4) umfasst.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass die Ansteuereinrichtung eine FET-
Brücke (5a, 5b, 5c, 5d) umfasst.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass die Ansteuereinrichtung einen
spannungsgesteuerten Oszillator (5e) umfasst, dem als
Stellsignal eine Spannung (U(f)) zugeführt wird.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (7) eine
Analog/Digital-Wandler-Einrichtung (8), der als analoges
Eingangssignal das von der Sensoreinrichtung erhältliche
Signal (Um) zugeführt wird, und eine Mikrocontroller-
Einrichtung (9) umfasst, der das digitale Ausgangssignal
der Analog/Digital-Wandler-Einrichtung zugeführt wird.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass
die Mikrocontroller-Einrichtung (9) derart programmiert
ist, dass die Mikrocontroller-Einrichtung
das Stellsignal (U(fB)) in einem ersten vorgegebenen Bereich (U(f1). . .U(f2)) schrittweise (U(Δf1)) verändert und das jeweils zugeführte Ausgangssignal (Mn) der Analog/Digital-Wandler-Einrichtung abspeichert;
aus den gespeicherten Ausgangssignalen (Mn) den größten Wert ermittelt; und
das Stellsignal (U(fB)), bei dem der größte Wert gespeichert wurde, als optimales Stellsignal (U(fBopt)) festlegt.
das Stellsignal (U(fB)) in einem ersten vorgegebenen Bereich (U(f1). . .U(f2)) schrittweise (U(Δf1)) verändert und das jeweils zugeführte Ausgangssignal (Mn) der Analog/Digital-Wandler-Einrichtung abspeichert;
aus den gespeicherten Ausgangssignalen (Mn) den größten Wert ermittelt; und
das Stellsignal (U(fB)), bei dem der größte Wert gespeichert wurde, als optimales Stellsignal (U(fBopt)) festlegt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass
die Mikrocontroller-Einrichtung derart programmiert ist,
dass die Mikrocontroller-Einrichtung
das momentane Stellsignal (U(fB)) in einem zweiten vorgegebenen Bereich (U(fBopt - Δf2), U(fBopt + Δf2)) schrittweise (U(Δf2)) verändert und das jeweils zugeführte Ausgangssignal (Mn) der Analog/Digital-Wandler- Einrichtung abspeichert; und
aus den gespeicherten Ausgangssignalen (Mn) ermittelt, ob das momentane Stellsignal (U(fB)) verändert werden muss.
das momentane Stellsignal (U(fB)) in einem zweiten vorgegebenen Bereich (U(fBopt - Δf2), U(fBopt + Δf2)) schrittweise (U(Δf2)) verändert und das jeweils zugeführte Ausgangssignal (Mn) der Analog/Digital-Wandler- Einrichtung abspeichert; und
aus den gespeicherten Ausgangssignalen (Mn) ermittelt, ob das momentane Stellsignal (U(fB)) verändert werden muss.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, dass die Mikrocontroller-Einrichtung (9)
derart programmiert ist, dass die Mikrocontroller-
Einrichtung
anhand des zugeführten Ausgangssignals (Mn) der
Analog/Digital-Wandler-Einrichtung ermittelt, ob eine
Störung aufgetreten ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, dass die Mikrocontroller-Einrichtung (9)
derart programmiert ist, dass die Mikrocontroller-
Einrichtung
anhand des zugeführten Ausgangssignals (Mn) der
Analog/Digital-Wandler-Einrichtung ermittelt, dass keine
Flüssigkeit mehr vorhanden ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, dass die Mikrocontroller-Einrichtung
derart programmiert ist, dass die Mikrocontroller-
Einrichtung
aus dem Stellsignal (U(fB)) die Menge der erzeugten
Flüssigkeitströpfchen ermittelt.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Anzeigeeinrichtung (10)
vorgesehen ist, die von der Steuereinrichtung (7, 8, 9)
angesteuert wird.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
dass die Anzeigeeinrichtung (10) von der
Steuereinrichtung (7, 8, 9) derart angesteuert wird, dass
einem Benutzer angezeigt wird, dass keine Flüssigkeit
mehr vorhanden ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch
gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinrichtung (10) von der
Steuereinrichtung (7, 8, 9) derart angesteuert wird, dass
einem Benutzer angezeigt wird, welche Menge
Flüssigkeitströpfchen erzeugt wurde.
16. Vorrichtung nach Anspruch 13, 14 oder 15, dadurch
gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinrichtung (10) von der
Steuereinrichtung (7, 8, 9) derart angesteuert wird, dass
einem Benutzer angezeigt wird, dass eine Störung
aufgetreten ist.
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