EP3336351A1 - Chamber pump and method for operating same - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a gas or liquid chamber pump hereinafter referred to briefly as a pump.
- a chamber pump while a piston or diaphragm pump is referred to, in which in a conventional manner during operation due to movement of a piston or a membrane at least partially by means of the piston or the diaphragm limited volume of a pump chamber changes periodically and due the periodic volume change of the pump chamber results in a delivery of a respective medium and / or a pressure change upstream or downstream of the pump.
- the invention relates to such a chamber pump intended for use in a medical device or in a safety-related system.
- such a pump is used, for example, to drive respiratory gas in order to transport sample gas - in particular a patient gas - from a sampling location to a measurement location or to control or drive other actuators.
- a pump in connection with an analysis of a patient's gas, reference may be made to aspirating patient gas monitoring in anesthesia and a so-called remote system in mobile personal gas sensing.
- a pump is used, for example, for a mobile or stationary analysis of noxious gases in the air.
- a transport of sample gas from a sampling point to a measuring location by means of the pump, for example, a transport of sample gas from a sampling point to a measuring location.
- Pumps of the type mentioned are available in various embodiments, for example with a crank mechanism or a linear drive.
- pumps are known in which the drive is realized piezoelectrically.
- the respective drive acts on a diaphragm or a piston in a respective pump head.
- the volume in the pump chamber (compression space) in the pump head is periodically changed by means of the drive. This leads to a volume transport and to a pressure generation.
- the relationship between the volume transport and the pressure results from the geometry of the pump chamber, the stroke volume, the operating frequency, the switching behavior of the required valves and the external pneumatic load.
- Pumps for gases and liquids currently available on the market in a power range from 0 mbar to 110 mbar or 200 ml / min to 1100 ml / min or 0 mbar to 300 mbar at 200 ml / min can be operated at their operating point by changing the stroke frequency a drive by means of an electric motor by changing the speed - be adjusted. A further adjustment must be made by an external pneumatic circuit in the respective application. In special cases different pump heads have to be mounted.
- a change in the stroke frequency affects the pulsation frequency and the alternating component in the pressure curve. This has the following drawbacks: Firstly, traditional measures to suppress the pulsation, such as a low pass, lose their effect. On the other hand, avoidance of certain sensor-critical frequencies can not be ensured. Finally, the coordination of a pneumatic system with the pump is more difficult.
- linear pumps which can be used as an alternative to electric motor-driven pumps are easy to control, they are significantly more inefficient due to their larger air gaps and require a higher power. In addition, their operation is associated with a higher temperature development. Such linear pumps are also significantly more expensive and expensive to manufacture and maintain, because for the control of the linear motion an additional and above all fast sensors for detecting the position and / or speed of the drive is needed. In addition, necessary for a low-vibration run compensation of linearly moving masses complicated structures.
- Piezo-electrically driven pumps are energetically suitable only for miniature applications.
- a chamber pump with the features of claim 1 and with regard to a method for operating such a pump by means of a method having the features of the parallel independent method claim.
- the or each electroactive membrane acts as an actuator with respect to the axial movement of the drive rod and at least in part replaces a previous drive of the chamber pump.
- a chamber pump is a cyclically operating machine for the conveyance of liquids or gases. These are referred to collectively as the medium below.
- a pump cycle includes a return stroke and a forward stroke (or a forward stroke and a return stroke) and this continues in subsequent pump cycles.
- the mentioned at least one electroactive membrane is intended either to maintain or assist a return stroke or a pre-stroke.
- at least one Electroactive membrane for obtaining or supporting a return stroke Rückhubmembran
- Vorhubs Vorhubs is determined (Vorhubmembran).
- the method for operating a chamber pump of the kind outlined so far characterized by the fact that at least one on the one hand on the drive rod and on the other hand on a housing of the pump or the like attacking electroactive diaphragm for influencing an axial position of the drive rod and to obtain a partial stroke of the chamber pump, namely a Detailhubs the chamber membrane or the piston, is acted upon by an electrical potential.
- the application of the at least one membrane with an electrical potential causes, in a generally known manner, a change in the so-called aspect ratio (ratio of thickness to area) of the electroactive membrane.
- aspect ratio ratio of thickness to area
- an effective length of the at least one diaphragm between its fixed points increases on the one hand on the drive rod and on the other hand on a housing of the pump or the like.
- the electroactive membrane is preferably biased. This leads to defined conditions. Without an applied electrical potential results in an effective length corresponding to the bias voltage.
- the effective length of the electroactive membrane is determined by the respective potential (the effective length increases with the applied electric potential).
- a periodic change in the effective length of the at least one electroactive membrane resulting from an alternating application of the at least one electroactive membrane with an electrical potential can be used to drive a friction and noise-free and wear-free Insert chamber pump, namely for driving a chamber membrane enclosed therefrom or a piston comprised thereof.
- advantageously very high stroke frequencies are possible.
- an electroactive membrane can be produced very inexpensively and processed and applied automatically. Furthermore, such an electroactive membrane has a very low mass in relation to conventional drives. This applies both to the proportion of moving masses as well as to the mass as a whole. The moving mass is an important reason why conventional linear drives can not be used for many applications, especially for applications with high stroke frequencies. In contrast to the rotating masses of a motor, which can often be easily balanced, moves in a so-called oscillating armature drive, the mass of the armature in a linear direction and thus shifts the center of gravity periodically. This leads to vibrations and noise, which are not given in a drive of the type proposed here.
- such a single electroactive diaphragm has, for example, at its center a hole through which the drive rod or a portion of the drive rod of smaller diameter is guided, the edges of the hole being fixed to the drive rod, for example Jamming, gluing or the like.
- an embodiment is contemplated in which, instead of a single electroactive membrane, a plurality of membranes, each fixed to the drive rod, are used radially from the drive rod run outside and fixed at the opposite end, for example, on the pump housing. The direction of the force action is determined by the location of the attack on the drive rod and the location of the attack, for example on the pump housing.
- the chamber pump may also be developed according to the dependent method claims, for example in that the chamber pump comprises means for carrying out the corresponding method step or the corresponding method steps, and vice versa, so that with respect to the disclosure of individual device and method aspects of the invention is always mutually referenced or can be.
- this includes a return element.
- a return element By means of acting as an actuator electroactive membrane a force for deflecting the drive rod in a first direction applicable and is applied during operation of the chamber pump.
- the return element By means of the return element is a force for deflecting the drive rod in a direction opposite to the first direction second direction applied and is applied during operation of the chamber pump.
- One of the two Sectionhube (return stroke or Vorhub) of a complete pump cycle can be triggered by means of the electroactive membrane and is triggered during operation of the chamber pump by means of the electroactive membrane (movement of the drive rod in the first direction).
- the complementary partial lift can be triggered by means of the return element and is triggered by the return element during operation of the chamber pump (movement of the drive rod in the second direction opposite the first direction).
- a restoring element for example, a spring (compression spring or tension spring) comes into consideration, whose direction of force is oriented opposite to a resultant force due to the electroactive membrane force direction.
- a cyclic loading of the electroactive membrane with an electrical potential leads to a first partial stroke and the complementary second partial stroke is triggered by means of the return element.
- the resulting alternating release of the first and second Operahube leads to a pumping action.
- the pump comprises, for example, a control unit with at least one input via which the partial lift can be triggered on the basis of the electroactive membrane, for example by supplying the control unit and thus the pump at the respective input with the electrical potential applied to the electroactive membrane shall be.
- the chamber pump acts as a restoring element exactly one or at least one further (second) electroactive membrane.
- second electroactive membrane is used. This also acts on the one hand on the drive rod and on the other hand, for example on a housing of the pump, in particular in a form as has been explained above for the first mentioned electroactive membrane.
- a chamber pump with a (exactly one or at least one) acting as an actor first electroactive membrane and a (exactly one or at least one) acting as an actor second electroactive membrane
- the exerted by the second electroactive membrane on the drive rod and exerted in operation force is directed antiparallel to the exercisable by means of the first electroactive membrane on the drive rod and exerted in operation force.
- one of the two Operahube (return stroke or Vorhub) of a complete pump cycle by means of the first electroactive membrane can be triggered and is triggered during operation of the chamber pump by means of the first electroactive membrane (movement of the drive rod in the first direction).
- the complementary partial stroke can be triggered by means of the second electroactive membrane and is triggered during operation of the chamber pump by means of the second electroactive membrane (movement of the drive rod in the second direction opposite the first direction).
- the second electroactive membrane acts as a return element for the partial stroke triggered by means of the first electroactive membrane.
- the first electroactive membrane also acts as a restoring element for the partial stroke triggered by means of the second electroactive membrane.
- An alternating or at least phase-shifted loading of the first electroactive membrane and of the second electroactive membrane with an electrical potential leads to an alternating triggering of the first and second sub-hubs and thus to a pumping action.
- the pump comprises, for example, a control unit with inputs via which the first and the second partial lift can be triggered, for example by supplying the electrical unit with which the first or second pump is connected to the control unit and thus to the pump at the respective input electroactive membrane to be acted upon.
- control unit of the pump for example, a connection for an electrical potential and at least one input, wherein the pump by means of the input, a desired value for a desired pump position is specified, for example in the form of Setpoint, which is a measure of a desired axial position of the drive rod coded.
- the control unit of the pump then automatically determines, based on the desired value, an electrical potential which is to be applied to the electroactive membrane (or to which the first or the second electroactive membrane is to be acted upon or to which the first and the second electroactive membrane are to be acted upon) to obtain a desired or at least substantially corresponding pump position corresponding to the desired value.
- the respectively determined electrical potential is automatically generated by the pump control from the externally applied electrical potential.
- a controllable with a pulse width modulated signal electronic switch for example, a transistor which is connected in a circuit with the electroactive membrane (or the electroactive membranes) that, when the switch is closed, the externally applied potential applied to the electroactive membrane .
- a pulse width modulated signal electronic switch for example, a transistor which is connected in a circuit with the electroactive membrane (or the electroactive membranes) that, when the switch is closed, the externally applied potential applied to the electroactive membrane .
- the fundamental frequency of the pulse width modulated signal is chosen to be sufficiently high, for example not below 1 kHz, so that it is ensured that individual pulses of the pulse width modulated signal cause no change in the aspect of the electroactive membrane.
- the first electroactive membrane is acted upon in accordance with a predetermined or predetermined first voltage profile with an electrical potential and applied to the second electroactive membrane according to a predetermined or predetermined second voltage profile with an electrical potential in a particular embodiment of the method.
- the first and / or second voltage profile for example, the duration of the first partial lift and / or second partial stroke and thus the total stroke frequency
- the amplitude of the first partial lift and / or second partial stroke and thus the total displacement and / or the temporal change the volume of the pump chamber can be specified. In this way, the essential parameters of a pumping operation can be set individually or in combination.
- the first electroactive membrane engages in front of the second electroactive membrane on the drive rod, namely, starting from the attacking on the chamber membrane or on the piston end of the drive rod in front of the second electroactive membrane.
- a direction is defined.
- the first electroactive diaphragm acts against the drive rod on the pump housing or the like before its point of application
- the second electroactive diaphragm engages the drive rod on the pump housing or the like in the same direction behind its point of application. This allows a compact design of the chamber pump.
- the electroactive membrane - or in one embodiment with a first and a second electroactive membrane one of the two membranes or both membranes - acts as a sensor for obtaining positional information regarding a position the chamber membrane or the piston.
- the change in thickness also changes the measurable electrical capacitance between two electrodes placed on the surface of the electroactive membrane.
- Such a signal is proportional to a respective thickness of the membrane and thus also proportional to a respective effective length of the membrane.
- the effective length of the membrane is in turn proportional to the axial position of the movable means of the membrane drive rod, so that the measured capacitance is a measure of the position of the drive rod and thus a measure of the position of the chamber membrane or the piston.
- a signal obtainable by means of a capacitance measurement provides position information regarding the position of the chamber membrane or the piston, generally referred to as the pump position.
- position information can be used as an actual value for a position of the pump and made available, for example, to a higher-level system become. This thus has always up-to-date information regarding the pump position and this can be displayed, for example.
- the position information can also be compared with an expected pump position and output the result of the comparison as state information or possibly an error message can be generated.
- the pump position may additionally or alternatively also be used for a control or regulation of the pump. The control or regulation is then implemented, for example, in a control unit of the pump or a control unit of a higher-level system.
- the latter continuously compares a respective desired value for the position of the pump with the position information (actual value) representing the current position of the pump and generates a manipulated variable in a generally known manner as a function of a possible deviation between setpoint and actual value to extinguish the control deviation or at least to minimize the control deviation, namely a manipulated variable, by means of which the applied to the electroactive membrane (or an electroactive membrane or both electroactive membranes) electrical potential is adjusted.
- a chamber pump which on the one hand comprises both a first electroactive membrane for a first partial stroke and a second electroactive membrane for a second partial stroke and on the other hand a measurement value which encodes positional information is obtainable by means of a measurement on an electroactive membrane
- the first electroactive membrane and the second electroactive membrane act alternately as an actuator and as a sensor.
- the first and second electroactive membrane is cyclically alternately applied to an electric potential to obtain the first and second partial lift. If, for example, the first electroactive membrane is subjected to an electrical potential and this leads to a change (increase) in its effective length, this also affects the aspect ratio of the second electroactive membrane, in particular in the case of prestressed membranes.
- This change is measurable as described above and, for example, a capacitance measurement provides position information.
- a capacitance measurement provides position information.
- the second electroactive membrane is subjected to an electrical potential and accordingly the Position information by means of a measurement, in particular a capacitance measurement, with respect to the first electroactive membrane is determined.
- the alternating use of one of the two membranes either as a sensor or as an actuator prevents a falsification of the measurement for determining the position information due to an applied electrical potential and accordingly ensures particularly reliable measured values with regard to the position information.
- control unit includes, for example, a processing unit in the form of or in the manner of a microprocessor and a memory.
- a control program executable by the processing unit is loaded or loadable into the memory, which is executed during operation by its processing unit.
- the invention is also a pump with a control unit, wherein the control unit comprises an implementation of the method described here and below (for example in software), operates according to the method and as a means for performing the method at least one control unit with an implementation of Includes method.
- the implementation of the method is preferably carried out in software.
- the invention is thus also a computer program with program code instructions executable by a computer (the control unit or its processing unit) and, on the other hand, a storage medium with such a computer program, ie a computer program product with program code means, and finally also a control unit, in its memory as a means for execution the method and its embodiments, such a computer program is loaded or loadable.
- FIG. 1 and FIG. 2 show in a schematically simplified manner two basically known per se a hereinafter referred to sometimes as pump 10 briefly chamber pump 10.
- Each pump 10 has a pump chamber 12, on the one hand by an elastic membrane 14 and on the other hand by a housing part 16 of a pump housing each having at least one inflow and outflow opening formed therein is limited.
- the membrane 14 referred to below as a diaphragm 14 is laterally connected to the housing part 16.
- the or each inflow opening and the or each outflow opening are each assigned a valve 18, 20, which releases or closes the inflow or outflow opening synchronously with the pump cycle.
- the pump cycle results in the operation of the pump 10 due to a respective drive of the pump 10.
- a rotating drive crank mechanism
- an electromagnetic drive coil 26 with an at least partially ferromagnetic drive rod 24
- a pump 10 of this type is referred to as an oscillating armature pump and the at least partially ferromagnetic part of the drive rod 24 corresponding to anchor 30.
- the drive rod 24 is guided in each case in a guide 32.
- the chamber membrane 14 Due to the axially oscillating movement of the drive rod 24, the chamber membrane 14 is stretched or relaxed cyclically. During the return stroke of the drive rod 24, the chamber membrane 14 is tensioned and results in an increase in the volume of the chamber 12. When advancing the drive rod 24, the chamber membrane 24 is relaxed and there is a reduction in the volume of the chamber 12. This is true for a means of the drive rod 24th driven piston 34 ( FIG. 9 ) corresponding. As the chamber volume increases, a respective medium flows into the chamber 12 via the or each inflow port. Upon subsequent reduction of the chamber volume, at least a portion of the media previously flowed into the chamber 12 is displaced from the chamber 12 by the or each outflow port. The result is, in a manner known per se, a volume flow of the pumped medium and / or a pressure reduction upstream of the pump 10 and / or a pressure increase downstream of the pump 10.
- FIG. 3 shows in a schematically simplified manner an electroactive membrane 40 (electroactive film 40).
- This may be an electroactive membrane 40 in the form of an electroactive polymer (EAP) or a dielectric elastomer (DEA), referred to below as a membrane 40 for short. Both variants are always to be read in the following at each mention of the membrane 40 or a membrane 40.
- EAP electroactive polymer
- DEA dielectric elastomer
- Electroactive polymers and dielectric elastomers are basically known per se.
- a membrane 40 formed therefrom, or generally an electroactive membrane 40 is known to change its aspect ratio (thickness to area ratio) in response to an applied electrical potential. Additionally or alternatively, such a membrane 40 is also adjustable in terms of their elasticity, so that depending on the applied potential, a stiff and not or little bendable membrane or an elastic, bendable membrane results, as for example in the US 2004 124384 A1 is described.
- a diaphragm 40 is shown, which is not subjected to an electrical potential.
- the same membrane 40 when subjected to an electrical potential shown. It can be seen that the thickness of the membrane 40 is reduced due to the application of an electrical potential. In this case, the area of the membrane 40 has increased. The latter can be seen in the illustration only in the form of an enlargement of the extent of the membrane 40 along one of its main axes, ie in the form of a change in length.
- FIG. 3 The application of a membrane 40 with an electrical potential is shown in FIG FIG. 3 in the form of two on the membrane 40 attacking lines 42, 44 shown.
- the lines 42, 44 lead to an electrical energy source, not shown, so that by means of the lines 42, 44, an electrical potential can be applied to the respective membrane 40.
- these lines 42, 44 are not shown.
- these lines 42, 44 are of course independent of whether an electrical potential is applied to the respective membrane 40 or not.
- a membrane 40 with an electrical potential is controlled, for example, by means of a switching element present in a circuit with the lines 42, 44, for example an electronic switch in the form of a transistor or the like, in a basically known manner.
- a switching element present in a circuit with the lines 42, 44, for example an electronic switch in the form of a transistor or the like, in a basically known manner.
- visible lines 42, 44 represent an acted upon by an electric potential membrane 40, whereas a membrane 40 without such visible lines 42, 44 is not acted upon in the snapshot each shown with an electrical potential.
- two membranes 40 are shown, which together form a membrane pair. In the relaxed, that is potential-free state, these are arranged in a same plane next to each other and adjacent to each other. In the region in which the two membranes 40 adjoin one another, a spring element is placed. With a potential applied to the diaphragms 40, the modulus of elasticity of the two diaphragms 40 also changes and the diaphragms 40 which have become flexible due to the applied electrical potential are partially lifted by the spring element, as shown in the illustrated snapshot.
- FIG. 4 Illustrated shows the representation in FIG. 4 now a first embodiment of a pump 10 of the type proposed here, with respect to known components of the pump 10 to the description FIG. 1 is referenced.
- FIG. 4 shows on the left side the drive rod 24 at the lower vertex and on the right side at the upper vertex of the oscillating motion. Accordingly, a situation with a maximum volume of the chamber 12 is shown on the left side. When the chamber volume is increased, the respective medium flows into the chamber 12 up to the illustrated position of the chamber membrane 14. On the right side, on the other hand, a situation with a minimum volume of the chamber 12 is shown. With a reduction in the chamber volume, the respective medium is displaced from the chamber 12 up to the illustrated position of the chamber membrane 14.
- the movement of the chamber membrane 14 - or alternatively the movement of a piston 34 (FIG. FIG. 9 ) - arises due to the oscillating movement of guided in a guide 32 drive rod 24.
- the movement of the drive rod 24 is now obtained, however (in contrast to the illustrations in Fig. 1 and Fig. 2 ) no longer due to a crank drive or a linear drive in FIG. 1
- the drive of the drive rod 24 is effected by means of at least one electroactive membrane 40 or a plurality of symmetrically distributed in the radial direction about the drive rod 24 electroactive membranes 40 and acting in the opposite direction return element.
- the or each diaphragm 40 engages on the one hand on the outer surface of the drive rod 24 and on the other to a housing of the pump 10.
- an electrical potential applied to the or each membrane 40 increases the effective length of the or each membrane 40 between the attachment on the one hand, for example, on the pump housing and on the other hand to the drive rod 24.
- a on the drive rod 24 engaging return element 28, for example, a spring element 28 - in particular a spring element 28 in the form of acting as a tension coil spring - then deflects the drive rod 24 according to the increased effective length of the or each membrane 40, so that a return stroke of the drive rod 24 and correspondingly a return stroke of the chamber membrane 14 results.
- the diaphragm 40 engages on the outside surface of the drive rod 24 and on the inside surface of the pump housing, for example.
- the connection of the membrane 40 with the pump housing can be made, for example, by the membrane 40 is fixed on the side of the pump housing between two components of the pump housing along the circumferential line of the pump housing or piecewise along this circumferential line by clamping. Alternatively, for example, sticking to the inner circumferential surface of the pump housing comes into consideration.
- the connection of the membrane 40 may be made to the drive rod 24, for example, by the membrane 40 is clamped between two parts of the drive rod 24 or by the membrane 40 is adhered to the drive rod 24.
- FIG. 5 shows an embodiment of a pump 10, which on the in FIG. 4 shown embodiment, so that in order to avoid repetition on the basis of FIG. 4 explained details.
- At least one additional electroactive membrane 40 ' takes over the function of the return element.
- the or each membrane 40 which is the force for the Vorhub applies, as Vorhubmembran 40 and the or each membrane 40 ', which applies the force for the return stroke or apply, referred to as scaffoldmembran 40'.
- the Vorhubmembran 40 is the membrane that in the in FIG. 5 shown embodiment is closer to the chamber membrane 14 is closer than the return stroke diaphragm 40 '. This order along the longitudinal extension of the drive rod 24 is not mandatory.
- a force can be exerted on the drive rod 24 by means of at least one membrane 40 in a state not acted upon by an electrical potential, which leads to a forward stroke of the pump 10 (prestroke diaphragm 40) and by means of at least one further diaphragm 40 ' a force not applied to an electric potential, a force can be exerted on the drive rod 24, which leads to a return stroke of the pump 10 (return stroke diaphragm 40).
- the maximum deflection of the drive rod 24 during a return stroke determines the maximum volume of the pump chamber 12. With a high electrical potential, a greater elongation of the or each diaphragm 40 results, so that the drive rod 24 can be withdrawn correspondingly far. At a lower electrical potential results in less elongation of the or each diaphragm 40, so that the drive rod 24 can be correspondingly less far back. At a higher electrical potential correspondingly results in a larger maximum chamber volume.
- the resulting oscillation amplitude of the drive rod 24 determines the volume change of the pump chamber 12 and thus, for example, the volume (flow) of the medium delivered per unit time (during a pump cycle, during a return stroke and a subsequent advance) by means of the pump 10.
- the length of a time unit ie the duration of a pump cycle
- the illustrations in FIG. 6 and FIG. 7 refer.
- a potential according to a predetermined or predetermined first voltage profile 50 (Rückhubschreibsprofil 50) applied and accordingly during the advance to the or each membrane 40
- a potential according to a predetermined or predetermined second voltage profile 52 (Vorhubschreibsprofil 52) applied.
- the pre-lift and return lift tension profiles 50, 52 may be symmetrical, as shown in the illustrations in FIGS FIG. 6 and FIG. 7 is shown.
- the sum of a respective duration (t R , t V ) of the return stroke voltage profile 50 and the Vorhubschreibsprofils 52 determines the total duration of a pump cycle of the pump 10 and is for example by a Change in the slope of the prestroke and remindhubdozenssprofils 50, 52 adjustable.
- each profile 50, 52 may for example be composed of several piecewise straight sections, each with different slopes.
- a mathematical function for example a trigonometric function or an exponential function.
- FIG. 7 shows a return stroke and a Vorhubschreibsprofil 50, 52, which substantially corresponds to a switching on and off of the voltage applied to the or each membrane 40 potential.
- the time course of the change in the volume of the pump chamber 12 is then determined by the respective restoring force.
- Such profiles 50, 52 can be realized particularly easily.
- V back an electrical potential (V back ) between a lower threshold value (V min ⁇ 0V) and an upper threshold value (V max ), for example the maximum potential due to the electrical energy source, to the or each membrane 40 is applied and for an advance a potential (V Vor ) between the upper threshold (V max ) and the lower threshold (V min ) is applied to the or each membrane 40:
- V return [V min .. V max ];
- V Vor [V max .. V min ].
- FIG. 8 shows, by way of example, possible resulting from such adjustability volumes of the pump chamber 12 at the end of a return stroke ( FIG. 8 : left) and at the end of a Vorhubs ( FIG. 8 : right).
- the illustration of electroactive membranes 40 has been omitted in the interest of clarity. Accordingly, mentally at least one membrane 40 according to FIG. 4 or at least one Vorhubmembran 40 and at least one remindhubmembran 40 'according to FIG. 5 to complete.
- the associated V max is significantly larger than in the illustrations in FIG. 8 below.
- the associated V max is approximately equal to the V min of the plots in FIG FIG. 8 above.
- FIG. 9 show a pump 10 with a piston 34 instead of the previously shown chamber membrane 14. It has already been pointed out that even in the embodiments that show a chamber membrane 14 as a means for periodically changing the volume of the pump chamber 12, instead of the local chamber membrane 14 always Alternatively, a piston 34 as a means for periodically changing the volume of the pump chamber 12 comes into consideration.
- FIG. 8 It has been shown that by setting the electrical potential with which the or each membrane 40 or the or each forward and remindhubmembran 40, 40 'is applied, can set a middle position, around which the drive rod 24 and thus the chamber membrane 14th (or a piston 34) oscillates. In contrast, in FIG.
- FIG. 9 shown by dashed lines shown lower (return stroke) and upper (Vorhub) piston positions that set by setting the electrical potential with which the or each membrane 40 or the or each forward and remindhubmembran 40, 40 ', and the stroke volume leaves.
- the two based on FIG. 8 and FIG. 9 illustrated settings are also combinable.
- FIG. 10 Finally shows a particular embodiment of a pump 10 based on in FIG. 5
- the peculiarity is that the at least one electro-active membrane functioning as a pre-stroke membrane 40 and the at least one electro-active membrane functioning as a return stroke membrane 40 'functions cyclically either as an actuator or as a sensor.
- the function as an actuator has been described so far and due to the function as an actuator results in the oscillating movement of the drive rod 24.
- the function as a sensor based on that by means of a capacitance measurement, a measure of the respective aspect ratio (ratio of thickness to area) of the membrane 40, 40 'can be determined.
- the respective determined capacity is a measure of the respective effective length of the diaphragm 40, 40 'and thus also a measure of the axial position of the drive rod 24.
- the axial position of the drive rod 24 is again a measure of the position of the pump 10, so that Position measurements are available by means of a capacitance measurement, which can be used for a regulation of the pump 10.
- a particular embodiment of a pump 10 of the type proposed hitherto accordingly consists in that by means of a position measurement value obtainable on the basis of a capacitance measurement on at least one membrane 40, 40 'a regulation of the position of the drive rod 24 (position control) and / or a regulation of the speed of movement of the Drive rod 24 (speed control) takes place.
- a position measurement value obtainable on the basis of a capacitance measurement on at least one membrane 40, 40 'a regulation of the position of the drive rod 24 (position control) and / or a regulation of the speed of movement of the Drive rod 24 (speed control) takes place.
- the alternating function of the membranes 40, 40 ' is shown as an actuator or sensor, in that, in addition to the lines 42, 44 for supplying the respective membrane 40, 40' with an electrical potential further lines (measuring lines) 46, 48 are shown for capacitance measurement.
- a membrane 40, 40 'acting as a sensor in this sense, at least temporarily, makes it possible to detect the course of movement of the pump 10 and, by means of a corresponding control, allows operating modes of the pump 10 with a constant pumping frequency, constant lift, constant force, constant volume change of the pump chamber 12 over the pump Time.
- functional combinations of the aforementioned types of control are possible.
- the chamber pump 10 comprises, in a manner known per se, a pump chamber 12, a chamber membrane 14 or a piston 34 as a means for changing the volume of the pump chamber 12, and an axial volume for changing the volume of the pump chamber 12 on the chamber membrane 14 or the piston 34 movable drive rod 24.
- the here proposed chamber pump 10 is characterized in that it acts as an actuator for influencing an axial position of the drive rod 24 acting on the one hand on the drive rod 24 and on the other hand on a housing of the pump 10 electroactive membrane 40, 40 ' and that during operation of the chamber pump 10, the at least one electroactive membrane 40, 40 'is acted upon to influence an axial position of the drive rod 24 and to obtain a return stroke or a Vorhubs the chamber pump 10 with an electric potential.
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Abstract
Die Erfindung ist eine Kammerpumpe (10) und ein Verfahren zu deren Betrieb, wobei die Kammerpumpe (10), die eine Pumpenkammer (12), eine Kammermembran (14) oder einen Kolben (34) sowie eine zum Verändern des Volumens der Pumpenkammer (12) an der Kammermembran (14) oder dem Kolben (34) angreifende und axial bewegliche Treibstange (24) umfasst, sich dadurch auszeichnet, dass diese eine als Aktor zur Beeinflussung einer axialen Position der Treibstange (24) fungierende und einerseits an der Treibstange (24) sowie andererseits an einem Gehäuse der Pumpe (10) angreifende elektroaktive Membran (40, 40') umfasst und dass beim Betrieb der Kammerpumpe (10) die elektroaktive Membran (40, 40') zur Beeinflussung einer axialen Position der Treibstange (24) und zum Erhalt eines Rückhubs oder eines Vorhubs der Kammerpumpe (10) mit einem elektrischen Potential beaufschlagt wird. The invention is a chamber pump (10) and a method of operation thereof, the chamber pump (10) having a pump chamber (12), a chamber diaphragm (14) or a piston (34) and a volume for changing the volume of the pump chamber (12 ) on the chamber membrane (14) or the piston (34) engaging and axially movable drive rod (24), characterized in that it acts as an actuator for influencing an axial position of the drive rod (24) and on the one hand on the drive rod (24 ) and on the other hand on a housing of the pump (10) attacking electroactive membrane (40, 40 ') and that during operation of the chamber pump (10), the electroactive diaphragm (40, 40') for influencing an axial position of the drive rod (24) and to receive a return stroke or a Vorhubs the chamber pump (10) is acted upon by an electric potential.
Description
Die Erfindung betrifft eine im Folgenden kurz als Pumpe bezeichnete Gas- oder Flüssigkeitskammerpumpe. Als Kammerpumpe wird dabei eine Kolben- oder Membranpumpe bezeichnet, bei der sich in an sich bekannter Art und Weise beim Betrieb aufgrund einer Bewegung eines Kolbens bzw. einer Membran ein zumindest teilweise mittels des Kolbens bzw. der Membran begrenztes Volumen einer Pumpenkammer periodisch ändert und aufgrund der periodischen Volumenänderung der Pumpenkammer eine Förderung eines jeweiligen Mediums und/oder eine Druckänderung stromaufwärts oder stromabwärts der Pumpe resultiert. Die Erfindung betrifft eine für eine Verwendung in einem Medizingerät oder in einem sicherheitstechnischen System bestimmte derartige Kammerpumpe.The invention relates to a gas or liquid chamber pump hereinafter referred to briefly as a pump. As a chamber pump while a piston or diaphragm pump is referred to, in which in a conventional manner during operation due to movement of a piston or a membrane at least partially by means of the piston or the diaphragm limited volume of a pump chamber changes periodically and due the periodic volume change of the pump chamber results in a delivery of a respective medium and / or a pressure change upstream or downstream of the pump. The invention relates to such a chamber pump intended for use in a medical device or in a safety-related system.
In einem Medizingerät wird eine derartige Pumpe zum Beispiel verwendet, um Atemgas anzutreiben, um Messgas - insbesondere ein Patientengas - von einem Probenahmeort zu einem Messort zu transportieren oder um weitere Aktuatoren zu steuern oder anzutreiben. In Bezug auf eine Verwendung einer derartigen Pumpe im Zusammenhang mit einer Analyse eines Patientengases kann auf das absaugende Patientengasmonitoring in der Anästhesie und ein sogenanntes Remotesystem in der mobilen persönlichen Gasmesstechnik verwiesen werden. In einem sicherheitstechnischen System wird eine derartige Pumpe zum Beispiel für eine mobile oder stationäre Analyse von Schadgasen in der Luft verwendet. Auch dabei erfolgt mittels der Pumpe zum Beispiel ein Transport von Messgas von einem Probenahmeort zu einem Messort. Darüber hinaus kommen derartige Pumpen in einem Medizingerät oder in einem sicherheitstechnischen System auch zur Erzeugung von Hilfsdrücken in Betracht. Grundsätzlich kommt die hier vorgeschlagene Erfindung auch für Anwendungsfälle über Medizingeräte und sicherheitstechnische Systeme hinaus in Betracht, zum Beispiel für Mess- und Analysegeräte. Dies ist im Folgenden auch ohne speziellen Hinweis stets mitzulesen.In a medical device such a pump is used, for example, to drive respiratory gas in order to transport sample gas - in particular a patient gas - from a sampling location to a measurement location or to control or drive other actuators. With respect to use of such a pump in connection with an analysis of a patient's gas, reference may be made to aspirating patient gas monitoring in anesthesia and a so-called remote system in mobile personal gas sensing. In a safety-related system, such a pump is used, for example, for a mobile or stationary analysis of noxious gases in the air. Also, by means of the pump, for example, a transport of sample gas from a sampling point to a measuring location. In addition, such pumps in a medical device or in a safety-related system also come to the generation of auxiliary pressures into consideration. In principle, the invention proposed here also comes into consideration for applications beyond medical devices and safety-related systems, for example for measuring and analysis devices. This is below always read without special notice.
Pumpen der eingangs genannten Art sind in verschiedenen Ausführungsformen erhältlich, zum Beispiel mit einem Kurbeltrieb oder einem Linearantrieb. Des Weiteren sind Pumpen bekannt, bei denen der Antrieb piezoelektrisch realisiert ist. Der jeweilige Antrieb wirkt auf eine Membran oder einen Kolben in einem jeweiligen Pumpenkopf. Bei beiden Bauformen (Membran oder Kolben) wird mittels des Antriebs periodisch das in der Pumpenkammer (Verdichtungsraum) im Pumpenkopf befindliche Volumen verändert. Dies führt zu einem Volumentransport sowie zu einer Druckerzeugung. Das Verhältnis zwischen dem Volumentransport und dem Druck ergibt sich durch die Geometrie der Pumpenkammer, des Hubvolumens, der Betriebsfrequenz, des Schaltverhaltens der benötigten Ventile und der äußeren pneumatischen Last.Pumps of the type mentioned are available in various embodiments, for example with a crank mechanism or a linear drive. Of Furthermore, pumps are known in which the drive is realized piezoelectrically. The respective drive acts on a diaphragm or a piston in a respective pump head. In both types (diaphragm or piston), the volume in the pump chamber (compression space) in the pump head is periodically changed by means of the drive. This leads to a volume transport and to a pressure generation. The relationship between the volume transport and the pressure results from the geometry of the pump chamber, the stroke volume, the operating frequency, the switching behavior of the required valves and the external pneumatic load.
Derzeit am Markt verfügbare Pumpen für Gase und Flüssigkeiten in einem Leistungsbereich von 0 mbar bis 110 mbar bzw. 200 ml/min bis 1100 ml/min oder 0 mbar bis 300 mbar bei 200 ml/min können in ihrem Arbeitspunkt durch Veränderung der Hubfrequenz - bei einem Antrieb mittels eines Elektromotors durch Veränderung von dessen Drehzahl - angepasst werden. Eine weitere Anpassung muss durch eine externe pneumatische Beschaltung in der jeweiligen Anwendung erfolgen. In besonderen Fällen müssen unterschiedliche Pumpenköpfe montiert werden.Pumps for gases and liquids currently available on the market in a power range from 0 mbar to 110 mbar or 200 ml / min to 1100 ml / min or 0 mbar to 300 mbar at 200 ml / min can be operated at their operating point by changing the stroke frequency a drive by means of an electric motor by changing the speed - be adjusted. A further adjustment must be made by an external pneumatic circuit in the respective application. In special cases different pump heads have to be mounted.
Eine Änderung der Hubfrequenz wirkt sich auf die Pulsationsfrequenz und den Wechselanteil in der Druckkurve aus. Dies ist mit den folgenden Nachteilen verbunden: Zum einen verlieren klassische Maßnahmen zur Unterdrückung der Pulsation, wie zum Beispiel ein Tiefpass, ihre Wirkung. Zum anderen kann eine Vermeidung bestimmter sensor-kritischer Frequenzen nicht sichergestellt werden. Schließlich ist die Abstimmung eines pneumatischen Systems mit der Pumpe insgesamt erschwert.A change in the stroke frequency affects the pulsation frequency and the alternating component in the pressure curve. This has the following drawbacks: Firstly, traditional measures to suppress the pulsation, such as a low pass, lose their effect. On the other hand, avoidance of certain sensor-critical frequencies can not be ensured. Finally, the coordination of a pneumatic system with the pump is more difficult.
Besonders hohe Hubfrequenzen (> 100 Hz) bedeuten extreme Belastungen für die Komponenten der Pumpe. Die Verluste durch nicht mehr trägheitsarm reagierende Ventile steigen enorm an. Die Phase des Schließwinkels der Ventile verkürzt oder verlängert sich und verschiebt sich in Relation zu der Hubbewegung des Kolbens oder der Membran Der Anteil der Walkarbeit in der Dichtung (Kolben) oder der Membran nimmt drastisch zu. Schließlich ist mit einer hohen Hubfrequenz auch eine deutlich erhöhte Geräuschentwicklung der jeweiligen Pumpe verbunden.Particularly high stroke frequencies (> 100 Hz) mean extreme loads on the components of the pump. The losses caused by no longer inertly responsive valves increase enormously. The phase of the closing angle of the valves shortens or lengthens and shifts in relation to the stroke movement of the piston or the membrane. The proportion of flexing work in the seal (piston) or the membrane increases drastically. Finally, a significantly increased noise development of the respective pump is associated with a high stroke frequency.
Bei niedrigen Hubfrequenzen (< 10 Hz) ist ein kontinuierlicher Druckverlauf nicht mehr sichergestellt. Jeder Pumpenhub ist als stärker werdender Druckpuls und auch als Flowpuls zu erkennen. Eine Dämpfung oder Pufferung durch ein Puffervolumen erfordert ein sehr großes Puffervolumen. Ein großes Volumen verzerrt die Gasfronten bei wechselnden Gasgemischen. Bei einem Antrieb mittels eines Elektromotors befindet sich dieser bei niedrigen Hubfrequenzen in einem kritischen Arbeitsbereich. Diskontinuierliche Winkelgeschwindigkeiten mit hoher Abnutzung der Bürsten im Kollektor (bei Bürstenmotoren) sind nur ein negativer Aspekt. Zudem ist die Drehzahl oftmals zu gering für den Aufbau eines Schmierfilms in den Lagern. Des Weiteren werden diejenigen Spulen, die kurz vor der Lastspitze am Totpunkt der Pumpe in Benutzung sind, stärker belastet, so dass es zu Temperaturspitzen in diesen Spulen kommt. Schließlich reicht das Trägheitsmoment des Rotors nicht aus, um eine Pufferung des Lastmoments zu gewährleisten.At low stroke frequencies (<10 Hz) a continuous pressure curve is no longer guaranteed. Each pump stroke can be recognized as a stronger pressure pulse and also as a flow pulse. Attenuation or buffering by a buffer volume requires a very large buffer volume. A large volume distorts the gas fronts with changing gas mixtures. In a drive by means of an electric motor, this is at low stroke frequencies in a critical work area. Discontinuous angular velocities with high brush wear in the collector (brush motors) are only a negative aspect. In addition, the speed is often too low for the construction of a lubricating film in the camps. Furthermore, those coils that are in use shortly before the peak load at the dead center of the pump, more heavily loaded, so there is temperature peaks in these coils. Finally, the moment of inertia of the rotor is insufficient to ensure a buffering of the load torque.
Alternativ zu elektromotorisch angetriebenen Pumpen verwendbare Linearpumpen sind zwar gut regelbar, aber aufgrund ihrer größeren Luftspalte deutlich ineffizienter und benötigen eine höhere Leistung. Darüber hinaus ist deren Betrieb mit einer höheren Temperaturentwicklung verbunden. Solche Linearpumpen sind auch deutlich teurer und aufwändiger in der Herstellung und Wartung, denn für die Regelung der Linearbewegung wird eine zusätzliche und vor allem schnelle Sensorik zur Erfassung der Position und/oder Geschwindigkeit des Antriebs benötigt. Darüber hinaus erfordert der für einen vibrationsarmen Lauf notwendige Ausgleich der linear bewegten Massen komplizierte Konstruktionen.Although linear pumps which can be used as an alternative to electric motor-driven pumps are easy to control, they are significantly more inefficient due to their larger air gaps and require a higher power. In addition, their operation is associated with a higher temperature development. Such linear pumps are also significantly more expensive and expensive to manufacture and maintain, because for the control of the linear motion an additional and above all fast sensors for detecting the position and / or speed of the drive is needed. In addition, necessary for a low-vibration run compensation of linearly moving masses complicated structures.
Piezoelektrisch angetriebene Pumpen sind energetisch nur für Miniaturanwendungen geeignet.Piezo-electrically driven pumps are energetically suitable only for miniature applications.
Ausgehend von den oben skizzierten Feststellungen zum Stand der Technik besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine gut einstellbare linear angetriebene Kammerpumpe und ein Verfahren zu deren Betrieb anzugeben, die bzw. das zumindest einzelne der vorstehend skizzierten Nachteile vermeidet oder deren Auswirkungen reduziert.Based on the findings of the prior art outlined above, it is an object of the present invention to provide a well adjustable linearly driven chamber pump and a method of operating the same, which avoids or minimizes at least some of the disadvantages outlined above.
Diese Aufgabe wird mittels einer Kammerpumpe (Pumpe) mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich eines Verfahrens zum Betrieb einer solchen Pumpe mittels eines Verfahrens mit den Merkmalen des parallelen unabhängigen Verfahrensanspruchs gelöst. Dabei ist bei einer Kammerpumpe der eingangs genannten Art, die eine Pumpenkammer, eine Kammermembran oder einen Kolben als Mittel zum zyklischen Verändern des Volumens der Pumpenkammer beim Pumpbetrieb sowie eine zum zyklischen Verändern des Volumens der Pumpenkammer an der Kammermembran oder dem Kolben angreifende und axial bewegliche Treibstange umfasst, zumindest eine zur Beeinflussung einer axialen Position der Treibstange bestimmte und einerseits an der Treibstange sowie andererseits an einem Gehäuse der Pumpe angreifende elektroaktive Membran vorgesehen. Die oder jede elektroaktive Membran fungiert bezüglich der axialen Bewegung der Treibstange als Aktor und tritt zumindest zum Teil an die Stelle eines bisherigen Antriebs der Kammerpumpe.This object is achieved by means of a chamber pump (pump) with the features of claim 1 and with regard to a method for operating such a pump by means of a method having the features of the parallel independent method claim. It is in a chamber pump of the type mentioned, a pump chamber, a chamber membrane or a piston as a means for cyclically changing the volume of the pump chamber during pumping operation and for cyclically changing the volume of the pump chamber to the chamber membrane or the piston attacking and axially movable drive rod comprises, at least one intended for influencing an axial position of the drive rod and on the one hand on the drive rod and on the other hand on a housing of the pump attacking electroactive membrane provided. The or each electroactive membrane acts as an actuator with respect to the axial movement of the drive rod and at least in part replaces a previous drive of the chamber pump.
Bei einem korrespondierenden Verfahren zum Betrieb einer solchen Kammerpumpe oder einer Kammerpumpe mit einzelnen oder mehreren nachfolgend beschriebenen weiteren Merkmalen wird zumindest eine einerseits an der Treibstange sowie andererseits an einem Gehäuse der Pumpe oder dergleichen angreifende elektroaktive Membran zur Beeinflussung einer axialen Position der Treibstange und zum Erhalt eines Rückhubs oder eines Vorhubs der Kammerpumpe, nämlich eines Rückhubs oder eines Vorhubs der Kammermembran oder des Kolbens, mit einem elektrischen Potential beaufschlagt.In a corresponding method for operating such a chamber pump or a chamber pump with one or more further features described below at least one on the one hand to the drive rod and on the other hand on a housing of the pump or the like attacking electroactive diaphragm for influencing an axial position of the drive rod and to obtain a Return stroke or a Vorhubs the chamber pump, namely a return stroke or a Vorhubs the chamber membrane or the piston, acted upon by an electrical potential.
Eine Kammerpumpe ist eine zyklisch arbeitende Maschine zum Fördern von Flüssigkeiten oder Gasen. Diese werden im Folgenden zusammenfassend als Medium bezeichnet. Ein Pumpenzyklus umfasst bekanntlich einen Rückhub und einen Vorhub (oder einen Vorhub und einen Rückhub) und in anschließenden Pumpenzyklen setzt sich dies fort. Die erwähnte zumindest eine elektroaktive Membran ist entweder zum Erhalt oder zur Unterstützung eines Rückhubs oder eines Vorhubs bestimmt. Weiter unten wird eine spezielle Ausführungsform der hier vorgeschlagenen Kammerpumpe erläutert, bei der jeweils zumindest eine elektroaktive Membran zum Erhalt oder zur Unterstützung eines Rückhubs (Rückhubmembran) sowie eines Vorhubs bestimmt ist (Vorhubmembran). Solange es nicht darauf ankommt, ob die zumindest eine Membran zum Erhalt oder zur Unterstützung eines Rückhubs oder eines Vorhubs bestimmt ist, wird von einem Teilhub gesprochen, wobei ein vollständiger Pumpenzyklus einen ersten Teilhub und einen zweiten Teilhub umfasst, zum Beispiel den Rückhub und den Vorhub. Entsprechend zeichnet sich das Verfahren zum Betrieb einer Kammerpumpe der bisher skizzierten Art dadurch aus, dass zumindest eine einerseits an der Treibstange sowie andererseits an einem Gehäuse der Pumpe oder dergleichen angreifende elektroaktive Membran zur Beeinflussung einer axialen Position der Treibstange und zum Erhalt eines Teilhubs der Kammerpumpe, nämlich eines Teilhubs der Kammermembran oder des Kolbens, mit einem elektrischen Potential beaufschlagt wird.A chamber pump is a cyclically operating machine for the conveyance of liquids or gases. These are referred to collectively as the medium below. As is known, a pump cycle includes a return stroke and a forward stroke (or a forward stroke and a return stroke) and this continues in subsequent pump cycles. The mentioned at least one electroactive membrane is intended either to maintain or assist a return stroke or a pre-stroke. Below, a special embodiment of the chamber pump proposed here will be explained, in each case at least one Electroactive membrane for obtaining or supporting a return stroke (Rückhubmembran) and a Vorhubs is determined (Vorhubmembran). As long as it does not matter whether the at least one diaphragm is intended to maintain or support a return stroke or a pre-stroke, a partial lift is discussed, with a complete pump cycle comprising a first partial lift and a second partial lift, for example the return stroke and the advance stroke , Accordingly, the method for operating a chamber pump of the kind outlined so far characterized by the fact that at least one on the one hand on the drive rod and on the other hand on a housing of the pump or the like attacking electroactive diaphragm for influencing an axial position of the drive rod and to obtain a partial stroke of the chamber pump, namely a Teilhubs the chamber membrane or the piston, is acted upon by an electrical potential.
Die Beaufschlagung der zumindest einen Membran mit einem elektrischen Potential bewirkt in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise eine Veränderung des sogenannten Aspektverhältnisses (Verhältnis von Dicke zu Fläche) der elektroaktiven Membran. Kurz gefasst erhöht sich durch die Beaufschlagung mit einem elektrischen Potential eine wirksame Länge der zumindest einen Membran zwischen deren Fixpunkten einerseits an der Treibstange und andererseits an einem Gehäuse der Pumpe oder dergleichen. Wenn das elektrische Potential verschwindet, stellt sich das ursprüngliche Aspektverhältnis wieder ein und entsprechend reduziert sich die wirksame Länge der zumindest einen Membran. Die elektroaktive Membran ist bevorzugt vorgespannt. Dies führt zu definierten Verhältnissen. Ohne ein anliegendes elektrisches Potential ergibt sich eine wirksame Länge entsprechend der Vorspannung. Bei Anliegen eines elektrischen Potentials ist die wirksame Länge der elektroaktiven Membran durch das jeweilige Potential bestimmt (die wirksame Länge nimmt mit dem anliegenden elektrischen Potential zu).The application of the at least one membrane with an electrical potential causes, in a generally known manner, a change in the so-called aspect ratio (ratio of thickness to area) of the electroactive membrane. Briefly, by applying an electrical potential, an effective length of the at least one diaphragm between its fixed points increases on the one hand on the drive rod and on the other hand on a housing of the pump or the like. When the electrical potential disappears, the original aspect ratio is restored and, accordingly, the effective length of the at least one membrane is reduced. The electroactive membrane is preferably biased. This leads to defined conditions. Without an applied electrical potential results in an effective length corresponding to the bias voltage. When an electrical potential is applied, the effective length of the electroactive membrane is determined by the respective potential (the effective length increases with the applied electric potential).
Eine aufgrund einer alternierenden Beaufschlagung der zumindest einen elektroaktiven Membran mit einem elektrischen Potential resultierende periodische Änderung der wirksamen Länge der zumindest einen elektroaktiven Membran lässt sich reibungs- und geräuschfrei sowie verschleißfrei zum Antrieb einer Kammerpumpe einsetzen, nämlich zum Antrieb einer davon umfassten Kammermembran oder eines davon umfassten Kolbens. Darüber hinaus sind vorteilhaft auch sehr hohe Hubfrequenzen möglich.A periodic change in the effective length of the at least one electroactive membrane resulting from an alternating application of the at least one electroactive membrane with an electrical potential can be used to drive a friction and noise-free and wear-free Insert chamber pump, namely for driving a chamber membrane enclosed therefrom or a piston comprised thereof. In addition, advantageously very high stroke frequencies are possible.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sich eine solche elektroaktive Membran sehr kostengünstig herstellen und automatisch verarbeiten und applizieren lässt. Weiterhin besitzt eine solche elektroaktive Membran im Verhältnis zu herkömmlichen Antrieben eine sehr geringe Masse. Dies gilt sowohl für den Anteil der bewegten Massen wie auch für die Masse insgesamt. Die bewegte Masse ist ein wichtiger Grund, weshalb herkömmliche Linearantriebe für viele Anwendungen, vor allem für Anwendungen mit hohen Hubfrequenzen, nicht zum Einsatz kommen können. Im Gegensatz zu den rotierenden Massen eines Motors, die oftmals einfach ausgewuchtet werden können, bewegt sich bei einem sogenannten Schwingankerantrieb die Masse des Ankers in linearer Richtung und verschiebt somit periodisch den Massenschwerpunkt. Dies führt zu Vibrationen und Geräuschentwicklung, die bei einem Antrieb der hier vorgeschlagenen Art nicht gegeben sind.Another advantage of the invention is that such an electroactive membrane can be produced very inexpensively and processed and applied automatically. Furthermore, such an electroactive membrane has a very low mass in relation to conventional drives. This applies both to the proportion of moving masses as well as to the mass as a whole. The moving mass is an important reason why conventional linear drives can not be used for many applications, especially for applications with high stroke frequencies. In contrast to the rotating masses of a motor, which can often be easily balanced, moves in a so-called oscillating armature drive, the mass of the armature in a linear direction and thus shifts the center of gravity periodically. This leads to vibrations and noise, which are not given in a drive of the type proposed here.
Die nachfolgende Beschreibung wird im Sinne einer sprachlichen Vereinfachung und im Interesse besserer Lesbarkeit anhand einer optionalen Ausführungsform fortgesetzt, bei der anstelle zumindest einer elektroaktiven Membran, die einerseits an der Treibstange und andererseits zum Beispiel am Gehäuse der Pumpe angreift, genau eine elektroaktive Membran mit diesen Fixpunkten vorgesehen ist. Eine solche einzelne elektroaktive Membran in Form einer Kegelfolie / -membran greift zum Beispiel in ihrem Zentrum an der Treibstange an und ist an ihren Seiten zum Beispiel am Pumpengehäuse fixiert, insbesondere verklemmt oder verklebt. Bezüglich des Angreifens an der Treibstange weist eine solche einzelne elektroaktive Membran zum Beispiel in ihrem Zentrum ein Loch auf, durch das die Treibstange oder ein Bereich der Treibstange mit geringerem Durchmesser geführt ist, wobei die Ränder des Lochs an der Treibstange fixiert sind, zum Beispiel durch Verklemmen, Verkleben oder dergleichen. Alternativ zu einer solchen Ausführungsform kommt eine Ausführungsform in Betracht, bei der anstelle einer einzelnen elektroaktiven Membran mehrere Membranen verwendet werden, die jeweils an der Treibstange fixiert sind, von der Treibstange radial nach außen verlaufen und am gegenüberliegenden Ende zum Beispiel am Pumpengehäuse fixiert sind. Die Richtung der Kraftwirkung ist durch den Ort des Angriffs an der Treibstange sowie den Ort des Angriffs zum Beispiel am Pumpengehäuse bestimmt. Daher sind genau eine Membran und eine Mehrzahl einzelner Membranen gleichwirkend, sofern ein gleicher Ort des Angriffs an der Treibstange und ein gleicher Ort des Angriffs zum Beispiel am Pumpengehäuse gegeben sind. Dies sei hier vorausgesetzt. Bei jeder Erwähnung der genau einen elektroaktiven Membran ist demgemäß die alternative Ausführungsform mit einer Mehrzahl in gleicher Richtung wie die einzelne elektroaktive Membran wirkender Membranen stets mitzulesen.The following description is continued in terms of a linguistic simplification and in the interest of better readability of an optional embodiment, in which instead of at least one electroactive membrane, which acts on the one hand to the drive rod and on the other hand, for example, on the housing of the pump, exactly one electroactive membrane with these fixed points is provided. Such a single electroactive membrane in the form of a conical film / membrane attacks, for example, in its center on the drive rod and is fixed at its sides, for example, on the pump housing, in particular jammed or glued. As regards engagement with the drive rod, such a single electroactive diaphragm has, for example, at its center a hole through which the drive rod or a portion of the drive rod of smaller diameter is guided, the edges of the hole being fixed to the drive rod, for example Jamming, gluing or the like. As an alternative to such an embodiment, an embodiment is contemplated in which, instead of a single electroactive membrane, a plurality of membranes, each fixed to the drive rod, are used radially from the drive rod run outside and fixed at the opposite end, for example, on the pump housing. The direction of the force action is determined by the location of the attack on the drive rod and the location of the attack, for example on the pump housing. Therefore, exactly one membrane and a plurality of individual membranes have the same effect, provided that the same place of attack on the drive rod and a same place of attack, for example, on the pump housing are given. This is assumed here. Accordingly, whenever the exact electroactive membrane is mentioned, the alternative embodiment will always be read with a plurality of membranes acting in the same direction as the single electroactive membrane.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin und sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Des Weiteren ist im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche sowie der Beschreibung bei einer näheren Konkretisierung eines Merkmals in einem nachgeordneten Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden Ansprüchen sowie einer allgemeineren Ausführungsform der gegenständlichen Pumpe oder des Verfahrens zu deren Betrieb nicht vorhanden ist. Jede Bezugnahme in der Beschreibung auf Aspekte nachgeordneter Ansprüche ist demnach auch ohne speziellen Hinweis ausdrücklich als Beschreibung optionaler Merkmale zu lesen. Schließlich ist darauf hinzuweisen, dass die Kammerpumpe auch entsprechend der abhängigen Verfahrensansprüche weitergebildet sein kann, zum Beispiel indem die Kammerpumpe Mittel zur Ausführung des entsprechenden Verfahrensschritts oder der entsprechenden Verfahrensschritte umfasst, und umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu einzelnen Vorrichtungs- und Verfahrensaspekten der Erfindung stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims. This used backlinks point to the further development of the subject matter of the main claim by the features of the respective subclaim and are not to be understood as a waiver of the achievement of an independent, objective protection for the feature combinations of the related subclaims. Furthermore, in view of an interpretation of the claims and the description in a closer specification of a feature in a subordinate claim, it should be assumed that such a restriction in the respective preceding claims and a more general embodiment of the subject pump or the method for their operation does not exist is. Each reference in the description to aspects of subordinate claims is therefore to be read even without special reference expressly as a description of optional features. Finally, it should be noted that the chamber pump may also be developed according to the dependent method claims, for example in that the chamber pump comprises means for carrying out the corresponding method step or the corresponding method steps, and vice versa, so that with respect to the disclosure of individual device and method aspects of the invention is always mutually referenced or can be.
Bei einer Ausführungsform der Kammerpumpe umfasst diese ein Rückstellelement. Mittels der als Aktor fungierenden elektroaktiven Membran ist eine Kraft zur Auslenkung der Treibstange in eine erste Richtung aufbringbar und wird beim Betrieb der Kammerpumpe aufgebracht. Mittels des Rückstellelements ist eine Kraft zur Auslenkung der Treibstange in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung aufbringbar und wird beim Betrieb der Kammerpumpe aufgebracht. Einer der beiden Teilhube (Rückhub oder Vorhub) eines vollständigen Pumpenzyklus ist mittels der elektroaktiven Membran auslösbar und wird beim Betrieb der Kammerpumpe mittels der elektroaktiven Membran ausgelöst (Bewegung der Treibstange in die erste Richtung). Der komplementäre Teilhub (Vorhub bzw. Rückhub) ist mittels des Rückstellelements auslösbar und wird beim Betrieb der Kammerpumpe mittels des Rückstellelements ausgelöst (Bewegung der Treibstange in die der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung). Als Rückstellelement kommt zum Beispiel eine Feder (Druckfeder oder Zugfeder) in Betracht, deren Kraftrichtung entgegengesetzt zu einer aufgrund der elektroaktiven Membran resultierenden Kraftrichtung orientiert ist. Eine zyklische Beaufschlagung der elektroaktiven Membran mit einem elektrischen Potential führt zu einem ersten Teilhub und der komplementäre zweite Teilhub wird mittels des Rückstellelements ausgelöst. Die resultierende alternierende Auslösung erster und zweiter Teilhube führt zu einer Pumpwirkung. Die Pumpe umfasst dafür zum Beispiel eine Steuerungseinheit mit zumindest einem Eingang, über den der Teilhub aufgrund der elektroaktiven Membran ausgelöst werden kann, zum Beispiel indem der Steuerungseinheit und damit der Pumpe an dem jeweiligen Eingang das elektrische Potential zugeführt wird, mit dem die elektroaktive Membran beaufschlagt werden soll.In one embodiment of the chamber pump, this includes a return element. By means of acting as an actuator electroactive membrane a force for deflecting the drive rod in a first direction applicable and is applied during operation of the chamber pump. By means of the return element is a force for deflecting the drive rod in a direction opposite to the first direction second direction applied and is applied during operation of the chamber pump. One of the two Teilhube (return stroke or Vorhub) of a complete pump cycle can be triggered by means of the electroactive membrane and is triggered during operation of the chamber pump by means of the electroactive membrane (movement of the drive rod in the first direction). The complementary partial lift (forward stroke or return stroke) can be triggered by means of the return element and is triggered by the return element during operation of the chamber pump (movement of the drive rod in the second direction opposite the first direction). As a restoring element, for example, a spring (compression spring or tension spring) comes into consideration, whose direction of force is oriented opposite to a resultant force due to the electroactive membrane force direction. A cyclic loading of the electroactive membrane with an electrical potential leads to a first partial stroke and the complementary second partial stroke is triggered by means of the return element. The resulting alternating release of the first and second Teilhube leads to a pumping action. For this purpose, the pump comprises, for example, a control unit with at least one input via which the partial lift can be triggered on the basis of the electroactive membrane, for example by supplying the control unit and thus the pump at the respective input with the electrical potential applied to the electroactive membrane shall be.
Bei einer besonderen Ausführungsform der Kammerpumpe fungiert als Rückstellelement genau eine oder zumindest eine weitere (zweite) elektroaktive Membran. Die oben eingeführte Vereinfachung gilt auch hier, so dass auch hier im Folgenden im Interesse einer besseren Lesbarkeit - aber ohne Verzicht auf eine weitergehende Allgemeingültigkeit - von einer zweiten elektroaktiven Membran gesprochen wird. Diese greift ebenfalls einerseits an der Treibstange und andererseits zum Beispiel an einem Gehäuse der Pumpe an, insbesondere in einer Form wie dies oben für die zuerst erwähnte elektroaktive Membran erläutert wurde. Bei einer Kammerpumpe mit einer (genau einer oder zumindest einer) ersten als Aktor fungierenden elektroaktiven Membran und einer (genau einer oder zumindest einer) zweiten als Aktor fungierenden elektroaktiven Membran greifen diese jeweils einerseits an der Treibstange und andererseits am Gehäuse der Kammerpumpe oder dergleichen an und sind dafür bestimmt, jeweils in axialer Richtung der Treibstange eine Kraft auf die Treibstange auszuüben. Die mittels der zweiten elektroaktiven Membran auf die Treibstange ausübbare und im Betrieb ausgeübte Kraft ist antiparallel zu der mittels der ersten elektroaktiven Membran auf die Treibstange ausübbaren und im Betrieb ausgeübten Kraft gerichtet. Bei einer solchen Kammerpumpe und bei einem Verfahren zum Betrieb einer solchen Kammerpumpe ist einer der beiden Teilhube (Rückhub oder Vorhub) eines vollständigen Pumpenzyklus mittels der ersten elektroaktiven Membran auslösbar und wird beim Betrieb der Kammerpumpe mittels der ersten elektroaktiven Membran ausgelöst (Bewegung der Treibstange in die erste Richtung). Der komplementäre Teilhub (Vorhub bzw. Rückhub) ist mittels der zweiten elektroaktiven Membran auslösbar und wird beim Betrieb der Kammerpumpe mittels der zweiten elektroaktiven Membran ausgelöst (Bewegung der Treibstange in die der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung). Die zweite elektroaktive Membran fungiert als Rückstellelement für den mittels der ersten elektroaktiven Membran ausgelösten Teilhub. Genauso fungiert aber auch die erste elektroaktive Membran als Rückstellelement für den mittels der zweiten elektroaktiven Membran ausgelösten Teilhub. Eine alternierende oder zumindest phasenverschobene Beaufschlagung der ersten elektroaktiven Membran sowie der zweiten elektroaktiven Membran mit einem elektrischen Potential führt zu einer alternierenden Auslösung erster und zweiter Teilhube und damit zu einer Pumpwirkung. Die Pumpe umfasst dafür zum Beispiel eine Steuerungseinheit mit Eingängen, über die der erste und der zweite Teilhub ausgelöst werden können, zum Beispiel indem der Steuerungseinheit und damit der Pumpe an dem jeweiligen Eingang das elektrische Potential zugeführt wird, mit dem die erste bzw. die zweite elektroaktive Membran beaufschlagt werden soll.In a particular embodiment of the chamber pump acts as a restoring element exactly one or at least one further (second) electroactive membrane. The simplification introduced above also applies here, so that in the following, too, in the interest of better readability - but without renouncing any further general validity - a second electroactive membrane is used. This also acts on the one hand on the drive rod and on the other hand, for example on a housing of the pump, in particular in a form as has been explained above for the first mentioned electroactive membrane. In a chamber pump with a (exactly one or at least one) acting as an actor first electroactive membrane and a (exactly one or at least one) acting as an actor second electroactive membrane these attack on the one hand on the drive rod and on the other hand on the housing of the chamber pump or the like and are intended to exert a force on the drive rod respectively in the axial direction of the drive rod. The exerted by the second electroactive membrane on the drive rod and exerted in operation force is directed antiparallel to the exercisable by means of the first electroactive membrane on the drive rod and exerted in operation force. In such a chamber pump and in a method for operating such a chamber pump one of the two Teilhube (return stroke or Vorhub) of a complete pump cycle by means of the first electroactive membrane can be triggered and is triggered during operation of the chamber pump by means of the first electroactive membrane (movement of the drive rod in the first direction). The complementary partial stroke (forward stroke or return stroke) can be triggered by means of the second electroactive membrane and is triggered during operation of the chamber pump by means of the second electroactive membrane (movement of the drive rod in the second direction opposite the first direction). The second electroactive membrane acts as a return element for the partial stroke triggered by means of the first electroactive membrane. Equally, however, the first electroactive membrane also acts as a restoring element for the partial stroke triggered by means of the second electroactive membrane. An alternating or at least phase-shifted loading of the first electroactive membrane and of the second electroactive membrane with an electrical potential leads to an alternating triggering of the first and second sub-hubs and thus to a pumping action. For this purpose, the pump comprises, for example, a control unit with inputs via which the first and the second partial lift can be triggered, for example by supplying the electrical unit with which the first or second pump is connected to the control unit and thus to the pump at the respective input electroactive membrane to be acted upon.
Alternativ kommt auch eine Ausführungsform einer Steuerungseinheit in Betracht, bei der die Steuerungseinheit der Pumpe zum Beispiel einen Anschluss für ein elektrisches Potential und zumindest einen Eingang umfasst, wobei der Pumpe mittels des Eingangs ein Sollwert für eine gewünschte Pumpenposition vorgegeben wird, zum Beispiel in Form eines Sollwerts, der ein Maß für eine gewünschte axiale Position der Treibstange kodiert. Die Steuerungseinheit der Pumpe bestimmt daraufhin automatisch anhand des Sollwerts ein elektrisches Potential, mit dem die elektroaktive Membran zu beaufschlagen ist (oder mit dem die erste oder die zweite elektroaktive Membran zu beaufschlagen ist oder mit dem die erste und die zweite elektroaktive Membran zu beaufschlagen sind), um eine dem Sollwert entsprechende oder zumindest im Wesentlichen entsprechende Pumpenposition zu erhalten. Das jeweils ermittelte elektrische Potential wird automatisch mittels der Pumpensteuerung aus dem extern anliegenden elektrischen Potential erzeugt. Dies erfolgt zum Beispiel mittels eines mit einem pulsweitenmodulierten Signal ansteuerbaren elektronischen Schalters, zum Beispiel eines Transistors, der so in einen Stromkreis mit der elektroaktiven Membran (oder den elektroaktiven Membranen) geschaltet ist, dass bei geschlossenem Schalter das extern anliegende Potential an der elektroaktiven Membran anliegt. Im zeitlichen Mittel ergibt sich aufgrund des zur Ansteuerung des Schalters verwendeten pulsweitenmodulierten Signals ein Potential über der elektroaktiven Membran (oder der jeweiligen elektroaktiven Membran), welches zu der gewünschten Auslenkung der Treibstange führt. Die Grundfrequenz des pulsweitenmodulierten Signals wird dabei ausreichend hoch gewählt, zum Beispiel nicht unter 1 kHz, so dass sichergestellt ist, dass einzelne Pulse des pulsweitenmodulierten Signals keine Aspektänderung der elektroaktiven Membran bewirken.Alternatively, an embodiment of a control unit into consideration, in which the control unit of the pump, for example, a connection for an electrical potential and at least one input, wherein the pump by means of the input, a desired value for a desired pump position is specified, for example in the form of Setpoint, which is a measure of a desired axial position of the drive rod coded. The control unit of the pump then automatically determines, based on the desired value, an electrical potential which is to be applied to the electroactive membrane (or to which the first or the second electroactive membrane is to be acted upon or to which the first and the second electroactive membrane are to be acted upon) to obtain a desired or at least substantially corresponding pump position corresponding to the desired value. The respectively determined electrical potential is automatically generated by the pump control from the externally applied electrical potential. This is done, for example, by means of a controllable with a pulse width modulated signal electronic switch, for example, a transistor which is connected in a circuit with the electroactive membrane (or the electroactive membranes) that, when the switch is closed, the externally applied potential applied to the electroactive membrane , As a function of time, due to the pulse-width-modulated signal used to drive the switch, a potential is produced across the electroactive membrane (or the respective electroactive membrane), which leads to the desired deflection of the drive rod. The fundamental frequency of the pulse width modulated signal is chosen to be sufficiently high, for example not below 1 kHz, so that it is ensured that individual pulses of the pulse width modulated signal cause no change in the aspect of the electroactive membrane.
Mittels einer solchen Steuerungseinheit oder dergleichen wird bei einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens die erste elektroaktive Membran entsprechend einem vorgegebenen oder vorgebbaren ersten Spannungsprofil mit einem elektrischen Potential beaufschlagt und die zweite elektroaktive Membran entsprechend einem vorgegebenen oder vorgebbaren zweiten Spannungsprofil mit einem elektrischen Potential beaufschlagt. Durch die Vorgabe des ersten und/oder zweiten Spannungsprofils kann zum Beispiel die Dauer des ersten Teilhubs und/oder zweiten Teilhubs und damit insgesamt die Hubfrequenz, die Amplitude des ersten Teilhubs und/oder zweiten Teilhubs und damit insgesamt das Hubvolumen und/oder die zeitliche Änderung des Volumens der Pumpenkammer vorgegeben werden. Auf diese Weise sind die wesentlichen Parameter eines Pumpvorgangs einzeln oder in Kombination einstellbar.By means of such a control unit or the like, the first electroactive membrane is acted upon in accordance with a predetermined or predetermined first voltage profile with an electrical potential and applied to the second electroactive membrane according to a predetermined or predetermined second voltage profile with an electrical potential in a particular embodiment of the method. By specifying the first and / or second voltage profile, for example, the duration of the first partial lift and / or second partial stroke and thus the total stroke frequency, the amplitude of the first partial lift and / or second partial stroke and thus the total displacement and / or the temporal change the volume of the pump chamber can be specified. In this way, the essential parameters of a pumping operation can be set individually or in combination.
Bei einer speziellen Ausführungsform der Kammerpumpe greift die erste elektroaktive Membran vor der zweiten elektroaktiven Membran an der Treibstange an, nämlich ausgehend vom an der Kammermembran oder am Kolben angreifenden Ende der Treibstange vor der zweiten elektroaktiven Membran. Durch die Betrachtung der Angriffspunkte der beiden elektroaktiven Membranen ausgehend von dem genannten Ende der Treibstange wird eine Richtung definiert. Entlang dieser Richtung greift bei dieser speziellen Ausführungsform die erste elektroaktive Membran vor ihrem Angriffspunkt an der Treibstange an dem Pumpengehäuse oder dergleichen an und die zweite elektroaktive Membran greift in derselben Richtung hinter ihrem Angriffspunkt an der Treibstange an dem Pumpengehäuse oder dergleichen an. Dies ermöglicht eine kompakte Bauweise der Kammerpumpe.In a specific embodiment of the chamber pump, the first electroactive membrane engages in front of the second electroactive membrane on the drive rod, namely, starting from the attacking on the chamber membrane or on the piston end of the drive rod in front of the second electroactive membrane. By considering the points of application of the two electroactive membranes starting from said end of the drive rod, a direction is defined. Along this direction, in this particular embodiment, the first electroactive diaphragm acts against the drive rod on the pump housing or the like before its point of application, and the second electroactive diaphragm engages the drive rod on the pump housing or the like in the same direction behind its point of application. This allows a compact design of the chamber pump.
Bei einer weiteren und besonders bevorzugten Ausführungsform einer Kammerpumpe der hier und im Folgenden beschriebenen Art fungiert die elektroaktive Membran - oder bei einer Ausführungsform mit einer ersten und einer zweiten elektroaktiven Membran eine der beiden Membranen oder beide Membranen - als Sensor zum Erhalt einer Positionsinformation bezüglich einer Position der Kammermembran oder des Kolbens. Genauso wie eine elektroaktive Membran beim Anlegen eines elektrischen Potentials ihr Aspektverhältnis und insbesondere ihre Dicke ändert, ändert sich mit der Dickenänderung auch die zwischen zwei auf der Oberfläche der elektroaktiven Membran platzierten Elektroden messbare elektrische Kapazität. Ein solches Signal ist proportional zu einer jeweiligen Dicke der Membran und damit ebenfalls proportional zu einer jeweiligen wirksamen Länge der Membran. Die wirksame Länge der Membran ist wiederum proportional zur axialen Position der mittels der Membran beweglichen Treibstange, so dass die gemessene Kapazität ein Maß für die Lage der Treibstange und damit ein Maß für die Position der Kammermembran oder des Kolbens ist. Demgemäß liefert ein mittels einer Kapazitätsmessung erhältliches Signal eine Positionsinformation bezüglich der allgemein als Pumpenposition bezeichneten Position der Kammermembran oder des Kolbens. Eine solche Positionsinformation kann einerseits als Istwert für eine Position der Pumpe verwendet und zum Beispiel einem übergeordneten System zur Verfügung gestellt werden. Dieses verfügt damit über eine stets aktuelle Information bezüglich der Pumpenposition und diese kann zum Beispiel angezeigt werden. Die Positionsinformation kann aber auch mit einer erwarteten Pumpenposition verglichen werden und das Ergebnis des Vergleichs als Zustandsinformation ausgegeben werden oder ggf. eine Fehlermeldung erzeugt werden. Die Pumpenposition kann zusätzlich oder alternativ auch für eine Steuerung oder Regelung der Pumpe verwendet werden. Die Steuerung oder Regelung ist dann zum Beispiel in einer Steuerungseinheit der Pumpe oder einer Steuerungseinheit eines übergeordneten Systems implementiert. Bei einer solchen Steuerungseinheit vergleicht diese kontinuierlich einen jeweiligen Sollwert für die Position der Pumpe mit der die aktuelle Position der Pumpe repräsentierenden Positionsinformation (Istwert) und erzeugt in Abhängigkeit von einer eventuellen Abweichung zwischen Soll- und Istwert in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise eine Stellgröße zur Auslöschung der Regelabweichung oder zumindest zur Minimierung der Regelabweichung, nämlich eine Stellgröße, mittels derer das an der elektroaktiven Membran (oder einer elektroaktiven Membran oder beiden elektroaktiven Membranen) anliegende elektrische Potential angepasst wird.In a further and particularly preferred embodiment of a chamber pump of the type described here and in the following, the electroactive membrane - or in one embodiment with a first and a second electroactive membrane one of the two membranes or both membranes - acts as a sensor for obtaining positional information regarding a position the chamber membrane or the piston. Just as an electroactive membrane changes its aspect ratio and in particular its thickness when an electrical potential is applied, the change in thickness also changes the measurable electrical capacitance between two electrodes placed on the surface of the electroactive membrane. Such a signal is proportional to a respective thickness of the membrane and thus also proportional to a respective effective length of the membrane. The effective length of the membrane is in turn proportional to the axial position of the movable means of the membrane drive rod, so that the measured capacitance is a measure of the position of the drive rod and thus a measure of the position of the chamber membrane or the piston. Accordingly, a signal obtainable by means of a capacitance measurement provides position information regarding the position of the chamber membrane or the piston, generally referred to as the pump position. On the one hand, such position information can be used as an actual value for a position of the pump and made available, for example, to a higher-level system become. This thus has always up-to-date information regarding the pump position and this can be displayed, for example. However, the position information can also be compared with an expected pump position and output the result of the comparison as state information or possibly an error message can be generated. The pump position may additionally or alternatively also be used for a control or regulation of the pump. The control or regulation is then implemented, for example, in a control unit of the pump or a control unit of a higher-level system. In such a control unit, the latter continuously compares a respective desired value for the position of the pump with the position information (actual value) representing the current position of the pump and generates a manipulated variable in a generally known manner as a function of a possible deviation between setpoint and actual value to extinguish the control deviation or at least to minimize the control deviation, namely a manipulated variable, by means of which the applied to the electroactive membrane (or an electroactive membrane or both electroactive membranes) electrical potential is adjusted.
Bei einer besonderen Ausführungsform einer Kammerpumpe, die einerseits sowohl eine erste elektroaktive Membran für einen ersten Teilhub und eine zweite elektroaktive Membran für einen zweiten Teilhub umfasst und bei der andererseits mittels einer Messung an einer elektroaktiven Membran ein eine Positionsinformation kodierender Messwert erhältlich ist, ist vorgesehen, dass die erste elektroaktive Membran und die zweite elektroaktive Membran alternierend als Aktor und als Sensor fungieren. Dann wird zyklisch alternierend die erste und die zweite elektroaktive Membran mit einem elektrischen Potential beaufschlagt, um den ersten bzw. zweiten Teilhub zu erhalten. Wenn zum Beispiel die erste elektroaktive Membran mit einem elektrischen Potential beaufschlagt wird und dies zu einer Änderung (Zunahme) von deren wirksamer Länge führt, beeinflusst dies, insbesondere bei vorgespannten Membranen, auch das Aspektverhältnis der zweiten elektroaktiven Membran. Diese Änderung ist - wie oben beschrieben - messbar und zum Beispiel eine Kapazitätsmessung liefert eine Positionsinformation. Gleiches gilt entsprechend, wenn die zweite elektroaktive Membran mit einem elektrischen Potential beaufschlagt wird und demgemäß die Positionsinformation mittels einer Messung, insbesondere einer Kapazitätsmessung, bezüglich der ersten elektroaktiven Membran ermittelt wird. Die alternierende Verwendung einer der beiden Membranen entweder als Sensor oder als Aktor verhindert eine Verfälschung der Messung zur Ermittlung der Positionsinformation aufgrund eines anliegenden elektrischen Potentials und gewährleistet demgemäß besonders verlässliche Messwerte bezüglich der Positionsinformation.In a particular embodiment of a chamber pump which on the one hand comprises both a first electroactive membrane for a first partial stroke and a second electroactive membrane for a second partial stroke and on the other hand a measurement value which encodes positional information is obtainable by means of a measurement on an electroactive membrane, it is provided that that the first electroactive membrane and the second electroactive membrane act alternately as an actuator and as a sensor. Then, the first and second electroactive membrane is cyclically alternately applied to an electric potential to obtain the first and second partial lift. If, for example, the first electroactive membrane is subjected to an electrical potential and this leads to a change (increase) in its effective length, this also affects the aspect ratio of the second electroactive membrane, in particular in the case of prestressed membranes. This change is measurable as described above and, for example, a capacitance measurement provides position information. The same applies accordingly if the second electroactive membrane is subjected to an electrical potential and accordingly the Position information by means of a measurement, in particular a capacitance measurement, with respect to the first electroactive membrane is determined. The alternating use of one of the two membranes either as a sensor or as an actuator prevents a falsification of the measurement for determining the position information due to an applied electrical potential and accordingly ensures particularly reliable measured values with regard to the position information.
Das Verfahren sowie Ausführungsformen des Verfahrens und die davon umfassten Verfahrensschritte werden automatisch ausgeführt, also ohne einen Eingriff des Benutzers, also zum Beispiel eines Benutzers eines die Pumpe umfassenden Medizingeräts oder dergleichen. Die automatische Ausführung der Verfahrensschritte erfolgt unter Kontrolle einer Steuerungseinheit. Diese umfasst zum Beispiel eine Verarbeitungseinheit in Form von oder nach Art eines Mikroprozessors sowie einen Speicher. In den Speicher ist ein von der Verarbeitungseinheit ausführbares Steuerungsprogramm geladen oder ladbar, das beim Betrieb durch dessen Verarbeitungseinheit ausgeführt wird. Insoweit ist die Erfindung auch eine Pumpe mit einer Steuerungseinheit, wobei die Steuerungseinheit eine Implementation des hier und im Folgenden beschriebenen Verfahrens umfasst (zum Beispiel in Software), nach dem Verfahren arbeitet und dazu als Mittel zur Durchführung des Verfahrens zumindest eine Steuerungseinheit mit einer Implementation des Verfahrens umfasst. Die Implementation des Verfahrens ist bevorzugt in Software ausgeführt. Die Erfindung ist damit einerseits auch ein Computerprogramm mit durch einen Computer (die Steuerungseinheit bzw. deren Verarbeitungseinheit) ausführbaren Programmcodeanweisungen und andererseits ein Speichermedium mit einem derartigen Computerprogramm, also ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, sowie schließlich auch eine Steuerungseinheit, in deren Speicher als Mittel zur Durchführung des Verfahrens und seiner Ausgestaltungen ein solches Computerprogramm geladen oder ladbar ist.The method and embodiments of the method and the method steps included therein are carried out automatically, ie without intervention by the user, for example a user of a medical device comprising the pump or the like. The automatic execution of the method steps takes place under the control of a control unit. This includes, for example, a processing unit in the form of or in the manner of a microprocessor and a memory. A control program executable by the processing unit is loaded or loadable into the memory, which is executed during operation by its processing unit. In that regard, the invention is also a pump with a control unit, wherein the control unit comprises an implementation of the method described here and below (for example in software), operates according to the method and as a means for performing the method at least one control unit with an implementation of Includes method. The implementation of the method is preferably carried out in software. On the one hand, the invention is thus also a computer program with program code instructions executable by a computer (the control unit or its processing unit) and, on the other hand, a storage medium with such a computer program, ie a computer program product with program code means, and finally also a control unit, in its memory as a means for execution the method and its embodiments, such a computer program is loaded or loadable.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. Corresponding objects or elements are provided in all figures with the same reference numerals.
Das oder jedes Ausführungsbeispiel ist nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten und Kombinationen, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den im allgemeinen oder speziellen Beschreibungsteil beschriebenen sowie in den Ansprüchen und/oder der Zeichnung enthaltenen Merkmalen für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand führen.The or each embodiment is not to be understood as limiting the invention. Rather, in the context of the present disclosure, modifications and modifications are possible, in particular those variants and combinations, for example, by combination or modification of individual in combination with the described in the general or specific description part and in the claims and / or the drawings features for the Professional with regard to the solution of the task are removable and lead by combinable features to a new object.
Es zeigen:
- Figur 1
- eine Kammerpumpe mit einem Kurbeltrieb,
- Figur 2
- eine Kammerpumpe mit einem Schwingankerantrieb und einer Feder als Rückstellelement,
- Figur 3
- elektroaktive Folien und das Ergebnis eines daran angelegten elektrischen Potentials
- Figur 4
- eine Ausführungsform einer hier vorgeschlagenen Kammerpumpe am Ende eines Rückhubs (links) und am Ende eines Vorhubs (rechts),
- Figur 5
- eine spezielle Ausführungsform einer hier vorgeschlagenen Kammerpumpe,
- Figur 6
- und
- Figur 7
- Spannungsprofile zur Beaufschlagung einer elektroaktiven Membran zur Auslösung eines Rückhubs und eines Vorhubs,
- Figur 8
- und
- Figur 9
- unterschiedliche Volumina der Pumpenkammer der Kammerpumpe als Ergebnis verschiedener elektrischer Potentiale sowie
Figur 10- eine weitere spezielle Ausführungsform einer hier vorgeschlagenen Pumpenkammer, bei der elektroaktive Folien entweder als Aktor für eines Auslösung eines Rückhubs oder eines Vorhubs fungieren oder als Sensor zur Ermittlung einer Positionsinformation der Pumpe fungieren.
- FIG. 1
- a chamber pump with a crank mechanism,
- FIG. 2
- a chamber pump with a rocking armature drive and a spring as a restoring element,
- FIG. 3
- electroactive films and the result of an applied electrical potential
- FIG. 4
- An embodiment of a chamber pump proposed here at the end of a return stroke (left) and at the end of a forward stroke (right),
- FIG. 5
- a special embodiment of a chamber pump proposed here,
- FIG. 6
- and
- FIG. 7
- Voltage profiles for applying an electroactive membrane to trigger a return stroke and a forward stroke,
- FIG. 8
- and
- FIG. 9
- different volumes of the pump chamber of the chamber pump as a result of different electrical potentials as well
- FIG. 10
- a further specific embodiment of a pump chamber proposed here, in which act electroactive films either act as an actuator for triggering a return stroke or a Vorhubs or act as a sensor for determining a position information of the pump.
Die Darstellungen in
Der Pumpenzyklus ergibt sich im Betrieb der Pumpe 10 aufgrund eines jeweiligen Antriebs der Pumpe 10. Als Antrieb ist in
Aufgrund der axial oszillierenden Bewegung der Treibstange 24 wird die Kammermembran 14 zyklisch gespannt oder entspannt. Beim Rückhub der Treibstange 24 wird die Kammermembran 14 gespannt und es resultiert eine Vergrößerung des Volumens der Kammer 12. Beim Vorhub der Treibstange 24 wird die Kammermembran 24 entspannt und es resultiert eine Verringerung des Volumens der Kammer 12. Dies gilt für einen mittels der Treibstange 24 angetriebenen Kolben 34 (
Die Darstellung in
Elektroaktive Polymere und dielektrische Elastomere sind grundsätzlich an sich bekannt. Eine daraus gebildete Membran 40 - oder allgemein eine elektroaktive Membran 40 - verändert bekanntlich ihr Aspektverhältnis (Verhältnis von Dicke zu Fläche) in Abhängigkeit von einem angelegten elektrischen Potential. Zusätzlich oder alternativ ist eine solche Membran 40 auch hinsichtlich ihrer Elastizität einstellbar, so dass in Abhängigkeit von dem angelegten Potential eine steife und nicht oder nur wenig biegbare Membran oder eine elastische, biegbare Membran resultiert, wie dies zum Beispiel in der
Im oberen Bereich der Darstellung in
Die Beaufschlagung einer Membran 40 mit einem elektrischen Potential ist in der Darstellung in
Im unteren Bereich der Darstellung in
Anhand der unteren Darstellung in
Ausgehend von dem vorstehend anhand von
Die Darstellung in
Die Bewegung der Kammermembran 14 - oder alternativ die Bewegung eines Kolbens 34 (
Die oder jede Membran 40 greift zum einen an der Außenoberfläche der Treibstange 24 und zum anderen an einem Gehäuse der Pumpe 10 an. Bei einem an die oder jede Membran 40 angelegten elektrischen Potential (
Kurz gefasst kann der Bewegungsablauf der in
- Beim Vorhub zieht die oder jede Membran 40 die Treibstange 24 gegen die Rückstellkraft des Rückstellelements 28. Beim Rückhub ist aufgrund des an die oder jede Membran 40 angelegten elektrischen Potentials deren Länge und Elastizität erhöht, so dass die Wirkung der Rückstellkraft des Rückstellelements 28 überwiegt und entsprechend
das Rückstellelement 28 die Treibstange 24 in Richtung der Wirkung der Rückstellkraft auslenkt.
- During the preliminary stroke, the or each
diaphragm 40 pulls thedrive rod 24 against the restoring force of thereturn element 28. During the return stroke, due to the electrical potential applied to the or eachdiaphragm 40, its length and elasticity are increased so that the effect of the restoring force of thereturn element 28 predominates and correspondingly thereturn element 28 deflects thedrive rod 24 in the direction of the action of the restoring force.
Beim zyklischen Anlegen eines elektrischen Potentials an die oder jede Membran 40 resultiert eine entsprechende zyklische Bewegung der Treibstange 24 sowie eine damit einhergehende zyklische Bewegung der Kammermembran 14 oder eines Kolbens 34. Dies führt zu der an sich bekannten Pumpwirkung. Der resultierende Hub der Pumpe 10 ist der mit H bezeichnete Abstand zwischen den beiden parallelen Hilfslinien.When cyclically applying an electrical potential to the or each
Bei einer einzelnen Membran 40 in einem zum Beispiel zylindrischen Pumpengehäuse greift die Membran 40 zum einen an der Außenoberfläche der Treibstange 24 und zum anderen zum Beispiel an der Innenmantelfläche des Pumpengehäuses an. Die Verbindung der Membran 40 mit dem Pumpengehäuse kann dabei zum Beispiel hergestellt sein, indem die Membran 40 auf Seiten des Pumpengehäuses zwischen zwei Bauteilen des Pumpengehäuses entlang der Umfangslinie des Pumpengehäuses oder stückweise entlang dieser Umfangslinie durch Einklemmen fixiert ist. Alternativ kommt zum Beispiel ein Ankleben an die Innenmantelfläche des Pumpengehäuses in Betracht. Ganz ähnlich kann die Verbindung der Membran 40 mit der Treibstange 24 zum Beispiel hergestellt sein, indem die Membran 40 zwischen zwei Teilen der Treibstange 24 eingeklemmt ist oder indem die Membran 40 an der Treibstange 24 angeklebt ist.In a
Alternativ zu der in
Die Darstellung in
Für eine oszillierende Bewegung der Treibstange 24 und damit eine oszillierende Bewegung der Kammermembran 14 - oder eines Kolbens 34 - für den Pumpenbetrieb werden die oder jede Vorhubmembran 40 sowie die oder jede Rückhubmembran 40' alternierend mit einem elektrischen Potential beaufschlagt, so dass alternierend entweder die wirksame Länge der Vorhubmembran 40 erhöht ist (
Bisher ist die Erläuterung der hier vorgeschlagenen Neuerung auf Basis einer besonders einfachen Ansteuerung der oder jeder elektroaktiven Membran 40, 40' erfolgt. Dabei ist die jeweilige Membran 40 oder eine Membran 40, 40' entweder mit dem jeweiligen elektrischen Potential beaufschlagt oder nicht mit einem elektrischen Potential beaufschlagt. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, das aufgrund der jeweiligen elektrischen Energiequelle zur Verfügung stehende elektrische Potential gewissermaßen nur teilweise an einer elektroaktiven Membran 40, 40' anzulegen.So far, the explanation of the proposed innovation here on the basis of a particularly simple control of the or each
Für die in
Dabei ist vorteilhaft auch die Länge einer Zeiteinheit, also die Dauer eines Pumpenzyklus, genau einstellbar. Dazu wird auf die Darstellungen in
Obwohl in der Darstellung in
Die Darstellung in
Allgemein gilt, dass bei der in
Die Erläuterungen anhand von
Die Darstellung in
Die Darstellungen in
Die Darstellung in
Eine in diesem Sinne zumindest zeitweise als Sensor fungierende Membran 40, 40' ermöglicht die Erfassung des Bewegungsablaufs der Pumpe10 und ermöglicht mittels einer entsprechenden Regelung zum Beispiel Betriebsarten der Pumpe 10 mit konstanter Pumpfrequenz, konstantem Hub, konstanter Kraft, konstanter Volumenänderung der Pumpenkammer 12 über der Zeit. Darüber hinaus sind auch funktionale Kombinationen der vorstehend genannten Regelungsarten möglich.A
Einzelne im Vordergrund stehende Aspekte der hier eingereichten Beschreibung lassen sich damit kurz wie folgt zusammenfassen: Angegeben werden eine Kammerpumpe 10 und ein Verfahren zu deren Betrieb. Die Kammerpumpe 10 umfasst in an sich bekannter Art eine Pumpenkammer 12, eine Kammermembran 14 oder einen Kolben 34 als Mittel zum Verändern des Volumens der Pumpenkammer 12, sowie eine zum Verändern des Volumens der Pumpenkammer 12 an der Kammermembran 14 oder dem Kolben 34 angreifende und axial bewegliche Treibstange 24. Die hier vorgeschlagene Kammerpumpe 10 zeichnet sich dadurch aus, dass diese zumindest eine als Aktor zur Beeinflussung einer axialen Position der Treibstange 24 fungierende und einerseits an der Treibstange 24 sowie andererseits an einem Gehäuse der Pumpe 10 angreifende elektroaktive Membran 40, 40' umfasst und dass beim Betrieb der Kammerpumpe 10 die zumindest eine elektroaktive Membran 40, 40' zur Beeinflussung einer axialen Position der Treibstange 24 und zum Erhalt eines Rückhubs oder eines Vorhubs der Kammerpumpe 10 mit einem elektrischen Potential beaufschlagt wird.Individual aspects in the foreground of the description submitted here can thus be briefly summarized as follows: Specified are a
- 1010
- Pumpe / KammerpumpePump / chamber pump
- 1212
- Pumpenkammerpump chamber
- 1414
- Kammermembranchamber diaphragm
- 1616
- Gehäuseteilhousing part
- 18,2018.20
- VentilValve
- 2222
- Exzenterscheibeeccentric
- 2424
- Treibstangedriving rod
- 2626
- SpuleKitchen sink
- 2828
- Federelement, RückstellelementSpring element, return element
- 3030
- Ankeranchor
- 3232
- Führungguide
- 3434
- Kolbenpiston
- 36, 3836, 38
- (frei)(free)
- 40, 40'40, 40 '
- elektroaktive Membranelectroactive membrane
- 42, 4442, 44
- Leitung (zur Beaufschlagung einer elektroaktiven Membran mit einem elektrischen Potential)Line (for applying an electroactive membrane with an electrical potential)
- 46, 4846, 48
- Leitung (zur Kapazitätsmessung an einer elektroaktiven Membran)Line (for capacitance measurement on an electroactive membrane)
- 5050
- RückhubspannungsprofilRückhubspannungsprofil
- 5252
- VorhubspannungsprofilVorhubspannungsprofil
Claims (11)
einer Pumpenkammer (12),
einer Kammermembran (14) oder einem Kolben (34) als Mittel zum Verändern des Volumens der Pumpenkammer (12) sowie
einer zum Verändern des Volumens der Pumpenkammer (12) an der Kammermembran (14) oder dem Kolben (34) angreifenden und axial beweglichen Treibstange (24),
wobei als Aktor zur Beeinflussung einer axialen Position der Treibstange (24) zumindest eine an der Treibstange (24) angreifende elektroaktive Membran (40, 40') fungiert,
wobei mittels der zumindest einen als Aktor fungierenden elektroaktiven Membran (40, 40') eine Kraft zur Auslenkung der Treibstange (24) in einer ersten Richtung aufbringbar ist und die Kammerpumpe (10) ein Rückstellelement (28, 40') umfasst, mittels dessen eine Kraft zur Auslenkung der Treibstange (24) in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung aufbringbar ist
dadurch gekennzeichnet,
dass die zumindest eine einerseits an der Treibstange (24) angreifende elektroaktive Membran (40, 40') andererseits an einem Gehäuse der Pumpe (10) angreift,
dass zumindest eine weitere als Aktor fungierende elektroaktive Membran (40'), die einerseits an der Treibstange (24) und andererseits an einem Gehäuse der Pumpe (10) angreift, als Rückstellelement fungiert.Chamber pump (10) for use in a medical device or in a safety-related system, with
a pump chamber (12),
a chamber diaphragm (14) or a piston (34) as a means for changing the volume of the pump chamber (12) as well
a drive rod (24) engaging the chamber diaphragm (14) or the piston (34) to change the volume of the pump chamber (12);
wherein at least one electroactive membrane (40, 40 ') acting on the drive rod (24) acts as an actuator for influencing an axial position of the drive rod (24),
wherein by means of the at least one acting as an actuator electroactive membrane (40, 40 '), a force for deflecting the drive rod (24) in a first direction is applied and the chamber pump (10) comprises a return element (28, 40'), by means of which Force for deflecting the drive rod (24) in a direction opposite to the first direction second direction can be applied
characterized,
that the at least one one hand, to the drive rod (24) engaging electroactive diaphragm (40, 40 ') on the other hand engages a housing of the pump (10),
in that at least one further electroactive membrane (40 ') acting as an actuator, which acts on the drive rod (24) on the one hand and on a housing of the pump (10) on the other hand, acts as a return element.
mit zumindest einer ersten als Aktor fungierenden elektroaktiven Membran (40) und zumindest einer zweiten als Aktor fungierenden elektroaktiven Membran (40'), die jeweils einerseits an der Treibstange (24) und andererseits am Gehäuse der Kammerpumpe (10) angreifen und dafür bestimmt sind, in axialer Richtung der Treibstange (24) eine Kraft auf die Treibstange (24) auszuüben,
wobei die mittels der oder jeder ersten elektroaktiven Membran (40) auf die Treibstange (24) ausübbare Kraft antiparallel zu der mittels der oder jeder zweiten elektroaktiven Membran (40') auf die Treibstange (24) ausübbaren Kraft gerichtet ist.A chamber pump (10) according to claim 1,
with at least one first electroactive membrane (40) functioning as an actuator and at least one second electroactive membrane (40 ') acting as an actuator, which act on the drive rod (24) on the one hand and on the housing of the chamber pump (10) on the other hand, in the axial direction of the drive rod (24) exerting a force on the drive rod (24),
wherein the force exerted on the drive rod (24) by means of the or each first electroactive diaphragm (40) is directed anti-parallel to the force exerted on the drive rod (24) by means of the or each second electroactive diaphragm (40 ').
wobei die oder jede erste elektroaktive Membran (40) ausgehend vom an der Kammermembran (14) oder am Kolben (34) angreifenden Ende der Treibstange (24) vor der oder jeder zweiten elektroaktiven Membran (40') an der Treibstange (24) angreift,
wobei die oder jede erste elektroaktive Membran (40) in dieser Richtung vor ihrem Angriffspunkt an der Treibstange (24) an dem Pumpengehäuse angreift und
wobei die oder jede zweite elektroaktive Membran (40') in dieser Richtung hinter ihrem Angriffspunkt an der Treibstange (24) an dem Pumpengehäuse angreift.A chamber pump (10) according to claim 2,
the or each first electroactive membrane (40) engaging the drive rod (24) in front of the or each second electroactive membrane (40 ') from the end of the drive rod (24) engaging the chamber diaphragm (14) or piston (34),
wherein the or each first electroactive membrane (40) in this direction before its point of attack on the drive rod (24) engages the pump housing and
wherein the or each second electroactive membrane (40 ') in this direction behind its point of attack on the drive rod (24) engages the pump housing.
wobei die zumindest eine elektroaktive Membran (40, 40') als Sensor zum Erhalt einer Positionsinformation bezüglich einer Position der Kammermembran (14) oder des Kolbens (34) fungiert.A chamber pump (10) according to any one of the preceding claims,
wherein the at least one electroactive diaphragm (40, 40 ') functions as a sensor for obtaining positional information regarding a position of the chamber diaphragm (14) or the piston (34).
wobei die zumindest eine erste elektroaktive Membran (40) und die zumindest eine zweite elektroaktive Membran (40') alternierend als Aktor und als Sensor fungieren.A chamber pump (10) according to claim 4 and any one of claims 2 or 3,
wherein the at least one first electroactive membrane (40) and the at least one second electroactive membrane (40 ') act alternately as an actuator and as a sensor.
dadurch gekennzeichnet, dass
die zumindest eine elektroaktive Membran (40, 40') oder
die als Rückstellelement fungierende, zumindest ein weitere elektroaktive Membran (40, 40'),
zur Beeinflussung einer axialen Position der Treibstange (24) und zum Erhalt eines Rückhubs oder eines Vorhubs der Kammerpumpe (10) mit einem elektrischen Potential beaufschlagt wird.Method for operating a chamber pump (10) according to claim 1,
characterized in that
the at least one electroactive membrane (40, 40 ') or
the at least one further electroactive membrane (40, 40 ') acting as a return element,
for influencing an axial position of the drive rod (24) and for obtaining a return stroke or a Vorhubs the chamber pump (10) is acted upon by an electric potential.
wobei mittels zumindest einer elektroaktiven Membran (40, 40') in Form einer Kapazitätsmessung eine Positionsinformation bezüglich einer Position der Kammermembran (14) oder des Kolbens (34) ermittelt wird.Method according to one of claims 6 to 8,
wherein by means of at least one electroactive membrane (40, 40 ') in the form of a capacitance measurement position information with respect to a position of the chamber membrane (14) or the piston (34) is determined.
wobei die oder eine erste elektroaktive Membran (40) alternierend mit einem elektrischen Potential beaufschlagt wird oder zum Erhalt einer Positionsinformation deren Kapazität gemessen wird und/oder wobei die oder eine zweite elektroaktive Membran (40') alternierend mit einem elektrischen Potential beaufschlagt wird oder zum Erhalt einer Positionsinformation deren Kapazität gemessen wird.Method according to claims 6 to 8,
wherein the or a first electroactive membrane (40) is applied alternately with an electric potential or to obtain a position information whose capacity is measured and / or wherein the or a second electroactive membrane (40 ') is alternately applied to an electric potential or to obtain a position information whose capacity is measured.
wobei die Positionsinformation als Istwert für eine Regelung der Kammerpumpe (10) fungiert.Method according to claim 9 or 10,
wherein the position information acts as an actual value for a control of the chamber pump (10).
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