專利名稱：微型泵的制作方法
微型泵
背景技術(shù)：
廣泛流行在許多應(yīng)用中制造和使用微型泵。微型泵或者也稱為MEMS泵(“微型電子機械系統(tǒng)”)相對于常規(guī)的巨型泵尤其具有在其于便攜式設(shè)備中的可使用性方面或者通常在有限的結(jié)構(gòu)空間中可集成性方面的優(yōu)點。在此，尤其將結(jié)構(gòu)在至少一個維度上處于亞毫米區(qū)域內(nèi)的并且/或者用微系統(tǒng)技術(shù)的機構(gòu)制造的泵稱作微型泵。作為微型泵，例如公開了微型隔膜泵。其中重要的元件是泵腔，該泵腔在一側(cè)上由泵隔膜進(jìn)行限界。在泵工作時，所述泵隔膜振蕩并且引起腔容積的周期性的變化。此外，所述泵包括入口閥和出口閥，該入口閥和出口閥分別在泵周期的吸氣或者說壓縮步驟中打開或者說關(guān)閉并且允許有待泵出的介質(zhì)的定向輸送。在此，能夠通過外部的執(zhí)行器主動地關(guān)上所述入口閥和出口閥。這種泵由DE 10 2008 003 792 Al公開。在這種泵中已知，設(shè)置了外部的磁性執(zhí)行器。為此，將所述微型泵插入為此設(shè)置的接納裝置中，隨后調(diào)節(jié)所述執(zhí)行器，也就是將其置于特定的位置中并且固定在那里。在此， 能夠手動或自動例如馬達(dá)傳動地進(jìn)行這種調(diào)節(jié)。尤其必須非常精確地沿ζ軸線進(jìn)行定位， 因為泵隔膜的甚至最小的偏轉(zhuǎn)都會顯著降低壓縮比并且由此顯著降低泵出率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主題是泵，尤其微型泵，其包括泵腔，該泵腔與入口閥和出口閥進(jìn)行流體連接，其中至少部分地通過隔膜對所述泵腔限界，在該隔膜上固定執(zhí)行器。按本發(fā)明的微型泵提供了以下優(yōu)點，即執(zhí)行器已經(jīng)固定在隔膜上。已經(jīng)可以自動化地并且高精度地在微型泵的制造商那里實現(xiàn)執(zhí)行器與隔膜之間固定的連接，方法是將所述執(zhí)行器與隔膜進(jìn)行粘貼。由此在使用微型泵之前為最終用戶省去了微型泵相對于執(zhí)行器的麻煩的并且根本不能由最終用戶實施的調(diào)節(jié)。因為在作為具有隔膜的泵的泵單元和執(zhí)行器之間沿ζ方向的調(diào)節(jié)尤其必須高精度地實施，從而防止隔膜的破壞或毀壞?？梢园幢景l(fā)明顯著減少由調(diào)節(jié)引起的隔膜毀壞的危險。按本發(fā)明的微型泵的另一優(yōu)點在于相對于現(xiàn)有技術(shù)中的解決方案顯著增加的泵功率。所述執(zhí)行器可以通過與隔膜的固定連接不僅將拉力而且將壓力施加到隔膜上并且如此操作該隔膜或者說微型泵。由此，相對于僅僅松散抵靠的執(zhí)行器基本上將所述泵容積翻了一倍，因為所述執(zhí)行器不能再用拉力進(jìn)行工作。在實施方式的范圍內(nèi)，所述執(zhí)行器構(gòu)造成推桿的形式。由此能夠?qū)崿F(xiàn)確定的接觸點，在該接觸點上所述執(zhí)行器作用到隔膜上。此外，推桿狀的執(zhí)行器允許沿ζ方向非常確定的作用，使得推桿狀的執(zhí)行器允許微型泵的高精度的配量。在另一實施方式的范圍內(nèi)，所述執(zhí)行器可以磁性地或者壓電地工作。關(guān)于磁性的工作，尤其可以在使用永磁體作為執(zhí)行器例如執(zhí)行器推桿時將非常精確的拉力或者說壓力施加到隔膜上，由此能夠在可以非?？焖儆|發(fā)的泵循環(huán)中實現(xiàn)非常精確的配量。此外，可磁性工作的執(zhí)行器大多數(shù)具有縱向很高的剛性，這進(jìn)一步改善了用這種執(zhí)行器進(jìn)行配量的精
3度。在此，特別優(yōu)選的是，所述執(zhí)行器由鐵磁性的材料制成，尤其由鐵制成。此外，通過所述執(zhí)行器的壓電工作實現(xiàn)了非常精確的工作以及動態(tài)的泵循環(huán)。在沒有固定連接的執(zhí)行器中，吸氣過程尤其取決于隔膜的剛度。泵頻率由隔膜的彈性模量限制，因為吸氣過程的動態(tài)取決于隔膜的回復(fù)力。在按本發(fā)明的由隔膜和執(zhí)行器組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)中，可以通過磁性的工作獨立于隔膜的剛度或者說回復(fù)力控制所述吸氣過程并且由此顯著提高吸氣過程。在另一實施方式的范圍內(nèi)，所述微型泵具有保護裝置，該保護裝置包圍所述執(zhí)行器。由此，可靠地保護所述由執(zhí)行器和隔膜組成的脆弱的系統(tǒng)防止損壞。甚至在不希望地不精確地或者有誤差地將所述微型泵導(dǎo)入所述接納裝置中并且與執(zhí)行器接觸時，所述保護蓋獲取能量并且不允許所述接納裝置影響所述執(zhí)行器。在此特別優(yōu)選的是，所述保護裝置由合成材料構(gòu)成。通過該合成材料不是磁性的，可以毫無問題地在將微型泵插入接納裝置之后將所述保護蓋保留在執(zhí)行器和接納裝置之間。通過所述合成材料蓋不會妨礙或者干擾所述執(zhí)行器的例如磁性的工作。本發(fā)明還涉及一種泵裝置，尤其微型泵裝置，其包括接納裝置，按本發(fā)明的微型泵可以布置在該接納裝置中，其中該接納裝置具有機構(gòu)用于操作執(zhí)行器。剛好在按本發(fā)明的裝置中，執(zhí)行器與隔膜的按本發(fā)明的固定的連接強烈簡化了在最終用戶處的可使用性。在按本發(fā)明的裝置中，用戶只需將設(shè)有執(zhí)行器的微型泵置于一個位置中，使得其插入所述接納裝置中。然而這可以不用麻煩的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)。對于所述微型泵在特定的時間之后必須更換的情況來說，可以毫無問題地將其從接納裝置中取出，其中可以同時將新的微型泵簡單地插入所述接納裝置中。由于在通過最終用戶將微型泵導(dǎo)入接納裝置中時特別簡單的操作，這種泵和/或裝置還特別好地適用于一次性使用的物品。這種物品必須或者應(yīng)該在使用之后清除并且不再使用。這種物品也稱作“一次性用品”。在一種實施方式的范圍內(nèi)，所述泵裝置具有帶有可磁性工作的執(zhí)行器的泵，其中用于操作執(zhí)行器的機構(gòu)是電磁線圈。由此能夠特別快速地觸發(fā)所述執(zhí)行器，并且還可以非常精確地進(jìn)行配量。在另一實施方式的范圍內(nèi)，所述接納裝置具有導(dǎo)向件，以便對所述微型泵在插入到接納裝置中時進(jìn)行引導(dǎo)。由此還進(jìn)一步簡化了通過最終用戶進(jìn)行的操作。這樣還能夠進(jìn)一步避免隔膜的損壞。


按本發(fā)明的主題的其它優(yōu)點以及有利的實施方式通過附圖加以說明并且在下面的描述中進(jìn)行解釋。在此應(yīng)該注意，所述附圖只有所描述的特征并且不考慮以任何形式限制本發(fā)明。附圖中
圖1是按本發(fā)明的微型泵從上面看的示意性剖視圖； 圖2是按本發(fā)明的微型泵的側(cè)面的示意性剖視圖； 圖3是按本發(fā)明的微型泵裝置的側(cè)面的示意性剖視圖。
具體實施方式
圖1示出了按本發(fā)明的泵。該泵尤其是微型泵1，然而該泵也可以是巨型泵。然而下面以不受限制的方式為微型泵1描述本發(fā)明。該微型泵1例如可以用在健康護理中，例如尤其用在胰島素給藥的范圍內(nèi)。按本發(fā)明的微型泵1用于高精度地輸送或者說配量胰島素。然而除此之外，按本發(fā)明的微型泵1可以用在每個高精度輸送流體的領(lǐng)域中。所述微型泵1包括基體2，在該基體中加入微型泵1的不同的功能元件。在此，該基體2可以構(gòu)造成多層的。該基體2尤其可以具有一個或者多個載體層以及一個功能層3。 在圖1中尤其可以看到功能層3。在其后面或者說在其下面布置了第二載體層或者下面的載體層，相反所述第一載體層或者上面的載體層布置在功能層3上。因此，該功能層3例如可以夾心狀地嵌入兩個載體層之間。在此，該載體層可以包括含有硅的層，尤其硅層，例如硅晶片，或者也包括由硼硅玻璃制成的載體層。在所述功能層3中優(yōu)選加入功能元件?？梢愿鶕?jù)常規(guī)的方法例如微型結(jié)構(gòu)化來實現(xiàn)功能元件的加入，其中所述載體層能夠至少部分地封閉所述功能元件。作為功能元件，所述微型泵1包括泵腔4以及入口閥5和出口閥6。在此，所述泵腔4通過流體連接件7、8與入口閥5和出口閥6進(jìn)行流體連接。為了將有待輸送的流體尤其液體導(dǎo)向入口閥5，設(shè)置了至少一個流體管路，該流體管路與入口閥5以及有待輸送的流體例如儲藏容器連接。此外設(shè)置了液體輸出管路，該液體輸出管路與出口閥6連接。在此特別優(yōu)選的是，通向入口閥5的液體輸入管路和/或來自出口閥6的液體輸出管路垂直地通過所述上面的載體層進(jìn)行布置。為此，在該載體層中設(shè)置至少一個、優(yōu)選兩個流體通道。所述流體通道例如能夠通過鉆孔、蝕刻或者類似方式置入載體層中。在此，所述入口閥5可以包括至少一個螺旋彈簧9。優(yōu)選如此布置該螺旋彈簧9，即該螺旋彈簧確保了沿ζ方向溫和地掛起所述入口閥5的閥門柱塞10。在此，特別優(yōu)選用多個相互交錯的螺旋彈簧9進(jìn)行懸掛，從而能夠降低例如閥門柱塞10的不希望的材料應(yīng)力。 所述出口閥6同樣裝備有閥門柱塞11，其中在該閥門柱塞11中可以放棄螺旋彈簧。所述泵腔4在其底側(cè)上至少部分地通過隔膜12進(jìn)行限界。這意味著所述泵腔4 可以在其底側(cè)上完全由隔膜12限界，也就是該隔膜12構(gòu)成了所述泵腔4的底側(cè)。在這種情況下，不需要對泵腔4限界的載體層。作為替代方案，也可以由隔膜12對泵腔4的底側(cè)的僅僅一小部分限界。在這種情況下，可以通過基體2的載體層形成所述泵腔4的底側(cè)的一部分，在所述基體中流體密封地加入隔膜12。為了操作所述微型泵1，設(shè)置了至少一個執(zhí)行器13，該執(zhí)行器作用到隔膜12上。按本發(fā)明，該執(zhí)行器13固定地與隔膜12連接。圖2示出了具有固定在隔膜12上的執(zhí)行器13的微型泵1。在圖2中可以看到該微型泵1的基體2的功能層3。如參照圖1所描述的，在所述功能層3中布置功能元件，尤其是出口閥6、入口閥5以及泵腔4。在此，該泵腔4在底側(cè)用隔膜12封閉，其中在該隔膜 12上固定執(zhí)行器13。在此，所有功能元件，也就是出口閥6和入口閥5能夠在其底側(cè)上至少部分地分別由隔膜進(jìn)行封閉。無論如何，優(yōu)選為每個功能元件分配執(zhí)行器。因此，除了配屬于隔膜12的執(zhí)行器之外，還設(shè)置了兩個另外的執(zhí)行器14、15，這兩個執(zhí)行器能夠關(guān)上所述入口閥或者說出口閥5、6。特別優(yōu)選借助于至少一個執(zhí)行器15密封所述微型泵1的入口閥5。由此，所述輸送容積獨立于胰島素儲藏容器中的初壓。由此能夠?qū)崿F(xiàn)非常高的配量精度。此外，防止所輸送的配量的不希望的高效物質(zhì)流或者說回流，并且所述配量嚴(yán)格地與所謂的脈沖容積進(jìn)行耦合，也就是與相應(yīng)于泵沖擊尤其泵腔4的量進(jìn)行耦合。按本發(fā)明，所述執(zhí)行器13固定在隔膜12上，并且其它執(zhí)行器14、15固定在相應(yīng)的隔膜或者說閥門上。在此，例如能夠通過粘貼實現(xiàn)執(zhí)行器13和隔膜12或者說執(zhí)行器14、15 和相應(yīng)的隔膜的固定連接。然而對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說已知的每種類型的固定連接都是可以的。在此，還可以優(yōu)選直接在制造中通過制造商實現(xiàn)這種固定的連接。由此能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的連接，需要這種連接使得隔膜12例如在粘貼時不會被執(zhí)行器13的太高的壓力所破壞或者毀壞。同樣地適用于具有相應(yīng)于其的隔膜的執(zhí)行器14、15。由此取消了沿ζ方向麻煩的調(diào)節(jié)。優(yōu)選所述執(zhí)行器13、14、15構(gòu)造成推桿的形式。在這種情況下，所述執(zhí)行器例如可以很好地用作磁性的執(zhí)行器，如參照圖3所解釋的那樣。為了在使用按本發(fā)明的微型泵1時不會通過執(zhí)行器13的強烈運動損壞敏感的隔膜12，在實施方式中設(shè)置了至少一個保護裝置16，該保護裝置包圍執(zhí)行器13。在設(shè)置其它執(zhí)行器14、15時，必要時設(shè)置其它保護相應(yīng)的執(zhí)行器14、15的保護裝置。在此，所述保護裝置16要么可以構(gòu)造成保護蓋，該保護蓋配屬于執(zhí)行器并且僅僅包圍該執(zhí)行器。然而有利的是，所述保護裝置16構(gòu)造成一體的并且具有用于每個執(zhí)行器13、14、15的插口空間，如在圖 2中所示。以這種方式不僅保護所述執(zhí)行器13、14、15。更確切地說，也保護所述隔膜12防止直接的損壞。此外，微型泵1的這種保護裝置16給予了進(jìn)一步的穩(wěn)定性，這也使得所述微型泵1完全不容易受到損壞。優(yōu)選所述保護裝置16固定地與功能層3或者說與位于其下面的載體層進(jìn)行連接。按本發(fā)明的微型泵1如下進(jìn)行工作。在泵沖擊之前，作用到出口閥6上的執(zhí)行器 14釋放該出口閥，從而能夠打開該閥門6?，F(xiàn)在例如可以通過經(jīng)由流體施加到閥門上的過壓打開所述出口閥6的開口，使得液體能夠從微型泵1流入出口通道中用于所希望的給藥。下面形成流體的過壓。為此，操作配屬于泵腔4的執(zhí)行器13，也就是沿著所述泵腔 4的內(nèi)容積的方向移動，由此將所述泵腔4的隔膜12壓入所述泵腔4的內(nèi)部。以這種方式能夠?qū)㈩A(yù)先確定的容積、脈沖容積從泵腔4中通過出口閥6發(fā)出。現(xiàn)在可以為了精確地發(fā)出所述脈沖容積，通過配屬于出口閥6的執(zhí)行器14固定地關(guān)閉所述出口閥6。同時或者短時間之后操作所述配屬于入口閥5的執(zhí)行器15，由此開啟入口閥。如果現(xiàn)在所述配屬于泵腔4的執(zhí)行器13置于其靜止位置中或者還進(jìn)一步偏置，那么在所述泵腔4中形成低壓并且由此形成用于其它脈沖容積的空間。該脈沖容積通過入口閥5的打開輸入泵腔4中。隨后，配屬于入口閥5的執(zhí)行器15置于其靜止位置中，由此關(guān)閉該入口閥5。隨后可以進(jìn)行另一個泵循環(huán)。圖3示出了具有按本發(fā)明的微型泵1的泵裝置17。該泵裝置17包括接納裝置18， 微型泵1可以布置在該接納裝置中。在此，所述微型泵1尤其能夠可逆地與接納裝置18進(jìn)行連接或者說能夠可松開地固定在該接納裝置上。在此，該接納裝置18能夠用作用于微型泵1的定子并且還引起執(zhí)行器13、14、15的工作。所述接納裝置18尤其具有用于優(yōu)選多個執(zhí)行器13、14、15的插口區(qū)域。通過所述微型泵1的按本發(fā)明的設(shè)計方案，該微型泵也可以由最終用戶簡單地插入所述接納裝置18中。為此，只需將所述執(zhí)行器13、14、15導(dǎo)入所述插口區(qū)域中。甚至在不精確導(dǎo)入時，通過優(yōu)選設(shè)置的保護裝置16不會出現(xiàn)損壞所述隔膜12 或者其它隔膜的危險。在此，還可以設(shè)置導(dǎo)向件，使得按本發(fā)明的微型泵1導(dǎo)入接納裝置18中的過程得到簡化。所述導(dǎo)向件能夠在其會破壞或者毀壞布置在執(zhí)行器上的隔膜例如隔膜12之前進(jìn)行粗調(diào)并且承受在導(dǎo)入時出現(xiàn)的剪切力。所述調(diào)節(jié)導(dǎo)向件或者替代的其它調(diào)節(jié)導(dǎo)向件還可以使得所述入口閥或出口閥5、6的調(diào)節(jié)或者說入口或出口流體管路通向其它組件的相應(yīng)的流體接口的調(diào)節(jié)變得簡單。優(yōu)選所述微型泵1連同有待輸送的流體例如胰島素儲備、尤其連同注射針或者微型針列固定在裝置中。按本發(fā)明，所述執(zhí)行器13、14、15不接觸所述接納裝置18的插口區(qū)域的壁，所述插口區(qū)域能夠與所述執(zhí)行器13、14、15或者說與保護裝置16之間具有一定的距離。以這種方式為脆弱的系統(tǒng)形成較小的損壞危險。甚至在微型泵1必須在特定的工作期限之后進(jìn)行更換時，可以非常簡單地進(jìn)行替換。在此，也可以由最終用戶毫無問題地除去有缺陷的微型泵1，隨后將新的微型泵1插入接納裝置18中。這是特別有利的，因為所述微型泵1可以設(shè)計成所謂的“彈藥筒系統(tǒng)”中的一次性用品。這意味著最終用戶能夠獨立于所述接納裝置18買到所述微型泵1并且能夠在使用之前簡單地插入所述接納裝置18中。對于所述執(zhí)行器13、14、15是磁性執(zhí)行器的優(yōu)選情況來說，所述接納裝置18優(yōu)選包括電磁線圈或者說有利地為每個執(zhí)行器13、14、15具有一個電磁線圈。所述線圈產(chǎn)生電磁場，用該電磁場能夠使所述執(zhí)行器13、14、15運動或者說操作所述執(zhí)行器13、14、15。因此，所述執(zhí)行器13、14、15優(yōu)選是永磁體并且由相應(yīng)鐵磁性的材料制成，例如鐵、鈷、鎳、鐵酸鹽或者鐵磁性合金。在該實施例中特別有利的是，所述保護裝置16由合成材料制成。以這種方式，所述保護裝置例如不會干擾磁性工作，因為鐵磁場會穿過這種合成材料裝置16。因此，所述保護裝置16也可以在使用裝置17時毫無問題地留在該裝置中，從而確保特別簡單地連接所述裝置17。
權(quán)利要求
1.泵，尤其微型泵(1)，包括泵腔(4)，該泵腔與入口閥(5 )和出口閥(6 )進(jìn)行流體連接， 其中所述泵腔(4)至少部分地由隔膜(12)限界，在該隔膜上固定著執(zhí)行器(13)。
2.按權(quán)利要求1所述的泵，其特征在于，所述執(zhí)行器(13)與所述隔膜(12)粘貼。
3.按權(quán)利要求1或2所述的泵，其特征在于，所述執(zhí)行器(13)構(gòu)造成推桿的形式。
4.按權(quán)利要求1到3中任一項所述的泵，其特征在于，所述執(zhí)行器(13)能夠磁性或者壓電地工作。
5.按權(quán)利要求4所述的泵，其特征在于，所述執(zhí)行器(13)由鐵磁性的材料制成，尤其由鐵制成。
6.按權(quán)利要求1到5中任一項所述的泵，其特征在于，所述泵具有保護裝置(16)，該保護裝置包圍所述執(zhí)行器(13)。
7.按權(quán)利要求6所述的泵，其特征在于，所述保護裝置(16)由合成材料制成。
8.泵裝置，尤其微型泵裝置，包括接納裝置(18)，按權(quán)利要求1到6中任一項所述的泵能夠布置在該接納裝置中，其中該接納裝置(18 )具有機構(gòu)用于操作所述執(zhí)行器(13)。
9.按權(quán)利要求8所述的泵裝置，其特征在于，所述泵裝置(17)包括按權(quán)利要求3所述的泵，其中用于操作執(zhí)行器(13)的機構(gòu)是電磁線圈。
10.按權(quán)利要求8或9所述的泵裝置，其特征在于，所述接納裝置(18)具有導(dǎo)向件以用于對所述泵在插入到接納裝置(18)中時進(jìn)行引導(dǎo)。
11.按本發(fā)明的泵和/或裝置作為一次性使用的物品的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微型泵，泵尤其微型泵(1)包括泵腔(4)，該泵腔與入口閥(5)和出口閥(6)進(jìn)行流體連接，其中所述泵腔(4)至少部分地由隔膜(12)限界，在該隔膜上固定著執(zhí)行器(13)。
文檔編號F04B43/04GK102269150SQ20111014411
公開日2011年12月7日 申請日期2011年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月1日
發(fā)明者C.多雷爾, G.默爾施, J.魯普, K.特費倫, M.施密特, P.羅特歇爾, T.皮爾克 申請人:羅伯特·博世有限公司