包括安全閥布置的泵布置結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種包括具有泵入口（22）和泵出口（24）的微流體泵（20）的泵布置結(jié)構(gòu)，被配置為從泵入口向泵出口泵送流體，其中，泵入口（22）和泵布置結(jié)構(gòu)的入口（46）流體方式連接。泵布置結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括具有第一安全閥（40）的安全閥布置，第一安全閥（40）布置在泵出口（24）和泵布置結(jié)構(gòu)的出口（48）之間，并且包括第一閥座（42）和第一閥蓋（44）。流體方式連接的泵布置結(jié)構(gòu)的出口（48）和第一流體區(qū)（50）形成在泵布置結(jié)構(gòu)的第一部分（10）中，其中，第一閥蓋（44）形成在泵布置結(jié)構(gòu)的第二集成部分（12）中，并且其中，第一閥座（42）、泵出口（24）、和泵入口（22）在泵布置結(jié)構(gòu)的第三集成部分（14）的第二表面中被圖案化。第二集成部分（12）布置在泵布置結(jié)構(gòu)的第一集成部分（14）和第三部分（10）之間，其中，第一流體區(qū)（50）與第一閥蓋（44）相鄰，并且其中，第一流體區(qū)（50）中的壓力對(duì)第一安全閥（40）有閉合效果。
【專利說(shuō)明】包括安全閥布置的泵布置結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明實(shí)施方式涉及泵布置結(jié)構(gòu)，具體地，涉及包括微流體泵和微流體泵的泵出口處的安全閥布置的泵布置結(jié)構(gòu)。安全閥布置可以包括用于在后向方向(相對(duì)于微流體泵的流體泵送方向)的自由流動(dòng)保護(hù)的第一安全閥，還附加地包括用于在微流體泵的前向方向的自由流動(dòng)保護(hù)的附加第二安全閥。

【背景技術(shù)】
[0002]已知的微型泵的問(wèn)題在于，當(dāng)向微型泵的入口或出口施加過(guò)壓或正壓且不向微型泵施加工作電壓時(shí)，可能會(huì)發(fā)生通過(guò)微型泵的自由流動(dòng)。為了避免通過(guò)微型泵的不受控制的流動(dòng)，可以在微型泵的入口和出口分別地布置止回閥。然而，在相對(duì)于微型泵的泵送方向的后向方向尤其需要緊湊泵布置結(jié)構(gòu)的具體應(yīng)用中，例如，在(植入式)藥物輸送系統(tǒng)或用于輪胎的微型泵中，液體的后向自由流動(dòng)或泄漏必須非常低，例如，0.1 μ I/小時(shí)。然而，這難以利用傳統(tǒng)的硅止回閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0003]此外，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的微型泵布置結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)還在于，需要單獨(dú)的部件，這轉(zhuǎn)而導(dǎo)致了空間和成本需求的增加。另外，傳統(tǒng)泵布置結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出相對(duì)大的死區(qū)容積，其中，再次需要流體配件。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]因此，需要一種泵布置結(jié)構(gòu)，其中，可以在微型泵的非有效狀態(tài)下，可靠地防止后向方向(相對(duì)于泵送方向)或兩個(gè)方向的不期望的自由流動(dòng)，該結(jié)構(gòu)包括廉價(jià)的設(shè)計(jì)或安裝，并提供了小的死區(qū)容積。
[0005]該目標(biāo)是通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1的泵布置結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。在從屬權(quán)利要求中限定了該泵布置結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步的發(fā)明實(shí)現(xiàn)方式。
[0006]一種包括微流體泵的泵布置結(jié)構(gòu)，該微流體泵具有泵入口和泵出口，該泵布置結(jié)構(gòu)被配置為從泵入口向泵出口泵送流體，其中，泵入口和泵布置結(jié)構(gòu)的入口流體方式連接。泵布置結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括具有第一安全閥的安全閥布置，第一安全閥布置在泵出口和泵布置結(jié)構(gòu)的出口之間，并且包括第一閥座和第一閥蓋。流體方式連接的泵布置結(jié)構(gòu)的出口和第一流體區(qū)形成在泵布置結(jié)構(gòu)的第一部分中，其中，第一閥蓋形成在泵布置結(jié)構(gòu)的第二集成部分中，并且其中，第一閥座、泵出口、和泵入口在泵布置結(jié)構(gòu)的第三集成部分的第二表面中被圖案化。第二集成部分布置在泵布置結(jié)構(gòu)的第一集成部分和第三部分之間，其中，第一流體區(qū)與第一閥蓋相鄰，并且其中，第一流體區(qū)中的壓力對(duì)第一安全閥有閉合效果。
[0007]此外，安全閥布置可以包括第二安全閥，其中，第二安全閥布置在泵出口的下游，并且包括第二閥座和第二閥蓋。第二閥座在泵布置結(jié)構(gòu)的第三集成部分的第二表面中被圖案化，其中，第二閥蓋形成在泵布置結(jié)構(gòu)的第二集成部分中，并且其中，流體方式連接的泵布置結(jié)構(gòu)的入口和第二流體區(qū)進(jìn)一步形成在泵布置結(jié)構(gòu)的第一部分中，以及其中，第二流體區(qū)與第二閥蓋相鄰，并且其中，第二流體區(qū)中的壓力對(duì)第二安全閥有閉合效果。
[0008]根據(jù)本發(fā)明泵布置結(jié)構(gòu)的實(shí)施方式，安全閥布置直接集成到微流體泵。安全閥布置包括用于后向方向(相對(duì)于微流體泵的泵送或流體流動(dòng)方向)的第一安全閥以及可選地用于微流體泵的前向方向的第二安全閥。
[0009]為了允許廉價(jià)泵布置結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出小的死區(qū)容積，用于后向方向的第一(后向)安全閥的閥座、泵出口、和泵入口在微流體泵布置結(jié)構(gòu)的集成部分的表面中被圖案化。此外，在用于前向方向的第二 (前向)安全閥的實(shí)現(xiàn)方式的可選情況中，第二安全閥的閥座也可以在微流體泵布置結(jié)構(gòu)的集成部分的同一表面中被圖案化。由于微流體泵的出口和第一安全閥的閥座以及(可選的)第二安全閥的閥座形成在集成部分的同一表面中的事實(shí)，第一安全閥的閥座以及可選地布置的第二安全閥的閥座可以直接形成在微流體泵的出口，從而實(shí)現(xiàn)所得到的微流體泵布置結(jié)構(gòu)的小的死區(qū)容積和廉價(jià)設(shè)計(jì)。
[0010]在本發(fā)明的實(shí)施方式中，泵入口額外地在同一表面中被圖案化。此外，泵出口還可以在同一表面中被圖案化并且流體方式連接至支持對(duì)第一安全閥的閉合效果的泵布置結(jié)構(gòu)的第一流體區(qū)。
[0011]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式，安全閥布置結(jié)構(gòu)被實(shí)現(xiàn)為用于微流體泵的后向方向和前向方向的雙安全閥，其中，雙安全閥布置在微流體泵的出口的下游位置。
[0012]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式，第一和第二安全閥的相應(yīng)閥蓋可以例如以(例如，相接的)硅膠膜片的形式由相同的密封件或墊圈形成。更具體地，可以通過(guò)除了第一安全閥的“U”形轉(zhuǎn)彎以外還在第三集成部分(例如，圖案化硅層/芯片)內(nèi)部布置另一“U”形轉(zhuǎn)彎，將相同墊圈或密封元件用于兩個(gè)安全閥。換句話說(shuō)，第一和第二安全閥的兩個(gè)U形轉(zhuǎn)彎可以繞同一硅芯片合攏?；谠搶?shí)現(xiàn)方式，可以在微流體泵的出口的下游實(shí)現(xiàn)“雙”安全閥布置，而不需要額外的芯片尺寸、額外的處理步驟、和/或不需要額外的夾持部分。
[0013]由于第一和第二安全閥的閥座可以通過(guò)硅膠膜片形式的連續(xù)墊圈形成，可以使得所謂的軟硬密封(即，抵接硬硅芯片的軟硅膠膜片)流體方式嚴(yán)密，以實(shí)現(xiàn)后向方向的硬泄漏規(guī)格。因此，具有特定安全閥布置的本發(fā)明的泵布置結(jié)構(gòu)尤其適用于例如用于“植入式”藥物輸送系統(tǒng)、輪胎的微型泵等的至少在后向方向(或者在兩個(gè)方向)需要流體方式捆綁泵的所有技術(shù)應(yīng)用。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]隨后將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，在附圖中:
[0015]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的泵布置結(jié)構(gòu)的示意橫截面圖；
[0016]圖2示出根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施方式的泵布置結(jié)構(gòu)的示意橫截面圖；
[0017]圖3a至圖3g示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的可選的密封元件和可選的加固元件(stiffing element);以及
[0018]在使用附圖更詳細(xì)地討論本發(fā)明之前，需要指出，在附圖中，相同元件或者具有相同功能或相同效果的元件設(shè)置有相同的參考標(biāo)號(hào)，使得在不同實(shí)施方式中說(shuō)明的具有相同參考標(biāo)號(hào)的這些元件以及其功能的描述是可以互換的，并且可以在不同實(shí)施方式中應(yīng)用于彼此。

【具體實(shí)施方式】
[0019]如圖1所示，將描述具有微流體泵和安全閥布置的微流體泵布置結(jié)構(gòu)，其中，微流體泵由包括被動(dòng)式止回閥的微隔膜泵實(shí)現(xiàn)。
[0020]微流體泵布置結(jié)構(gòu)I可以包括一個(gè)布置在另一個(gè)上面并且彼此(順序地)附接的五個(gè)圖案化層10、12、14、16、18。該圖案化層的堆疊被順序地稱為第一層10、第二層12、第三層14、第四層16、和第五層18。相對(duì)于圖1中的投影面，第一層10具有第一(頂)面和第二(底)面。第二層12具有第一(頂)面和第二(底)面。第三層14具有第一(頂)面和第二(底)面。第四層16具有第一(頂)面和第二 (底)面。第五層18具有第一(頂)面和第二 (底)面。根據(jù)實(shí)施方式，第一層20的第一面機(jī)械地連接至第二層12的第二面。第二層12的第一面機(jī)械地連接至第三層14的第二面。第三層14的第一面機(jī)械地連接至第四層16的第二面。第四層16的第一面機(jī)械地連接至第五層18的第二面。
[0021]圖1中示出的微流體泵布置結(jié)構(gòu)包括隔膜泵20，隔膜泵包括泵入口 22和泵出口24。泵入口 22和泵出口 24在第三層14的第二(底)面中被圖案化。隔膜泵20在泵入口22處包括被動(dòng)式止回閥，該被動(dòng)式止回閥包括閥座26和閥瓣28。閥座26在第三層14的第一(頂)面中被圖案化，并且閥瓣28在第四層16中被圖案化。另外，微流體泵20在泵出口 24包括被動(dòng)式止回閥，該被動(dòng)式止回閥包括閥座30和閥瓣32。閥座30在第四層16中被圖案化，閥瓣32在第三層14的第一(頂)面中被圖案化。
[0022]此外，隔膜泵20包括在第五部分18中被圖案化的泵膜片34。壓電陶瓷元件36附至泵膜片34，使得通過(guò)致動(dòng)壓電陶瓷元件36，可以改變隔膜泵20的泵室38的容積。為此，設(shè)置了適當(dāng)裝置(未示出)，用于向接合到泵膜片34的壓電陶瓷元件36提供電壓以及將該泵膜片從圖1中示出的位置偏轉(zhuǎn)到泵室38的容積減小的位置。
[0023]此外，圖1中示出的泵布置結(jié)構(gòu)包括具有泵出口 24處(S卩，泵出口 24的下游)的第一安全閥40的安全閥布置結(jié)構(gòu)。第一安全閥40包括安全閥座42和安全閥瓣44。安全閥座42在第三層14的底面中被圖案化。安全閥瓣44由與安全閥座42相對(duì)的第二層12的部分形成。第三層14包括凹槽62，其與其底面中的第二層限定了閥室。
[0024]圖1中示出的泵布置結(jié)構(gòu)包括泵布置結(jié)構(gòu)入口 46和泵布置結(jié)構(gòu)出口 48。泵布置結(jié)構(gòu)出口 48流體方式連接至第一流體區(qū)50。泵布置結(jié)構(gòu)入口 46、泵布置結(jié)構(gòu)出口 48、和第一流體區(qū)50在第一層10中被圖案化。第一流體區(qū)50因此毗鄰第二層12的底部，使得流體區(qū)30中的壓力P5tl對(duì)第一安全閥40有閉合效果。泵布置結(jié)構(gòu)入口 46經(jīng)由第二層12中的第一開口 52流體方式連接至泵入口 22。第一安全閥40流體方式連接至流通通道56，該流體通道56轉(zhuǎn)而經(jīng)由第二層12中的第二開口 54流體方式連接至出口 48。在所示出的實(shí)施方式中，通過(guò)第三層14和第四層16中的相應(yīng)圖案形成流體通道56。安全閥的出口在第三層14的頂面中被圖案化。
[0025]泵布置結(jié)構(gòu)入口 46和泵布置結(jié)構(gòu)出口 48可以設(shè)置有適當(dāng)?shù)牧黧w連接器，其允許連接其他的流體結(jié)構(gòu)，例如，諸如用于連接管等的所謂的魯爾(Luer)連接器。
[0026]總之，圖1的泵布置結(jié)構(gòu)包括具有泵入口 22和泵出口 24的微流體泵20，其中，微流體泵20被配置為將流體F從泵入口泵送(在前向或泵送方向上)到泵出口 24，其中，泵布置結(jié)構(gòu)的泵入口 22和入口 46流體方式連接。具有第一閥40的安全閥布置安排在泵出口24的下游，即，在泵布置結(jié)構(gòu)的出口 48和泵出口 24之間。第一安全閥40包括第一閥座42和第一閥蓋44。第一閥座42、泵出口 48、和泵入口 22在泵布置結(jié)構(gòu)I的第三集成部分14的第二面中被圖案化。第一閥蓋44形成在泵布置結(jié)構(gòu)I的第二集成部分12中。流體方式連接的泵布置結(jié)構(gòu)的出口 46和第一流體區(qū)50形成在泵布置結(jié)構(gòu)I的第一部分10中。此夕卜，第二集成部分12布置在泵布置結(jié)構(gòu)的第三集成部分14和第一部分10之間，使得第一流體區(qū)50形成為與第一閥蓋44相鄰。在基本或初始狀態(tài)下，即，在第一閥蓋的非偏轉(zhuǎn)或關(guān)閉狀態(tài)下，第一閥蓋抵接第一閥座。由于第一流體區(qū)與第一閥蓋相鄰，(從外部)向泵布置結(jié)構(gòu)施加例如背壓的壓力P5tl，支持第一安全閥40的閉合效果。
[0027]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的泵布置結(jié)構(gòu)的示意橫截面圖。
[0028]圖2的微流體泵布置結(jié)構(gòu)2可以包括一個(gè)布置在另一個(gè)上面并且彼此(順序地)附接的五個(gè)圖案化層10、12、14、16、18 (已經(jīng)在圖1中示出)。
[0029]圖2中示出的微流體泵布置結(jié)構(gòu)2也包括具有泵入口 22和泵出口 24的隔膜泵20。泵入口 22和泵出口 24在第三層14的第二(底)面中被圖案化。隔膜泵20在泵入口22處包括被動(dòng)式止回閥，該被動(dòng)式止回閥包括閥座26和閥瓣28。閥座26在第三層14的第一(頂)面中被圖案化，并且閥瓣28在第四層16中被圖案化。另外，微流體泵20在泵出口 24處包括被動(dòng)式止回閥，該被動(dòng)式止回閥包括閥座30和閥瓣32。閥座30在第四層16中被圖案化，并且閥瓣32在第三層14的第一(頂)面中被圖案化。
[0030]此外，隔膜泵20包括在第五部分18中被圖案化的泵膜片34。壓電陶瓷元件36附至泵膜片34，使得通過(guò)致動(dòng)壓電陶瓷元件36，可以改變隔膜泵20的泵室38的容積。為此，設(shè)置了適當(dāng)?shù)难b置(未示出)，用于向接合到泵膜片34的壓電陶瓷元件36提供電壓以及將該泵膜片從圖1中示出的位置偏轉(zhuǎn)到泵室38的容積減小的位置。
[0031]在下文中，描述了可以可選地添加到圖1的微型泵布置結(jié)構(gòu)I的額外結(jié)構(gòu)化元件。
[0032]此外，圖1中示意性示出了可選的密封元件11。設(shè)置了該可選的密封元件11來(lái)獲得彼此相鄰的微型泵布置結(jié)構(gòu)I的內(nèi)部區(qū)域之間或者微型泵布置結(jié)構(gòu)I的內(nèi)部區(qū)域和環(huán)境之間的增大的流體氣密性和密封性。為此，例如在泵布置結(jié)構(gòu)I的室形成內(nèi)壁區(qū)域或外壁區(qū)域設(shè)置了可選的密封元件11。
[0033]為了更詳細(xì)地說(shuō)明可選的密封元件11及其功能的實(shí)現(xiàn)，以下將參照附圖3a至圖3f及相關(guān)描述。
[0034]圖1進(jìn)一步示出了針對(duì)例如實(shí)現(xiàn)為硅膠膜44的第二層12的防抖元件43。例如，(結(jié)構(gòu)化的)金屬膜或金屬層可以插入或嵌入(成型到)硅膠膜12的硅膠材料中，其中，相比于層12或硅膠膜的硅膠材料，金屬膜43具有更高的剛性和穩(wěn)定性，用于為第二層12或第二層12的至少一部分提供硬化效果。
[0035]另外，圖1示出了可選的偏置元件45，例如，其被實(shí)施用于在閥座42的方向上在第一流體區(qū)50的區(qū)域中偏置第二層12的一部分。
[0036]設(shè)置了額外的可選偏置元件45，以增大第一安全閥40在流體路徑中相對(duì)高壓(例如，0.5至2Bar或以上)以及相對(duì)低壓(例如，0.1至2mBar)的氣密性。通過(guò)可選的偏置元件45，可以獲得層12的輕微向上偏置，即，在到閥座42的方向。在圖1中，層12的示例性向上偏置用虛線示出。例如，額外的偏置元件45可以實(shí)現(xiàn)為在第一層10的柱的形狀。為此，偏置元件45可以與第一層10整體地實(shí)現(xiàn)?？蛇x地，可選的偏置元件45還可以實(shí)現(xiàn)為彈簧、硬性托等，以建立與閥蓋44的硅膠材料的點(diǎn)狀、線狀、或平面接觸，以及在閥座42的方向偏置閥蓋。
[0037]此外，圖2中示出的泵布置結(jié)構(gòu)2包括在泵出口 24下游的第一安全閥40和第二安全閥140的安全閥布置。第一安全閥40包括第一安全閥座42和第一安全閥瓣44。安全閥座42在第三層14的底面中被圖案化。由與第一安全閥座42相對(duì)的第二層12的一部分形成第一安全閥瓣44。第三層14包括與在其底面的第二層12限定了閥室的凹槽62。如圖2所示，第二安全閥140也布置在泵出口 24的下游，例如，在泵出口 24和第一安全閥40之間。第二安全閥140包括在第三層14的底面中被圖案化的第一閥座142和第二閥蓋144。
[0038]圖2中示出的泵布置結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括泵布置結(jié)構(gòu)入口 46和泵布置結(jié)構(gòu)出口 48。泵布置結(jié)構(gòu)出口 48流體方式連接至第一流體區(qū)50。泵布置結(jié)構(gòu)入口 46流體方式連接至第二流體區(qū)51。泵布置結(jié)構(gòu)入口 46、泵布置結(jié)構(gòu)出口 48、和第一流體區(qū)50在第一層10中被圖案化。
[0039]以下，將特別詳細(xì)描述相比于圖1的安全閥布置I時(shí)圖2的安全閥布置的額外元件及其功能。更具體地，第二安全閥140包括在泵布置結(jié)構(gòu)的第三集成部分14的第二表面中被圖案化的第二閥座142，其中，第二閥蓋144形成在泵布置結(jié)構(gòu)2的第二集成部分12中。流體方式連接的泵布置結(jié)構(gòu)2的入口 46和第二流體區(qū)51進(jìn)一步形成在泵布置結(jié)構(gòu)2的第一部分10中。第二流體區(qū)51與第二閥蓋144相鄰，其中，第二流體區(qū)51中的壓力P51(例如，前向流體壓力)支持對(duì)第二安全閥140的閉合效果。泵布置結(jié)構(gòu)2的第二集成部分12是形成第一閥蓋44和第二閥蓋144的(連續(xù)的)柔性層或墊片。柔性層12可以包括用于為相應(yīng)的第一閥座42和/或第二閥座142提供軟密封的硅膜片。此外，應(yīng)當(dāng)指出的是，第一流體區(qū)50和第二流體區(qū)51在泵布置結(jié)構(gòu)2中是空間和流體分離的，例如，在第一和第二流體區(qū)/室之間布置了壓力密閉分隔件。
[0040]第一流體區(qū)50因此在第一安全閥40處毗鄰第二層12的底部，使得流體區(qū)50中的壓力P5tl (例如，背壓)對(duì)第一安全閥40有閉合效果。第二流體區(qū)51在第二安全閥140處毗鄰第二層12的底部，使得流體區(qū)51中的壓力P51 (例如，前向壓力)對(duì)第二安全閥140有閉合效果。泵布置結(jié)構(gòu)入口 46經(jīng)由第二層12中的第一開口 52流體方式連接至泵入口22。經(jīng)由U形轉(zhuǎn)彎形式的流體通道57，第二安全閥140流體方式連接至第一安全閥40。
[0041]在示出的實(shí)施方式中，由第三層14和第四層16中的對(duì)應(yīng)圖案形成流體通道57。第一安全閥40流體方式連接至流體通道56，該流體通道56又經(jīng)由第二層12中的第二開口54流體方式連接至出口 48。在示出的實(shí)施方式中，由第三層14和第四層16中的對(duì)應(yīng)圖案形成流體通道56。安全閥的出口在第三層14的頂面中被圖案化。
[0042]如圖1和2所示，關(guān)于運(yùn)行中的泵布置結(jié)構(gòu)，致動(dòng)泵膜片34離開圖1和2中示出的狀態(tài)，使得泵室38的容積減小。這在泵室38中產(chǎn)生了正壓力，一方面，這打開了泵出口24的止回閥，另一方面，對(duì)安全閥瓣44施加了壓力。同時(shí)，泵室38中的正壓力對(duì)泵室入口的止回閥有閉合效果。因此，在稱為泵沖程的泵膜片34的致動(dòng)期間，流體通過(guò)安全閥40和泵出口 24處的止回閥被傳送到泵布置結(jié)構(gòu)出口 48。
[0043]在隨后泵膜片34被帶回圖1和2中示出的位置的吸氣沖程中，在泵室38中形成了負(fù)壓力，其對(duì)泵出口 24的止回閥有閉合效果，并且對(duì)泵入口 22的止回閥有打開效果。因此，在該吸氣沖程期間，流體通過(guò)泵布置結(jié)構(gòu)入口 46被吸入。
[0044]為了進(jìn)行從泵布置結(jié)構(gòu)入口到泵布置結(jié)構(gòu)出口的體積流，可以示例性地通過(guò)脈沖信號(hào)來(lái)周期性地為壓電陶瓷件36提供電壓。根據(jù)所施加的驅(qū)動(dòng)電壓的頻率和泵膜片34的沖程容積，可以實(shí)現(xiàn)所需的傳送率。
[0045]參照?qǐng)D1和2的實(shí)施方式，安全閥布置的第一安全閥40的功能如下。當(dāng)泵22沒(méi)有運(yùn)行時(shí)，由于(從外部)作用于泵布置結(jié)構(gòu)的出口 48的背壓P5tl還經(jīng)由第一流體區(qū)作用于安全閥瓣44的底部同時(shí)經(jīng)由通道56作用于安全閥瓣44的頂部，因此防止了從泵出口 48到泵入口 46 (在后向方向)通過(guò)泵布置結(jié)構(gòu)的流動(dòng)。該背壓還對(duì)泵出口 24和泵入口 22的兩個(gè)止回閥有閉合效果。因此，在未致動(dòng)狀態(tài)下，可以用泵布置結(jié)構(gòu)出口 48處的背壓可靠地防止后向的不期望的自由流動(dòng)。
[0046]參照?qǐng)D2的可選實(shí)施方式，安全閥布置的額外安全閥140的功能如下。當(dāng)泵22沒(méi)有運(yùn)行時(shí)，由于泵布置結(jié)構(gòu)入口 46處的正壓力P51經(jīng)由流體區(qū)51作用于安全閥瓣44的底部同時(shí)經(jīng)由泵20作用于安全閥瓣44的頂部，由于該正壓力對(duì)泵入口 22和泵出口 24的兩個(gè)止回閥有打開效果，因此防止了從泵入口 46到泵出口 48 (在前向方向)經(jīng)過(guò)泵布置結(jié)構(gòu)的流動(dòng)。通過(guò)入口處的正壓力P51從下方作用于安全閥瓣44的力大于從上方作用的力，因此，入口 46處的正壓力對(duì)安全閥瓣44具有閉合效果。由于來(lái)自下方的壓力比來(lái)自上方的壓力作用于更大的面積，因此，從下方作用的力較大。更精確地，來(lái)自下方的壓力作用于整個(gè)可移動(dòng)瓣面積，而來(lái)自上方的壓力不作用于由閥座42覆蓋的區(qū)域。因此，在非致動(dòng)狀態(tài)下，用泵布置結(jié)構(gòu)入口處的正壓力可以可靠地防止前向方向的自由流動(dòng)。
[0047]以下，描述額外的結(jié)構(gòu)化元件，其可以可選地添加到圖2的微型泵布置結(jié)構(gòu)2。
[0048]此外，圖2中示意性示出了可選的密封元件11。設(shè)置了該可選的密封元件11，以獲得彼此相鄰的微型泵布置結(jié)構(gòu)2的內(nèi)部區(qū)域之間或者微型泵布置結(jié)構(gòu)2的內(nèi)部區(qū)域和環(huán)境之間的增大的流體氣密性和密封性。為此，例如，在泵布置結(jié)構(gòu)I的室形成內(nèi)壁區(qū)或外壁區(qū)設(shè)置了可選的密封元件11。
[0049]為了更詳細(xì)地說(shuō)明可選的密封元件11及其功能的實(shí)現(xiàn)，以下將參照附圖3a至3f及其描述。
[0050]圖2進(jìn)一步示出了用于實(shí)現(xiàn)為例如硅膠膜144的第二層12的防抖元件43。因此，(結(jié)構(gòu)化的)金屬膜或金屬層可以插入或嵌入(成型到)層12的硅膠材料中，其中，相比于層12或硅膠膜的硅膠材料，金屬膜43具有更高的剛性和穩(wěn)定性，用于為第二層12或第二層12的至少一部分提供硬化效果。
[0051]另外，圖2示出了可選的偏置元件45’，例如，其被實(shí)施用于在閥座142的方向上在第一流體區(qū)51的區(qū)域中偏置第二層12的一部分。
[0052]設(shè)置了額外的可選偏置元件45’，以增大(圖2的)第二安全閥140在流體路徑中相對(duì)高壓(例如，0.5至2Bar或以上)以及相對(duì)低壓(例如，0.1至2mBar)的氣密性。通過(guò)可選的偏置元件45’，可以獲得層12的輕微向上偏置，即，在到閥座42的方向。在圖1中，層12的示例性向上偏置用虛線示出。例如，額外的偏置元件45’可以實(shí)現(xiàn)為在第一層10的柱的形狀。為此，偏置元件45’可以與第一層10整體地實(shí)現(xiàn)?？蛇x地，可選的偏置元件45’還可以實(shí)現(xiàn)為彈簧、硬性托等，以建立與閥蓋144的硅膠材料的點(diǎn)狀、線狀、或平面接觸，以及在閥座142的方向上偏置閥蓋。
[0053]此外，圖2的泵布置結(jié)構(gòu)2可以包括用于第一安全閥40的額外的偏置元件(圖2中未示出)，以增大第一安全閥40的氣密性。額外的偏置元件可以布置在第一流體區(qū)50中，并且可以與圖1的用于第一安全閥40的偏置元件45有相同的結(jié)構(gòu)和功能。
[0054]圖1或2中示出的泵布置結(jié)構(gòu)可以包括蠕動(dòng)微型泵。本發(fā)明的泵布置結(jié)構(gòu)適用于多個(gè)應(yīng)用。以下，僅僅是示例性的，將提到以下應(yīng)用，在該應(yīng)用中用泵入口的正壓力來(lái)防止自由流動(dòng)是重要的。本發(fā)明的泵布置結(jié)構(gòu)的這種應(yīng)用實(shí)施方式適用于，示例性地包括燃料電池系統(tǒng)的甲醇進(jìn)料泵、輸液泵、埋植式給藥系統(tǒng)、便攜式給藥系統(tǒng)、用于潤(rùn)燥呼吸空氣的系統(tǒng)、用于麻醉劑給藥的系統(tǒng)、以及用于輪胎的微型泵等。
[0055]包括常開閥的蠕動(dòng)微型泵允許實(shí)現(xiàn)具有高壓縮比的泵，這又具有泡沫容錯(cuò)操作的優(yōu)勢(shì)?？蛇x地，本發(fā)明的泵布置結(jié)構(gòu)還可以包括蠕動(dòng)微型泵，其在泵入口和/或泵出口包括常關(guān)主動(dòng)閥。
[0056]本發(fā)明的泵布置結(jié)構(gòu)的部件或?qū)?0、12、14、16、18(諸如，例如第二層12和第三層14)可以使用任何已知的連結(jié)或粘接技術(shù)彼此連接，例如，通過(guò)不具有連結(jié)層的涂膠、夾緊、或連接方法。
[0057]在本發(fā)明的實(shí)施方式中，泵布置結(jié)構(gòu)的第二集成部分是布置在第一集成部分和第三部分之間并將二者隔開的基本上均勻厚度的層。該第二集成部分可以包括至少一個(gè)開口，經(jīng)由該開口，泵入口流體方式連接至代表泵布置結(jié)構(gòu)的入口流體區(qū)的流體區(qū)。在其中泵布置結(jié)構(gòu)的出口流體區(qū)也形成在第三部分中的實(shí)施方式中，第二集成部分還可包括另一開口，通過(guò)該開口，安全閥的出口流體方式連接至泵布置結(jié)構(gòu)的出口。已經(jīng)描述的具有基本均勻厚度的第二集成部分可以設(shè)置有開口，其允許容易地制造包括數(shù)量減少的元件的本發(fā)明的泵布置結(jié)構(gòu)。在可選實(shí)施方式中，第二集成部分可以僅形成在安全閥區(qū)域中。
[0058]還可以使用諸如包括在泵入口和泵出口具有被動(dòng)式止回閥的隔膜泵、或蠕動(dòng)微型泵的不同泵來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的泵布置結(jié)構(gòu)的實(shí)施方式。本發(fā)明的實(shí)施方式特別適用于實(shí)現(xiàn)如下的微型泵，其中，在一個(gè)泵循環(huán)期間泵送的泵容積可以在微升以下的范圍內(nèi)。此外，這種微型泵的相關(guān)尺寸，諸如，例如隔膜泵的泵沖程或泵膜片的厚度可以在微米范圍內(nèi)。
[0059]本發(fā)明提供了一種泵布置結(jié)構(gòu)，其中，泵和安全閥集成在可以使用少數(shù)部件來(lái)實(shí)現(xiàn)的一個(gè)元件中。本發(fā)明實(shí)施方式可以實(shí)現(xiàn)由五個(gè)或六個(gè)單獨(dú)部分或?qū)有纬傻谋貌贾媒Y(jié)構(gòu)元件，因此將包括相應(yīng)壓電陶瓷和相應(yīng)配件或連接的隔膜泵看作一個(gè)部分。
[0060]本發(fā)明實(shí)施方式提供了一種泵布置結(jié)構(gòu)芯片，其由一層布置在另一層上面的若干圖案化層形成，其形成在泵出口處集成的泵和安全閥。因此，本發(fā)明實(shí)施方式?jīng)]有必要有泵和閥之間分開流體連接。在本發(fā)明實(shí)施方式中，可以使死區(qū)容積和空間需求最小化。除了容易實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明實(shí)施方式還允許節(jié)省尺寸、重量、和成本。
[0061]根據(jù)本發(fā)明泵布置結(jié)構(gòu)的實(shí)施方式，泵布置結(jié)構(gòu)出口的背壓對(duì)于安全閥有閉合效果，使得在非致動(dòng)狀態(tài)下，可以有效地避免從出口到入口方向的流動(dòng)。
[0062]根據(jù)本發(fā)明泵布置結(jié)構(gòu)的實(shí)施方式，此外，泵布置結(jié)構(gòu)入口的正壓力對(duì)安全閥有閉合效果，使得在非致動(dòng)狀態(tài)下，可以有效地避免從入口到出口方向的流動(dòng)。
[0063]在下文中，基于圖3a至圖3f的截面圖示出了可選的密封元件11的示例性實(shí)現(xiàn)。
[0064]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式，形成第一和第二安全閥中的至少一個(gè)的相應(yīng)閥蓋的層或部分12，可以包括用于提供所謂的軟硬密封的硅膜片，即，抵接第一層10和/或第二層14的硬硅芯片的軟硅膜片。
[0065]如圖3a所示，例如實(shí)現(xiàn)為硅膜的層12可以在有必要完善壁區(qū)域的密封的位置包括一個(gè)或多個(gè)(細(xì)長(zhǎng)的)高地或加厚物12-1、12-2 (即，例如突起、環(huán)狀脊、或環(huán)的形式的環(huán)或線密封件)，當(dāng)在層10和14之間連結(jié)層12時(shí)，其對(duì)層12產(chǎn)生增大的接觸壓力，因此增強(qiáng)了密封。
[0066]如圖3a所示，額外的密封元件11包括至少一個(gè)(細(xì)長(zhǎng)的)高地12_1以及可選的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)一步的高地12-2。例如，該可選的密封元件11現(xiàn)在設(shè)置在可能發(fā)生高壓差的位置，即，在微型泵布置結(jié)構(gòu)I的相鄰內(nèi)部容積(室)之間或者微型泵布置結(jié)構(gòu)I的內(nèi)部區(qū)域和環(huán)境之間的位置。
[0067]如圖3b所示，層12中的額外的高地12-1 (以及進(jìn)一步的可選的高地12_2)可以在相鄰層14的方向上實(shí)現(xiàn)。類似地，用于形成壓縮密封的額外的高地或加厚物還可以在第一層10的方向(參照?qǐng)D3b)或者可選地在相鄰層10和14的方向(參照?qǐng)D3c)實(shí)現(xiàn)。
[0068]可選地，如圖3d至圖3f所示，額外的高地或加厚物還可以在相鄰層10或14形成。如圖3d所示，至少一個(gè)高地10-1形成在第一層10的表面部分，其與硅膠膜12相鄰并與之接觸?？蛇x地，至少一個(gè)額外的高地14-1還可以在第三層14的表面部分實(shí)現(xiàn)(參照?qǐng)D3e)，其與硅膠膜12相鄰并與之接觸?？商鎿Q地，可選的密封元件11還可以在第一層10中包括至少一個(gè)額外高地10-1以及第三層14中的另外至少一個(gè)高地14-1。這里，高地10-1和14-1可以布置為彼此錯(cuò)開，或者還可以彼此相對(duì)。
[0069]至少一個(gè)(細(xì)長(zhǎng)的或環(huán)面的)高地10-1、12-1、12_2、或14-1縱向地在層10、12、或
14上延伸，以環(huán)繞或包圍將針對(duì)環(huán)境被密封的空間或腔體。
[0070]在圖3a至圖3f中，(相對(duì)于其橫截面)以圓形或半圓形的方式示出了高地10_1、12-1、12-2、14-1。為了獲得所需的密封功能，可以選擇橫截面的可替換實(shí)現(xiàn)方式，諸如三角形、矩形等。因此，高地中的每個(gè)都以突起、環(huán)狀脊、或環(huán)的形式形成，并且例如在(額外地)密封容積的壁面積中在圓周方向延伸。
[0071]層12在其兩個(gè)相對(duì)主面區(qū)域之間可以具有厚度d12，其在50至300 μ m或者100至200 μ m的范圍內(nèi)。
[0072]如圖3a至圖3c所示，高地12-1、12-2可以具有50至300 μ m或者100至200 μ m的高度Cl1 (垂直于層12的主面區(qū)域)以及50至300 μ m或者100至200 μ m的寬度d2 (平行于層12的主面區(qū)域)。
[0073]如圖3d和3f所示，部分10在其表面區(qū)域具有高地10-1、10-2，其與硅膠膜12相鄰并與之接觸。高地10-1、10-2可以具有50至300 μ m或者100至200 μ m的高度d1(l (垂直于部分10的表面區(qū)域)以及50至300 μ m或者100至200 μ m的寬度dn (平行于部分10的表面區(qū)域)。
[0074]如圖3e和3f所示，部分14在其表面區(qū)域具有高地14_1、14_2，其與硅膠膜12相鄰并與之接觸。高地14-1、14-2可以具有50至300 μ m或者100至200 μ m的高度d14 (垂直于部分14的表面區(qū)域)以及50至300 μ m或者100至200 μ m的寬度d15 (平行于部分14的表面區(qū)域)。
[0075]在圖3g示出的布置中，例如，實(shí)施為硅膠膜的第二層12包括布置于其中的金屬膜或金屬層43。金屬層43例如完全地嵌入在層12中，即，被層12包圍，其中，金屬層43使得由硅膠膜3形成的通道打開。額外的金屬層43例如固定在第一層10和第三層14之間的第二層12的夾持點(diǎn)。嵌入的金屬層43被設(shè)置為防止例如在向第二層12施加高壓力時(shí)硅膠膜12的不期望的橫向變形或橫向偏移。這樣，獲得了(圖1或2)額外的安全閥40或140的增大的氣密性和可靠性。
[0076]如上所述，具有嵌入金屬層43的層12在兩個(gè)相對(duì)主面區(qū)域12a、12b之間的總體厚度d12可以在50至300 μ m或者100至200 μ m范圍內(nèi)。此外，金屬膜或金屬層43可以具有10至ΙΟΟμπι或者30至60μπι范圍內(nèi)的厚度d43 (其中，d12 ^ 3*d43)。金屬層43可以包括不銹鋼(例如，彈簧鋼)。
[0077]如上面所概述的，微流體泵布置結(jié)構(gòu)1、2可以包括一個(gè)布置在另一個(gè)上面并且彼此(順序地)附接的五個(gè)圖案化層或部分10、12、14、16、18。不同的層或部分10、12、14、16、18還可以細(xì)分成子層或子部分(在附圖中未示出)。因此，層或部分10、12、14、16、18中的至少一個(gè)可以包括多個(gè)子層或子部分，其中，層或部分10、12、14、16、18中的至少一個(gè)例如可以在相對(duì)于其主面區(qū)域縱向和/或垂直的方向上細(xì)分成子層或子部分。
[0078]具有安全閥結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的泵布置結(jié)構(gòu)特別適用基于微型泵來(lái)監(jiān)控和調(diào)節(jié)(氣動(dòng))輪胎的內(nèi)部壓力。更具體地，具有具體的安全閥結(jié)構(gòu)的上述泵布置結(jié)構(gòu)可以集成到胎壓監(jiān)控和調(diào)節(jié)布置中。因此，本發(fā)明的微型泵布置結(jié)構(gòu)可以提供可靠的胎壓監(jiān)控和調(diào)節(jié)操作，其中，可以防止或者至少極大地減小特別是在從氣動(dòng)充氣結(jié)構(gòu)到氛圍或環(huán)境的方向上的不希望或不可避免的泄漏。
[0079]總之，具有用于后向方向(相對(duì)于通過(guò)微流體泵的流體泵送方向)的自由流動(dòng)保護(hù)的安全閥結(jié)構(gòu)和用于微流體泵的前向方向的自由流動(dòng)保護(hù)的可選的額外第二安全閥的泵布置結(jié)構(gòu)因此特別適合使用微流體(蠕動(dòng))泵的流體或氣體壓力監(jiān)控和調(diào)節(jié)應(yīng)用，并適用于氣動(dòng)增壓器、氣動(dòng)減震器、或諸如汽車、卡車、自行車等的充氣輪胎的任何氣動(dòng)充氣結(jié)構(gòu)。
[0080]雖然已經(jīng)就若干實(shí)施方式描述了本發(fā)明，將有落入本發(fā)明范圍的變更、置換、和等同物。還應(yīng)當(dāng)指出的是，存在許多實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法和組成的可選方式。因此，下面的權(quán)利要求旨在被解釋為包括落入本發(fā)明的真正精神和范圍的所有這種變更、置換、和等同物。
【權(quán)利要求】
1.一種泵布置結(jié)構(gòu)(I ;2)，包括: 包括泵入口( 22 )和泵出口( 24 )的微流體泵(20 )，其中，所述微流體泵(20 )被配置為從所述泵入口向所述泵出口泵送流體，其中，所述泵入口(22)和所述泵布置結(jié)構(gòu)的入口(46)流體方式連接； 具有第一安全閥(40)的安全閥布置,所述第一安全閥(40)布置在所述泵出口(24)和所述泵布置結(jié)構(gòu)的出口(48)之間并且包括第一閥座(42)和第一閥蓋(44)； 其中，所述泵布置結(jié)構(gòu)的所述出口(48)和第一流體區(qū)(50)流體方式連接并且形成在所述泵布置結(jié)構(gòu)的第一部分(10)中， 其中，所述第一閥蓋(44)形成在所述泵布置結(jié)構(gòu)的第二集成部分(12)中， 其中，所述第一閥座(42)、所述泵出口(24)和所述泵入口(22)在所述泵布置結(jié)構(gòu)的第三集成部分(14)的第二表面中被圖案化，以及 其中，所述第二集成部分(12)布置在所述泵布置結(jié)構(gòu)的第一集成部分(14)和所述第三部分(10)之間，其中，所述第一流體區(qū)(50)與所述第一閥蓋(44)相鄰，并且其中，所述第一流體區(qū)(50)中的壓力對(duì)所述第一安全閥(40)有閉合效果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的布置結(jié)構(gòu)，其中，所述安全閥布置包括第二安全閥(140)，所述第二安全閥(140)布置在所述泵出口(24)的下游并且包括第二閥座(142)和第二閥蓋(142)； 其中，所述第二閥座(142)在所述泵布置結(jié)構(gòu)的所述第三集成部分(14)的所述第二表面中被圖案化，其中，所述第二閥蓋形成在所述泵布置結(jié)構(gòu)的第二集成部分(12)中，并且其中，所述泵布置結(jié)構(gòu)的所述入口( 46 )和第二流體區(qū)(51)流體方式連接并且進(jìn)一步形成在所述泵布置結(jié)構(gòu)的所述第一部分(10)中，以及 其中，所述第二流體區(qū)(51)與所述第二閥蓋(144)相鄰，并且其中，所述第二流體區(qū)(51)中的壓力對(duì)所述第二安全閥(140 )有閉合效果。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的布置，其中，所述第二安全閥(140)布置在所述泵出口(24)和所述第一安全閥(40)之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的布置，其中，所述泵布置結(jié)構(gòu)的所述第二集成部分(12)是柔性層，其中，所述柔性層形成所述第一閥蓋(44)和所述第二閥蓋(144)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的布置，其中，所述柔性層(12)包括硅膠膜片。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5中任一項(xiàng)所述的布置，所述第一流體區(qū)(50)和所述第二流體區(qū)(51)在空間上且流體方式地隔開。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的布置，其中，所述泵入口(22)和所述泵布置結(jié)構(gòu)(46)的入口經(jīng)由所述第二集成部分(12)中的開口(52)流體方式連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的泵布置結(jié)構(gòu)，其中，所述第二集成部分(12)包括布置在所述第三集成部分(14)和所述第一部分(10)之間的均勻厚度的層，其中，在所述均勻厚度的層中形成一個(gè)或多個(gè)開口(52)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的泵布置結(jié)構(gòu)，其中，所述第二集成部分(12)將所述第三集成部分(14)和所述第一集成部分(10)完全地分開。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的泵布置結(jié)構(gòu)，其中，所述泵布置結(jié)構(gòu)出口(48)形成在所述第一部分(10)中。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的泵布置結(jié)構(gòu)，其中，所述第二集成部分(12)包括環(huán)密封(10-1 ;12-1，12-2 ；14-1)形式的密封元件(11)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的泵布置結(jié)構(gòu)，其中，所述第二集成部分(12)包括嵌入在所述第二層(12 )的硅膠材料中的防抖元件(43 )。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的泵布置結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括用于朝著所述閥座(42 ;142)偏置所述閥蓋(44 ；144)的偏置元件(45 ;45，)。
【文檔編號(hào)】F04B53/10GK104169583SQ201280021022
【公開日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月21日
【發(fā)明者】馬丁·里希特, 馬丁·瓦克爾勒 申請(qǐng)人:弗蘭霍菲爾運(yùn)輸應(yīng)用研究公司