Piezoelemente für Mikropumpen

Piezoelemente und -aktoren für die Pump- und Dosiertecchnik

Mikromembranpumpen erfordern kompakte Antriebe, die einen kontinuierlichen Fluss und variable Durchflussraten ermöglichen. Aufgrund der kleinen Volumina je Pumpzyklus sind hohe Zyklenzahlen bis zu einigen 10 kHz erforderlich, um hohe Durchflussraten zu erzielen.

Eine Mikromembranpumpe besteht aus einer Ventileinheit und aus der Pumpmembran, die zusammen mit dem piezoelektrischen Aktor den Pumpenantrieb bildet.

Die Dosiermengen reichen vom
Milli-, Mikro-, Nano- bis in den Picoliterbereich.

Die Anwendungsbereiche für piezoelektrische Mikropumpen liegen in der Labor- und Medizintechnik, der Biotechnologie, der chemischen Analytik und der Verfahrenstechnik, wo kleinste Mengen Flüssigkeit und Gas zuverlässig dosiert werden müssen.

Mikro-Membranpumpen und -Dosierventile

Scheibenförmige Piezoaktoren können direkt auf der Membran montiert werden und wölben diese aus. Größere Hübe oder Kräfte lassen sich erzielen, wenn man eine Membran oder einen Kolben direkt mit einem piezoelektrischen Aktor koppelt. Aufgrund ihrer kompakten Abmessungen und dem geringen Energiebedarf der Piezoelemente sind diese Dosiervorrichtungen auch für Lab-on-a-chip-Anwendungen geeignet.

Piezoantriebe werden auch zum Öffnen und Schließen von Ventilen eingesetzt. Hier reicht das Spektrum vom einfachen Piezoelement oder Biegeaktor für ein Membranventil über vorgespannte Piezostapelaktoren für viel Dynamik und Kraft bis zum Piezohebel, der Feinstdosierungen auch bei hohem Gegendruck vornimmt.

Auch Kraftstoff-Einspritzsysteme im Automobilbereich, angetrieben mit Multilayer-Stapelaktoren, sind Mikro-Dosierventile.

Schlauch- oder Peristaltikpumpen

Wenn Flüssigkeiten oder Gase präzise und möglichst gleichmäßig und stoßfrei dosiert werden sollen, bieten sich so genannte Schlauch- oder Peristaltikpumpen an. Bei ihnen wird das zu fördernde Medium durch äußere mechanische Verformung eines Schlauches durch diesen hindurch gedrückt. Die Pumprichtung wird durch die Ansteuerung der einzelnen Aktoren bestimmt.

Als Antriebselement werden – je nach Anforderungen an Kraft und Bauraum – flache Piezobiegeelemente, kompakte Piezochipaktoren oder Piezostapelaktoren eingesetzt. Biegewandler eignen sich dabei hauptsächlich für Anwendungen mit niedrigem Gegendruck, z. B. für Flüssigkeiten mit niedriger Viskosität.

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Whitepaper: PI Ultraschall-Piezoelemente in der Medizintechnik

Werkzeug, Therapiegerät und Sensor
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